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Minería de salas y pilares

La minería de cámaras y pilares o de pilares y puestos es una variante de la minería de pecho . Es un sistema de minería en el que el material extraído se extrae a lo largo de un plano horizontal, creando conjuntos horizontales de cámaras y pilares. Para ello, se excavan "cámaras" de mineral mientras se dejan "pilares" de material intacto para sostener el techo ( sobrecarga ). Calcular el tamaño, la forma y la posición de los pilares es un procedimiento complicado y un área de investigación activa. [1] La técnica se utiliza generalmente para depósitos relativamente planos, como los que siguen un estrato particular . La minería de cámaras y pilares puede ser ventajosa porque reduce el riesgo de hundimiento de la superficie en comparación con otras técnicas de minería subterránea. [2] También es ventajosa porque se puede mecanizar y es relativamente simple. Sin embargo, debido a que es posible que haya que dejar atrás porciones significativas de mineral, la recuperación y las ganancias pueden ser bajas. [1] La minería de cámaras y pilares fue uno de los primeros métodos utilizados, [3] aunque con mucha más mano de obra.

El sistema de cámaras y pilares se utiliza en la minería de carbón , yeso , [4] hierro , [5] piedra caliza , [6] y minerales de uranio [7] , particularmente cuando se encuentran como depósitos de manto o de manta, piedra y agregados , talco , carbonato de sodio y potasa . [8] Se ha utilizado en todo el mundo desde la República Checa [2] hasta China [9] y los EE. UU. [4]

Proceso

Etapa 1: exploración y desarrollo

La planificación del desarrollo de minas de pilares y de cámara funciona de forma muy similar a otros métodos de minería [10] y comienza con la determinación de la propiedad de la mina. A continuación, se debe analizar la geología de la mina, ya que esto determinará factores como la vida útil de la mina, los requisitos de producción y el costo de desarrollo y mantenimiento. [10]

A continuación, se debe determinar el diseño de la mina, ya que se deben considerar factores como la ventilación, la energía eléctrica y el transporte del mineral [4] [10] en el análisis de costos. Debido a la naturaleza no homogénea de los depósitos minerales que normalmente se extraen por cámaras y pilares, el diseño de la mina debe trazarse con mucho cuidado. [10] Es deseable mantener el tamaño y la forma de las cámaras y los pilares consistentes, pero algunas minas se desviaron de esta fórmula debido a la falta de planificación y las características del depósito. [4] El diseño de la mina incluye el tamaño de las cámaras y los pilares en las minas, pero también incluye factores como el número y el tipo de entradas, la altura del techo, la ventilación y la secuencia de corte. [10]

Disposición de la mina

Disposición general de la mina de salas y pilares

Las minas de pilares y de cámara se explotan siguiendo una cuadrícula, salvo cuando las características geológicas, como las fallas, exigen que se modifique el patrón regular. El tamaño de los pilares se determina mediante cálculo. La capacidad de carga del material que se encuentra por encima y por debajo del material que se está extrayendo y la capacidad del material extraído determinan el tamaño del pilar. [10]

La distribución aleatoria de la mina dificulta la planificación de la ventilación y, si los pilares son demasiado pequeños, existe el riesgo de que fallen. En las minas de carbón, las fallas de los pilares se conocen como aplastamientos porque el techo se aplasta y los pilares se aplastan. Una vez que falla un pilar, el peso de los pilares adyacentes aumenta y el resultado es una reacción en cadena de fallas de pilares. Una vez que comienzan, estas reacciones en cadena pueden ser extremadamente difíciles de detener, incluso si se propagan lentamente. [11] Para evitar que esto suceda, la mina se divide en áreas o paneles. [10] Los pilares, conocidos como pilares de barrera, separan los paneles. Los pilares de barrera son significativamente más grandes que los pilares de "panel" y tienen un tamaño que les permite soportar una parte significativa del panel y evitar el colapso progresivo de la mina en caso de falla de los pilares de panel. [10]

Etapa 2: minería

Tradicionalmente, el proceso de extracción minera consta de tres pasos. En primer lugar, se realiza una "socavación" del yacimiento, en la que se corta una ranura lo más profunda posible a lo largo del fondo de una sección de mineral. Esta socavación permite formar una pila de roca manejable en etapas posteriores. El segundo paso es la perforación y voladura de la sección. Esto crea una pila de mineral que se carga y se saca de la mina, el paso final del proceso de extracción. [10] Las minas de pilares y de cámara más modernas utilizan un método más "continuo", que utiliza maquinaria para moler la roca y moverla simultáneamente a la superficie. [12]

Se pueden utilizar otros procesos, como el relleno , en el que los relaves descartados se descargan en áreas agotadas [9] , pero no son obligatorios. La minería de recuperación (abajo) es un ejemplo de un proceso como este.

Minería en retirada

La extracción por retroceso es a menudo la etapa final de la extracción por pilares y cámaras. Una vez que se ha agotado un depósito mediante este método, se retiran o "arrancan" los pilares que quedaron atrás inicialmente, retirándose hacia la entrada de la mina. Una vez que se retiran los pilares, se deja que el techo (o la parte trasera) se derrumbe detrás del área de extracción. La extracción de los pilares debe realizarse en un orden muy preciso para reducir los riesgos para los trabajadores, debido a las altas tensiones que se ejercen sobre los pilares restantes debido a las tensiones de los estribos del terreno derrumbado.

La minería de retroceso es una forma particularmente peligrosa de minería. Según la Administración de Seguridad y Salud Minera (MSHA), la minería de recuperación de pilares ha sido históricamente responsable del 25% de las muertes en la minería de carbón estadounidense causadas por fallas en los techos o las paredes, a pesar de que representa solo el 10% de la industria minera del carbón. [13] La minería de retroceso no se puede utilizar en áreas donde el hundimiento no es aceptable, lo que reduce la rentabilidad. [13]

A veces no se utiliza la minería de retirada y el espacio subterráneo se reutiliza como almacenamiento con clima controlado o espacio de oficina. [14] [15]

Etapa 3: mantenimiento y remediación

Muchas minas de pilares y de cámara han estado abandonadas durante 100 años. [5] Esto aumenta drásticamente el riesgo de hundimiento a menos que se realice un mantenimiento adecuado, [5] sin embargo, el mantenimiento no se realiza con frecuencia. [7]

Historia

Una mina de carbón de Maryland de 1850

La minería de cámaras y pilares es uno de los métodos de minería más antiguos. Las primeras minas de cámaras y pilares se desarrollaron más o menos al azar, con tamaños de pilares determinados empíricamente y rumbos dirigidos en la dirección que fuera conveniente. [16]

La minería de pilares y cámaras se utilizaba en toda Europa desde el siglo XIII [17] y en los Estados Unidos desde finales del siglo XVIII. Todavía se utiliza en todo Estados Unidos [12] , pero se ha ralentizado o se ha detenido por completo en algunas partes de Europa [17] .

La minería de carbón en los Estados Unidos casi siempre ha funcionado con un diseño de salas y pilares, aunque originalmente funcionaba con mucha más mano de obra. [10]

La minería de yeso mediante cámaras y pilares se utilizó en Iowa a partir de 1892 y se dejó de utilizar en 1927 debido a la baja recuperación y al desarrollo de tecnologías que hicieron que la minería de superficie fuera más práctica, segura y rentable. [4] Más recientemente, la mina de yeso de Estados Unidos Sperry, cerca de Mediapolis, Iowa , se inauguró en 1961. Esta mina de cámaras y pilares, a 620 pies (190 m) por debajo de la superficie, tiene pilares cuadrados de 37 pies (11 m) de lado que separan las cámaras del mismo ancho en un lecho de yeso de aproximadamente 10 pies (3,0 m) de espesor. [18]

Muchas minas de sal utilizan disposiciones de salas y pilares. La mina de sal Sifto en Goderich, Ontario , la más grande del mundo, se inauguró en 1959. Explota un lecho de sal de 30 metros (98 pies) de espesor a 533 metros (1749 pies) por debajo de la superficie, principalmente bajo el lago Huron . [19] La mina de sal Cargill a 1700 pies (520 m) por debajo de la superficie, principalmente bajo el lago Erie en Cleveland, Ohio, es similar. [20]

Uso moderno

Las minas modernas de pilares y de cámara pueden ser pocas y distantes entre sí. Esto se debe a muchos factores, incluidos los peligros para los mineros asociados con el hundimiento, el uso creciente de otros métodos con mayor mecanización y el costo decreciente de la minería a cielo abierto. [ cita requerida ]

Ventajas

La minería de cámaras y pilares no depende particularmente de la profundidad del yacimiento. A profundidades particularmente profundas, la minería de cámaras y pilares puede ser más rentable en comparación con la minería a cielo abierto debido al hecho de que se necesita eliminar significativamente menos material de recubrimiento . [9] Esto significa que hoy en día, la minería de cámaras y pilares se utiliza principalmente para depósitos profundos pequeños pero de alta calidad. [ cita requerida ]

Desventajas

Debido a que en algunos casos la tasa de recuperación es tan baja como el 40%, [4] la minería de pilares y cámaras no puede competir en términos de rentabilidad con muchos tipos de minería modernos y más mecanizados, como la minería de tajo largo o de superficie . [ cita requerida ]

Las minas abandonadas tienen tendencia a derrumbarse. En áreas remotas, los derrumbes pueden ser peligrosos para la vida silvestre, [21] pero el hundimiento de minas abandonadas puede ser peligroso para la infraestructura que se encuentra arriba y cerca. [5] [17] Una cantidad significativa de carbón queda sobre los pilares como soporte del techo.

Véase también

Referencias

Nota

  1. ^ ab Kim, Jong-Gwan; Ali, Mahrous AM; Yang, Hyung-Sik (27 de octubre de 2018). "Diseño robusto de la disposición de pilares para el método de minería de pilares y cámaras seguras". Ingeniería geotécnica y geológica . 37 (3): 1931–1942. doi :10.1007/s10706-018-0734-1. ISSN  1573-1529.
  2. ^ ab Hudeček, V.; Šancer, J.; Zubíček, V.; Golasowski, J. (enero de 2017). "Experiencia en la adopción del método de minería de cámaras y pilares en la empresa OKD, as, República Checa". Revista de Ciencias Mineras . 53 (1): 99–108. doi :10.1134/s1062739117011908. hdl : 10084/124488 . ISSN  1062-7391.
  3. ^ Croyle, Floyd D.; Kohler, Jeffrey L.; Bise, Christopher J. (noviembre de 1987). "Demanda máxima y factores de demanda en la minería subterránea de carbón". IEEE Transactions on Industry Applications . IA-23 (6): 1105–1111. doi :10.1109/tia.1987.4505039. ISSN  0093-9994.
  4. ^ abcdef Marshall, Lawrence G. (1959). Métodos y costos de minería, depósitos de yeso de Iowa . Oficina de Minas. OCLC  680481821.
  5. ^ abcd Grgic, Dragan; Homand, Francoise; Hoxha, Dashnor (octubre de 2003). "Un modelo reológico a corto y largo plazo para comprender los derrumbes de minas de hierro en Lorena, Francia". Computers and Geotechnics . 30 (7): 557–570. doi :10.1016/S0266-352X(03)00074-0.
  6. ^ Diseño de pilares y vanos de cubierta en minas de piedra, CDC
  7. ^ ab Paul, Michael, et al. "Inundaciones en minas y gestión del agua en minas de uranio subterráneas dos décadas después del desmantelamiento". Actas de la Conferencia IMWA . 2013.
  8. ^ Hamrin, Hans (1986). Guía de métodos y aplicaciones de minería subterránea . Estocolmo, Suecia: Atlas Copco.
  9. ^ abc Zhou, Nan; Li, Meng; Zhang, Jixiong; Gao, Rui (29 de noviembre de 2016). "Método de relleno de calzadas para prevenir los geopeligros inducidos por la minería de pilares y cámaras: un estudio de caso en la mina de carbón de Changxing, China". Ciencias de los sistemas terrestres y peligros naturales . 16 (12): 2473–2484. doi : 10.5194/nhess-16-2473-2016 . ISSN  1684-9981.
  10. ^ abcdefghij Bise, Christopher J. Minería de carbón estadounidense moderna: métodos y aplicaciones . ISBN 9780873353953.OCLC 900441678  .
  11. ^ SO Andros, Minería de carbón en Illinois, Investigaciones sobre minería de carbón en Illinois, Boletín 13, Vol II, No 1, Universidad de Illinois, septiembre de 1915.
  12. ^ de Sunrise Coal LLC. "Minería de cámaras y pilares: la minería de carbón moderna en su máxima expresión". Sunrise Coal .
  13. ^ ab Singh, Rajendra; Mandal, PK; Singh, AK; Kumar, Rakesh; Sinha, Amalendu (mayo de 2011). "Extracción de pilares de carbón en zonas de cobertura profunda: con especial referencia a los yacimientos de carbón de la India". Revista internacional de geología del carbón . 86 (2–3): 276–288. doi :10.1016/j.coal.2011.03.003. ISSN  0166-5162.
  14. ^ "Springfield Underground" . Consultado el 23 de mayo de 2019 .
  15. ^ "Louisville Underground" . Consultado el 23 de mayo de 2019 .
  16. ^ CM Young, Porcentaje de extracción de carbón bituminoso con especial referencia a las condiciones de Illinois, Boletín de la Estación Experimental de Ingeniería No. 100, Universidad de Illinois, página 130.
  17. ^ abc "Subsidencia debida a la minería abandonada en el yacimiento de carbón del sur de Gales, Reino Unido: causas, mecanismos y evaluación del riesgo ambiental". Revista internacional de mecánica de rocas y ciencias mineras y resúmenes de geomecánica . 29 (3): A202. Mayo de 1992. doi :10.1016/0148-9062(92)94157-m. ISSN  0148-9062.
  18. ^ Danny Davis, La verdad sobre el USG, publicado en tres partes en Mediapolis News, del 28 de enero al 11 de febrero de 2010, archivado en la web como un solo documento.
  19. ^ Amy Pataki, Richard Lautens, Sal en la fuente: un día en una mina del lago Huron, The Toronto Star, viernes 15 de agosto de 2014.
  20. ^ Laura Johnson, La mina de sal de Cargill: otro mundo bajo el lago Erie, Rock the Lake, 1 de diciembre de 2017; la disposición de las habitaciones y los pilares es más evidente en el mapa de la mina que se muestra en la Imagen 3 de 17.
  21. ^ Sun, He; Zhang, Qin; Zhao, Chaoying; Yang, Chengsheng; Sun, Qifa; Chen, Weiran (2017). "Monitoreo del hundimiento de tierras en la parte sur de la llanura inferior de Liaohe, China, con una técnica PS-InSAR de múltiples pistas". Teledetección del medio ambiente . 188 : 73–84. doi : 10.1016/j.rse.2016.10.037 . ISSN  0034-4257.