Antes de extraer una sola tonelada de mineral de un yacimiento subterráneo, hay que resolver una cuestión aparentemente sencilla: ¿por dónde entramos? La elección de la forma de acceso es una de las decisiones más complejas al analizar la viabilidad de la mayoría de los depósitos poco profundos.
Tradicionalmente se consideran cuatro tipos de acceso: el socavón, el plano inclinado o rampa, el pozo inclinado y el pozo vertical. En este artículo repasamos qué factores condicionan la elección, comparamos las características de los tres últimos tipos, analizamos sus ventajas e inconvenientes y terminamos con los criterios de diseño que conviene tener presentes desde la fase inicial del proyecto.
Un problema cada vez más complejo
La creciente profundidad a la que se desarrollan los proyectos mineros y el uso cada vez mayor de métodos de minería no ya mecanizados, sino autónomos y robotizados, llevan poco a poco a tomas de decisiones cada vez más complejas. A ello se suma que la economía de los pozos verticales frente a los planos inclinados se complica aún más debido a los constantes aumentos de las tarifas eléctricas desde 2010.
Como consecuencia, los criterios utilizados antiguamente, conocidos como «reglas del pulgar», que establecían la profundidad a partir de la cual debía aplicarse uno u otro, ya no sirven. Esto es así especialmente a medida que los camiones se vuelven más grandes, más potentes y más eficientes en el consumo de combustible.
Pozo o plano inclinado: los factores en juego
Son muchos los factores que influyen en la decisión de elegir un pozo frente a un plano inclinado como vía de acceso a una mina subterránea. Algunos de ellos son la profundidad del depósito, los aspectos geotécnicos, la tasa de producción, las dimensiones, la disponibilidad de capital y los costes operativos.
Hay una consideración clave: es extremadamente costoso convertir un proyecto diseñado para una rampa en otro en el que la extracción se realice mediante un pozo. Por eso la ingeniería debe considerar todo el recurso mineral o el potencial para aumentarlo en profundidad, y no solo lo que se conoce en el momento de decidir.
Cada mina tiene sus propias características y circunstancias, que influyen en la solución final. Entre otros factores, cabe destacar, en primer lugar, los de carácter económico y de planificación: la financiación o el capital disponible para el desarrollo del proyecto; las reservas mineras, el plan de producción y la vida planificada de la mina; las tasas de descuento utilizadas en el análisis; y las distancias de transporte hasta el pozo.
En segundo lugar están los factores técnicos y geométricos. Entre ellos figuran el método de explotación, las condiciones geomecánicas, y los requisitos para el acceso a los servicios por el plano inclinado. También se consideran los requisitos de acceso lateral y vertical al yacimiento y su extensión lateral, la profundidad desde la embocadura o portal del plano inclinado hasta la parte superior del cuerpo mineralizado, y el ritmo de avance vertical planificado en relación con la distribución de la mena y la tasa de producción.
Por último, hay circunstancias particulares en cada proyecto. Puede haber pozos de exploración en condiciones favorables para convertirlos en pozos de acceso. También hay que valorar si el plano inclinado está lo suficientemente avanzado respecto de las áreas en explotación.
Comparación de los tres tipos de acceso
Los parámetros que caracterizan a cada tipo se resumen en la siguiente comparación. Respecto a la inclinación en la apertura, el plano inclinado o rampa llega hasta 8°, el pozo inclinado hasta 20° y el pozo vertical supera los 20° respecto a la vertical. En cuanto a la profundidad, la rampa no solía exceder los 250 m, el pozo inclinado no supera los 150 m y en el pozo vertical la profundidad excede sobremanera los 100 m.
Los tres tipos también difieren en la roca que habitualmente se extrae. Tanto la rampa como el pozo inclinado se excavan en estéril a muro, mientras que el pozo vertical puede excavarse en estéril a muro o en mineral. Así queda definido el marco geométrico y geológico de cada solución.
En cuanto al propósito principal, la rampa persigue el acceso temprano a las partes superiores o más superficiales del yacimiento, para desarrollar y producir mena lo antes posible. El pozo inclinado comparte este objetivo, pero además está destinado a servir como acceso para servicios de mina o para la entrada y salida de personal.
El pozo vertical, por su parte, permite acceder a cualquier depósito y explotar la mena en producción de forma regular, y se utiliza como acceso permanente.
La velocidad de entrada y salida es rápida en la rampa, la más rápida en el pozo inclinado y la más lenta en el pozo vertical. Los costes de construcción son altos en la rampa, bajos en el pozo inclinado y los más altos en el pozo vertical.
Pozo vertical: ventajas e inconvenientes
El pozo vertical es el criterio adecuado cuando el cuerpo mineralizado presenta una inclinación elevada o es muy profundo. Sus ventajas son varias: permite un acceso rápido a cuerpos mineralizados profundos y es eficiente a profundidades superiores a 500 m. Además, resulta más barato por metro a medida que aumenta la profundidad y permite un retorno anticipado de la inversión.
Sus inconvenientes son igualmente numerosos. Requiere mano de obra altamente cualificada y conlleva altos costes laborales, de capital e iniciales y de mantenimiento. Necesita una máquina de extracción, y su capacidad de extracción es limitada. Exige, además, una alimentación eléctrica constante, estable y de alta tensión.
Plano inclinado: ventajas e inconvenientes
El plano inclinado es la opción indicada para cuerpos minerales de inclinación muy horizontal o poco inclinada y de poca profundidad. Sus ventajas son que se puede extraer en dirección transversal a la de ataque o a favor del buzamiento, y que ofrece un fácil acceso al cuerpo de mineral poco profundo. También tiene bajos costes de capital inicial y de operación. Las capacidades de construcción y los equipos están fácilmente disponibles y permiten una alta capacidad de extracción mediante cintas transportadoras.
Como contrapartida, la distancia al cuerpo mineralizado es mayor y solo resulta económica hasta unos 500 m. Los tiempos de desplazamiento hasta el cuerpo mineralizado son excesivos. El transporte en medios distintos a las vagonetas o al ferrocarril es lento y congestionado. Además, hay exposición al calor de la roca en toda la longitud del acceso, el retorno del capital invertido es más lento y la gestión del agua puede ser problemática.
Pozo inclinado: ventajas e inconvenientes
El pozo inclinado se adapta a cuerpos mineralizados de inclinación muy plana y de poca profundidad. Entre sus ventajas está que el desarrollo de mina necesario para llegar al cuerpo mineral es limitado y que se requiere un sistema de galerías corto que lo alcance.
Sus desventajas son los descarrilamientos, el tiempo prolongado que exige el mantenimiento del pozo y las reparaciones, y el tiempo prolongado que requiere la limpieza de derrames. A ello se suma una capacidad de extracción limitada.
Diseñar el acceso: un paso temprano y decisivo
La evaluación de las alternativas de acceso al yacimiento es uno de los primeros pasos para desarrollar un plan de mina. Seleccionar el tamaño adecuado, la configuración, la disposición y el tipo de excavación necesarios para desarrollar un nuevo yacimiento subterráneo o expandir una mina existente es un problema de ingeniería complejo y a menudo difícil. Cada depósito tiene sus propias características y requisitos, y exige una evaluación precisa de todos los factores que pueden afectar el diseño de la solución.
Entre los parámetros básicos de diseño se encuentran la inversión de capital más baja, el coste operativo más bajo y un sistema operativo seguro y confiable. También se busca un sistema flexible y eficiente, apoyo en la planificación de la mina y acceso rápido al yacimiento que permitan obtener flujos de caja de forma temprana.
Algunos de los criterios de diseño que deben considerarse son la geología y los recursos minerales, la hidrología, la profundidad del cuerpo mineral y los requisitos de tonelaje de producción. También intervienen las consideraciones geotécnicas, los requisitos de ventilación y los costes de capital y de operación.
A ellos se suman la flexibilidad ante cambios en el plan minero, el método minero o la expansión del proyecto; el esquema, el cronograma y la planificación, incluidos el inicio del cash flow; y la disponibilidad de capacidades y de condiciones laborales. Completan la lista la seguridad, la productividad y la gestión del sistema.
El diseño del acceso es un aspecto muy importante del diseño general de la mina, y cada depósito debe revisarse cuidadosamente. La selección entre un plano inclinado y un pozo vertical puede no ser sencilla, ya que la economía de las opciones varía según la profundidad y el tonelaje. A menudo, la decisión está influida por factores mitigadores, como la disponibilidad de capital o la capacidad del proyecto para ser rentable lo antes posible.
Flexibilidad y conclusión
Si no se consideran todos los criterios de diseño en la fase inicial, el acceso a la mina puede convertirse en un cuello de botella. Piénsese que el acceso debe tener un tamaño suficiente para gestionar con eficiencia la ventilación y el movimiento del equipo planificado. Por eso es aconsejable diseñar con cierta flexibilidad, como resguardo frente a cambios inesperados. De lo contrario, puede resultar imposible aumentar la producción si el tamaño del pozo o del plano inclinado es insuficiente.
En resumen, el plano inclinado es una solución interesante para yacimientos poco profundos o para continuar las operaciones desde una explotación a cielo abierto hacia el interior. Sin embargo, a medida que la minería profundiza y aumentan los requisitos de tonelaje, la extracción por pozo se vuelve una solución más atractiva.
Referencia:
Herrera Herbert, J. (2019). Introducción a la minería subterránea: Construcción de accesos [Material docente].
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