Una cantera se define típicamente como una excavación superficial para la producción de roca como producto principal. Por ello, se diferencia de una explotación a cielo abierto, de una explotación a cielo abierto, mina a cielo abierto o de superficie, en la que la roca en sí es el producto valioso, en lugar que un mineral específico dentro de la masa rocosa.
El desarrollo de la mayoría de las canteras de roca modernas implica la extracción del suelo y la roca erosionada para llegar a la roca dura que se encuentra debajo. Luego se trabaja en un sistema de «bancos», extrayendo la roca en capas a las que se puede volver a acceder año tras año a medida que se desarrolla la cantera. La cantera se vuelve más profunda con cada banco posterior, con bancos escalonados que llegan hasta la superficie original.
Con pocas excepciones, las canteras modernas dependen de la perforación y voladura para fragmentar la roca, que luego se carga en camiones todo terreno o cintas transportadoras para transportarla a una planta de procesamiento de algún tipo. La carga se realiza generalmente con cargadoras de ruedas o excavadoras, que combinan una capacidad de carga adecuada con maniobrabilidad. Esto les permite moverse de un área a otra dentro de la cantera, según sea necesario. Cuando la voladura da como resultado la formación de grandes rocas que son demasiado grandes para que el equipo de carga las maneje, será necesario un triturado secundario, ya sea perforando y volando rocas individuales o utilizando martillos hidráulicos montados en excavadoras para romperlas. Las excepciones a la perforación y voladura incluyen la producción de piedra dimensional, donde la demanda es de grandes piezas de roca en lugar de material fragmentado para su posterior procesamiento.
La producción de piedra dimensional implica la separación cuidadosa de grandes bloques de piedra bruta de la cara de la cantera, utilizando cuñas o sierras de alambre impregnadas de diamante. Otra excepción es cuando la roca es lo suficientemente blanda como para ser desgarrada, utilizando una topadora grande o un diente desgarrador montado en una excavadora hidráulica, y la topadora se utiliza luego para empujar la roca rota hacia una tolva o trituradora móvil que alimenta un sistema de cinta transportadora. El diseño de la cantera depende de una serie de factores, entre ellos la topografía preexistente, la producción prevista, la infraestructura y la huella ambiental. En general, sin embargo, las canteras se pueden agrupar en cinco tipos principales: ladera, cima de la colina, fondo de valle, costeras y combinadas.
La voladura de banco es el método de voladura de producción más utilizado en canteras, minería a cielo abierto y excavaciones para la construcción. Esto implica perforar pozos inclinados, verticales u horizontales en patrones de una o varias filas a profundidades que varían de unos pocos metros a 30 metros o más, dependiendo de la altura deseada del banco. Cuando la excavación es poco profunda, menos de 6 metros, un nivel puede ser suficiente. En excavaciones profundas, se recomienda una serie de bancos bajos, escalonados de un nivel a otro, para mayor comodidad operativa. La altura del banco suele ser de dos a cinco veces la distancia de la carga, mientras que la relación entre la carga y el espaciamiento suele ser de entre 1:1,25 y 1:2.
El material debe tener una cierta resistencia y dureza, y las partículas trituradas deben adquirir una forma definida, a menudo con una superficie rugosa. Por lo tanto, las rocas sedimentarias blandas y el material que se rompe en pedazos planos y escamosos a menudo no son aceptables como materia prima para la producción de áridos. Por otro lado, las rocas ígneas como el granito y el basalto, así como las rocas altamente metamorfizadas como el gneis, son adecuadas para la producción de áridos.
La importancia de la perforación en canteras
Dado que la perforación es una parte fundamental del proceso de producción de una cantera, la mejor planificación, cálculo y explosivos no sirven de nada si el área que se va a explotar no se perfora de forma adecuada y responsable. Básicamente, si la perforación sale mal y no sigue el patrón, toda la operación de voladura fracasará. La perforación en cualquier entorno de minería a cielo abierto o explotación de canteras sigue invariablemente un patrón que ha sido diseñado para tener en cuenta los parámetros naturales de la roca, incluida la dureza y la resistencia, la presencia de planos de debilidad como fallas o fracturas, y el grado de fragmentación necesario en el producto explotado. El patrón de perforación se diseñará de acuerdo con el espaciamiento de los agujeros (a lo largo del banco) y la carga (distancia desde la cara libre frontal) para un diámetro de agujero determinado, y así se estipula la cantidad de explosivos necesarios para cada agujero cargado.
En general, una máquina perforadora menos potente que produce agujeros de diámetro pequeño tendrá que perforar en un patrón más cerrado que una máquina que utiliza una broca de mayor diámetro. La perforación se realiza normalmente utilizando equipos de perforación de martillo en cabeza y de perforación en fondo de alta resistencia. Estos equipos pueden estar equipados con el sistema de navegación de agujeros, que brinda a los operadores la capacidad de perforar agujeros paralelos con precisión y una completa exactitud del plan de perforación.
La secuencia de perforación y voladura consiste primeramente en que se le ordena al operador de la plataforma de perforación que permanezca en un patrón específico, debe hacerlo y no alterarlo a menos que se le autorice. El operador también debe mantener informado al dinamitero a cargo de cualquier cambio en la roca durante la perforación, o incluso cualquier error, para que el dinamitero pueda hacer los ajustes necesarios a la carga. El operador de la plataforma de perforación debe informar al dinamitero sobre fracturas u otras anormalidades en la roca, cambios en los estratos y vetas de arena o lodo en la roca, para que se puedan cargar explosivos en el pozo teniendo en cuenta estos factores.
El operador también debe informar al encargado de la voladura de cualquier perforación «corta» (perforaciones que no se perforan a la profundidad esperada o planificada). En otras palabras, el perforador es el ojo del encargado de la voladura en el terreno y, como tal, puede hacer o deshacer una operación de voladura. Los operadores de canteras suelen diseñar voladuras de fragmentación para la seguridad, la economía, la facilidad de uso en la trituradora primaria e incluso las relaciones públicas, pero a menudo se olvidan de la calidad.
El diseño de la voladura debe diseñarse, documentarse y respetarse adecuadamente para lograr la máxima consistencia. Variar el patrón de voladura puede significar cambios en el tamaño del producto a lo largo de la operación. Los profesionales en maquinarias de plantas trituradoras Smartcrush, nos indican un ejemplo claro de por qué:
Una roca de granalla más pequeña, que da como resultado una menor trituración en las etapas secundaria y terciaria, puede significar una menor mejora mediante la trituración, por lo que la calidad del mineral y/o las propiedades físicas del producto pueden verse afectadas. Por el contrario, es importante recordar que la reducción de tamaño mediante trituración se vuelve más costosa a medida que el material que se tritura se hace más pequeño, por lo que en algunos aspectos puede ser beneficioso reducir la tarea de trituración aumentando la fragmentación inicial en el frente de la cantera. También está la cuestión del transporte, ya que los cargadores, camiones y cintas transportadoras tendrán una restricción de tamaño máximo de roca, por encima de la cual las rocas grandes necesitarán una trituración secundaria costosa.
Optimización de la eficiencia
Hay varios factores que deben tenerse en cuenta cuando se intenta lograr una eficiencia óptima y una economía general en las operaciones de explotación de canteras. La diferencia entre los ingresos por productos y los costos de producción debe maximizarse. Cabe señalar que la trituración, el cribado y el almacenamiento representan casi la mitad de los costos, mientras que la perforación representa menos del 15%. En la mayoría de los casos, la operación de trituración es un cuello de botella en el ciclo de trabajo general. A veces, el gasto adicional en perforación y voladura puede ser la única forma de garantizar un flujo libre a través de la trituradora y la capacidad total de la planta, lo que mejora la economía de la operación. Lograr una fragmentación uniforme y la creación de bancos lisos también tendrá un efecto positivo en el equipo de carga y transporte.
En la década de 1980, los productores de rocas comenzaron a prestar menos atención a los pozos de gran diámetro, que producían más cantos rodados y más finos, y los centraron en pozos de tamaño mediano (89–165 mm). Además, limitar el tamaño de la voladura reduce las microfisuras y, por lo tanto, la producción de finos.
La situación opuesta ocurre en la minería a cielo abierto donde la generación de finos es favorable, ya que estos pasarán por el molino con un mínimo de costos.
