CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

1.1. Realidad Problemática

En el Perú, hay pocas empresas mineras que se dedican a la explotación del

mineral carbón, en el departamento La Libertad encontramos en la formación

Chimú, yacimientos de carbón bituminoso y antracítico, que son explotados por

titulares de manera artesanal, para ser comercializado posteriormente a

empresas formalizadas; éstas últimas también se ubican dentro de la escala

de pequeña minería y minería artesanal que se dedican a la explotación del

Carbón bituminoso y antracítico.

Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L.; es una de estas empresas dedicadas

a la explotación de carbón antracítico, siendo titular de la Concesión Minera

Magia Blanca ubicada cerca de la ex hacienda Chuquizongo, distrito de Usquil,

provincia de Otuzco, departamento La Libertad; en ésta concesión se han

identificado 3 mantos de carbón los cuales tienen potencias variables, la roca

encajonante en los mantos son cuarcitas y areniscas de la formación Chimú.

En la actualidad, se está explotando el primer manto, aplicando el método de

“Cámaras y Pilares” en el tajo B ubicado en el sector A de la zona I en la mina

Magia Blanca; el sistema de explotación es artesanal, se utiliza para el

arranque picota; en el arrastre y carguío, palanas; en el acarreo ,carretillas; y

en el sostenimiento, se usan cuadros cónicos de madera con encribación, en la

galería principal de extracción; y cuadros cónicos de madera con marchavantes

y encostillado, en chimeneas de ventilación, botadero-camino, subniveles , y

también en el tajeo.

Las cámaras son de 3 m. y los pilares de 2.8 m x 2.8 m, 2.8 m x 4.25 m y

4.25m x 4.25 m en el método de explotación por “Cámaras y Pilares”

1

realizándose de arriba hacia abajo; se recepciona el mineral en los subniveles,

su acarreo se realiza con carretillas hacia los botaderos. Siendo el factor de

recuperación 50 a 55%.

Mina Magia Blanca tiene una producción de 50 TM/ guardia, siendo una

guardia de 9.5 horas, deseando incrementar su producción a 75 TM/ guardia;

pero no se alcanzó el propósito dado con el método de cámaras y pilares.

La empresa solo cuenta con un estudio geológico del yacimiento; por tal motivo

se realizó el levantamiento topográfico y un estudio geomecánico (Ver anexo

Nº 04) determinándose el RMR = 43 (Roca Tipo III) para la caja techo del

primer manto, y RMR =39 (Roca Tipo IV) para carbón antracítico del primer

manto. Con las condiciones geológicas, geométricas del yacimiento, y

geomecánicas se determinó la aplicación del método de explotación “Shortwall

Mining” (Minado Tajo Corto) en el tajo B, ubicado en el sector B de la zona I en

el primer manto de carbón antracitico en la Mina Magia Blanca, de una manera

sistematizada y segura; para el cual se identifican los parámetros de

explotación, tanto en desarrollo, preparación y minado; y la determinación de la

productividad.

1.2. Antecedentes

En la mina Chimú I de la Empresa Black Hill Company SAC, ubicado en el

anexo Baños Chimú, distrito de Cascas, provincia de Gran Chimú,

departamento La Libertad, que explota las concesiones César II (1000 Ha) y

Mangaché (200 Ha), se emplea el método de explotación “Shortwall”

combinado con cámaras y pilares, de abajo hacia arriba en avance. El

yacimiento consiste en un manto de carbón de rumbo N 20º a 35º W con 36 º a

45º NE de buzamiento. Su roca encajonante cuarcita y arenisca de la

formación Chimú. De acuerdo a su estudio geomecánico del yacimiento, tienen

para los pilares de Carbón RMR =39, siento Tipo IV; y para la caja techo

(cuarcita) RMR =69, Tipo II. La producción es de 100 TM/día. (1)

2

En la compañía Minera Valery Camp Coal (Estados Unidos), se aplica el

método de “Shortwall Mining”, este yacimiento tiene un buzamiento de 0º a 10º

NE. Su roca encajonante inmediata esta dado por esquistos, pizarra y limonita

y encima por caliza firme, la mina tiene una profundidad de 300 a 600 pies

(91.44 m a 182.88 m) de sobre carga, la dimensiones de los paneles son de

110 pies de ancho x 2200 pies de largo (33.52 m de ancho x 670 m de largo).

Producción promedio es de 300 TM/guardia. (2)

En la Compañía Minera Delta ubicada en EEUU, sé aplica el método de

“Shortwall Mining”, este yacimiento tiene un techo inmediato débil laminado,

tiene buzamiento de 0º a 15 º NW. Tiene una roca encajonante con esquistos,

una profundidad de sobrecarga aproximadamente de 200 pies a 300 pies

(60.96 m a 91.44 m), dimensiones de panel 200 pies de ancho por 1000 pies

de largo (60.96 m de ancho por 304.80 m de largo). Su producción es de 1000

TM/guardia (2).

1.3. Marco Teórico o Conceptual

Para la determinación de la aplicación de un método de explotación hay que

considerar varios factores, siendo algunos de estos factores: La geología local

y regional, la geometría del yacimiento, la distribución de las leyes del

depósito, las propiedades geomecánicas del mineral y estéril adyacente, ritmo

de producción, ley de corte, necesidades del personal, impacto ambiental, y

otras consideraciones. Los factores que tienen mayor peso en la primera etapa

de selección son la geología local y regional, la geometría, la distribución de

leyes, las propiedades geomecánicas del mineral y estéril adyacente. Mediante

el análisis de esos factores se obtendrá una primera clasificación y ordenación

de los métodos de explotación para su aplicación mas adecuada desde una

perspectiva netamente técnica (3).

1.3.1. Clasificación Geomecánica RMR

Fue desarrollada en Sudáfrica por Bieniawski en 1973, a partir de cuarenta y

cinco túneles, y posteriormente revisada por el mismo autor en 1976 y 1979.

3

Constituyen un sistema de clasificación de macizos rocosos que permiten a su

vez relacionar índices de calidad con parámetros de diseño y sostenimiento.

Esta clasificación tiene en cuenta los siguientes parámetros geomecánicos:

Resistencia unixial de la matriz rocosa, grado de fracturación en términos RQD,

espaciados de las discontinuidades, condiciones de las discontinuidades,

condiciones hidrogeológicas, orientación de las discontinuidades respecto a la

excavación.

La incidencia de estos parámetros en el comportamiento de la excavación se

expresa por medio de un índice de calidad denominado Rock Mass Rating-

RMR, que varía de 0 a 100. Para aplicar la clasificación geomecánica RMR, se

divide el macizo rocoso a lo largo del eje del túnel, en un número de tramos

que presenten características geológicas más o menos uniformes, de acuerdo

con medidas hechas en campo (4).

Lubcher y Taylor (1976) y (1984) presentaron una modificación a la

clasificación geomecánica de Bieniawski. Esta modificación considera las

diferencias que pueden existir entre el diseño del esfuerzo en minería y el

usado en ingeniería civil. Lubcher y Taylor propone la siguiente modificación

en: Intemperismo, tensiones insitu, tensiones inducidas, efectos de la voladura

(5).

Para determinar la sobrecarga del macizo rocoso, se tendrá que hacer uso de

la relación siguiente:

, donde

h = altura de la carga de roca, metros

RMR = índice de la Masa Rocosa, obtenido de la Clasificación geomecánica

B = ancho del techo de la excavación, en metros (6)

Se puede determinar parámetros geotécnicos y mecánicos estimados a partir

del RMR (Rock Mass Rating), mediante las relaciones siguientes:

4

, (RMR<50)

, (RMR >50); donde

Ángulo de fricción, en grados

= Cohesión, en Kilopascales (Kpa)

E = módulo de deformación insitu, en Gigapascales (Gpa) (7).

1.3.2. Teoría matemática sobre techo inmediato

Se ha demostrado matemáticamente las magnitudes de las presiones a las que

es inducida la caja techo cuando el sistema de soporte no está repartido en

magnitudes iguales; que es el caso del sostenimiento con madera; esto es

cuando cada soporte no ofrece igual resistencia a la subsidencia del techo. Hay

un método que se puede utilizar para determinar las presiones inducidas en el

techo, es el método de Terzaghi que se diseñó para los cálculos de la presión

en los túneles de poca profundidad, adoptándose luego para labores con

longitudes de corte largas. Las siguientes fórmulas aplicadas a nuestras

condiciones determinan la presión sobre el sistema de sostenimiento en

toneladas por metro cuadrado necesario para determinar el espaciamiento

entre los elementos de sostenimiento:

, , donde

Ot = Presión evaluada sobre el techo (

Densidad de la roca ( )

Alto o potencia de la labor (m)

B = Mitad de la anchura de la frente sujeta a carga (m)

=Mitad de la anchura real del frente (m)

= Angulo de fricción interna (radianes o sexagesimales) (8)

1.3.3. Columnas de madera sujetas a flexión

Hay varias situaciones en las cuales los miembros estructurales están sujetos a

los efectos combinados de carga axial y flexión. Los esfuerzos generados por

estas dos acciones son del tipo directo (tensión y compresión) y pueden

5

combinarse para dar lugar a una consideración de esfuerzos netos. Sin

embargo, las acciones básicas en una columna y un miembro sometido a

flexión son, esencia, de carácter diferente y, por lo tanto, se acostumbra

considerar esta actividad combinada, por lo que se llama interacción.

La forma clásica de la relación de interacción se expresa con la fórmula:

, donde;

Capacidad de carga axial máxima de la columna (sin flexión)

Capacidad de flexión máxima del miembro (sin compresión)

Limite de Carga a compresión en la columna, para resistir la flexión en

combinación.

Limite de Carga a Flexión en la columna, para resistir la compresión en

combinación.

Esta ecuación es transformada a la forma expresada por:

, donde:

Esfuerzo calculado debido a la carga verdadera.

Esfuerzo admisible por la acción de columna.

Esfuerzo calculado debido a la flexión.

Esfuerzo flexionante admisible. (9)

1.3.4. Método de Explotación Shortwall Mining (minado tajo corto)

El método de explotación “Shortwall Mining” es un método que se aplica en

minería metálica como no metálica (Carbón) tanto en Norte América, Europa y

América Latina, de acuerdo a las condiciones del yacimiento, se caracteriza por

la forma de distribución y dimensionamiento de las labores de preparación,

desarrollo y minado, tipo de sostenimiento mecanizado (Gatas Hidráulicas) o

no mecanizado y tipo de maquinaria para el arranque y carguío, etc. Las

condiciones o factores generales que determinan las operaciones de minado

por el método Shortwall Mining, son:

6

- Estructura Uniforme, principalmente la caja techo puede ser roca Tipo II, Tipo

III o Tipo IV.

- Presencia de agua moderada.

- Buzamiento de la estructura entre 0º a 45º

- Intercalaciones de rocas contaminantes debajo de 0.80 m, se presentan

pizarras intermedias o diferentes arcillas.

- Potencia uniforme del manto entre 1.5 m a 4 m

- Mano de obra requerida, capacitación del personal adecuado para la

implementación del método de explotación.

- Alta reservas de mineral, etc.

Figura 1.1. Método Shortwall Mining

K.P. Katten, ingeniero de minas en la Compañía Minera Betch-Elkhom Coal

basado en la experiencia de su compañía, se dió cuenta que las dimensiones

óptimas de un panel del shortwall esta entre 2500 pies a 4000 pies ( 762 m a

1219 m.) de longitud y de 150 pies a 250 pies (4 5.72 m a 76.2 m ) de ancho.

También notó que al minar por el shortwall se tendrá una dirección y sola

operación; se requiere mayores espesores en los estratos (potencias

mayores).Las razones más convenientes contenidas en el análisis preparado

7

en la reunión anual AIME de 1986, para considerar el porque la aplicación del

método “Shortwall”, son:

- Los trabajadores en el frente están bajo protección continua de soportes del

techo energizado (Gatas hidráulicas o Cuadros de madera o pilares de

madera).

- El peligro de instalaciones de pernos en el techo es obviado por el uso de

soporte energizado (gatas hidráulicas)

- Se reduce el minado discontinuo, minimizando accidentes de la maquinaria.

- La recuperación por “Shortwall” es cerca de 85%.

- Control de polvo es optimizado.

- El control de metano es elevado.

- La utilización o rendimiento de la maquinaria de corte y acarreo es

aumentada.

- El costo de la ventilación de la línea de explotación y el costo de la

instalación y avance durante el sostenimiento convencional con pilares es

eliminado en la fase de shortwall.

- Shortwall como un método para recuperar pilares de carbón de mayor

tamaño desarrollando un minado continuo encontrara ciertamente mayor

uso de este método (2).

1.3.4.1. Shortwall Mining combinado con cámaras y pilares en mina

Chimu de Black Hill Company SAC

En la mina Chimu de la Empresa Black Hill Company SAC, siendo una mina

que explota Carbón Antracítico, utiliza el método Shortwall combinado con

cámaras y pilares, teniendo los siguientes parámetros de explotación:

- Caja techo de roca tipo III a Tipo II

- Potencia del Manto 4 m

- Buzamiento del manto varía entre 35º a 40º

- Presencia de agua moderada.

Las labores de preparación, y minado son:

A.-Preparación

8

Se dispone de una galería de extracción principal. Tiene una o dos chimeneas

que limiten un bloque o panel de 100 m de ancho. La altura del bloque podría

ser limitante pero se estima en 80 metros.

Subnivel

Cuando este listo el bloque, la preparación comienza con la construcción de un

subnivel a 5 m del techo de la galería inferior. Este subnivel une las dos

chimeneas con una sección de 1.5 m x 2 m, asegurando con puntales en línea

de 7 pulg. a 8 pulg. de diámetro y con una patilla al piso de 0.30m. Deberá

contar con una plantilla de madera de 2 pulg. x 8 pulg. x 0.30m, que asegure

mayor área de soporte. Para construir este subnivel será necesario que el corte

a las cajas quede bloqueado con “Chapas “de madera o en el mejor de los

casos con tablas de 2 pulg. x 8pulg x 2.50m debidamente empaquetadas, que

aseguren una vida mínima igual al tiempo de explotación del panel.

Buzones

Construido el subnivel, se procede a construir las pequeñas chimeneas

inclinadas que conecten la galería principal al subnivel. Estas pequeñas

chimeneas tendrán una sección de 1.50m x 5.0m. El número de chimeneas

será proporcional al ancho del bloque. Dependiendo si se quiere explotar un

solo lado del bloque o ambos lados extremos a la vez, se iniciará el primer

corte que posibilite la construcción de las ventanas al bloque.

Ventanas

Para un adecuado suministro de insumo (madera, clavos, aire, mangueras de

aire, etc.) y personal al bloque o panel de explotación se construyen ventanas

a partir de las chimeneas, dejando pilares con un ancho de 4 a 5 m. Se inicia

con el corte a 5 m. de la chimenea y en el subnivel, con dirección paralele a la

chimenea. La producción de carbón de esta preparación ya puede ser

evacuada por los buzones previamente construidos. Después de 10 metros se

acomete la primera ventana que comunique entre la chimenea y este primer

corte. Así sucesivamente se recorre el primer corte, teniendo cuidado de no

perder el paralelismo muy vital en estos casos para tener expedito la

9

explotación. Como se repite, podrían optarse por construir estas ventanas a

ambos lados del bloque o panel o aun solo extremo, dependerá de

disponibilidad de recursos. El límite de este primer corte será hasta dejar un

puente de 5 metros para asegurar la galería superior.

B.-Minado

Una vez que se tenga las ventanas del bloque, se inicia los cortes paralelos y

en línea. Para efectuar estos cortes en rebanadas se deberá instalar 6

maquinas picadoras neumáticas. Estas deberán contar con independencia de

válvulas que haga su avance horizontal más versátil.

Corte por rebanadas

Consiste en picar, extraer y sostener áreas rectangulares pero limitadas por un

eje final paralelo a la Chimenea. Si un corte en rebanadas no se hace paralelo

a la chimenea, entonces va incrementando los riesgos por caída de carbón de

los picadores superiores a los inferiores.

Un corte tendrá una longitud de 15 m. por un ancho de 1.50 m y la potencia de

la estructura que se estima 2.0 m

C.-Sostenimiento

El avance de cada corte es entonces 1.50m, abertura suficiente para colocar

puntales de eucalipto en línea cuyas dimensiones son de 6 pulg. a 8 pulg. de

diámetro por 2.20 m de alto, con patilla de 0.20 m. También contara con

plantillas de tabla de 2 pulg. x 8 pulg. x 0.30m; colocadas en la caja techo, para

consolidar la estabilidad del puntal, resistir mayor área. Los puntales serán

colocados con una distancia de 1.20 m x 1.20 m.

Para el picado normal y seguro es necesario colocar tablas de compuerta que

permitan que el carbón roto no caiga inmediatamente a los subniveles; esta

tablas ayudaran que caiga el carbón directamente al buzón.

Para mejorar el sostenimiento será necesario a veces colocar pernos de

sostenimiento, cribing, bloque Word, etc. Este reforzamiento estará en función

de calidad de la caja techo principalmente.

D.-Extracción

10

La extracción del carbón roto es trasladado por la caja piso pasando por los

buzones hasta los carros mineros. Los chutes dispondrán de pequeñas

compuertas que posibiliten el almacenamiento temporal del material roto.

La capa de roca contaminante será evacuada a lugares de acopio de material

estéril como antiguos tajeos de la parte inferior. Solo en casos muy extremos

será evacuado al exterior (1).

Figura 1.2. Método de explotación “Shortwall Mining” con cámaras y pilares

1.3.5. Rentabilidad en Minería

El término de rentabilidad esta ligado al concepto de resultado cualquiera sea

el ángulo que se le mire, se refiere a la consecuencia final de un proceso

industrial en el cual intervienen los ingenieros en la ejecución directa de acción

o como responsable de las decisiones que la determinan y esto conduce

también, al estudio de las causas que originan la variación o estancamiento de

este resultado, sean estas directas, como la implementación de nuevos

equipos y métodos de trabajo o indirectas, como la política minera del país en

lo que afecte, en este caso la actividad minera. La medición de la rentabilidad

se hace, calculando los ingresos netos que generaran la operación, sobre los

egresos de la operación; los ingresos netos son márgenes de utilidad. Como

egresos serán considerados las inversiones y pagos realizados para la

producción, ambos flujos de ingresos y egresos, indican rentabilidad. De modo

11

que la rentabilidad es una relación entre los ingresos netos obtenida y los

recursos utilizados para obtenerlas. Con un incremento de rentabilidad se

obtiene: disminución de costos de operación, productos altamente

competitivos, mejora en el nivel de vida. (10)

1.3.5.1. Economía y rentabilidad de la productividad

En toda empresa el objetivo que se persigue es el de obtener resultados

favorables, es así como la productividad esta íntimamente relacionado con la

rentabilidad.

A.-Productividad Técnica

Se mide por lo general como cantidad usada o producida en la unidad de

tiempo y puede ser incrementada adoptando incentivos, mecanizando

operaciones. Los índices usados son: gls/hr, tal/hr, tareas/hr, horas netas /

guardia, etc.

B.-Productividad Económica de Producción

Esta referida a costos unitarios de los resultados. Un aumento de la

productividad no supone necesariamente una disminución en los costos de

operación, incrementando la producción para no bajar la calidad de

explotación, los índices usados son: , , , , etc.

C.-Productividad Económica del Mercado

Cuando un producto entra al mercado, puede o no haber demanda y su venta

estará condicionada a este factor o lo que se conoce con la ley de la oferta y

demanda, los índices usados se refiere generalmente a los precios como:

, , , etc. (10).

1.4. Justificación

El presente trabajo se justifica desde el punto de vista: técnico-económico,

porque nuestro medio tiene un gran potencial carbonífero que está siendo

explotado sin la técnica especializada, generando más costos de inversión;

estructural, porque las condiciones geológicos, propiedades geomecánicos, y

características geométricos del yacimiento permiten la aplicación del método

“Shortwall Mining” como una alternativa para la explotación del carbón;

12

científico, porque contribuye con la bibliografía escasa, en nuestro medio sobre

el método “Shortwall” para futuras generaciones.

1.5. Enunciado del Problema

¿De qué manera la aplicación del método Shortwall Mining contribuye en la

productividad con la explotación en el tajo B, ubicado en el sector B de la zona

I , en el primer manto de carbón antracitico en la mina Magia Blanca de la

Empresa Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L?

1.6. Hipótesis

La aplicación del método Shortwall Mining, de una manera ordenada y

sistematizada, contribuye en el incremento de la productividad con la

explotación en el tajo B, ubicado en el sector B de la zona I, en el primer manto

de carbón antracítico en la mina Magia Blanca de la Empresa Consorcio Minero

Alto Chicama E.I.R.L.

1.7. Objetivos

1.7.1. Objetivo General

Explotar yacimientos de carbón antracítico de una manera ordenada y

sistemática, con una planificación adecuada para optimizar el sistema de

producción, utilidades, productividad y disminución de riesgos de accidentes.

1.7.2. Objetivos Específicos

- Identificar los parámetros adecuados del método de explotación Shortwall

Mining para la mejora en el sistema de minado e incrementar la

productividad en la mina Magia Blanca.

- Aportar con bibliografía, por ser escasa sobre el método Shortwall Mining

en minería.

- Optimizar el sostenimiento, para evitar accidentes y pérdidas en el

proceso.

- Incrementar la producción.

- Disminución de costos de operación.

13

CAPITULO II

MATERIALES Y MÉTODO

2.1. Materiales

El Universo consiste en los mantos de carbón antracítico que se encuentran en

la mina Magia Blanca de la Empresa Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L.

2.1.1. Muestra

La muestra estudiada fue en el tajo B, ubicado en el sector B de la zona I del

primer manto de carbón antracitico de la mina Magia Blanca de la empresa

Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L., en donde se aplicó el método de

explotación Shortwall Mining.

2.1.2. Características

Esta referida al primer manto de carbón antracitico, de la mina Magia Blanca de

Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L.,en donde se aplicó el método de

explotación Shortwall Mining.

2.1.2.1. Ubicación

La concesión minera Magia Blanca alberga un yacimiento de carbón antracítico

y se encuentra ubicado en el departamento de La Libertad, provincia de

Otuzco, distrito de Usquil, cerca de la exhacienda Chuquizongo en el anexo

Chuzgón. Abarcando gran parte del cerro Huanangarape al Este de la ciudad

de Trujillo. El área comprendida dentro de la concesión es de 183.24 has. La

altitud varía desde los 2200 m.s.n.m. y 2600 m.s.n.m.

2.1.2.2. Acceso

El acceso a la concesión Magia Blanca se efectúa a través de la carretera

Trujillo-Otuzco, luego siguiendo la vía Otuzco - Usquil – Coina - Chuquizongo y

de Chuquizongo hasta el anexo Chuzgón a 3 Km., continuando hasta pampa

hermosa.

14

Figura 2.1. Plano de Ubicación y Acceso a Mina Magia Blanca

2.1.2.3. Geología Local

Esta unidad esta formada por rocas sedimentarias cuyas edades pertenecen al

jurásico superior hasta el cretáceo medio. Se caracteriza por su fuerte

pendiente y por estar intensamente disectada por numerosos valles.

15

Otro rasgo geomorfológico son los valles. Estos valles son estrechos en su

sección transversal lo cual da lugar a que sus flancos presenten pendientes

entre 30% y 45% o mayores. Estos valles poseen cursos sinuosos por donde

discurren riachuelos de caudal permanente.

Pertenecen de acuerdo al ciclo geomórfico de valles jóvenes. Además son

valles subsecuentes por que están alineados con la pendiente regional y

algunas veces coinciden sus alineamientos con las formaciones de litología

mas erosionable.

A. Estratigrafía

En el área afloran rocas sedimentarias que corresponden a formaciones cuya

deposición ocurrió desde el Jurasico Superior hasta el cuaternario reciente.

La secuencia sedimentaria reconocida comprende las formaciones Chicama

del Jurásico; formación Chimú, Santa y Carhuaz del cretáceo. Siendo la

formación Chimú la única que encierra mantos de carbón económicamente

importantes.

Los depósitos cuaternarios están representados por acumulaciones aluviales

en los valles.

A.1. Formación Chicama

Esta formación es de edad titaniana. El alto grado de plasticidad de esta

secuencia lutácea ha dado lugar a estructuras complejas. En cuanto a sus

relaciones estratigráficas, en el área se puede reconocer que su contacto

superior con la formación chimú suprayacente es gradacional en tanto que su

contacto inferior no se expone.

A.2. Formación Chimú

La formación chimu presenta cambios laterales de facies muy acentuadas lo

cual da lugar a notorias variaciones de espesor de un lugar a otro.

Los miembros inferior y superior están constituidos por paquetes gruesos de

cuarcitas y areniscas con intercalaciones de lechos de lutitas pizarrosas y

mantos de carbón, cuyo número, espesor y calidad varía de un lugar a otro.

El miembro medio consiste de una secuencia intercalada de lutitas, limolitas y

areniscas, mientras que el grosor de los estratos va desde laminar a grueso y

16

el color es el gris, aunque algunos estratos de lutitas son de color negro

carbonosos.

A.3. Formación Santa

Constituida por lutitas marinas en cuyo tope existe un miembro de caliza negra,

se compone de lutitas grises bien estratificadas en capas delgadas, con

intercalaciones de algunos bancos de areniscas, limolitas, margas y caliza.

Su contacto con la formación chimú es gradacional la transición consiste en el

adelgazamiento de los clásticos y el cambio de color de las cuarcitas que de

blancas lechosas se vuelven pardas a marrones.

B. Geología Estructural

La zona ha sido afectada por la orogenia andina de fines del cretáceo y

comienzos del Terciario además por los fenómenos derivados del

emplazamiento del batolito andino.

El tectonismo y las intrusiones han producido un diastrofismo intenso por lo que

los sedimentos se encuentran plegados y fallados.

Los plegamientos se componen de anticlinales y sinclinales bien conformados y

algunos repliegues secundarios.

Las fallas tienen dos orientaciones, unas paralelas a la dirección de los

pliegues y el otro transversal a los mismos.

Hay fallas de tipo inverso y de alto ángulo, y fallas transversales de tipo normal.

17

Figura 2.2.Geología Local

Área de Estudio

LEYENDA

Rumbo y Buzamiento de Capas

Falla Normal: U = Bloque Levantado

D= Bloque Hundido

Cuadro de Coordenadas

Vértice Norte Este

1 9144990.42 784098.207

2 9145432.44 784553.783

3 9145027.94 785445.137

4 9144251.35 786208.604

5 9143555.01 785490.896

18

C. Geología Económica

La formación Chimú y demás formaciones cretáceas han sido afectadas por un

intenso tectonismo y el emplazamiento de intrusiones del Batolito Andino, lo

cual ha dado lugar localmente a un alto grado de fracturamiento de la

secuencia cretácea.

Por otra parte la acción de las intrusiones ha originado una desvolatización de

los carbones convirtiéndolos en antracita.

Se presenta cenizas en algunos afloramientos, esta cenizas es un polvo suave

de color blanquecina, siendo parte contaminante del carbón antracita, el cual

son parte de su contenido; los mantos de carbón presentan normalmente

escasa lenticularidad, además trituración a consecuencia del tectonismo y las

intrusiones que han afectado a la zona en algunas partes los mantos han sido

muy triturados encontrándose carbón en polvo llamado cisco pero

principalmente el carbón se presenta muy compacto.

C.1.-Reservas

Las reservas probadas se calcularon de acuerdo al desarrollo de mediciones

de afloramientos y labores mineras. Las reservas probables se calcularon a

partir de mediciones de campo y de proyecciones de otros datos situadas a

distancia razonables. Los afloramientos no constituyen una exposición continua

del manto a lo largo del yacimiento.

Hay tres mantos hasta el momento identificados, siendo posible que se

encierren otros mantos en profundidad a menor altitud.

-Reserva Probadas Manto 1: 175188 TM

-Reserva Probable Manto 1: 606840 TM

2.1.2.4. Características Geométricas:

Los estratos de cuarcita y arenisca que conforman una estructura de tipo

anticlinal, en el primer manto están orientados con dirección de rumbo que

varía N 40º W a N 60º W y con buzamiento entre 30º a 45º NE.

El manto tiene un rumbo N 40º W y buzamiento de 40º NE, de acuerdo a los

afloramientos y mediciones tomadas en galería subterráneas o líneas, este

manto tiene potencia de 2.50 m.

Tiene una longitud de traza 2000 m.

19

La secuencia en cajas de arenisca y cuarcita tienen las siguientes

características de techo a piso. (11)

Tabla 2.1. Características de Techo a Piso en Manto 1

Pizarra 0.30 m

Pizarra carbonosa con

intercalaciones de capas de

carbón 0.50m

Carbón Compacto 2.00m

Cisco 0.50m

Pizarra 0.20m

Total 3.50m

20

Figura 2.3. Vista lateral del yacimiento Magia Blanca

21

2.1.2.5. Propiedades Geomecánicas

De acuerdo al estudio geomecánico realizado en la caja techo y carbón

antracítico del primer manto, utilizando la clasificación geomecánica de

Bieniawsky 1979, se obtuvo para caja techo RMR=43, siendo su ajustado a

36.67; y del carbón antracítico RMR=39, siendo su ajustado a 31.46.

Tabla 2.2. Propiedades Físico-mecánicas del Primer Manto

Propiedades

GeomecánicasSímbolo

Carbón

Antracitico

Caja techo

(Cuarcita/arenisca

)

Peso Especifico Insitu 1.45 TM/m³ 2.00 TM/m³

Peso Especifico Suelto 1.30 TM/m³ 1.85TM/m³

Resistencia a la

Compresión Simple Rc 1.95 Mpa 91.49 Mpa

Índice de Masa Rocosa RMR 39 43

Angulo Fricción Interna 24.5º 26.5º

Fuerza de cohesión c 195 Kpa 215 Kpa

Modulo de Deformación E 5.3 Gpa 6.68 Gpa

2.2. Materiales y Equipos

Los principales materiales y equipos que fueron necesarios para el desarrollo

de la tesis fueron:

- Brújula de mano

- Calculadora Casio FX-115 MS

- Computadora Pentium IV.

- Escáner HP

- Eclímetro

- Teodolito

- Flexómetro.

- Plomadas

- Libreta de apuntes

- GPS

22

- Cordel

- Útiles de escritorio

- 4 Pruebas de Ensayo Compresión Simple y peso específico

- Bibliografía.

2.3. Método

2.3.1. Diseño de experiencias

Diagrama de flujo

RECONOCIMIENTO DEL YACIMIENTO

Propiedades Geométricas

Condiciones Geológicas

Condiciones Geomecánicas

Método Shortwall Mining

CostosProducción Rendimiento

Resultados

Conclusiones

23

2.3.2. Procedimiento

El procedimiento para determinar la aplicación del método de explotación

“Shortwall Mining” (minado de tajo corto) en la mina Magia Blanca de Consorcio

Minero Alto Chicama E.I.R.L. se detalla a continuación:

- Se hizo el reconocimiento del yacimiento de la mina Magia Blanca de

Consorcio Minero Alto Chicama E.I.R.L., identificándose las condiciones

geológicas, geométricas de la roca encajonante y el mineral carbón

antracítico del primer manto. ( Pág.15-20)

- Se realizó un estudio geomecánico de la caja techo y carbón antracítico del

primer manto, determinando sus propiedades geomecánicas. (Ver Anexo Nº

04).

- Se recopiló información bibliográfica, revistas, Internet, etc. acerca de la

aplicación del método de explotación Shortwall Mining. (Minado de tajo

corto).

- De acuerdo a las condiciones geológicas, geométricas y propiedades

geomecánicas yacimiento en la caja techo y carbón antracítico del primer

manto, se determinó la aplicación del método “Shortwall Mining” (minado de

tajo corto).

- Se identificaron los parámetros del método (tipo de sostenimiento,

dimensionamiento de labores, tipo de equipos y herramientas, mano de

obra, etc.), y las operaciones unitarias como: arranque y limpieza, carguío y

acarreo; carguio y transporte a bocamina.

- Se determinó los costos directos de operación con el método “Shortwall

Mining” en el tajo B ubicado en el sector B de la zona I en el primer manto

de carbón antracítico en la Mina Magia Blanca; determinado así la

productividad y rendimiento de las operaciones unitarias de la explotación.

- Se realizó una comparación entre el método “Shortwall Mining” con el

método de explotación cámaras y pilares, aplicado este último método en el

tajo B ubicado en el sector A de la zona I, en el primer manto de carbón

antracitico de la Mina Magia Blanca; respecto a la productividad en el

minado, rendimiento de las operaciones unitarias, y recuperación del

mineral en el minado.

24

2.3.3. Método Shortwall Mining (Minado tajo corto)

De acuerdo a estudio geológico y condiciones geométricas del yacimiento de la

mina Magia Blanca de Consorcio minero Alto Chicama EIRL, y con los datos

de las propiedades geomecánicas del yacimiento, se ha determinado los

parámetros para la explotación en el sector B de la zona I en el primer manto,

por el método “Shortwall Mining” (minado tajo corto).

2.3.3.1. Parámetros del Planeamiento

- Caja Techo RMR = 43 (Corregido 36.67)

- Carbón Antracitico = 39 (Corregido 31.46)

- Potencia = 2.5 m

- Peso especifico Insitu Caja techo = 2.00

- Peso especifico Suelto Caja techo = 1.85

- Peso Especifico Verdadero de Sobrecarga =1.98

- Peso Especifico Aparente = 1.89

- Porcentaje contenido Humedad Caja techo = 5%

- Proporción de vacíos caja techo =9.9%

- Peso especifico Insitu Carbón Antracítico =1.40

- Peso Especifico Suelto Carbón Antracítico =1.30

- Angulo Fricción Interna Caja Techo =26.5º (23.4º)

- Angulo Fricción Interna Carbón Antracítico =24.5º (20.73º)

- Fuerza de cohesión Caja techo =215 Kpa

- Fuerza de cohesión Carbón Antracítico =195 Kpa

- Modulo de Deformación Caja techo =6.68 Gpa

- Módulo de Deformación Carbón Antracítico =5.30 Gpa

- Rumbo = N 45º a 50 W

- Buzamiento = 35º a 40º NE

- Profundidad Promedio Sobrecarga = 150m

Los parámetros de diseño se obtuvieron del levantamiento topográfico, de las

propiedades químicas y propiedades geomecánicas del yacimiento.

25

2.3.3.2. Labores de Desarrollo y Preparación

2.3.3.2.1. Desarrollo

A) Socavón Principal

Se construyo un socavón para llegar al primer manto, las dimensiones serán

de 2.40 m. x 2.10m (Altura y ancho respectivamente); de acuerdo al estudio

geomecánico encontramos zonas donde la roca es de clase tipo II con RMR

=63-65 (47.34-55.58) y zonas de clase de roca tipo III con RMR =48-60 (42.34 -

52.16). Se utilizó cuadro de madera cónico cuando la roca es de clase III, y

cuadro cojo de madera o cuadro cónico sin encribado ni encostillado, cuando la

roca es de clase II.

a) Para roca tipo II

En el sostenimiento se utilizó cuadros sin encribacion y sin encostillado, con

postes de 7.5 pulg. x 8 pulg. y sombrero 7.5 pulg. x 8 pulg., la distancia entre

cuadro varía entre 12 pies a 16 pies.

b) Para roca Tipo III

En el sostenimiento se utilizó cuadros cónicos de madera con encribado, con

postes de 6.5 pulg. x 7pulg, sombrero de 6.5 pulg. x 7 pulg., y además con

costillas de 5 pulg. x 5.5 pulg. separados cada 0.4 pies; la distancia entre

cuadro y cuadro será de 5pies.

B) Galería Principal:

Se realizó la construcción de la galería principal, con dimensiones de 7pies x 8

pies, el sostenimiento se realiza con cuadro cónico de madera, con encribado y

encostillado; la construcción de esta galería se hace en carbón. De acuerdo al

estudio geomecánico encontramos que la caja techo tiene un RMR=43

(ajustado 36.67) y el carbón antracítico tiene un RMR =39 (ajustado 31.46)

paralela al rumbo del manto y un RMR = 44 (ajustado 36.46); vamos a utilizar

RMR =39 (ajustado 31.46).

En el sostenimiento se usaron cuadros cónico de madera, con encribado y

encostillado, utilizando postes de 6.5 pulg. x 7 pulg., sombrero de 6.5 pulg. x 7

pulg. y costillas de 5 pulg. x 5.5 pulg. , separadas cada 0.650 pies; la distancia

entre cuadro y cuadro es 4 pies.

26

2.3.3.2.2. Preparación

A) Chimenea Ventilación – Buzón

Se construyó tres o más chimeneas en carbón antracítico, unas de ventilación y

las otras servirán como buzón – camino.

Cada 90 m se construyó chimeneas, conforme avance la galería principal; con

dimensiones de 2.5 m. x 2.4 m, con una longitud de 65 m, las que unen la

galería superior con la inferior. Estas chimeneas tendrán dos compartimientos,

una para el personal, servicios e insumos, el otro compartimiento para el

deslizamiento del carbón roto. Para la división del compartimiento se usan

tablas de 2 pulg. x 8 pulg. x 54 pulg.

En el sostenimiento se usaron cuadro cónica de madera, con marchavantes y

encostillado; se utilizo postes de 7.5 pulg. x 8 pulg. , sombrero de 7 pulg. x 8

pulg. ; y costillas de 5.5 pulg. x 6 pulg. separadas cada 0.5 pies .La separación

entre cuadro de madera será de 4 pies (1.20 m). En la parte media del cuadro

se colocará un puntal de 7.5 pulg. x 8 pulg.

B) Subnivel de extracción:

Una vez delimitado el panel se realizó los subniveles desde las chimeneas de

ventilación o camino, por debajo de la galería superior, a unos 5 metros. A

partir del primer subnivel de extracción, se construyeron subniveles cada 13 m,

los cuales delimitan con los buzones el tajo de explotación. Las dimensiones de

estos subniveles son de 2.10 m x 2.40 m.

En el sostenimiento se usaron cuadros de madera cónica, con separación

entre cuadro y cuadro de 1.20 m.

C) Buzones

Construido el subnivel de extracción, se procede a construir las pequeñas

chimeneas inclinadas que conecten la galería principal al subnivel. Estas

pequeñas chimeneas tendrán una sección de 2.0 m x 2.4 m. El número de

chimeneas será proporcional al ancho del bloque. A partir de los extremos de

cada chimenea se construyeron los primeros buzones cada 13 m. El

sostenimiento se realizó con cuadros cónicos de madera, separados cada

1.20m. Estos buzones tienen 2 compartimientos al igual que las chimeneas.

27

Dependiendo si se quiere explotar un solo lado del bloque o ambos lados

extremos a la vez, se iniciara el primer corte que posibilite la construcción de

las ventanas al bloque.

D) Ventanas

Para un adecuado suministro de insumos (madera, herramientas, etc.) y pase

del personal al bloque o panel de explotación se construyen ventanas a partir

de las chimeneas, dejando pilares con un ancho de 13 m.

A partir del primer subnivel de extracción cada 13 m, se construyó la primera

ventana, paralelo a este subnivel; con dimensiones de 2 m x 2.4 m. La

producción de carbón de esta preparación ya puede ser evacuada por los

buzones previamente construidos. Así sucesivamente se recorre el primer

corte, teniendo cuidado de no perder el paralelismo muy vital en estos casos

para tener expedito la explotación.

Como se repite, podrían optarse por construir estas ventanas a ámbos lados

del bloque o panel, a un solo extremo, dependerá de disponibilidad de

recursos.

Cuando se realizan las ventanas quedaran pilares de 13 m. x 13m., los cuales

están empaquetados, por medio de cuadros cónicos de madera separados

cada 1.2m.

2.3.3.3. Minado

Una vez que se construyó las ventanas del bloque, los buzones y los

subniveles de extracción, se limitó los tajeos con dimensiones de 13 m x 13 m,

considerando una potencia de 2.4 m. Se inició los cortes paralelos al subnivel

de extracción y en línea, en el tajo B ubicado en el sector B de la zona I; en

forma descendente. Estos cortes se realizaron partiendo desde los buzones,

atacando por los dos lados del tajo; cada corte tendrán un frente de 1.5 m x 2.4

m. El sostenimiento se realizó con cuadros recto de madera sin encostillado. El

factor de recuperación es de 77%

28

A. Extracción

La extracción del carbón roto es trasladado por la caja piso pasando por los

buzones hasta los carros mineros. Los chutes dispondrán de pequeñas

compuertas que posibiliten el almacenamiento temporal del material roto.

La capa de roca contaminante será evacuada a lugares de acopio de material

estéril como antiguos tajeos de la parte inferior. Solo en casos muy extremos

será evacuado al exterior.

29

Figura 2.4. Diseño del Método de Explotación “Shortwall Mining” en 3D, tajo B, sector B, zona I en Mina Magia Blanca

30

Figura 2.5. Diseño Explotación Shortwall Mining vista sección transversal y en Planta

31

CAPÍTULO III

RESULTADO

3.1. Resultados

Se obtuvieron los siguientes resultados:

- Producción con el Método Cámaras y Pilares: 50

- Producción con el Método Shortwall Mining: 75

- Horas / guardia: 9.5 hor.

- Potencia de explotación: 2.4 m.

- Precio Carbón en Trujillo: 105 S/. / TM

Tabla 3.1. Cuadro Comparativo de los Rendimiento en Operaciones Unitarias

entre el Método de Cámaras y Pilares y el Shortwall Mining.(Ver Anexo Nº 06)

Rendimiento de

Proceso Operativo

Cámaras

y pilares

Shortwall

Mining Varianza de

Rendimiento% %

Arranque y Limpieza 62.5 64.21 1.71

Carguío y Transporte

a Bocamina 61.16 62.74 1.58

32

Tabla 3.2. Cuadro Comparativo de los Costos Unitarios entre el Método

Cámaras y Pilares y Shortwall Mining, puesto en Almacén de Trujillo. (Ver

anexo Nº 06)

COSTO UNITARIO

DE PROCESOS

OPERATIVOS

Cámaras y

pilares

Shortwall

Mining

Varianza

de Costo

Varianza

de Costo

S/. /TM S/. /TM S/. /TM %

Preparación 15.53 12.16 3.37 21.67

Minado        

Arranque y limpieza 7.86 7.41 0.45 5.72

Carguio y Acarreo 2.03 2.00 0.03 1.45

Sostenimiento 7.45 3.17 4.28 57.39

Carguio y transporte a

Bocamina

6.71 6.16 0.55 8.15

Servicios(Alimentación,

energía electrica,etc)

0.17 0.163 0.01 4.12

Transporte a Trujillo 36.93 36.93 0.00 0.00

Gastos Administrativos 3.42 2.28 1.14 33.33

Total de Costo Unitario 80.10 70.29 9.81 12.25

Índice Productividad (TM/ S/.) 0.012 0.014

Costos de Camara y pilares vs Costo Shortwall mining

0.002.004.006.008.00

10.00

Arr

anqu

e y

limpi

eza

Car

guio

yA

carr

eo

Sos

teni

mie

nto

Car

guio

yTra

nspo

rte

a B

ocam

ina

Operaciones Unitarias

Co

sto

(S

/. /

TM

)

Metodo Camaras yPilares Metodo Shortwallmining

Figura 3.1. Costo de Operaciones Unitarias en Cámaras y Pilares vs.

Shortwall Mining

33

Costo Unitario S/. / TM Metodo Shortwall minig

39%

11%17%

33%

Arranque y limpieza

Carguio y Acarreo

Sostenimiento

Carguio y Transporte aBocamina

Costo Unitario del Metodo Shortwall Mining y Camaras y Pilares

0.00

2000.00

4000.00

6000.00

8000.00

10000.00

12000.00

14000.00

50 75 100 125 150

Tonelaje (TM)

Co

sto

( S

/.) Costo Metodo

Shortwall Mining

Costo MetodoCamaras y Pilares

Tabla 3.3. Porcentaje de Costo unitario directo del Shortwall Mining

Método Shortwall Mining

Costo unitario

directo

Porcentaje

Costo directo

Operación Unitaria S/. / TM %

Arranque y Limpieza 7.41 39.54

Carguio y Acarreo 2.00 10.67

Sostenimiento 3.17 16.93

Carguio y Transporte a

Bocamina 6.16 32.86

Total 18.75  

Figura 3.2. Porcentaje de costos unitarios directos del Método Shortwall Mining

Figura 3.3. Costo Unitario de los Métodos de Explotación

34

CAPITULO IV

DISCUSIÓN

Con la aplicación del método Shortwall Mining en la Mina Magia Blanca; se

obtuvo una producción de 75 TM/ guardia, logrando superar la producción que

tiene la mina Chimú de la Empresa Black Hill Company SAC; aunque esta

producción fue baja en comparación con otras empresas mineras carboníferas,

como la Compañía Minera Delta ubicada en EEUU, con una producción de

1000 TM/ guardia, por que la realidad técnico-económica es diferente. El

porcentaje de recuperación del mineral es del 77%, teniendo un déficit con

respecto al 85% de recuperación teórico.

4.1. Costo Directo de Minado:

En la figura 3.1, observamos la distribución de los costos unitarios por

operaciones unitarias involucradas en la aplicación del método cámaras y

pilares y el método Shortwall Mining, la causa que los costos de sostenimiento

son elevados en el método de cámaras y pilares, en comparación con los

costos de sostenimiento en el método shortwall mining, es por el sostenimiento

adicional que se realiza en el momento del minado, este debe a la falta de un

diseño adecuado del sostenimiento. Con la aplicación del método shortwall, se

observa, hay una reducción de costos directos operativos comparados con el

método cámaras y pilares, siendo sus porcentaje de reducción: 5.72 % en

arranque y limpieza, 1.45% en carguío y acarreo, 57.39% en sostenimiento y

8.15% en transporte a bocamina.

La reducción del transporte se debe a la implementación de una locomotora a

baterías, el cual facilitó el transporte a bocamina, este porcentaje de reducción

de costo puede aumentar si los requerimientos de producción de la empresa

aumentan.

De similar forma el porcentaje de reducción de costo en la operación unitaria

arranque y limpieza (5.72 %), no es muy elevado ya que se sigue utilizando la

misma herramientas de arranque, como son picotas y barretillas, lo cual causa

demoras en la arranque del mineral.

35

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. Conclusiones:

a. La aplicación del método Shortwall Mining, en el tajo B ubicado en el

sector B de la zona I, en la Mina Magia Blanca; incrementó la

productividad, reduciendo los costos operativos y aumentando la

producción; en la medida que tenemos una productividad de 0.014 TM/ S/.

con el método Shortwall Mining y 0.012 TM/ S/. con el método cámaras y

pilares; además la recuperacion del mineral aumento del 55% con el

método cámaras y pilares al 77 % con el método Shortwall Mining.

b. Con la aplicación del método shortwall mining, se ha reducido los costos

de sostenimiento en un 57.39%. (Ver Tabla 3.2)

c. Con el método shortwall mining se logró el incremento de la producción de

50 TM/guardia a 75 TM/ guardia.

d. Hay una disminución de costo de 80.10 S/. /TM, con el método Cámaras

y Pilares, a 70.29 S/. /TM con el método Shortwall Mining.

5.2. Recomendaciones:

a. El método Shortwall Mining deber ser masificado en la zona I de la mina

Magia Blanca, adecuándose según la tipologia y geometría del manto.

b. Hay que rediseñar la operación de arranque y limpieza; carguío y

transporte a bocamina, con el incremento de maquinaria y rendimientos,

ya que los costos unitarios de estas operaciones, en el método de

Shortwall Mining representa el 39% y 33% respectivamente del costo

directo de minado.

c. Se debe realizar siempre un monitoreo geomecánico de las labores

mineras y un seguimiento topográfico en las labores y minado.

d. Seguir algunos lineamientos para la reducción de costo:

- Adoptar tecnologías mejoradas

- Rediseñar los procesos y actividades.

36

- Manejo de personal por competencia y compromiso con los valores

empresariales.

- Planeamiento de mantenimiento preventivo y correctivo.

37

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Black Hill Company “. Vol. 1. Lima -Peru

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Primera Edición. Lima - Perú.

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38