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Las excavaciones subterráneas son un mundo sorprendente. Es asombrosa la capacidad del ser humano de desarrollar técnicas cada vez más avanzadas para crear espacios subterráneos con distintos  cometidos. Desde los primeros registros de excavaciones mediante la técnica del fuego hace 40 mil años atrás, hasta la actual utilización de tuneladoras completamente mecanizadas, las técnicas constructivas de obras subterráneas, engloban ciencia, ingeniería y arte.

Los usos dados a espacios subterráneos son cada vez más diversos: túneles para autopistas, de transporte de agua, para exploración y explotación minera, cavernas para centrales hidroeléctricas, de almacenaje de gas, botaderos definitivos de elementos radioactivos y complejos deportivos - recreativos.

Métodos de Explotacion Subterranea para Mineria

Desde hace más de 40 mil años, el hombre ha buscado metales y materiales provenientes de suelos y rocas para ser utilizados en ritos religiosos, agricultura, objetos personales, fuentes de energía y un sinfín de utensilios. En esta búsqueda, se ha hecho imprescindible desarrollar técnicas de construcciones subterráneas con el objetivo de alcanzar zonas mineralizadas profundas, que de otro modo, serían inalcanzables.  Famosas son las explotaciones subterráneas de cobre en Israel (mina Timma), España (mina La profunda) ambas de la época del Imperio Romano, como también las explotaciones subterráneas de carbón en la Inglaterra del Siglo XIII. La época de la revolución industrial a fines del Siglo XIX cambió radicalmente la escala de trabajo en espacios subterráneos, donde se logra desarrollar la explotación minera a un volumen y ritmo jamás antes visto por la humanidad.

Es así que, actualmente las excavaciones subterráneas para minería, persiguen los siguientes principios:

a) Lograr generar un diseño de explotación que se acomode a la forma del cuerpo mineralizado.

b) Maximizar la extracción del mineral de interés, minimizando el movimiento de material estéril o de poco valor económico.

c) Poseer la capacidad de desestabilizar y reducir de tamaño las zonas que poseen valor económico (mena) y mantener estables las que actuarán como pilares estructurales del diseño minero.

A continuación veremos, a modo de ejemplo, los distintos diseños de excavaciones subterráneas para distintos arreglos de los cuerpos mineralizados.

Métodos autosoportantes o de caserones abiertos

Corresponden a aquellos que consideran la extracción del mineral  dejando una o varias cavidades vacías. Para ello, el caserón debe mantenerse estable en forma natural o requerir escasos elementos de refuerzo. Estos caserones se dejan vacíos una vez que concluye la explotación. El más famoso de éstos métodos es el “Room and Pillar”. Este método de explotación es aplicado ampliamente y en los últimos años se ha desarrollado bastante, debido a su bajo costo de explotación, a la vez que permite, una explotación moderadamente selectiva. Los yacimientos que mejor se presentan para una explotación por Room and Pillar, son aquellos que presentan un ángulo de manteo bajo. Sus principales ventajas incluyen que puede llegarse a una mecanización completa, lo que reduce ampliamente los costos de explotación. Permite la explotación sin problemas de cuerpos mineralizados ubicados paralelamente y separados por zonas de estériles. La recuperación del yacimiento aun no siendo del 100 por ciento puede llegar a recuperaciones satisfactorias del orden del 90 por ciento.

Métodos soportados o de caserones

Requieren elementos de soporte para mantenerse estables y/o que se rellenan con algún material exógeno. El diseño más utilizado corresponde al denominado “Cut and Fill”. El mineral es arrancado por franjas horizontales y/o verticales empezando por la parte inferior de un tajo y avanzando verticalmente. Cuando se ha extraído la franja completa, se rellena el volumen correspondiente con material estéril, que sirve de piso de trabajo a los obreros y al mismo tiempo permite sostener las paredes y en algunos casos especiales, el techo. La explotación puede utilizarse en yacimientos que presenten: Buzamiento superior a los 50º, en roca incompetente o de calidad geotécnica pobre, con un cuerpo mineralizado de potencia moderada y de límites regulares. Sus principales ventajas son que la recuperación es cercana al 100 por ciento, siendo altamente selectivo, lo que significa que se pueden trabajar secciones de alta ley y dejar aquellas zonas de baja ley sin explotar. Es un método seguro que puede alcanzar un alto grado de mecanización.

Métodos de Subniveles

Se emplea en zonas mineralizadas muy regulares, en los que el mineral y la roca de los hastíales son resistentes. El método se caracteriza por su gran productividad debido a que las labores de preparación se realizan en su mayor parte dentro del mineral. Se aplica a zonas mineralizadas  de alta pendiente, en los que el mineral cae por gravedad en las cavidades construidas y que permiten la perforación de barrenos largos de banqueo o en abanico. Estos métodos necesitan una gran preparación y se requiere en general que el cuerpo mineralizado sea potente. El diseño más empleado es el denominado “Sublevel stopping”.

Las ventajas de este método, son: El trabajo es continuo, sin interrupción para rellenar. El costo por tonelada es bajo y exige poca mano de obra. La relación de la producción a la preparación es alta. Hay gran seguridad para el personal. La ventilación es buena. La conservación es mínima.Toda la maquinaria se recupera al terminar cada cámara.

Métodos de hundimiento

Donde las cavidades generadas por el mineral extraído son rellenas con el material superpuesto (mineral, mientras dura la explotación, y estéril, una vez finalizada). El hundimiento y consecuente relleno de las cavidades se produce simultáneamente a la extracción del mineral. El diseño más ampliamente utilizado es el denominado “Block Caving” y es usado en cuerpos grandes, masivos y con las siguientes características: El cuerpo debe tener alto buzamiento o ser vertical y de gran extensión. Después del corte, la roca debe ser capaz de romperse en fragmentos adecuados. Las condiciones de la superficie deben permitir la subsidencia del área excavada. El mineral debe ser homogéneo y diseminado. Sus principales ventajas incluyen que es un método económico, altamente productivo que requiere poca perforación, voladura y sostenimiento. Por último es un método que permite una alta producción y puede ser utilizado en cuerpos mineralizados de baja ley.

El autor es Andrés Tapia Pardo, Geólogo M. Sc.

Geomecánica de Rocas Aplicada a Minería.