25353381 Diseno de Piques

8/7/2019 25353381 Diseno de Piques

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INTRODUCCIN

Desde la antigedad, el hombre viene explotando los recursos

minerales que la naturaleza le ofrece. Generalmente, la

metodologa ms barata consiste en la explotacin desde

superficie de los afloramientos de mineral con el sistema

conocido por cielo abierto.

Otras veces, la disposicin de la capa o del filn de mineral

obliga a su explotacin subterrnea. Mientras el mineral no se

encuentre a excesiva profundidad, el mtodo de extraccin de

mineral ms habitual es por ejecucin de rampas, galeras y

tneles que permitan el acceso hasta la zona de minado. Hay

momentos en que esta distancia se hace excesiva debido a la

profundidad a la que empieza a encontrarse el mineral. Esto

se acenta aun ms cuando los sondeos diamantinos que se

efectan desde dentro de las explotaciones acceden a nuevas

zonas aun ms profundas en las cuales el mineral est

presente. Llegado este momento, uno se ve obligado a


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replantear el sistema de extraccin. La alternativa ms usual

es emplear un sistema de pique vertical que permite el

acceso de los operarios a las zonas ms profundas de un

modo ms rentable y rpido, extrayendo el mineral por izado

de vagones o skip, bien hasta superficie, bien hasta niveles

intermedios.

Por ello es frecuente que ciertas minas, a medida que

transcurren los aos y ven que sus reservas minerales van

quedando cada vez ms profundas, se replanteen la

sustitucin de su sistema de extraccin habitual por el de

izado por piques.


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Tambin cabe comentar que las tcnicas actuales de

exploracin mediante sondeos diamantinos que alcanzan

grandes distancias permiten cubicar las reservas existentes

ms profundas y con mayor exactitud, pudindose por tanto

planificar la mina con ms rigor y decidir de antemano qu

tipo de equipamiento va a ser el ms adecuado para la

extraccin del mineral durante toda la vida de la mina.

Esto es lo que sucedi en el caso de la Hullera Vasco Leonesa,

de la que se habla en este trabajo, en la cual el mineral,

investigado con los sondeos de exploracin, se encuentra a tal

profundidad que obliga al empleo de dos nuevos piques

verticales.

La S.A. Hullera Vasco-Leonesa, empresa ntegramente

privada, explota una mina de carbn desde hace ms de 100

aos en el norte de Espaa, en la provincia de Len. En la

ltima dcada se ha dedicado a preparar una nueva mina,

vista la cercana del agotamiento de las anteriores. Este

proyecto, el mayor de Europa de esta naturaleza, supone una


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inversin total cercana a los 50.000 millones de PTA (300

millones de euros).

La primera parte del proyecto consisti en la ejecucin de dos

piques verticales, y simultneamente con esta obra, se realiz

un conjunto de unos 2700 m de galeras y planos inclinados,

correspondientes a la primera fase de preparacin.

Estos 2 piques tienen 6,5 m de dimetro til y 664 y 694 m de

profundidad. Como peculiaridad, cabe citar la baja calidad

geotcnica de los terrenos atravesados durante la excavacin

de ambos.

El pique Aurelio del Valle dispone de una torre de extraccin

de 51,2 m de altura, dotada con polea Koepe y mquina de

extraccin situada dentro de ella. La profundidad del pique es

de 664 m, arranca en superficie de la cota 1166

m.s.n.m. y tiene 3 embarques en las cotas 976, 737 y

553 m.s.n.m, desde los

cuales se accede a los diferentes niveles de la explotacin. Su

realizacin comenz el 14 de noviembre de 1991 y finaliz en

mayo de 1994. La misin del mismo es la de entrada de aire

limpio de ventilacin, entrada y extraccin de personal y


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vagones de materiales, y trasvase de mineral mediante skip

entre el nivel inferior (P553 m.s.n.m.) hasta un nivel

intermedio (P976 m.s.n.m.), situado a 190 m de profundidad,

y desde donde el mineral es vertido a una tolva que descarga

sobre una cinta transportadora que lo lleva hasta el lavadero.

En la Figura 1, que aparece a continuacin, se puede observar

una seccin del pique Santa Luca, hoy llamado pique Aurelio

del Valle, con la disposicin inicialmente prevista de carga .

El pique Emilio del Valle emplea un castillete de 32 m de

altura, con mquina de extraccin situada en el nivel de suelo

y polea Koepe. Tiene una profundidad de 694 m, arranca de la

cota 1.280 m.s.n.m., y tiene 4 embarques, situados a las cotas

978, 868, 741 y 615 m.s.n.m. Su misin es la de permitir el

transporte de personal y materiales a los diferentes niveles de

explotacin, as como la extraccin del aire viciado de la mina

mediante un sistema de ventiladores aspirantes. Se comenza ejecutar el 17 de diciembre de 1991 y se finaliz en mayo

de 1.994.


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METODOLOGA GENERAL PARA LA EJECUCIN DE PIQUES

VERTICALES

PARMETROS INICIALES

Primero se procedi a realizar una campaa de exploracin para evaluar

las reservas del yacimiento. Para ello se efectuaron unos 57.000 m de

sondeos, varios de ellos con profundidades prximas a los 1000 m. A

continuacin se interpretaron los mismos y se hizo un estudio geolgico

detallado y un modelo del yacimiento con las zonas susceptibles de ser

explotadas.

El yacimiento, como se puede ver en la Figura 4, consta de 2 zonas

perfectamente diferenciadas, que son dos sinclinales de alta complejidad

denominados Llombera y Matallana. El total de reservas de mineral es


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de: 14,8 Mt muy probables, 75,7 Mt son probables, 55,7 Mt son posibles

y 61,5 Mt son hipotticas. La produccin permitida es de 2,5 Mt/ao.

Una vez definido el yacimiento, se procedieron a estudiar los diferentes sistemas de

extraccin posibles, analizando sus ventajas, inconvenientes y posibles inversiones.

Finalmente se decidi que unos de los sinclinales, el de Llombera, poda ser explotado con

una produccin de 3000 t/da, extrayendo el carbn con cintas transportadoras por un plano

inclinado de 14 de pendiente. En cuanto al personal y materiales, iban a ser introducidos y

extrados por jaula a travs de un pique vertical.

El otro sinclinal, el de Matallana, debera dar 5.500 t/da y el mineral ser transportado con

vagones o con cintas transportadoras (segn la zona) hasta una tolva de acopio, la cual

descargar sobre un skip que transportar el mineral hasta otro nivel superior.

Con estos parmetros se comenz a disear la mina y a buscar la ubicacin ms adecuada

para los piques verticales y resto de infraestructuras.

Para confirmar que la posicin de ubicacin asignada a los piques era la idnea, se procedi

a perforar un sondeo vertical segn el eje del pique y de su misma longitud, de modo que

as se pudiera saber con ms exactitud los terrenos que se iban a atravesar, acuferos, fallas,

etc.

La metodologa seguida para disear el sostenimiento de los piques verticales fue, por tanto,

la siguiente:


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1. Establecer el modelo geolgico del yacimiento y de la roca de caja que puede tener

influencia en las obras por ejecutar:

a. Realizar sondeos.

b. Realizar mapa geolgico.

c. Determinar las caractersticas geolgicas.

2. Realizar el modelo geomecnico de la zona influyente:

a. Ensayos sobre los testigos extrados.

b. Establecer las propiedades geomecnicas de los diferentes litotipos y de las

discontinuidades.

c. Establecer los criterios de rotura de rocas.

d. Medicin de las tensiones naturales del macizo rocoso.

3. Caracterizar el macizo rocoso.

4. Diseo inicial de la obra.

5. Diseo inicial del sostenimiento y del modelo matemtico.

6. Anlisis de los problemas que se pueden presentar.

7. Redisear la obra.8. Puesta en marcha de la obra:

a. Establecimiento de criterios iniciales.

b. Organizacin del seguimiento y control de la obra.


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c. Seleccin y adquisicin de la instrumentacin de control.

d. Determinacin de las campaas de auscultacin y medicin.

e. Establecimiento de un control de calidad de ejecucin de obra y de materiales

empleados.

Con ayuda de este sondeo inicial, se determin que uno de los piques no estaba en la

posicin ms adecuada, por lo cual se procedi a desplazar su eje del inicialmente previsto.

Tambin se obtuvieron importantes datos sobre los terrenos por atravesar, de los cuales cabe

destacar que el terreno iba a estar formado en su mayor parte por lutitas blandas y areniscas,

con algn nivel de carbn y que, en el caso del pique Aurelio del Valle, se atravesara un

tramo de conglomerados. Se determin tambin que este pique iba a atravesar una falla

importante a los 215 m de profundidad (en contacto con la cual haba 6 m de carbn sucio)

y otra a los 365 m (acompaada de 7 m de carbn plegado y

arrastrado). Algo similar se determin para el otro pique. En cuanto al

buzamiento de los terrenos estaba comprendido entre 30 y 80.

Respecto de las tensiones horizontales a las que iba a estar sometida la

excavacin, stas eran entre 1 y 1,7 veces superiores a las verticales.

Por ltimo se determin que, empleando la clasificacin de Bieniawski,

los terrenos atravesados iban a ser en 228 m de longitud entre muy

malos y malos con RMR menor que 20, en 127 m de longitud malos con


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RMR entre 20 y 40, en 119 m medios con RMR entre 40 y 60 y en unos

151 m de longitud el RMR estaba en un rango comprendido entre roca

mala y media.

Los piques tienen las siguientes zonas bien definidas y determinadas:

brocal (boca del pozo), antepozo, pozo y embarques.

OBJETIVOS

Los objetivos para el diseo del pique se basa a los aspectos geomecnicos.

- Desarrollar la mina en profundidad.

- Incrementar las reservas y vida de la mina.

- Generar utilidades, trabajo y aporte al estado

- Duracin del pique en funcin con las reservas que debe extraerse.

- La evaluacin geomecnica nos garantiza la duracin de labor sin sobre

dimensionar la seccin y el sostenimiento (ptimo diseo y desarrollo).

- Seccin rectangular 3 x 1,5 mts. Siguiendo el buzamiento de la estructura

mineralizada.


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ASPECTOS GEOLGICOS DEL MACIZO ROCOSO

GEOLOGA: Las minas generalmente est compuesto fundamentalmente de

andesitas, tambin acompaado de rocas volcnicas las cuales forman las

rocas de caja.


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LITOLOGA: Esta compuesta por rocas piro clsticas, ri lticos, riodacitos y

andesitas; estas rocas son de condicin estable, pero tambin existen zonas

de callamiento los cuales son inestables.

ASPECTOS GEOMECNICA PARA EL DISEO DEL PIQUE

La apertura de una labor subterrnea altera el campo de esfuerzos existentes

en el macizo rocoso al profundizarse las labores se incrementan las presiones

que llegan a producir esfuerzos que exceden la resistencia de las rocas,

siendo necesario instalar el sostenimiento (refuerzo o soporte


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El pique de extraccin es la parte mas importante minera subterrnea y por el

cual pasan todos los suministros para la explotacin tales como ventilacin

,transporte de mineral ,suministros y personas. Electricidad, aire comprimido,

agua, bombeo.

Dada su importancia, debe de escoger su ubicacin adecuadamente, su

dimetro, el mtodo de profundizacin, el recubrimiento de las paredes del

pique, el brocal, los enganches en los niveles y la maquinaria de extraccin .

La capacidad del pique se diseara pensando en posibles ampliacin de

`reduccin posteriores

SELECCION DE LA UBICACIN DEL PIQUE

Los piques de extraccin no deben de ser afectados por las inundaciones, y

para ello se analiza la mxima venida de los cien aos .Tambin deben de

situarse demasiado prximo a las carreteras de gran circulacin, ni en entornos

industriales que puedan ser objeto de incendios con gran produccin de


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humos. En los parajes boscosos con rboles incendiables,se talara un radio de

unos 100 mt y se eliminara la vegetacin que puedas incendiarse, todo ello

con el fin de evitar que entren humos en la ventilacin. Se analizaran todas

aquellas cuestiones externas que pudieran poner +en peligro la vida de los

trabajadores y la integridad de la mina y que puedan influir en la decisin

sobre el emplazamiento del pique.

El numero mnimo de piques que deben de excavarse para la explotacin son

como mnimo dos; para produccin , personal, entrada de materiales, equipos

y aire. El otro pique es para el retorno del aire y como via adicional de escape.

A veces es necesario la excavacin de tres piques cuando la extraccin de la

mina no permita una adecuada ventilacin con dos piques . Cuatro piques

sern necesario cuando la produccin doblen aproximadamente la capacidad

de eventualmente mina de dos piques con la mitad de produccin .


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DOS PIQUES

La posicin central de los piques tienen las ventajas de menores costos de

transporte y recorrido menores de aire y de ventilacin .Los pique deben de

estar separados a menos unos 100 mt .

Sin embargo la nesecidad de dejar unos macizo de proteccin importantes

reduce la reserva explotables en yacimientos tabulares monocapa a

profundidad moderada es la ubicacin mas eficaz.Una localizacin lateral ,a

muro del yacimiento incrementa los costos de transporte y las distancias de

ventilacin, pero no se hace imposible la explotacin de la parte de las

reservas mineras por la existencia de los macizo de proteccin de los piques .

El eje de la unin de los piques ser paralelo a la dimemcion mxima del

yacimiento, y sin los piques son rectangulares el eje mayor se pondra

perpendicular a la corrida de la capa del filn, a la esquistocidad , a los planos

de sedimentacin , y a los esfuerzos teutnicos regionales y planos de

expoliacin de las rocas en presencia.

TRES PIQUES

E l pique principal suele tener un dimetro mayor (7 a 8 mt) que los

auxiliares de ventilacin (5 a 6 mt).


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Si el pique principal se pone en el centro de gravedad del yacimiento , los

piques auxiliares se colocaran en los extremos de la direccin de la corrida

siempre que la longitud de la concesin minera de esta direccin sea 2 a 3

veces mayor que en la direccin de buzamiento.

E n el caso de un yacimiento masivo, estrecho,alargadoen el sentido de la

corrida , el pique principal se sita en el centro u a muro ; loa pique auxiliares

se ubican en los extremos y fuera del yacimiento.

S i el rea a minar se alarga en el sentido del buzamiento ,el pique principal y

uno de los auxiliares se colocan en el centro del yacimiento , mientras que el

segundo pique auxiliar se colocara en la zona del yacimiento mas prxima a la

superficie.

CUATRO PIQUES

En este caso el pique principal se usara para extraer la produccin y como

entrada , el segundo pique para personal y entrada de materiales y los otros

dos para ventilacin .

Los cuatro piques sern de igual dimetro. Loa dos primeros se colocaran en

posicin central y los dos de ventilacin en posicin extrema en la direccin

de la corrida .


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Si el yacimiento es alargado en la direccin del buzamiento ,tres piques se

colocaran en el centro y el cuarto en la zona en la que el yacimiento esta mas

prximo a la superficie.

DIAMETRO DEL PIQUE

En el pique principal o de produccin el dimetro se evala de modo que sea

el mnimo para la circulacin de las jaulas o skips y para dar espacian a los

conductores elctricos , de aire comprimido , de agua fresca, de ventilacin,

bombeo y relleno en su caso y para la escala de escape de emergencias

realiza un plano de la seccin del pique y dibujan la seccin y la disposicin

de cada uno de los elementos anteriores, adaptando en lo necesario el contorno

del pique. Se tendr en cuenta las distancias mnimas a considerar entre los

elementos mviles y los parmetro del pique.

S e comprueba que la cantidad y la velocidad de aire de ventilacin son las

especificadas. El volumen de los skips se estima de forma siguiente.

Q = KTW

3600t


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elptica el revestimiento se hace de hormign armado con un espesor

mnimo de 20 cm , aunque en piques de seccin rectangular perforados en

rocas competentes puede usarse revestimiento de madera . Antiguamente se

ha usado revestimiento de ladrillo o de bloque.

Las ventajas del hormign son que puede conseguirse resistencias altas de

hasta 50 Mpa y que puede impermeabilizarse para presiones hidrostticas

no demasiado elevadas de los niveles freticos.

Normalmente el revestimiento no se calcula en piques realizados en rocas

duras ya que la resistencia del hormign es es inferior a las tenciones de la

roca , por lo que el hormign no debera estar sometido a presiones del

terreno , Sin embargo el brocal y la parte de pique excavado en el terreno

de recubrimiento si pueden estar sometidos a tales esfuerzos del terreno o

de la presin del fretico . La presin del agua se calcula fcilmente como

la altura mxima de la columna del agua , y la presin debida a terrenos no

cohesionados (arenas) como el producto altura x por densidad . Si los

terrenos estn cohesionados conviene recurrir a un especialista en

geotecnia o mecnica de suelos. Para calcular el espesor de hormign del


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brocal y del revestimiento en el recubrimiento se utilizan las siguientes

expresiones:

d= ((RC/RC-2pf ) -1

En el caso de que se considere que la presin se aplica de golpe provocando

una reaccin elstica del hormign (formula de Lame ), o bien

d= ((RC/RC-2pf1/2 ) -1

d= espesor del revestimiento en m

r= radio interior del pique en m

Rc= resistencia del hormign en Mpa

P= presin externa que acta sobre el hormign en Mpa

F= 2, coeficiente de seguridad respecto de la tensin de comprensin.

Para el calculo del revestimiento del brocal y del recubrimiento es prudente

suponer que la columna de agua llega hasta la superficie y que al menos el


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70 % de la presin mxima terica del terreno activo se aplica a lo largo de

toda la embocadura del pique.

Equipos

Los equipos que se utilizan en la construccin del pique son los

siguientes:

- 3 bombas de achique sumergibles, una neumtica y 2 elctricos.

- Una bomba Swllex para instalacin de pernos.

- Una perforadora Jack Leg.

- Dos pies de avance de 1,20 y 1,60 m.

- Un Rick Hamener, para la remocin del material fracturado.

- Un ventilador de 7,5 HP, con manga de 16 pulg.

sostenimiento

Para determinar los parmetros de sostenimiento tales como:

- Longitud de pernos

- Densidad de pernos

- Resistencia de los pernos a las cargas que soporta.

A continuacin se realizarn los siguientes clculos y se describen

las caractersticas al utilizar pernos swellex como refuerzo.


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SOSTENIMIENTO PROVISIONAL

Como el personal esta expuesto a la cada de las rocas al

avanzar en profundidad el pique, el sostenimiento provisional

de las paredes es esencial.

Por lo general este sostenimiento provisional esta constituido

por cuadros metlicos de perfiles en U, llamados

Enviguetados.

Toman la forma exterior del pozo y estn conformados por 4

o 5 piezas unidas por pernos. Detrs de ellos se suelen

colocar planchas metlicas ajustadas por medio de cuas,

rellenando los vacos entre la pared y planchas metlicas con

madera o roca para asegurar un buen ajuste.

SOSTENIMIENTO DEFINITIVO

Se utiliza madera redonda o escuadrada, ladrillos, hormign

armado y/o dovelas (estructuras PRE-fabricadas en forma de

cua a fin de empalmarlos y asegurarlos con pernos ) ;

tambin se utilizan pernos de anclaje.


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Estibacin con cuadros normales

Se constituye de abajo hacia arriba, en tramos de una altura

de 10 a 12 metros entre cuadro de asiento

Transversalmente, sus cuadros de asiento encajan en patillas

preparadas en las caras y encima ensamblan los travesaos

transversales en muescas practicadas.

Longitudinalmente, se usa longarina de 2 a ms metros de

longitud, formando el cuadro normal.

Interiormente, y de acuerdo al diseo, puede ser dividido en 2

o mas compartimientos, gracias a los postes o puntales y

travesaos, contando adems con las guiaderas.

Los cuadros de asiento soportan parte del peso de los cuadros

corrientes que descansan sobre ellos, siendo la otra parte del

peso de los cuadros corrientes que descansan sobre ellos,

siendo la otra parte anulada por las fuerzas de friccin y

adherencia a las rocas de las paredes del pique.


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Los puntales son de 15*15 o20*20 centmetros de lado, de 2

a mas metros de longitud, fijados verticalmente a lo largo del

lado mayor de los cuadros del asiento ( longarinas) por medio

de tornillos.

Los travesaos son riostras (piezas que aumentan la rigidez e

inderformabilidad de cuadro) horizontales, cuyos extremos

debidamente (destajados), se insertan en las muescas de los

puntales. Su misin es asegurar las guas de los baldes/skips.

Las guas son elementos de la armazn fijados a los

travesaos por medio de pernos en forma ininterrumpida a lo

largo del pique y sirve para guiar las vasijas de extraccin.

Son vigas de madera y con dimensiones similares a los

puntales.

ENTIBACION CON CUADOS SUSPENDIDOS O COLGANTES

Los cuadros son confeccionados de arriba hacia abajo. Los

lados transversales del cuadro de asiento van empatillados en


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las caras de la chimenea, cada 5 a 10 cuadros o mas, Los

divisores y puntales o postes van siendo ensamblados a altura

de 0.80 a 1.60 metros.

Cada cuadro esta suspendido al inmediato inferior por medio

de varillas de acero de 20 a 30 mm de dimetro. Estas

suspensiones se insertan a travs de agujeros taladros en las

longarinas del cuadro y se sujetan por medio de arandelas y

tuercas.

Las paredes de los pozos sern revestidas con tablas, silo

requiriesen.

ESTABILIDAD DE BLOQUES ANCLADOS

P = Peso muerto del bloque

= Angulo del perno con la horizontal en grados.

= Angulo del perno con la horizontal, en grados

= Angulo de friccin con la superficie de la en grados.

RS = Fuerza de friccin en kg.


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PC = Fuerza axial que se da al perno en kg

= Factor de seguridad

R = Suma de fuerzas que se ponen al movimiento en kg.

N = Fuerza normal a la superficie de la grieta debido al peso

muerto del block.

F = Fuerza que provoca el movimiento en Kg.

Calcularemos la fuerza de sostenimiento

n = 2

= 60

L = 1,5

= 25

= 30

= 2,5 ton/m3.

xxsenLPC

1cos3

1=

PC = 3,92 ton.

Longitud de pernos (1)

Lechos fuertes = 1 = 1/3L

Lechos dbiles = 1 = 1/2L

L =ancho del tnel.

Espaciamiento de los pernos (b)


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Llb9

2

3

2==

2

max

maxb

RlD =

Rmax = capacidad mxima de soporte de carga del perno, en metros.

Dimetro de Pernos

Rmax = Fa F

n

Fad

R

RR

2

max 785,0==

R = Fuerza axial permitida en el perno en kg.

Fa = Esfuerzo en el lmite elstico (pto cedente) del acero, en

kg/cm2

F = rea del perno en cm2

d = Dimetro de pernos en cm.

Densidad de los pernos.- Es el nmero de pernos por metro

cuadrado lo cual lo ms usual es que se tome este nmero como

nmero 1.

Como ya se sabe:

-

Ancho de abertra = 3

- Condicin de techo = fracturado

- Roca de techo = andesita

- Espesor de techo inmediato = h = 1,75 m


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- Densidad de techo inmediato = = 2,5 ton/m3

- Distancia entre la itens de perno c=1m

Cuando el techo inmediato que va a separarse del techo principal lalongitud del perno debe ser mayor al espesor por lo menos 0,5 m.

Entonces l = 1,75 + 0,5 L = 2,25 m

El nmero de pernos se calcula como sigue:

Fad

nhcL

R

chLmR

2785,0

=

Si d = 2,5 cms de resistencia 37 (Fa = 2,900 kg/cm2)

n = 2

202,024000785,0

25,2175,13

Jxx

xxxxm =

= 2,2 3

Entonces los clculos geomecnicos se determinan los siguientes

parmetros de sostenimiento del pique.

- Usar pernos Swullex de 7 pulgadas de longitud para la parte

central y 5 pulgadas para los estiales.

- Espaciamiento entre pernos debe ser 1 m.

- Usar malla en condiciones que la caja sea altamente --------------

- 1 instalacin pernos.


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Descripcin de los materiales a utilizar en el sostenimiento

Malla metlica

Se utilizarn malla de 2 x 2 de cocado, las mallas tienen un

ancho de 2,5 , x rollo de 20 m y se fijaran en el techo por los

mismos pernos de anclaje.

Swellex

Se emplearn segn las tcnicas de diseo de 7 pies de

longitud y el espaciamiento de 1 m como mximo se instalarn

cada 3 disparos.

Cuadros

Adems del sostenimiento con pernos y malla se reforzarn con

cuadro de madera de 20 x 20 cm de seccin solamente cuando

se atraviesa terrenos malos como terrosos o de alto

fracturamiento.

Perforacin y Voladura

Para la perforacin emplearemos la mquina Jack Leg con

barrenos de 4 pies, se perfora el frente completo en corte quemado


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con arranque de 4 taladros y un taladro de alivio, la malla cubre de 28

a 32 taladros cargada segn el comportamiento de coestructura, para

la voladura se utiliza detonadores no elctricos, en el caso de que se

utilice detonadores elctricos se usarn explosivos para su

detonacin.

El personal utilizado es de un perforista y dos ayudantes.

El carguio se realizar manualmente.

Plantilla de Perforacin


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Seccin rectagular 3 x 1,5

Nt = (P/e) + K S

Donde:

e = Espaciamiento

P = Permetro de seccin frente

K = Coeficiente factor de roca

S = rea de frente

Tipo e KRoca dura 0,5 0,55 Nt = (9,0/0,5) + 2 x

4,5Roca

intermedio

0,60 0,65 Nt = 2,3 tal

Roca suave 0,7 0,75

Nt = (9,0/0,5) + 2 x 4,5

Nt = 2,3 tal.

Caractersticas de Perforacin del Pique

N de Taladros perforados = 29

N de taladros cargados = 28

Longitud del taladro = 4 pies

Tipo de corte = quemado de 5 taladros


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Explosivo = Explogel amon

Cargado de Taladros

Arranque = 4 taladros x 5 cartuchos = 20

Ayudas = 4 taladros x 5 cartuchos = 20

S. ayudas ms cuadradotes = 8 tal. x 4 cart. = 32

Alzas = 7 tald. X 3 Cart. = 21

Arrastre = 5 tald. X 5 cart. = 25

Total = 118.

Consumo De Cordn detonante = 12 m

IZAJE

Para el izaje del mineral roto se realiza manualmente hacia el skip

se utiliza 3 personas, el winchero y dos paleros, el izaje se realiza

hasta el nivel de extraccin.

El skip se moviliza sobre rieles las cuales contar con sealizacin

de luces en cada nivel (luz roja subiendo, luz verde bajando)

tambin contar con timbres para indicar el accionar del winche (1

parar, 2 subir, 3 bajar, timbrado continuo emergencia), tambin

contamos con red de telfono. Estos sern accionados mediante

winchas elctricos de bobina monocable de cara THERN de 15 HP

de potencia en una capacidad de izaje de 5 toneladas, con una


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longitud de enrollamiento efectivo de 350 mt. Y una velocidad

constante de 3 mt/seg. La capacidad del skip es de 1,5 ton.,

hechos de planchas de acero.

Desage

Se tiene un caudal de 400 galones /min por lo tanto para la

perforacin en condiciones optimas es necesario bombas elctricas

para el achique rpido del caudal abundante y una bomba

neumtica de diafragma para mantener el agua lo ms bajo posible,

estas bombas bombean a un tanque de rebombeo ubicadas en un

nivel prximo.

Ventilacin

Para la ventilacin del pique por seguridad se instala un ventilador

secundario en el nivel ms prximo de 7 HP con manga de 16 pulg.

ORGANIZACIN DE LOS TRABAJOS

a) Perforacin y limpieza

b) Anclaje de la cama

c) Instalacin de servicios

d) Sostenimiento

Todos estos trabajos se realizarn mediante 2 guardias cada uno

de 8 horas diarias.


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SECUENCIA Y CRONOGRAMA DEL AVANCE

El pique est programado 20 m/mes.

Este pique est programado para un tiempo de duracin de 7semanas tal como muestra el cuadro

Actividad Tiempo en Semana1 2 3 4 5 6 7

Piques

ENTRADAS HORIZONTALES AL PIQUE


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Las entradas de los piques de ventilacin, sin maquinaria de extraccin, deben

calcularse en funcin de la mnima resistencia a la circulacin del aire.

Las dimensiones de las entradas en los niveles de un pique de extraccin se

calcularan de acuerdo con el ancho y el numwero de skips y jaulas que se

eleven a ese nivel, numero de pisos por jaula y la longitud mxima de los

equipos y suministras que deban descargar en el nivel. Adems se comprueba

que la seccin eficaz es suficiente para la ventilacin requerida: las

velocidades de aire recomendadas son de 4m/s para los piques de produccin

y de 8m/s para los piques de ventilacin.

En la entrada del nivel se debe prever espacio para los empujadores, giro y

volteo de plataformas y vagonetas, galeras para entrada y salida simultaneas

de personal de las jaulas multipiso, nichos para equipos de control, by pass

alrededor del pique. Etc.

La altura de la entrada del nivel se determina por la mxima longitud de los

objetos transportados como, por ejemplo, los carriles de las vas.


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PROFUNDIZACION DE PIQUES

D e todas las aperturas realizadas en las minas de piques son las obras mas

costosas en tiempo y dinero. Adems la profundizacin de piques es un

procedimiento complicado.

A aunque algunos piques se perforan mediante sondeos de gran dimetro, en

la mayora se emplea el mtodo tradicional de perforacin y voladura, bien de

seccin rectangular con sostenimiento con madera , bien de seccin circular

con sostenimiento con hormign, que es hoy lo comnmente empleado y

recomendado a contratistas externos para ello. Excepto a grandes

profundidades, los piques perforados en roca dura no requieren

consideraciones especiales para el mantenimiento de la estabilidad del

parmetro .

Loa piques se perforan de arriba hacia abajo, aunque en minas ya existentes a

veces se realiza de abajo hacia arriba.


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PROFUNDIZACION DE PIQUES POR EL SISTEMA TRADICIONAL

Cuando se trata de minas ya establecidas com. piques gemelos de operacin

de profundizacin se facilita ya que se reprofundiza el pique auxiliar y con

una galera se llega a la proyeccin del pique principal y se sube con realce en

seccin estrecha que ensancha bajado .Para proteger el personal se deja un

macizo de 5 a 10 mt en el fondo del pique que se destruye en ultimo momento.

Con un solo pique es mas frecuente trabajo en caldera descendente o en

calderilla, para lo cual se construye un techo de madera bajo el cual se

trabaja, Cuando el terreno es suelto y descompuesto y la venida de agua

importante se emplea mtodos especiales que se encargan a empresas

especializadas.

DIVICION DE PIQUES EN COMPARTIMIENTOS


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Unas ves perforadas y revestidas, se instalan en el pique los diferentes

elementos necesarios para la operacin. En primer lugar se instalan las

traviesas y los guionajes.

El pique se divide en compartimientos y se instala las jaulas y skips

definitivos. Se dotara al pique de escala de escape y de la plataforma de salida.

La tubera de ventilacin estar en su compartimiento as como la tubera de

agua .aire comprimido, de evacuacin del bombeo, de energa, de introduccin

de relleno, y alguna conduccin de respeto.


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ENGANCHES

Se llaman as a las galeras que en los niveles, enlazan al pique con los

transversales y sirven para las maniobras de carga y de descarga .En los

enganches de interior cuando se utilizan vagonetas, se realiza la recepcin de

los vagones cargados, desenganchado de los mismos, carga y descarga de las

jaulas, reunin de vagones vacos y formacin de trenes, tanto vacos como

con material y para circulacin de material. En el de superficie hay que cargar

y descargar las jaulas. Pero los vagones circulan sueltos en direccin a los

basculadores o al almacn y vuelven vacos o con material.

En cualquier caso se utiliza la gravedad para ayudar al movimiento de los

vagones y adems cables, cadenas rastreras , empujadores ,o bien .frenos y

topes.

Los enganches para skips tienen ventajas sobre de los vagones .La capacidad

de extraccin es mayor, el costo de la instalacin es menor, menos perdidas de

tiempo, automtico mas fcil y menos personal de operacin. Sin embargo,

desmenuzan ms el mineral, las excavaciones son mayores para alojar tolvas,

producen ms polvo y vertidos a la caldera del pique durante la carga de los

skips.


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CALCULO Y DISEO

El calculo y diseo de los principales miembros estructurales (divisores y

guas de skips, jaula y contrapeso) se ha efectuado por el mtodo de esfuerzos

permisibles (diseo elstico).

El diseo estructural se puede definir como un arreglo de elementos

estructurales aplicado a casos especficos y que deriva de la experimentacin

terica y practica ira dar una solucin real y econmica y segura a una

estructura, incluyendo todos los detalles que permiten su fabricacin.

Secuencia del anlisis estructural

a.-Dimensionamiento preliminar

B.-Consideraciones de diseo

C.-Determinacin de cargas actuantes

D.-Clculo de momentos factores


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E.-Seleccin de perfil adecuado

F.-Verificacin de esfuerzos

G.-diseo final.

DIMENCIONAMIENTO PRELIMINAR

Para establecer la distribucin de las estructuras as como los puntos de

aplicacin de las diferentes cargas hemos efectuado, como primer paso, el

dimencionamiento preliminar

CONSIDERACIONES DE DISEO

Para el calculo y diseo de estas estructuras hemos utilizado las propiedad

fsico-mecnicas ( punto de influencia, resistencia ultima, limites de

proporcionalidad, soldabilidad, tenacidad, densidad,etc.) del acero estructural

ASTM-A36, cuyo limite de fluencia es Fy=36 psi.

Para los miembros en traccin hemos considerado el esfuerzo unitario

permisible (Ft) igual a: Fb=0.66 Fy.

Para los miembros en traccin hemos considerado el esfuerzo unitario

permisible a: Fb=0.66 Fy.


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Para otras informaciones complementarias tenemos la serie de cdigos,

especificaciones y normas dadas por el instituto Americano para

construcciones de acero.

DETERMINACION DE CARGAS ACTUANTES

1.- Cargas en los miembros divisores

-Cargas debidas al peso soportado

*Cargas de friccin vertical equivalentes al 3% del total de la suspendida en

el

En el cable.

*Cargas horizontales equivalentes al 10% del total de la carga suspendida.

2.-Cargas en los guiadores

-Cargas de friccin vertical igual al 3% de la carga suspendida.

-cargas horizontales igual al 10% de la carga suspendida.


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CALCULO DE LOS MOMENTOS FLECTORES

Una ves determinadas las cargas actuantes y su distribucin, se calcula los

momentos flectores verticales y horizontales, mediante a la aplicacin de

conceptos bsicos de equilibrio de fuerzas y resistencia de materiales.

SELECCIN DE PERFIL ADECUADO

Con el momento flector mximo (Mmax) obtenido y con el mximo esfuerzo

permisible (Fb) calculamos el modulo resistente (s) con la relacin

Fb=MMAX./S.

Utilizando las tablas del AISC, seleccionaremos el perfil adecuado par cada

caso.

Vertificacion de esfuerzos


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Con el nuevo modulo resistente (S) y con el momento flector mximo

determinamos el esfuerzo mximo (Fb) que podr soportar la estructura

escogida y siempre se debe cumplir,

Fv)= Fb = 0.66 Fy

Con lo cual queda versificado el esfuerzo.

Diseo final

Todos los clculos matemticos anteriores son para establecer un punto de

partida. Existen otras consideraciones que deben hacerse para determinar el

diseo final como:

- Forma geomtrica de la estructura.

- Corrosin.

- Probabilidad de impactos por cada de objetos.

- Ventilacin.


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- Aproximaciones e incgnitas en los mtodos de anlisis.

- Calidad de la mano de obra.

- Presencia de esfuerzos residuales.

- Ubicacin y tiempo de uso de la estructura, etc.

Finalmente, es oportuno indicar que actualmente existen una serie de

programas computarizados para el calculo estructural que simplifican

enormemente este trabajo.

La fabricacin es realizada totalmente en los talleres de superficie con

subensambles prefabricados para una tolerancia mxima de 3 mm.

Los anillos se fabrican en los partes, unidos entre si por pernos de 3/4"

AST- A325 de perfiles laminados estndar tipo o C15.4.

Los elementos divisores de los compartimientos son vigas de ala ancha

6W15.5.

Los tirantes verticales y horizontales son varillas corrugadas de 3/4 de

dimetro, tipo ASTMA615, grado 60.

Los guiadores de los skips son de tubos estructural cuadro de 5 x 5 x 5/16.


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Los guiadores de la jaula son de madera pino oregon de 5 x 8 de

seccin.

Los guiadores del contra peso de la jaula son de tubo estructural cuadrado de

2x2x1 /4.

Las plataformas de descanso son de parrilla estndar de 3/4"x4x8.tipo PM-

193.

Todas estas estructuras excepto los guiadores, son arenadas y pintadas con tres

capas de pintura epoxica.


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Instalacin

Instalacin de las estructuras prefabricadas es relativamente simple, rpida y

segura hemos establecido un tiempo promedio de 5 horas con 4 trabajadores

por cada set que nos permite un avance de 3.5 m.

La instalacin se realiza con la ayuda de un winche auxiliar de 50hp de un

tambor .Se nivela, se alinea, se bloquea en 5 partes en la periferia del

anillo , se perfora a la roca a travs de los agujeros del anillo y finalmente

se introduce a cada hueco taladrado una varilla de fierro.

Corrugado de 3/4" de dimetro por 1,20 de longitud conjuntamente con 2

cartuchos de resina para que actu como perno cementado.


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Ventajas

- Son fcilmente remplazadles.

- Son recuperables, econmicas y seguras.

- Mnimo mantenimiento.

- Vida til prolongada.

Desventajas

- El prefabricado requiere de un buen control de calidad.

- Se debe evitar el agua y la humedad para mayor duracin.

- Inspeccin contina.

. EMBARQUES

Ya se ha comentado que el pique Aurelio del Valle tiene 3 embarques,

uno a nivel 976 m.s.n.m., otro a nivel 737 y otro a nivel 553. En cuanto

al pique Emilio del Valle, tiene 4 embarques, uno a nivel 978, otro a nivel


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868, otro a nivel 741 y el ltimo a nivel 615. En el futuro est previsto

reprofundizar dicho pozo y hacer otros 2 embarques a cotas 490 y 365.

Durante la profundizacin de los piques se efectu cada uno de los

embarques, desde los cuales se accede a cada una de las diferentes

plantas. Para ello, una vez alcanzada la cota en la cual estaban

emplazadas las mismas, se procedi a excavar en sentido horizontal el

anchurn que daba acceso a ellos. El sistema de sostenimiento

empleado fue el del NATM (Nuevo Mtodo Austriaco), empleando para el

sostenimiento bulones y hormign proyectado.

Los embarques fueron excavados en una longitud aproximada de 35 m

de distancia respecto al eje del pique, de modo que una vez se

finalizaron las labores de ejecucin de los piques se pudieran reanudar

las labores de avance en cada uno de los niveles sin interrumpir en

demasa ni deteriorar el funcionamiento del pique.

En algn caso muy particular, como es por ejemplo el embarque del

nivel 976 del pique Aurelio del Valle, en el cual se sita la estacin de

descarga del skip, la sistemtica de trabajo para garantizar el xito de la

labor fue muy laboriosa. Antes de llegar a este nivel se prepar en el

pique un anchurn, denominado "pata de elefante", desde el cual se

perforaron unos taladros de 12 m de longitud y de 90 mm de dimetro

descendentes con direccin a la zona que iba a ser ms adelante

excavada para ejecutar la cmara de descarga del skip. En estos

taladros se colocaron barras de acero de 32 mm de dimetro AEH 500


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de sistema Gewi unidas por manguitos y tuercas y protegidas en toda su

longitud con cinta Denso-Flex, anclados en toda su longitud con

cemento y en la parte superior con un amarre especficamente diseado

para la tarea que deban cumplir con el tiempo.

Una vez alcanzada la excavacin del pique la zona donde se encontraba

el techo de la cmara de descarga del skip, se comenz a ensanchar el

pique para dar cabida a la misma. Durante la excavacin aparecieron los

extremos inferiores de las barras Gewi, que haban sido perforadas

desde la pata de elefante. En ellos se colocaron una vigas que unan los

anclajes de dos en dos. Se les dio tensin y se continu excavando el

anchurn de la cmara de descarga del skip. De este modo el techo de

la cmara qued "arriostrado" con la base de la "pata de elefante". Para

la excavacin e emplearon martillos de columna y palas "Cavo".

RENDIMIENTOS

Es difcil indicar un rendimiento significativo de estas labores, ya que las

variaciones de terrenos han sido tan frecuentes que no se ha podido

alcanzar un buen ritmo de trabajo. De todos modos vamos a mostrar


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aqu algunos de los rendimientos alcanzados en algunos tramos

relativamente significativos, en el pique Aurelio del Valle entre las cotas

971,2 y 760 (es decir, justo terminado el embarque del nivel 976 y antes

de comenzar el embarque del nivel 737). En este tramo se atraviesan 2

fallas importantes y con bastante carbn sucio en ambas, como ya se

indic antes.

PERFORACION

Nbarrenos

mperforado

s

hperforada

s

rendimiento

5.186 18.780 m 309,25 h 60,7 m/h

VOLADURA

Kg

explosivo

carga

especfica

horas

carga

horas

perfor.

Horas

totales

rendimie

nto10.392 kg 1,243 kg/m3 227,0 309,25 h 536,25 h 0,394

m/h

DESESCOMBRO

Horas cub

as

m3 rendimie

nto765,75

h

4.61

1

17.291

m3

22,581

m3/h

SOSTENIMIENTO PROVISIONAL

N bulones

0,9 m 1,8 m

Tiemp

o

Rdt

o

Malla

m2

Gunit

a


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2,4 m h bul/

h

m3

483 3.910

1.267

318,5 17,7

7

6.422

m2

87,5

m3


Preparaci

n

H

Hormigo

nado

h

Tota

l

h

Volum

en

m3

Rendimie

nto

m3/h260,25 184,75 445,

0

2.372,

25

5,33


Preparaci

n

H

Hormigo

nado

h

Tota

l

h

Volum

en

m3

Rendimie

nto

m3/h

260,25 184,75 445,

0

2.372,

25

5,33

CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LOS PIQUES

En la tabla de la Figura 6 se pueden ver las caractersticas ms notables

de ambos piques verticales desde el punto de vista de equipamiento.


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INSTRUMENTACIN

Para controlar que el sostenimiento del pique funcione correctamente y

que las presiones sobre el mismo no superen aqullas que han sido

previamente calculadas, es necesario el empleo de instrumentacin

especfica de control.

De este modo, se consigue verificar la validez de los diseos iniciales,

comprobando que el sistema de sostenimiento colocado funciona

correctamente.

Para ello se controla la evolucin de las deformaciones y cargas con el

tiempo, y ,en caso de que existan notorias diferencias entre el

comportamiento previsto y el real, deben de efectuarse las correcciones

necesarias para evitar males mayores.

Entre ella cabe citar extensmetros, clulas de convergencia, clulas de

carga y clulas con captadores de cuerda vibrante.

Los extensmetros empleados fueron de varilla, instalados a 1, 2, 3 y 7

m de profundidad y con lectura remota, ya que era imposible volver a

los puntos donde se colocaron a medir con la frecuencia necesaria. Se

suelen situar cerca del frente, tras la segunda pega disparada,

midindose despus de cada avance, y al menos una vez por semana

una vez desaparecido el efecto del frente. Gracias a ellos se puede

determinar el radio de plastificacin y, por tanto, determinar si la

longitud y densidad de bulo naje empleado es o no la adecuada.


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Las clulas de convergencia fueron tambin de lectura remota,

colocadas en las paredes del pique. Generalmente es un sistema sencillo

y muy eficaz para detectar comportamientos anmalos del terreno en

tneles y galeras, sin embargo en el pique la lectura e interpretacin de

las mismas no fue muy significativa por su complejidad.

Las clulas de carga se colocaron en determinados bulones para medir

el nivel de carga que alcanzaban y comprobar que el mismo no

superaba los valores lmite de rotura.


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Las clulas con captadores de cuerda vibrante y las clulas de presin total permiten

determinar el nivel de carga alcanzado dentro del concreto de los anillos.

CONTROL DE CALIDAD

Bsicamente se controlaron los siguientes aspectos:

1 - Control de los concretos proyectados, bombeados y encofrados:

2 - Control de calidad de ridos.

3 - Control de calidad de agua.

4 - Control de dosificaciones.

5 - Verificacin de la consistencia y manejabilidad.

6 - Control de segregaciones en la puesta en obra del concreto.

7 - Inspeccin visual en la fabricacin y en la puesta en obra.

8 - Ensayos a compresin simple, con rotura de probetas, a los 2, 7, 28 y 90 das

en el caso del concreto proyectado, y a 7, 28 y 90 das en el concreto bombeadoy encofrado.

9 - Extraccin ocasional de testigos in situ.

10- Control del bulo naje:

11 - Calidad de materiales.

12 - Control de longitud y dimetro del barreno y del perno.

13 - Control del volumen de resina o de mortero empleados.

14 - Control de la densidad de bulo naje.

15 - Control de la orientacin de los barrenos.

16 - Ensayos de traccin en laboratorio


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17 - Ensayo de traccin en perno colocado.

18 - Inspeccin visual en la puesta en obra.

19- Control de la seccin de avance.

20- Control topogrfico.

CONTROL DE TIEMPOS DE EJECUCION MEDIANTE EL PROGRAMA EL

PROYECT


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EL DIAGRAMA DE ISHIKAWA VNOS PERMITE MEDIR LACALIDAD

(EN EL PROCESO DE DISEO DE UN PQUE)

METODO

AC C E S O R IO S D


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EL DIAGRAMA DE PARETO PARA CONTROLAR EL

TIEMPO

A =PERFORACION (frec. = 70)B = VOLADURA (frec. = 10)C = ACARREO (frec. = 10)D = VENTILACION (frec. = 15)E = SOSTENIMIENTO (frec. = 15)F = SERVICIOS (frec. = 20)G = DESAGUE (frec. = 50)I = INOPERATIVAS (frec. = 10)

1. Construimos la tabla de frecuencias, con las columnas que necesitamos:CAUSAS,FRECUENCIA, PORCENTAJE y PORCENTAJE ACUMULADO


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2.-Calculamos el POCENTAJE ACUMULADO

3.- LA OBTENCION DEL CUADRO FINAL QUE ES DIAGRAMA DE

PARETO

DIAGRAMA DE PERFORACION DE UN PIQUE


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P E R F O R IS T A S E D IR IG Q A S U L

V E R I F I C A

S UP E R F O R A D O R A

N O


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BLIOGRAFA

"Die Entwicklung einer neue Zehe von Steinkohle Bergbau in Nordern Spanien" ("El

desarrollo de una nueva mina en el norte de Espaa"), Ing. Enrique Castells Marzo de1.997

La realidad de la profundizacin de pozos verticales. Antonio del Valle

Alonso y Jos Luis Fernndez Egubar. IX Congreso Internacional de

Minera y Metalurgia de Len, Espaa, del 24 al 28 de Mayo de 1.994.

Un ejemplo de minera competitiva en la C.E.E.: La nueva mina de

Hullera Vasco Leonesa. Antonio del Valle Menndez, revista Rocas y

Minerales de Septiembre de 1.992.

Auffahren von Fllrtern mit Anker-Spritzvbeton-Ausbau. Wolfram

Harryers.

Informe sobre la profundizacin de los pozos verticales de la Nueva

Mina. Informe - memoria interno del Departamento de Grandes Obras de

Hullera Vasco Leonesa.

Requisitos de sostenimiento para los embarques del Pozo Santa Luca.

De G. Daws.

Aplicacin del Nuevo Mtodo Austraco en la ejecucin de galeras del

"Proyecto Nueva Mina" de la S.A.Hullera Vasco Leonesa. Enrique

Castells, revista Rocas y Minerales de Mayo de 1.998.

Introduccin del N.M.A. en el diseo de las labores de infraestructura del

proyecto Nueva Mina. Enrique Castells. IX Congreso Internacional de

Minera y Metalurgia de Len, Espaa, del 24 al 28 de Mayo de 1.994.


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