Directrices y consideraciones para diseñadores de explotaciones a rajo abierto

Se reconoce que algunos de los participantes del curso de Deswik “Diseño para explotación metalífera a rajo abierto” pueden ser nuevos en este tema y pueden necesitar algún consejo sobre cómo emprender un diseño de este tipo.

Este artículo fue redactado con ese requisito en mente, y en específico como ayuda sobre el aspecto del diseño de rajo asistido por computador, es decir, directrices de diseño geométrico. No pretende ser exhaustivo en cuanto al diseño general de los rajos y los principios de operación.

Recuerde que el software es una ayuda para el proceso de diseño, no el diseño en sí. El ingeniero que hace el diseño lo controla.

El contenido de este documento técnico tiene como propósito ser una referencia general y se pone a disposición en la medida en que ni el autor ni Deswik ofrecen asesoramiento profesional ni operativo de ingeniería minera.  

El diseño de minas a rajo abierto está, por su naturaleza, impulsado por las circunstancias específicas del sitio, incluidas las directrices y la legislación locales, así como las recomendaciones de los fabricantes de equipos. Si bien la información de este documento técnico se preparó con el cuidado y la atención razonables, ni Deswik ni el autor se responsabilizan por la exactitud y la integridad del material que contiene. Es posible que esté incompleto o no sea aplicable a sus circunstancias, condiciones o resultados deseados, tipos de equipos o reglamentos locales de seguridad para la minería. Los usuarios deben ejercer su propia habilidad y cuidado para utilizar la información y, en la medida en que el usuario no esté calificado, cualquier uso de esta información solo debe hacerse en conjunto con un profesional calificado y experimentado, que pueda tener en cuenta las necesidades y los resultados específicos, y todas las circunstancias y los factores pertinentes. Ni Deswik ni el autor aceptan ninguna responsabilidad derivada del uso, la confianza o la acción que se realice en cualquier información de este documento. Por último, el material de este documento técnico puede incluir puntos de vista o recomendaciones de terceros, que no necesariamente reflejan los puntos de vista del autor o de Deswik.

Su empresa puede tener un manual de diseño de rajos o caminos de acarreo; úsale si está disponible.

Para quienes no tienen un manual de diseño, o solo tienen pautas limitadas, este artículo puede ayudarlos en el proceso de diseño de su primer rajo.

Las referencias (que se pueden descargar fácilmente de la web) se proporcionan al final del artículo para obtener más información.

Es probable que el propósito final del diseño del rajo sea el siguiente:

• determinar las reservas de mineral;
• incorporar datos a una planificación de la vida útil de la mina;
• proporcionar orientación para que los ingenieros de diseño a corto plazo agreguen detalles y planeen la distribución de la excavación del rajo.

Por lo tanto, su diseño debe centrarse en:

• la eficiencia operativa (camiones y excavación, y tal vez perforación);
• minimización de costos/maximización de valor (menos desechos, más minera)l;
• flexibilidad en la programación (es práctico programar y mantener la productividad);
• seguridad (no genere peligros ni riesgos en el diseño).

Tenga en cuenta que el proceso será repetitivo: el diseño puede necesitar repetirse varias veces para llegar a uno final satisfactorio. Es posible que el diseño deba hacerse de abajo hacia arriba, de arriba hacia abajo o una combinación de ambos.

Gestionar muchos factores en conflicto y llegar a buenos diseños es una habilidad. Con la práctica y la experiencia, serás más rápido y elaborará mejores diseños. La familiaridad con el proceso y la operación mejorará su capacidad para diseñar con rapidez.

Sobre el tema de la seguridad: un buen diseño puede mejorar la seguridad de una operación. Un diseño deficiente puede agregar riesgos de seguridad innecesarios. Cuando se desvíe de los principios de diseño estándar apropiados (por ejemplo, una anchura de calzada de 3,5 veces la anchura del camión), prepárese para defender sus criterios de diseño ante un tribunal especializado, en caso de accidentes o incluso una tragedia en la mina.

Documentar los principios y el razonamiento del diseño lo ayudará a usted y a los futuros diseñadores de minas. Además, tome notas durante los pasos de diseño (lo que contribuirá en la documentación final y a registrar los pasos que funcionaron y los que no).

Antes de comenzar un diseño de rajos, deberá conocer los parámetros generales esperados del diseño de rajos por tipo de material o dominio geotécnico, en particular los siguientes:

• Anchura de la berma.
• Anchura de la berma de seguridad e intervalos de ubicación (si se solicita o requiere).
• Ángulo de talud (ángulo de cara del banco).
• Altura del banco
• Límites de ángulo interrampa (IRA).
• Límites generales de ángulo general de la pendiente (OSA).
• Anchura de la rampa
• Gradiente de la rampa
• Anchura y pendiente de la curva cerrada.
• Radio mínimo de las curvas.
• Distancias de parada de camiones (con y sin carga, a las velocidades máximas permitidas o alcanzables).
• Necesidades de planificación de drenaje, incluidos los gradientes de drenaje de bancos y bermas.
• Anchura mínima de explotación: fondo del rajo, extremos de banco, anchura de corte por etapa.
• Anchura de explotación efectivo preferido para el banco.
• Características de seguridad necesarias (por ejemplo, espacio de las rampas de seguridad, etc.).
• Zonas geotécnicas que se deben evitar para la colocación de rampas.

Sepa también los supuestos de optimización de rajos (Whittle/Pseudoflow):

• ¿Cómo se obtuvo el ángulo general de la pendiente (OSA)?
• ¿Incluyó una asignación para la rampa del rajo? En el diseño, ¿qué tan ancha es la rampa, cuántas veces la anchura de la rampa hay en una sección de pared? Puede ocurrir que los supuestos de optimización de rajos ya no coincidan muy bien con los parámetros de diseño (por ejemplo, ajuste de ubicación de la rampa a OSA). Por lo tanto, será difícil seguir un contorno de optimización de este tipo. Además, según la diferencia entre el contorno de optimización del rajo y el diseño final, puede ser necesario repetir la etapa de optimización del rajo utilizando los nuevos parámetros de OSA del diseño recién completado.
• Revise cualquier contorno de optimización de rajo que le hayan entregado para basar tu diseño en los “bordes verticales”. Esto se debe a que el proceso de optimización de rajo se ejecuta en un modelo de bloques que no se ha extendido lo suficiente como para abarcar el contorno que se está creando. (Esto ha sucedido. Si lo nota, devuelva el contorno a la persona encargada de optimizar el rajo con una solicitud educada para “arreglar y volver a ejecutar”).
• Revise las pendientes reales del contorno para la optimización del rajo según el OSA que se utilizó en el proceso de optimización. Es probable que exista una diferencia, llamada “error de pendiente”. Es posible que los valores de la pendiente de optimización ingresados en la optimización de la mina no se puedan lograr con las dimensiones del modelo de bloque, ya que las pendientes están definidas mediante la conexión de centroides y los bloques están “dentro” o “fuera”. Un gran “error de pendiente” puede hacer que sea imposible hacer coincidir el contorno con los parámetros de diseño de la mina, ya que las pendientes del contorno pueden ser erróneas. Si se toma nota de esto, hable con la persona encargada de la optimización de la mina, ya que puede ser necesario volver a ejecutar el proceso de optimización con mayores “niveles de dependencia”, o se puede considerar aceptable continuar con el diseño de la mina.

Estos son algunos aspectos para considerar desde el principio y durante todo el proceso de diseño:

• En general, el diseño comenzará desde abajo hacia arriba.
• A veces, es posible que deba hacer parte del diseño desde arriba hacia abajo, y averiguar cómo unir los dos diseños. Es casi seguro que esto sucederá cuando tenga un punto de salida del rajo preferido para una rampa.
• Observe los diseños anteriores para ver las ideas de los otros diseñadores.
• Piense en dónde debería salir la rampa desde la parte inferior para acceder a áreas más altas, con una mínima remoción de material de desecho.
• ¿Desde dónde deben salir las rampas en la parte superior del rajo?
• ¿Debo tener varias rampas para mejorar la productividad y la seguridad (pero a qué costo adicional de remoción)?
• ¿Puedo rellenar un área con desechos para evitar el transporte a un vertedero en la superficie?
• ¿Puedo usar el relleno para acceder a un área?
• ¿Puedo colocar una rampa en un área o pared que será de larga duración y se usará en varias etapas o rebajes (por ejemplo, el muro de falla de un depósito estratiforme) para los cuales valdrá la pena construir caminos de buena calidad (por ejemplo, buena base y subbase del camino)?
• Algunas rampas pueden ser temporales (por ejemplo, proporcionan acceso a equipos de perforación y camiones de tronadura, o acceso a bombas e infraestructura, no solo para el acarreo).
• Piense en las implicancias de programación si se corta el acceso a un área con un diseño en una etapa posterior (la primera área debe estar totalmente extraída antes cortarla, lo que puede generar problemas de planificación).
• Corte los contornos de optimización del rajo abierto para tenerlos como contorno de guía para cada banco.
• De manera similar, asegúrese de tener un modelo de bloques de mineral (codificado por color para el valor o las leyes) por cada banco.
• Corte las estructuras de alambre geológicos significativos (cortes, fallas, diques) por banco para usarlos en el proceso de diseño.
• Considere diseñar un corte de “despedida” en la parte inferior (una “zanja” de mineral con una retroexcavadora sin rampa de acceso, excavada retrocediendo desde la excavación con camiones que se acercan de espaldas a la retroexcavadora).
• Diseñe el rajo y la rampa para reducir al mínimo los tiempos de viaje de los camiones cargados y los costos de transporte en camiones desde una perspectiva de mantenimiento y operación (y acepte que esto es una concesión para los transportes de regreso de camiones sin carga).

• Determine las convenciones del sitio para los colores y los tipos de línea de las polilíneas de diseño del rajo. Por ejemplo, diferentes colores y tipos para las líneas de cresta, las líneas de pata de rampa, las líneas de medio muro, las líneas reales de levantamiento (topografía) y las líneas de borde de las rampas. Por ejemplo, pueden utilizarse líneas discontinuas para las patas de rampa, líneas continuas para las crestas y líneas punteadas para las líneas de diseño a media altura.

• En los rajos grandes y profundos, se puede requerir una berma de seguridad (berma extra ancha) de manera intermitente (cada 6 bancos) y que sea de una anchura que permita el acceso para la limpieza de los derrames de material.

Reiteramos que este artículo trata sobre el diseño de rajos con ayuda de un computador, y la inclusión de la rampa en ese diseño. No trata sobre los detalles de la construcción, el mantenimiento ni la operación de una rampa, excepto cuando el diseño de la mina con ayuda de un computador afecta esos aspectos. Este artículo tampoco trata de los requisitos para el diseño de los caminos superficiales de alta velocidad. Se puede consultar una serie de referencias al final de este artículo para este tipo de información.

Un buen criterio para un diseño (y mantenimiento) apropiado de los caminos de transporte es que el operador pueda salir del frente de carga y conducir hasta la ubicación del vertedero, acelerando al máximo durante todo el trayecto (excepto cuando se alcanza la velocidad de seguridad impuesta).

Se mencionan los requisitos de diseño para la línea de visión en curvas horizontales y verticales, pero no se consideran en detalle en este artículo. Para obtener más información al respecto, consulte USBM IC 8758 y Thompson (2015). Sin embargo, se debe conocer la distancia de parada de los camiones (cargados cuesta arriba y descargados cuesta abajo) y tenerla en cuenta si las paredes del diseño de la mina obstruyen la vista hacia adelante. Tenga en cuenta que, en la “línea de visión”, también se puede necesitar tener en cuenta la “visión” de los láseres y otros sensores que se utilizan en la conducción autónoma de camiones (esto puede ser un problema a la salida de la rampa de la mina y se requerirá un cambio gradual del gradiente de la rampa a uno plano).

Algunos de los elementos de diseño enumerados a continuación cambiarán si se utilizan camiones automatizados o sistemas de asistencia con carros; estos elementos no están considerados en la siguiente lista de pautas.

Diseño general de minas a rajo abierto a largo plazo frente al diseño operativo

• En el diseño de minas a rajo abierto a largo plazo, en general no nos preocupamos por los detalles operativos, como el peralte de los caminos y la pendiente transversal, pero debemos asegurarnos de que estos problemas puedan abordarse en el diseño a nivel operativo.
• Espesor del pavimento: si bien es normal no tenerlo en cuenta en la mayoría de los ejercicios de diseño de minas a rajo abierto, en condiciones de suelo deficientes (en particular tierra y arcillas tropicales y húmedas), la profundidad del pavimento de los caminos construidos adecuadamente puede ser de hasta 3 m de profundidad. Esto deberá tenerse en cuenta en el diseño geométrico del rajo (el camino deberá cortarse más abajo que el camino construido).

Gradiente de la rampa

• Compruebe si existen leyes o reglamentos que controlen los gradientes permisibles en la jurisdicción local de la mina (estatal/provincial/federal). Por ejemplo, las pautas de auditoría de gestión del tráfico DMIRS de Australia Occidental (DMIRS, 2016), punto 3.5 establecen: “Confirme que los gradientes de los caminos no superen, en la medida de lo posible, el 10 %”.
• Averigüe cuál es el gradiente que prefiere o requiere la operación.
• » Un gradiente del 10 % (1 en 10) es un estándar generalmente aceptado en Australia para los camiones volquetes de carrocería rígida. Sin embargo, en Norteamérica, un gradiente de 8 % (1 de cada 12) es común por razones operativas y de mantenimiento.

El gradiente del 10 % que se utiliza comúnmente puede estar causando costos de mantenimiento significativos no reconocidos. Para muchos

Los camiones de tracción mecánica (por ejemplo, un Cat 793C), una pendiente del 10 %, con una resistencia a la rodadura del 2,5 %, colocarán al camión en una posición de curva de tracción, de manera que con solo anomalías/variaciones menores en la superficie del camino (por ejemplo, un “bache” de 10 cm en una distancia entre ruedas de 5,9 m que produce un cambio de pendiente del 1,9 %), o variaciones en la carga, el camión buscará un cambio de marcha (bajar a primera o subir a segunda). Con un gradiente del 8 %, la velocidad del camión está justo en el medio de la segunda y, por lo tanto, puede manejar mejor las anomalías de la superficie del camino.

En una rampa con un gradiente del 10 % que busca cambiar de marcha, los operadores deberán bloquear el camión en la primera marcha, lo que afectará la velocidad promedio general de viaje.

Este problema de cambio de marchas y el aumento de potencia resultantes son la causa probable de una importante diferencia en el costo de los componentes reconocidos que se muestra en la Figura 2. La vida útil de los componentes de los diferenciales y los componentes de los “grupos de ruedas” (rodamientos,

frenos, eje, etc.) se reducen a la mitad cuando la gradiente de la rampa aumenta del 8 % al 10 % (por lo que los costos se duplican y la disponibilidad se reduce).

• Si se utiliza un camión de tracción eléctrica sin engranajes, este problema del 8 % frente al 10 % desaparece.

• El uso de una rampa del 8 % frente al 10 % probablemente dará lugar a una mayor relación de desmonte (o un OSA diferente para la entrada de optimización de la mina a rajo abierto y, por lo tanto, un contorno de diseño diferente seleccionado); sin embargo, los costos de operación de los camiones de una mina a rajo abierto profundo (y, en consecuencia, los costos de explotación ingresados en la optimización de la mina a rajo abierto) con una rampa del 8 % serán menores (principalmente debido a los menores costos de mantenimiento, ya que la mayor velocidad a lo largo de una rampa del 8 % se ve contrarrestada por la distancia de viaje adicional, lo que genera ciclos similares). Se necesitaría un análisis completo de situaciones de optimización, el diseño, la planificación y los costos de los rajos para determinar cuál es más rentable durante la vida útil de la mina.

• En resumen, si conoce el tipo de camión que se utiliza y la resistencia a la rodadura de una operación, tome nota de las velocidades de cambio de marcha en la curva de tracción de los camiones y evite un gradiente de estado estable, que daría lugar a una velocidad ronde un cambio de marcha. Evite en el diseño este tipo de pendiente para secciones largas de rampa. Por ejemplo, en la siguiente Figura 3, una rampa del 10 % con una resistencia a la rodadura del 2,5 %, se muestra mediante la línea “1” (resistencia total = 10 % + 2,5 % = 12,5 %) que está cerca del punto de cambio de marcha, mientras que el centro de la segunda marcha mostrada por la línea “2” es de alrededor del 11 % en total, por lo que, para un camino con una resistencia a la rodadura del 2,5 %, se sugiere que una pendiente de entre el 8,5 % y el 9 % es una buena opción para una rampa de grado constante para un camión 777D.

Los camiones articulados con tracción en las 6 ruedas pueden manejar gradientes más altas de 12 % (o 1:8).

Las intersecciones de las rampas deben ser planas y las secciones de conducción (de la longitud de un camión) también deben ser planas. Tenga en cuenta que las pautas de auditoría de gestión del tráfico DMIRS de Australia Occidental (DMIRS, 2016), punto 4.4 establecen: “Se deben evitar gradientes superiores al 2-3 %” en las intersecciones.

No diseñe rampas finales del 12 % hacia los bancos en los rajos con camiones rígidos. Algunos diseñadores elaborarán una rampa del 12 % para los últimos bancos de un rajo, pensando que ayudará a aumentar la recuperación de mineral en el fondo del rajo para minimizar la ineficiencia de los camiones. Sin embargo, una rampa del 12 % tendrá dos consecuencias no deseadas:

(a) Carga ligera de camiones debido a que alcanzarían condiciones de estancamiento con alta resistencia a las

secciones de rodadura.

(b) Carga ligera de los camiones debido a una mayor caída de rocas desde la parte trasera si se intenta hacer una carga completa.

Deje la opción del 12 % para que la operación decida cuando llegue al fondo. No lo incorpore en el diseño a largo plazo.

La anchura es una función del camión más grande de la flota de camiones que se utilizará, específicamente la anchura del camión.

Las recomendaciones de diseño (Holman, 2006; DMIRS, 2016, punto 3.2; Kaufman W.W. & Ault J.C. 1977) para la “anchura de circulación” mínima de la carretera son:

• = 3,5 veces la anchura del camión para una recta de 2 direcciones (véase el ejemplo en la Figura 4)
• = 4 veces la anchura del camión para las esquinas de las rampas de doble sentido.
• = 2 – 2,5 veces la anchura del camión en rectas y curvas unidireccionales.

– Nota: El origen de estas recomendaciones es la Circular de Información Minera 8758 de la Oficina de los Estados Unidos (Kaufman W.W. & Ault J.C. 1977), publicada por primera vez en el 1977.

Agregue disposiciones para una berma de seguridad, con al menos la mitad de la altura de los neumáticos (vea el ejemplo en la Figura 4).

Pautas de auditoría NB DMIRS (2016) punto 3.14: “Cualquier hilera debe determinarse mediante un análisis de riesgos, pero

deben tener al menos la mitad (un 50-66 %) de la altura de las ruedas del vehículo más grande que opera en ese camino.

Agregue disposiciones para el drenaje: la asignación de anchura será una función de la lluvia que se deberá manejar. Los drenajes suelen ser zanjas en forma de V, con pendientes laterales típicamente de 3H:1V en el interior, frente al costado de la carretera, y 2H:1V en el exterior, con una profundidad mínima de 0,3 m (lo que da una anchura de 1,5 m; consulte el ejemplo en la Figura 6). Sin embargo, la profundidad y la anchura son funciones del entorno de lluvia y podrían ser mucho mayores.

Es posible que se requieran márgenes de anchura adicionales para permitir:

• Carreteras constantemente húmedas y resbaladizas (minas de trópicos húmedos)
• Conductores inexpertos (minas con alta rotación; jurisdicciones mineras no tradicionales con una gran fuerza laboral local)
• Condiciones de niebla
• Erosión y posibles deslizamientos
• Posibilidad de agregar una hilera mediana para la separación del tráfico.

Los bancos 2-3 inferiores suelen estar diseñados con una anchura de rampa unidireccional. Si hace esto, considere la posibilidad de estacionar y pasar áreas para los camiones que esperan acceder a la pala (por ejemplo, en las curvas cerradas).

Dirección de desplazamiento / Dirección de los bancos en espiral

Siempre que sea posible (y cuando no), diseñe las rampas en una mina a rajo abierto para que estén en el sentido de las agujas del reloj hacia arriba (cuando se transporta la carga hacia arriba).

• Esto permite que los camiones (que son de conducción por la izquierda) circulen cargados hacia arriba contra la pared del rajo (con los camiones circulando por el lado izquierdo del camino). Tener la cabina del conductor en el lado externo del camino le permite detectar el borde del camino, lo cual es especialmente importante durante el turno de noche. Tener el camión cargado contra la pared significa que se coloca menos peso en los bordes de las rampas, que posiblemente sean menos estables. Además, los componentes de los camiones, como el sistema de dirección, las ruedas, los ejes, los cojinetes y los frenos, tienen más probabilidades de fallar bajo plena carga, y estar lejos del borde de la pared del rajo es más seguro con respecto a movimientos incontrolados cuando ocurren esas fallas.
• Obviamente, las curvas cerradas revertirán esta intención de diseño, pero los camiones seguirán operando de forma que el conductor pueda ver el borde del camino con facilidad. Maximice el tiempo/la distancia que los camiones viajan en sentido horario ascendente.
• Algunas fosas, en países que utilizan vehículos con volante a la izquierda y, por lo tanto, se conduce por el lado derecho de la carretera, preferirán que los camiones sigan la convención general de las reglas viales (evita confusiones). Sin embargo, aún se reconoce que esto no es tan seguro como conducir por el lado izquierdo del camino, hasta el punto de que algunos países que manejan por la derecha cambiarán la convención por el lado izquierdo del camino en sus minas a rajo abierto para aumentar la seguridad.

Factores geotécnicos

Hable con el ingeniero geotécnico. Conozca los riesgos geotécnicos. Las zonas de corte especialmente débiles con un alto riesgo de falla son las que se deben evitar cuando se coloca una rampa.

La presencia de juntas en un área puede significar que la cresta de las rampas en esa área se pierda con regularidad, lo que requiere una anchura adicional en la rampa por seguridad.

Curvas cerradas/anchura y gradiente de curva

Las curvas cerradas deben diseñarse con un radio de cuerda de rampa interior que proporcione un radio mínimo de recorrido interior de los neumáticos de al menos el 150 % del radio mínimo de liberación interior del círculo de giro del camión utilizado en la mina. (Véase la definición en la figura 7).

Se prefieren las curvas cerradas planas. Aun así, revise que tengan suficiente espacio para virar en el carril interior. Las curvas cerradas planas proporcionan la menor carga en el tren de tracción de los camiones, y en un camión de tracción mecánica probablemente aún causen un cambio de marcha, pero al menos este es relativamente poco drástico.

Si se diseña una curva cerrada en pendiente, el gradiente en el radio de curva interior de la hilera debe establecerse en un gradiente más plano que el de la rampa en un 2-3 %, para compensar la mayor resistencia al rodado de la curva.

• Piense en la manera en que un camión cargado va a tomar el interior de cualquier curva cerrada.
• La geometría de una curva cerrada nivelada seguirá causando cambios de marcha solo porque no es posible tener una pendiente constante en ambas ruedas motrices.

Cuando sea posible, las curvas cerradas diseñadas deben coincidir con una berma para que el radio de giro se aumente sin penalizar la relación de extracción de material más de lo necesario.

La anchura de una curva cerrada suele aumentar en 0,5 a 1,0 veces la anchura del camión que la anchura de las secciones de rampa recta. Esto es para evitar colisiones de las partes sobresalientes de los camiones.

En la práctica, estas curvas cerradas planas se construirán con una cierta superelevación o al menos un 2 % de caída transversal para drenaje.

Una curva de radio más grande puede ser mucho más eficiente desde el punto de vista operativo que una curva muy cerrada, especialmente para rampas de larga duración. Utilice el mayor radio posible y manténgalo constante y fluido.

Tenga en cuenta que las curvas mal diseñadas dan lugar a tiempos de ciclo más lentos y costos generales más altos.

En la Figura 8, se muestra un ejemplo de todos los elementos de diseño que se deben considerar en una curva cerrada.

Línea central frente a línea de borde más corta

Como predeterminado, use la opción de borde más corto en el diseño de rampa de 2 vías. El uso de opciones de diseño basadas en la línea central alrededor de curvas y curvas cerradas puede generar gradientes extremadamente altos en los carriles internos de las rampas para dos vehículos. (véase https://www.linkedin.com/pulse/truck-says-centre-line-gradient-ramp-designs-julian-poniewierski/).

La opción de línea central se puede utilizar en el diseño de rampa de un solo carril (aunque aún es mejor considerar el radio de la trayectoria interna de los neumáticos como el gradiente de diseño).

Carreteras rectas/muros rectos

Mantenga las rampas y los muros rectos, o al menos con curvas suaves. Cuando se diseña un rajo y, luego, los contornos de optimización del rajo, las proyecciones expandidas pueden comenzar a presentar “oscilaciones” y “curvaturas”: enderece o alise estos movimientos antes de continuar con el proceso de diseño, como se muestra en la Figura 9.

Intersección de rampa y berma

Diseñe cadenas de crestas y pata de rampa para una intersección de rampa y banco que refleje la realidad de una operación. La recomendación es que se ensanche la anchura de la rampa para que proporcione acceso a una berma.

Otras consideraciones de seguridad para las rampas

Ya se han discutido varios problemas de seguridad en el diseño.

“Un sistema seguro reconoce que los humanos son falibles, que los errores son inevitables y que cuando ocurren, el sistema vial (de acarreo en minas) tiene en cuenta estos errores para reducir al mínimo el nivel de peligro asociado con el riesgo” (Thompson, 2015).

Algunos problemas de seguridad adicionales que se deben considerar en el diseño de la rampa de mina son:

• Las distancias de visión a lo largo de la rampa SIEMPRE deben ser mayores que la distancia de parada (regla práctica: use el doble de la distancia de parada). El problema serán los obstáculos en la rampa en el mismo carril que el camino del camión, como equipos averiados (camiones, niveladoras, vehículos de pasajeros, etc.) o una gran caída de roca que podría destruir un sumidero.
• En particular, las esquinas y las crestas (véase la Figura 10) deben diseñarse de manera que los operadores de la máquina sean capaces de ver y evitar los peligros a velocidades normales de operación.
• Las intersecciones deben hacerse lo más planas posible y no deben construirse en la parte superior de las rampas.
• Se deben evitar las curvas horizontales pronunciadas en la parte superior e inferior de las rampas.
• Para maximizar la seguridad, las esquinas y las crestas deben diseñarse de manera que los operadores de la máquina sean capaces de ver y evitar los peligros a velocidades normales de operación.

Otras consideraciones de planificación

Una rampa que accede a un banco a mitad de camino a lo largo de su longitud permitirá la explotación en al menos dos frentes, en direcciones opuestas, lo que aumenta la tasa a la que se puede explotar el banco. Si hay bancos de gran tamaño en un recorte, el posicionamiento de la rampa ayudará a aumentar la productividad del rajo.

• ¿Cerca del botadero de basura, para reducir al mínimo el transporte de basura? Es probable que el tonelaje de desechos sea mucho mayor que el tonelaje de mineral.
• ¿Cerca del molino para minimizar el transporte de mineral?
• ¿Dos salidas? ¿Uno para los desechos y otro para el mineral?

En terrenos montañosos o con colinas, si se coloca una rampa en un muro que está en el lado superior, o debajo de la pendiente más empinada, se agregará una cantidad significativa de desechos a su diseño. Siempre que sea posible, coloque la rampa en el lado cuesta abajo o en la elevación más baja.

Tres aspectos para considerar:

• anchura mínima del fondo del rajo;
• anchura mínima de la etapa;
• área específica en una anchura de acceso en un banco: extremos de los bancos, etc.

La geometría proporciona la cantidad relativa de áreas y su productividad.

¿Cuál es el círculo de giro del camión? ¿Cuál es el radio de giro de las palas?

• Una anchura mínima sugerida para la explotación (fondo de la mina) = círculo de giro del camión + anchura de la berma de seguridad
• Otro = área de giro de una pala + anchura de rampa + anchura de berma de seguridad
• Una anchura mínima sugerida para el banco = radio de giro de una pala + radio de giro de un camión + anchura de la berma de seguridad. Si se duplica esto, se permitirán dos caras de trabajo en el banco de corte.
• Un camión debe ser capaz de evitar una cargadora a plena aceleración.

¿Hay espacio para el espacio de trabajo y una rampa de desvío temporal? (¿Permitir que se exploten varios bancos en el recorte? O designarla como un área de explotación con un solo banco).

¿Existen límites de anchura de cubo/límites de alcance de cubo?

¿Se utilizan tronadura de contorno y a qué anchura? Puede ser necesario incrementar la anchura del espacio de trabajo en la tronadura primaria en un banco.

Se puede realizar un cálculo adecuado del tamaño del área de trabajo al determinar y sumar las áreas seguras y eficientes necesarias para todas las actividades relacionadas en la mina, como se muestra en la Figura 11.

A algunas personas les gustan los muros en secciones rectas (Nota: estos son más fáciles de diseñar, tronar y cavar).

A algunas personas les gustan los muros curvos lisos (Nota: esto puede ser relativamente fácil de hacer en material de óxido, pero ¿cómo se trona un muro curvo en roca dura? La separación de los agujeros de tronadura puede ser de más de 5 metros, por lo que la curva es realmente un conjunto de líneas rectas.

En general, diseñe primero el rajo final y, luego, trabaje con las etapas anteriores. Puede requerir algunas repeticiones, a medida que se entienden las posibles sinergias entre etapas.

Examine si las secciones de la rampa final actual se pueden utilizar también para alguna de las etapas anteriores.

¿Se pueden separar las interacciones entre etapas diseñando etapas en lados opuestos del corte de forma sucesiva?

¿Se puede diseñar la planificación por etapas para permitir el relleno dentro del corte, lo que evita transportar todos los residuos a la superficie?

¿Se requiere una “plataforma de lanzamiento” para un portal de acceso subterráneo y en qué etapa de la minería se requerirá dicho acceso?

Evite las intersecciones o las “cuñas” de triángulos delgados entre el borde de una etapa y el borde de una etapa posterior o del rajo final (véase la Figura 12). Estas pueden ser inseguras para excavar.

Hable con el equipo geotécnico. Puede ser apropiado utilizar una etapa interna para probar parámetros de talud más drásticos antes de comprometerse con un diseño final. El análisis posterior de las fallas de los taludes en una etapa temprana de corte permitirá comprender con mayor confiabilidad los límites de estabilidad de los taludes.

No se recomienda ejecutar rampas de explotación bajo taludes o bermas llenas de escombros causadas por el corte por etapas. Existe un riesgo inherente de seguridad o una penalización en los costos de utilizar equipos de menor tamaño para limpiar las bermas. Si no se puede programar o rediseñar la solución al problema, se requiere colocar bermas de captación a gran escala. Una solución es diseñar una rampa ancha en las etapas interiores, como la que se usa en Cadia (Mumme y Pothitos, 2006). Esto significa diseñar la rampa para que sea una combinación de “bermas de contención y rampa para maximizar el beneficio temporal de la capacidad de captura, permitir flexibilidad de programación y eliminar el riesgo de acceso a las bermas normales para la limpieza con fines de imprevistos” (Mumme y Pothitos, 2006).

Asegúrese de que las etapas tengan dimensiones operativas que permitan la utilización eficiente del equipo.

¿Es una etapa lo suficientemente ancha como para permitir la colocación de una rampa temporal que permita la explotación simultánea de varios bancos en la etapa? De lo contrario, se deberá minar todo un banco antes de poder minar el siguiente, lo que reducirá significativamente la capacidad de explotación de la mina.

¿Existen requisitos de diseño para establecer una estrategia exitosa de deshidratación de rajos?

Examine el mapa del terreno y el diseño para que el drenaje del agua superficial se mantenga alejado de la mina.

En entornos de mucha lluvia, se recomienda utilizar bancos y bermas inclinados (las versiones más recientes del software incluyen esta opción en las herramientas de diseño). Una pendiente del 3 % parece funcionar bien (por ejemplo, en Lihir).

Piense dónde se podría requerir colocar los sumideros y los drenajes, y si se necesitan cambios en el diseño para acomodarlos. Es común ubicar un sumidero al final de un drenaje en una curva cerrada y permitir un acceso seguro a este para realizar el mantenimiento de la bomba.

Piense en cómo se podría establecer una captación de agua al principio del desarrollo de la excavación.

Coloree los triángulos superficiales por inclinación (Dibujar | Sólidos | Marcadores de inclinación de triángulos). Esto resaltará las áreas que pueden estar fuera de especificación. (véase el ejemplo en la figura 13)

Corte una serie de contornos cercanos cada 1 m e inspeccione los contornos para ver si hay una anomalía de triangulación (véase el ejemplo en la Figura 14), especialmente con las rampas, en las que los contornos deben ser paralelos en las rectas y sistemáticos en los cambios en otros sitios. (Dibujar|Sólidos|Rebanada: Plano/Espaciado fijo/incrementos = 1,0/extensión de los datos)

Gire los diseños en 3D para confirmar que todo esté correcto.

Compare las toneladas de mineral y material de desecho con el contorno de optimización del rajo. Proporcione comentarios a las personas o el equipo de optimización de rajo.

Esta es la disposición preferida cuando es posible:

Esta es la disposición menos deseada (pero puede ser inevitable debido a las curvas cerradas)

Este es el arreglo menos deseado (menos seguro):

Un ejemplo de camiones agrupándose en una rampa:

Al preparar estas notas, me gustaría agradecer a los siguientes colegas de la industria por su revisión, sugerencias positivas y buenas explicaciones:

• Steve Franklin, consultor principal, Cement & Aggregate Consulting
• Bob Harris, consultor técnico independiente, Project Definition Pty Ltd.
• Chris Dunbar, superintendente de producción minera, Premier Coal Limited.
• Jeremy Stone, superintendente de operaciones de mina, Ambatovy JV.
• “Team Deswik”: mis colegas consultores principales que hicieron valiosos aportes a estas notas.

DMIRS, 2016, “Auditoría de gestión del tráfico – guía”, Departamento de Minas, Regulación y Seguridad de la Industria, Gobierno de Australia Occidental, 27 de enero del 2016, pág. 37. se puede descargar desde:

http://www.dmp.wa.gov.au/Documents/Safety/MSH_AuditGuide_TrafficManagement.pdf

Holman. 2006. “Caterpillar Haul Road Design and Management”, presentación que se puede descargar desde: http://www.directminingservices.com/wp-content/uploads/2010/06/CAT-Haul-Road-Design.pdf

Jordaan, J.T. 2011. Determining waste mining capacities for open pit mines, en Y Potvin (ed.), Proceedings of the Fourth International Seminar on Strategic versus Tactical Approaches in Mining, Centro Australiano de Geomecánica, Perth, págs. 339-346. puede descargarlo desde: https://papers.acg.uwa.edu.au/p/1108_27_Jordaan/

Kaufman W.W. y Ault J.C. 1977. Design of surface mining haulage roads – a manual. Departamento del Interior de EE. UU., oficina de minas, circular de Información 8758. se puede descargar desde: https://www.osmre.gov/resources/library/ghm/haulroad.pdf

Mumme, A. and Pothitos, F. 2006 Cutback Optimisation and Implementation. Segundo Seminario Internacional sobre Enfoques Estratégicos y Tácticos en Minería, Perth, sección 23.

Tannant, DD and Regensburg, B. 2001, Guidelines for Mine Haul Road Design. (Universidad de Columbia Británica: Kelowna, B.C. Canadá). 115 páginas, se puede descargar desde:

https://www.researchgate.net/profile/Dwayne_Tannant/publication/277759950_Guidelines_for_Mine_Haul_Road_Design/links/5584333f08aeb0cdaddbb03d/Guidelines-for-Mine-Haul-Road-Design.pdf

Thompson, 2015. “Principios de diseño y construcción de carreteras para el transporte de minas”, notas del curso, 156 páginas, descargable en:

http://mineravia.com/yahoo_site_admin/assets/docs/Principles_of_mine_haul_road_design_and_construction_v5_Sep_2015_RJTs.28192929.pdf