Manual de Entrenamiento Minero v Fortificacion Basica

Servicio Nacional de Geología y Técnico de Minas – SERGEOTECMINProyecto “Capacitación de Mineros en Escuela Minera de Chiripujio”

Edgar B. Alcalá - Arturo Beltrán Alfonso - Alfredo Flores Corrales

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MANUAL DE ENTRENAMIENTOMINERO – FORTIFICACIÓN I

SECCIÓN V ASPECTOS GENERALES

1. ASPECTOS GENERALES

La fortificación en labores mineras constituye una importante contribución a la seguridad enlabores subterráneas. Por lo tanto, los encargados de esta importante labor minera t ienen unagran resp onsabilidad y deben estar seguros de que su trabajo este bien hecho.

La fortificación en labores mineras tiene los siguientes objetivos básicos:

v Evitar derrumbesv Proteger a los trabajadores, equipos, herramientas y materialesv Evitar deformaciones de las labores subterráneas.

Paralelamente a las actividades anotadas anteriormente, los responsables de la fortificacióntienen que realizar las siguientes actividades:

v Preparar plataformas de trabajov Construir buzonesv Construir bodegas

La fortificación se la realiza en todas las labores mineras como:

v Galeríasv Chimeneasv Preparación y explotación rajosv Cuadrosv Lugares de acopio de mineral o materiales

2. CLASES DE FORTIFIC ACION

En la industria minera nacional se conocen las siguientes clases de fortificación:

v Con pernos de anclajev Con pernos de anclaje y malla olímpicav Con maderav Con arcos metálicosv Con hormigón armadov Con mampostería de piedrav Con schotcrete



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2.1 FORTIFICACIÓN CON PERNOS DE ANCLAJE (ENTIBACIÓNSUSPENDIDA)

Actualmente se usan diferentes tipos de pernos de anclaje. M uchos de ellos tienen muy pocadiferencia uno de otro y en su diseño son variedades del mismo concepto. Sin embargo, esposible clasificar a estos de acuerdo al sistema de anclaje o sujeción. Solamente los másampliamente difundidos se considerará en la siguiente clasificación:

v Pernos anclados mecánicamentev Pernos anclados con resina o cementov Cables de acero anclados con resinav Pernos anclados por fricción

2.1.1 PERNOS ANCLADOS MECÁNICAMENTE

El perno de anclaje con chaveta de expansión es el más común de este tipo de anclajemecánico. Al introducir el perno en la cuña de la chaveta ésta se expande y queda sujeta en lasparedes de la roca dentro el taladro. Este sistema esta ampliamente difundida tanto en laslabores mineras como en la ingeniería civil.

En esta primera parte describiremos simplemente los pernos de anclaje mecánicos que son losmás utilizados en nuestra minería. En los Manuales Especializados profundizaremos en eltema. En lugares donde la labor permanecerá por muchos años se puede rellenar con cemento.Con muy pocas excepciones, estos pernos de anclaje se usan en rocas medianamente duras oduras. No es recomendable usar en rocas muy duras, pues la chaveta puede no penetraradecuadamente en las paredes del taladro y con el tiempo resbalar. (Fig. 1)

2.1.1.1 PARTES DE UN PERNO DE ANCLAJE MECÁNICO

Los pernos de anclaje constan de las siguientes p artes:

v Chaveta de expansiónv Perno de anclajev Plancha metálica (4’ x 4’ y ¼” de espesor)v Tuerca del perno

2.1.1.2 EQUIPO PARA LA INS TALACIÓN DEL PERNO DE ANCLAJE MECÁNICO

El equipo y las herramientas p ara la instalación de los pernos de anclaje son:

v Máquina perforadora stoperv Máquina aseguradorav Combo 8 lb.v Espadillav Escalerav Lave Inglesa



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Fig. 1 Pernos de anclaje

1 PERNO DE RANURA Y CUÑA

2 ANCLAJE DE EXPANSIÓN USUAL

3ab ANC LAJES DE EXPANSIÓN COMPUESTO



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Datos técnicos:

Calidad del acero: 700N/mm2 70 kp/mm2 102 kpsiDiámetro del perno: 16 mm 16 mm 5/8 inPunto de deformación 140 kN 14 tons 15.5 tons (USA)Carga de rotura: 180 kN 18 rons 20 tons (USA)Carga de rotura axial: 14% 14% 14%Peso del perno sin plancha: 2 kg/m 2 kg./m 1,35 lb/pieLargo del perno: El largo que se requieraDiámetro taladro: 35-38 mm. 35-38 mm. 1-3/8”

Ventajas

Relativamente de bajo costo, el perno de anclaje trabaja de manera inmediata. Al girarel perno, se aplica p resión lateral en la cabeza del perno y de esta manera se acumulatensión en el mismo. Con un relleno posterior de cemento el perno puede servir comofortificación permanente, en rocas duras el perno puede soportar cargas altas, es unsistema versátil para fortificación en rocas duras.

Desventajas

Su uso está limitado a rocas moderadamente duras a duras, difícil de instalar. Debe sermonitoreado después de su instalación, p ierde capacidad debido a voladuras cercanaso cuando la roca se fractura alrededor de la zona de expansión.

2.1.2 PERNOS ANCLADOS CON RESINA O CEMENTO

Los pernos de anclaje con resina o cemento han sido usados los últimos 40 años en minas yconstrucciones civiles. El tipo más comúnmente usado es el perno, barra de fierro o acerotratado. Se utiliza cemento o resina como adherente. (Fig. 2)

La resina resulta conveniente para ser usada en pernos sometidos a altas tensiones desdemomentos tempranos y se prestan para pretrensado, esto no descarta su uso en pernos sintensión p revia.

En cualquiera de sus variedades, es recomendable para soporte temporal o permanente bajovariadas condiciones de rocas. El perno de acero tratado se utiliza predominantemente enaplicaciones de ingeniería civil para instalaciones permanentes.

Hace pocos años atrás se anticipó que la resina podría, en general, reemplazar el uso delcemento como agente adherente, sin embargo, por una serie de razones, principalmente elcosto, esto no ha ocurrido.



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Fig. 2 Pernos anclados con resina o cemento

2.1.2.1 PARTES DE PERNOS ANCLADOS CON RESINA

Este t ipo de pernos constan de los siguientes elementos:

v Barra de fierro o acero tratadov Resina o cementov Plancha metálica (4´ x 4´ y ¼” de espesorTuerca del perno

Resina o cemento Perno de anclaje



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2.1.2.2 EQUIPO PARA LA INS TALACIÓN DE PERNOS ANCLADOS CON RESINA

El equipo y las herramientas p ara la instalación de los pernos de anclaje son:

v Máquina perforadora con barrenosv Máquina aseguradorav Combo de 8 lbv Espadillav Escalerav Llave inglesa

Datos técnicos:

Calidad del acero: 570N/mm2 58 kp/mm2 83 kpsiDiámetro del perno: 20 mm 20 mm 7/9 inLímite elástico 120 kN 12 ton 13 ton (USA)Carga de rotura: 180 kN 18 ton 20 ton (USA)Carga de rotura axial: 15% 15% 15%Peso del perno sin plancha: 2,6 kg/m 2,6 kg./m 1,75 lb/pieLargo del perno: El largo que se requieraDiámetro taladro: 35 ± 5 mm. 35 ± 5 mm. 1-3/8”

Ventajas:

Rápida acción después de haber sido instalado. Si una resina de rápido fraguado se usacomo adherente, el p erno puede ser p ermanentemente p ensionado, en las instalacionespermanentes el perno debe tener alta resistencia a la corrosión.

Desventajas:

Dificultad con los cartuchos de resina en ambientes subterráneos que pueden afectarsu uso, en determinados casos su manipulación representa un riesgo.

2.1.3 CABLES DE ACERO ANCLADOS CON RESINA

Este sistema ha sido utilizado en refuerzos de estructuras rocosas de obras civiles en lospasados 20 ó 30 años. Este sistema fue introducido en la industria minera hace unos 15 a 20años, teniendo un notable desarrollo en sistemas sin p retensión. (Fig. 3).

Hay varios hechos en el uso del cable flexible respecto de la barra de acero o acero tratado quelo hacen particular. Por ejemplo, la variación del largo del barreno no le afecta por cuanto elcable puede ser instalado en cualquier longitud y en galerías estrechas, tiene una alta



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capacidad de soporte de carga, con un costo más reducido y por último se presta notablementepara la mecanización.

Su uso como elemento de anclaje está creciendo rápidamente y son utilizados en sistemaspermanentes de fortificación. En ingeniería civil ha tenido notable desarrollo.

El cable normalmente utilizado corresponde al tipo 15,2 mm x 7 torones.

Ventajas:

Costo reducidoCorrectamente instalado, es un componente y durable sist ema de refuerzo. Puedeser instalado de cualquier largo en áreas estrechas.Entrega una alta capacidad de carga en cualquier tipo de roca.Alta capacidad a la corrosión.

Desventajas:

Una pretensión del cable sólo puede ser posible con una instalación especial.El uso de cemento estándar requiere de varios días de fraguado, antes que el cablepueda tomar carga.

2.1.3.1 PARTES DE PERNOS ANCLADOS CON RESINA

Este t ipo de pernos constan de los siguientes elementos:

v Cable de acero del tipo 15,2 mm x t toronesv Resina o cemento


El equipo y las herramientas para la instalación de los cables son:

- Máquina perforadora stoper con barrenos.- Combo.- Espadilla.- Escalera.

Datos técnicos:

Calidad del acero: 1770N/mm2 180 kp/mm2 257 kpsiDiámetro del cable: 28 mm 28 mm 1-1/10”Límite elástico 500 kN 50 ton 55 ton (USA)Carga de rotura: 500 kN 50 ton 55 ton (USA)



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Carga de rotura axial: 3 % 3 % 3 %Peso del perno sin plancha: 3,1 kg/m 3,1 kg./m 2,08 lb/pieLargo del perno: El largo que se requieraDiámetro taladro: 35 mm y mas 35 mm y mas 1-3/8” y mas

Fig. 3 Fortificación con cable y resina

2.1.4 PERNOS ANCLADOS POR FRICCIÓN

Estos pernos representan el más reciente desarrollo en la técnica del anclado. Existen dostipos:

v Split set (Fig. 4)v Swellex (Fig. 5)

Para ambos sistemas, la resistencia a la fricción para el deslizamiento entre la roca y el aceroen Swellex sumado a la acción mecánica de bloqueo es generada por la fuerza axial entre lasuperficie del taladro y el perno. En instalaciones transitorias la presencia de humedad no seráinconveniente, pero debe descartarse para uso permanente bajo estas condiciones.

Resina

Cable



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Aunque los dos sistemas están descritos bajo un mismo denominador, estrictamente hablandosolo el split set es realmente de fricción. En caso del swellex, combina la fuerza d e fricciónsumada al mecanismo de expansión del perno en el taladro que habitualmente t iene paredesirregulares. Esta situación genera una acción de bloqueado que permite obtener alta resistenciaa la tracción.Ambos pernos son habitualmente usados en minería, sin embargo, su uso en ingeniería civil eslimitado, pero el Swellex está ganando campo en trabajos de túneles.

Fig. 4 Perno de anclaje tipo (Split set)

Fig. 5 Perno de anclaje tipo Swellex

Plancha de sujeción

Tubo de expansión

LA ARANDELA SWELLEX PERMITELA INST ALACIÒN DE UNA TELAMETALICAEN CUALQUIER MOMENTO

SWELLEX SE EXPANDE EN TODASU LONGITUD, ADAPTANDOSE A LASIRREGULARIDADES DEL BARRENO

SWELLEX PROPORCIONAANCLAJES DE HASTA20 TON/METRO DE ROCA

SWELLEX UNE FISURASABIERTAS

SWELLEX TOLERA DESPLAZAMIENTOSLATERALES



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2.1.4.1 PARTES DE PERNOS ANCLADOS POR FRICCIÓN

Este t ipo de pernos constan de:

v Tubo de acero plegadov Plancha de sujeción


El equipo y las herramientas para la instalación de los cables son:

v Máquina perforadora y barrenosv Bomba neumática de agua a 300 bar

con brazo de instalación de pernosswellex.

v Combo de 8 lbsv Espadillav Escalera

Datos técnicos:

Diámetro del tubo: 26 mm 26 mm 1”Límite elástico 130 kN 13 ton 14 ton (USA)Carga de rotura: 130 kN 13 ton 14 ton (USA)Carga de rotura axial: 10 % 10 % 10 %Peso del perno sin plancha: 2 kg/m 2 kg./m 1,34 lb/pieLargo del perno: El largo que se requieraDiámetro taladro: 35 ± 3mm 35 ± 3 mm 1-3/8”

Ventajas:

Instalación rápida y simple, el soporte es inmediato después de su instalación. Puedeser usado en una variedad de condiciones de terreno.La instalación causa contracciones a lo largo del perno, esto tensiona efectivamente laplancha contra la superficie de la roca.

Desventajas:

Relativamente caro.Se requiere protección contra la corrosión si se usa en instalacionespermanentes.Se requiere una bomba para su instalación.



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Los pernos de anclaje sirven para fortificar el techo y los lados de las labores mineras, dondeexiste peligro de caída de rocas, también su uso es para asegurar fracturas grandes u otrasáreas de roca insegura que no pudieron ser eliminadas mediante el tojeo.

Los pernos de anclaje se usan también en otros t rabajos mineros como ser soporte de cañeríaspara aire y agua, para soportar roldanas para scrapers y otros.

Los pernos de anclaje pueden utilizarse también en la sujeción temporal del techo de un rajo, olos lados del mismo. (Fig. 6).

Fig. 6 Fortificación con anclajes

Fortificación lateral

Fortificación del techo

Fortificación lateral

Perno

Fractura

Cable

Fracturas



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2.1.5 DETERMINACIÓN DEL NÚMERO, UBICACIÓN E INCLINACIÓN DELPERNO DE ANC LAJE

El número de pernos de anclaje depende del tamaño de la roca a asegurarse y del gradode peligro de caída de la misma. Como guía para áreas normales que necesiten pernosde anclaje, podemos decir que pueden estar espaciados cada 1.20 m de distancia.

Los pernos de anclaje deben instalarse en una posición tal que le permita p asar por lafractura o fracturas y la roca madre, permitiendo de esta manera que la chaveta quedefija en la roca firme. Los pernos de anclaje son de diferentes diámetros (3/4”, ½”, 1”) yvienen en largos de 4’, 6’ y 8’. La plancha del perno de anclaje, en lo posible, debe serperpendicular al perno de anclaje y esto y a debe ser considerado el momento que seelija el lugar donde se colocará el perno.

La inclinación de los pernos de anclaje es muy importante para su efectividad. En loposible el perno debe ser colocado perpendicular a la fractura o fracturas y a la cara dela roca. (Fig. 7).

Fig. 7 Instalación de los pernos de anclaje

Dirección de Fracturas

Perno de anclaje



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LOS PERNOS DE ANCLAJE DEBEN SER COLOCADOS APROXIMADAMENTECADA 1.20 M.

EL PERNO DE ANC LAJE DEBE CRUZAR LAS FRACTURAS

LA PLANCHA DE ACERO DEBE ESTAR, EN LO POS IBLE, PERPENDICULAR ALPERNO.

LOS PERNOS DEBEN ESTAR PERPENDIC ULAR A LAS FRACTURAS

En caso de exist ir dudas con relación al número, ubicación o inclinación de los pernos deanclaje consultar al supervisor.

2.1.6 INS TALACIÓN DE LOS PERNOS DE ANCLAJE

Una vez perforado el taladro para instalar el perno de anclaje, para su instalación se procedede la siguiente manera:

- Colocar la plancha en la base del perno. (Fig. 8)- Enroscar, un p oco y con la mano, la chaveta de expansión en el otro extremo

del perno. (Fig. 9)- Insertar completamente el perno en el taladro, con la chaveta de expansión

adelante, hasta el fondo del taladro. (Fig.10)- Enroscar el perno de anclaje, girando en sentido del reloj la cabeza del perno.

Esto enrosca el perno dentro de la chaveta de expansión y la expande y se cuña(asegura) contra la roca y queda firme.

- Se puede enroscar el perno inicialmente manualmente con ayuda de una llaveinglesa, pero al final se tiene que asegurar con la máquina aseguradora.

- Conectar la máquina aseguradora con la manguera para aire comprimido.- Colocar la palanca en dirección de las agujas del reloj (a la derecha).- Colocar la boca de la máquina sobre la cabeza del perno. (Fig. 11)- Apretar el botón de arranque y el perno será asegurado.- Verificar si el perno está seguro.



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Fig. 8 Plancha en la base del perno

Fig. 9 Enroscado de chaveta de expansión

Plancha metálica

Rosca

Chaveta de expansión



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Fig. 10 Perno de anclaje

Fig. 11 Equipo para asegurar pernos de anclaje

Rosca

Chaveta de expansión

Perno

Plancha metálica

Perno

Fracturas

Botón deFuncionamiento

Control dedirección



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2.2 FORTIFICACIÓN CON PERNOS DE ANCLAJE Y MALLA OLÍMPICA.

Este tipo de fortificación se usa en lugares donde existe el peligro de caída de rocas grandes ytambién pequeñas y se desea proteger al personal, equipos y herramientas. Adicionalmente alos pernos se agrega un elemento más que es la malla olímpica con lo que se logra mayorseguridad en la zona. (Fig. 12). Es frecuente también usar este tipo de fortificación encuadros, sala de huinche, sala de compresoras, sala de locomotoras, lamparerías, comedores,etc.

2.3 FORTIFICACIÓN CON MADERA

Este t ipo de fortificación es el más divulgado en nuestra minería y se aplica prácticamente entodas las labores mineras, como:

v Galerías.v Caminos.v Chimeneas.v Cuadros.v Preparación de rajos.v Bodegas.v Salas de huinche, compresoras, comedores, oficinas, etc.

2.3.1 FORTIFICACIÓN EN GALERÍAS

El tipo de fortificación en galerías depende de la característica de la roca en las paredesy el techo.

a) Fortificación con puntales

Un simple puntal para soportar un lado de la galería solamente, se usa cuandouna pared representa un peligro, pero el techo y la otra pared están sólidos. (Fig.13)

b) Fortificación con cabezales

El cabezal soporta la carga del techo de la galería y se lo usa cuando hay peligrode derrumbe solamente del techo y las dos paredes son firmes. (Fig.14)

c) Fortificación con puntal y cabezal

Este tipo de fortificación se usa cuando una de las paredes y el techorepresentan un peligro. (Fig. 15)



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Fig. 12 Fortificación con pernos de anclaje y malla olímpica

Fig. 13 Fortificación con puntal

ChajllasCuneta

Cuña

Puntal

Material estéril

Malla olímpica

Perno de anclaje



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Fig. 14 Fortificación con cabezal

Fig.15 Fortificación con puntal y cabezal

Cuneta

CuñaCabezal

Tockocha

Cuneta

Cabezal

Puntal

Chajlla

Cuña



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d) Fortificación con marco completo

Este t ipo de fortificación se emplea cuando tanto el techo como las paredes dela galería presentan alteraciones que representan un peligro. Este es un tipo defortificación más comúnmente usada en galerías (Fig. 16).

En el M anual Especializado se t ratará con más d etalle todos los tipos defortificación en galería y otras labores mineras.

Fig. 16 Fortificación con marco completo

2.3.2 FORTIFICACIÓN DE CAMINOS

En los lugares donde las paredes de la chimenea son de mala calidad y representan unpeligro se las enmadera completamente usando las cribas, las cuales se las prepara enlargos de acuerdo a la sección de la chimenea. (Fig. 17)

En caminos donde solamente el techo p resenta dificultades se puede usar sólo trancas,empotrados en las paredes del camino, colocados a distancias en función de lanecesidad y cubiertos con chajllas. (Fig. 18).

Puntal

Cabezal

Chajlla

PuntaRelleno

Empaquetaciòn

BloqueLateral

BloqueVertical



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Fig. 17 Fortificación de Chimenea (cribado)

Polea Escalera

MaterialArrancado

Skip

Aire Agua

Cribas



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Fig. 18 Fortificación con trancas

2.3.3 FORTIFICACIÓN DE CHIMENEAS

La práctica es la misma que para la fortificación de caminos verticales o inclinados.

Plataforma

EscaleraChajllas

Trancas



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2.3.4 FORTIFICACIÓN DE CUADROS

Normalmente la fortificación en cuadros se la realiza con ayuda de madera especial,como el pino o almendrillo.

En cuadros donde la roca es competente se colocan solamente soleras cada ciertadistancia y solamente sirven para colocar las guiadoras para el skip o jaula, para armarel camino y para la instalación de cañerías para aire comprimido, para agua, pararelleno, cables telefónicos y eléctricos (Fig. 19).

Cuando la calidad de la roca no es competente y presenta zonas peligrosas se debeenmaderar el cuadro con marcos completos y tras los puntales se empaqueta con tablasde 2” o chajllas de 4”en todo el contorno (Fig. 20).

Existe también la posibilidad de colocar planchas de acero en todo el perímetro delcuadro y reforzar de esta manera sólidamente.

En muchas minas alemanas es normal entubar el cuadro con concreto y también existede posibilidad de hacerlo con mampostería de piedra. (Fig. 21).

Fig. 19 Fortificación con soleras

Jaula SkipJaula Skip

Guiadoras4” * 6”

SERVICIOS

Soleras 8” * 8”

Guiadoras4” * 6”



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Fig. 20 Fortificación con marco completo



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Fig. 21 Fortificación circular con hormigón armado (concreto)

También existe la posibilidad de fortificar con hormigón proyectado o shotcrete,técnica utilizada desde hace más de 80 años.1

2.3.5 FORTIFICACIÓN EN RAJOS

En rajos corte y relleno, tanto los caminos como los p asos de mineral tienen que serconstruidos en madera o metal, tal cual se ve en la Fig. 22.

1 Fortificación de Minas-J.Latorre C.-H.Contreras C.- SERVICIO NACIONAL DE GEOLOGÍA Y MINERÍA-Chile.



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También se usa la fortificación con madera en la explotación d e rajos por el sistemasquare-set. (Fig. 23)

En rajos corte y relleno y también en rajos almacenamiento provisional (srinkage), sesuele no dejar puentes y en este caso se deja piso falso. Dependiendo de la calidad de laroca, techo y p aredes, se puede crear un p iso falso con sólo soleras o con marcoscompletos forrados de chajllas. (Fig. 24).

Existe también la posibilidad de construir un piso falso de hormigón armado unafortificación con arcos metálicos.

La decisión depende de muchos factores, entre los que podemos mencionar:

- La calidad de la roca- El valor del mineral- La disponibilidad del material a usarse.- La disponibilidad de mano de obra calificada.

Fig. 22 Fortificación metálica circular (buzón)



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Fig. 23 Fortificación con madera en rajos square –set

Fig. 24 Fortificación con madera en rajo corte relleno

Madera

Cribas

Relleno

Buzón

GALERIA

Documents

Manual de Entrenamiento Minero v Fortificacion Basica