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TECNOLOGÍA Y EVOLUCIÓN EN MINERÍA SUBTERRÁNEA

Por: Ing. Germán Arce Sipán, exgerente de la unidad minera Cerro Lindo y director del Instituto de Ingenieros de Minas del Perú.


Introducción

El Perú fue y es un país minero, reconocido desde nuestros ancestros por sus actividades en beneficio básicamente de la ornamentación o la religión. La explotación de filones, por ejemplo en Coricoyacuma (J. Olivari 2017) se realizó con herramientas rudimentarias muchas de aplicación también en el agro, cuernos de auquénidos y más adelante puntas de bronce escarbando el terreno, en pequeños túneles de poca profundidad, el límite fue la iluminación, el drenaje y la ventilación.

Muy inteligentes los Incas, identificaron que las grandes lluvias y derrumbes generaban aluviones arrastrados río abajo, llevando consigo el rico metal y dieron impulso a la extracción aluvial con la ventaja de la abundancia de agua para la separación de las partículas más pesadas de oro. También desarrollaron la minería subterránea, extrayendo minerales con contenido de oro, lo que procesaron en canchas de superficie mediante el chancado manual o quimbaletes, con mano de obra de mujeres y niños, para separar el cuarzo y otras rocas encajonantes, finalmente lo trataron con agua lograron separar las partículas de oro en un proceso típico gravimétrico, usado aún hoy en día. 

La colonia intensifica la explotación minera pues las riquezas de la cordillera superaron las expectativas de los colonos e introducen nuevas herramientas para el desbroce del mineral, traen el hierro en barretas, picos, martillos, combos, clavos y para una mejor recuperación del oro y la plata aplican el mercurio, también conocido como azogue.

El mercurio (Hg) hizo posible el crecimiento de la minería del oro y plata por la ventaja de contar en Perú con la mina Santa Bárbara en Huancavelica, con lo que además mejoró la recuperación en reemplazo del método incaico de fundir en hornos de piedra a carbón.

La mina Santa Bárbara, productora de cinabrio, con alto contenido en mercurio, posibilitó la minería en Perú y Méjico, a través del proceso de amalgamación del mineral por su propiedad de adsorber el oro y la plata, para posteriormente recuperar el mineral valioso mediante la separación del mercurio. La mina tiene un proyecto de convertirse en Mina Museo por iniciativa del Ing. Alberto Benavides. 

La actividad minera atrajo trabajadores y los poblados se convirtieron en ciudades, aparecieron nuevas especialidades como picadores, herreros, carpinteros, metalurgistas y se acrecentó el movimiento económico de víveres, vestimentas y utensilios.

La exportación de metales y minerales desde Perú convirtió a España en la primera potencia del mundo.  

Historia

En tiempos preincaicos e incaicos se realizaba una intensa actividad minera con fines ornamentarles, herramientas y armamento, los metales más utilizados eran oro, plata, cobre, estaño y piedras preciosas. La extracción fue mayormente aluvial con algunos trabajos subterráneos en filones o vetas angostas. Los túneles tuvieron poca longitud, solo en algunos casos llegaron a 40 o 60 metros, siendo abandonados al poco tiempo para abrir nuevos por la dificultad de la iluminación. Historiadores de inicios de la colonia refieren también la explotación de pozos de corta profundidad.

Con la llegada de los españoles se intensifican los trabajos en metales preciosos como el oro y la plata por la presencia de importantes yacimientos y el descubrimiento de las minas de mercurio.

Los trabajos de explotación minera, en los primeros años de la colonia estuvieron caracterizados por más fuerza humana que tecnología, sin embargo, el uso de pólvora negra y barrenación dio inicio incipientemente al uso de máquinas, herramientas y explosivos.

Durante varios siglos se explotó las minas con mínimos controles de seguridad y salud, la barrenación a pulso para conformar los taladros, cargarlos con pólvora negra y después en el siglo XX con dinamita; esta modalidad de trabajo en Perú al igual que en el resto del mundo, generaba exceso de polvo fino con contenidos de sílices y otros metales a los que se exponían los trabajadores, que además era impactados por los gases de los explosivos, sumado a muy altas o bajas temperaturas, generaban condiciones adversas a la seguridad y salud de los trabajadores.  

En los inicios del siglo XX se empieza a utilizar perforadoras neumáticas y son un gran avance en la producción y trae como necesidad, mejorar la extracción del mineral lo que tradicionalmente se realizaba con capachos sobre los hombros de cada trabajador, de manera que el incremento de producción introduce los carritos mineros sobre rieles de acero o incluso de maderas duras de la zona; cambio en el diseño de las minas pasando a túneles para la circulación de los carritos mineros en reemplazo de las rampas o helicoidales que transitaban los trabajadores acarreando su carga individual. Estos túneles ya requerían de topografía para llevar gradiente uniforme que permita el empuje de los carritos cargados en gradiente negativa y retorno vacío en gradiente positiva, facilitando además el drenaje de aguas del interior de las mina a la superficie.

Durante la primera mitad del siglo XX mejoran las máquinas de perforación haciéndose más potentes y pesadas, se utiliza la energía neumática y la tecnología se basa en el diseño de mejores compresoras, dotación del aire comprimido al área de trabajo, cálculo de tuberías, uso de dinamitas, aparece el Anfo como alternativa de potencia y costo. La explotación subterránea era solo convencional, basada en perforación neumática con operación manual. En los inicios del siglo XX no existía el pie o barra de avance, se utilizó la perforadora Drifter, neumática soportada por barra vertical, anclada de piso a techo, lo que permitía perforar un solo taladro, teniendo que mover todo el sistema de soporte para realizar otro taladro.  

Este mecanismo mejoró sustancialmente con la aparición de las perforadoras Jackleg, las que provistas de pie o pata de avance, soportaban el peso del equipo y proporcionaban el empuje para la penetración del barreno, se diseñaron para ser operadas por una sola persona, pero en el caso peruano se estableció un maestro y un ayudante, básicamente para facilitar el empate o inicio del barreno penetrando a la roca, los carritos mineros crecen por la necesidad de transporte de mayor tonelajes y se reemplazan los de empuje manual por carros halados por locomotoras.   

Asimismo, se impulsan los desarrollos de túneles para acceso a nuevas vetas y la fortificación de las minas es básicamente con maderas, introduciendo el eucalipto como recurso de bajo costo por su abundancia casi siempre cercana a las zonas de trabajo. 

La seguridad no es lo eficiente que debiera, pero se comienza a utilizar equipos de protección personal (EPP). Los accidentes se relacionan con caídas de rocas, gases tóxicos y caídas de personas. La capacitación y entrenamiento en seguridad son moderados, las condiciones de trabajo carecen de buena ventilación, existe poca iluminación, temperaturas extremas, entonces la seguridad toma principal importancia.

La mitad del siglo XX, se caracteriza por una mayor demanda de metales y minerales, en especial por los conflictos bélicos, el más importante es la Segunda Guerra Mundial y se impulsan trabajos en minería de tajo abierto en yacimientos de cobre y hierro principalmente. 

La perforación mejora con máquinas neumáticas soportadas por pie de avance, que además proporcionan el empuje para el avance del barreno, sin embargo, el peso limita su maniobrabilidad debido que los modelos de perforadoras van desde simple picadoras con 10 Kg de peso a taladradoras de 18 Kg hasta 26 Kg, lo que es difícil de sostener y operar para un trabajador generalmente de talla y peso mediano.

Las exploraciones adoptan la perforación diamantina en la búsqueda del conocimiento de la profundidad de los yacimientos, en la ubicación de nuevos depósitos y para clasificar recursos en  reservas de mineral.  

La minería subterránea requiere de perforadoras más rápidas y potentes lo que incrementa su peso con lo que su maniobrabilidad es complicada e insegura para el trabajador y se montan sobre vagones, denominándose Jumbos para excavaciones de avance de túneles y para perforaciones de realce y producción se denominan Stop Wagon, posteriormente serán más grandes y potentes, y se les llamará Simbas.  

La energía neumática ya no es suficiente y las perforadoras dan paso a la energía hidráulica. La perforación se sustenta en motores eléctricos que activan bombas hidráulicas las que, a su vez, dan movimiento de percusión y rotación a estos equipos. El incremento de producción de la perforación va de la mano con mejoras en el proceso de limpieza, acarreo y transporte; para la limpieza de los frentes disparados y carguío a los carros se emplea cargadoras neumáticas y carros más grandes, del tipo U35 en reemplazo de carros U27 de empuje manual. Los U35 –que equivalen a  35 pies cúbicos– son halados por locomotoras y dependiendo de la densidad del mineral roto, podría pesar entre 1.5 a 2 toneladas. 

Se aplica también equipos tipo Hang Loaders, con brazos de arrastre a faja que descargan hacia un carro minero, con poco éxito por el constante desperfecto mecánico de sus partes.

En el caso de limpieza de mineral en tajos de producción, si bien se aplica la gravedad para descargar en tolvas de donde el mineral es retirado con carros mineros, se desarrolló para acarreo dentro de las labores de producción, equipos con autocarguío y transporte a los echaderos o tolvas, esto fue un avance tecnológico con la dificultas de estar conectado a mangueras de aire comprimido de hasta 2” por su alto consumo de aire, dificultando su maniobrabilidad, los equipos más populares se denominan Cavos, aun así fue un avance tecnológico frente a los winches de arrastre, típicos de dos tamboras y en cuerpos potentes se aplicaron winches de tres tamboras para limpieza del mineral por arrastre hacia los echaderos.  

El uso de palas cargadoras, perforadoras de gran tamaño, autocargadores y herramientas neumáticas dan lugar a las denominadas casas de compresoras de gran amplitud y al desarrollo de la tecnología del transporte del aire comprimido, por las pérdidas por fricción, codos, conexiones, etc., debido a las grandes longitudes de las tuberías.  

En el último tercio del siglo XX se aplica con celeridad la energía electrohidráulica, liderada por la perforación, el alto peso de los equipos solo puede ser soportado con vagones, se populariza el termino Jumbo para equipos montados sobre chasis y con traslación propia (autónomo), fue usual equipos con dos brazos y sus perforadoras , con tres y hasta cinco brazos con sus perforadoras, determinándose rápidamente que dos perforadoras hidráulicas generalmente son suficientes por su alto rendimiento y velocidad de penetración.

El alto rendimiento en la perforación hace necesario mejorar las limpiezas y aparecen los Scooptram, vehículos que cargan, trasladan y descargan, llamados LHD. Estas versiones de equipos montados sobre neumáticos con traslado propio dan lugar a cambios en los métodos de minado, pasando de minería convencional a mecanizada sin rieles denominada Trackless, reemplazando los carros mineros, los rieles y las locomotoras por camiones diésel de bajo perfil denominados Dumper y en túneles con sección superior a 4 x 4 metros se remplazó por camiones convencionales, reduciendo costos por velocidad y rendimientos.

Con el método Trackles se reemplazan en parte los piques y para el acceso a niveles más profundos se construyen rampas; se destacan Cobriza de la Cerro de Pasco, Minera Alianza, Mina El Porvenir de Milpo y San Cristóbal como precursores y continuaron otras minas con el método sin rieles.

Las rampas de acceso permiten más mecanización y la perforación hidráulica es acompañada por limpieza con equipos diésel y transporte con camiones, incrementando la polución de gases  residuales de la combustión de carbón, nitrosos y otros derivados de la baja calidad de los combustibles y motores con filtros deficientes. Con el tiempo los motores diésel mejoran tecnológicamente con precámaras de combustión, turbos, filtros oxicatalíticos para los gases de escape y la potencia en los camiones era del orden de 150 Hp, con lo que las rampas se diseñan con 10 % de gradiente, para facilitar el transporte de carga ascendente; la ventilación natural no es suficiente y se genera la necesidad de adecuados sistemas de ventilación mecánica.

Las mayores excavaciones y la intensa voladura, afectan el macizo rocoso generando desprendimiento de rocas y la seguridad se convierte en una especialidad y disciplina, con normas, procedimientos, capacitación, entrenamiento, etc., en resguardo de la integridad y salud del personal.

El minado se vuelve masivo y las excavaciones deben rellenarse, los escombros de desarrollo en estéril no son suficientes y se recurre al relave como elemento de relleno de labores, denominado Relleno Hidráulico, por su transporte por tuberías, impulsado por bombas reciprocantes o centrifugas. Se destaca Minera Huarón, como pionera, así como El Porvenir de Milpo, Paragsha de Cerro de Pasco y otras. 

El drenaje de mina cobra costos importantes por la profundización constante e incremento de los volúmenes de agua, en algunos casos ácida, requiriendo de tratamiento antes de verter en las cuencas, aparecen regulaciones ambientales y nace la ingeniería Ambiental.

Los costos de minado aumentan y la metalurgia toma el desafío de incrementar las recuperaciones. Las moliendas se necesitan más finas para mayor recuperación y los molinos absorben la carga de reducción de tamaño de las partículas de mineral, esto genera una clasificación y recirculación hacia el molino de la carga gruesa, lo que realiza con clasificadores helicoidales mecánicos, pasando luego a clasificadores centrífugos del tipo ciclones, con mejores resultados de selección de finos y gruesos, nace la tecnología de zarandas de alta frecuencia para clasificación en húmedo de la descarga de molinos, reduciendo sustancialmente la recirculación y, por ende, incrementando la producción de molinos. 

El manejo de los relaves se convierte en una especialidad, para garantizar la correcta deposición, la percolación y drenaje de los excesos de agua del proceso, en casos de acidez se realiza tratamientos para regular el PH antes de la entrega del agua a la cuenca. Las presas de contención se construyen con apoyo de especialistas en ingeniería civil, estructurales, ambientalistas e hidráulicos.

Hacia fines del Siglo XX se inician cambios sociales radicales, eliminando campamentos con traslado de población laboral a los pueblos más cercanos, se generan conflictos e inconformidades, pero rápidamente, trabajadores, sindicatos y gerencias ven el beneficio de tener la familia en la ciudad y llegar a casa cada dos o tres semanas por régimen de trabajo con horas  extras acumuladas, para tomar los días libres.

El siglo XX se caracterizó por el desarrollo de las ciudades, migraciones internas en búsqueda de mejores oportunidades y la población reconocía los grandes recursos del país; en la escuela la educación daba mucho énfasis desde la niñez, con el modelo del escudo nacional, reconociendo al reino animal representado por la vicuña, que tiene la lana más fina del mundo; el árbol de la quina que fue la cura milagrosa contra el paludismo, y la cornucopia de oro derramando también monedas oro, representando la abundancia de minerales. 

Actualidad

El siglo XXI trae los equipos de perforación electrohidráulicos, muy rápidos y potentes, los Jumbos se reducen a dos brazos por ser suficientes para sacar la perforación de frentes con sección adecuada para camiones de alto tonelaje, la potencia de los motores se incrementa hasta 500 HP y más, se mejoran las cajas de velocidades y acero de los ejes, aparece la transmisión 4 x 4, 6 x 4 y 8 x 6 en camiones, es decir ocho puntos de apoyo y seis con tracción, las gradientes en rampas se incrementan hasta 15% reduciendo la longitud entre niveles. Los equipos con perforadoras para producción migran a taladros largos para lograr un proceso masivo, algunas marcas los denominan Simba.  

Los métodos de minado subterráneo van en tendencia a minado de gran escala lo que desarrolla la geomecánica para conocer y fortificar las áreas excavadas, la fortificación de la roca deja las maderas que es reemplazada por aceros y cemento en forma de pernos de anclaje, Split set, pernos helicoidales, cemento disparado (shotecrete) a techo y cajas de las excavaciones, dando mejor soporte a la roca aperturada.

La seguridad se convierte en un valor y compromiso, se intensifican las actividades con el fin de prevenir accidentes. 

Las voladuras pasan de fulminantes no eléctricos a electrónicos, los explosivos son una gama de dinamitas y emulsiones.  

La limpieza de mineral y escombros se realiza con Scooptram diésel de gran tonelaje, transportándose en túnele y rampas con camiones de 24 t, 35 t, 50 toneladas y más, en minería subterránea.

La productividad se relaciona con capacidad de equipos y, a mayor productividad, equipos más grandes, llegando a utilizar las máquinas más grandes que quepan en los túneles; esto genera problemas de seguridad por menor visibilidad y los accidentes por atropello son un alto riesgo, así como la colisión de equipos. El incremento de potencia en los equipos y su correspondiente polución, obliga a esmerados sistemas de ventilación y, en paralelo, aparecen los equipos de carguío, acarreo y transporte con motores eléctricos a baterías.

Los Scoop eléctricos a baterías se innovan con la dificultas de lograr un trabajo efectivo por cada carga. Las baterías de plomo ácido son pesadas, costosas y no garantizan la jornada completa de trabajo, se inicia la migración a las baterías de litio, estas son livianas con mucho amperaje, pero aún más costosas, sin embargo, tienen la ventaja de mayor rendimiento en cada carga. 

Los equipos, la ventilación y el personal necesitan monitorearse y la mina se conecta con fibra óptica, cable radiante u otro sistema para tener control de la ventilación en línea, signos vitales de los equipos, condición de trabajo de los colaboradores, envío de señales de evacuación, etc.

Los ventiladores y el bombeo funcionan en automático, y de acuerdo al requerimiento de cada mina, ahorrando mucha energía y costos.

Los equipos de perforación se automatizan y continúan operando durante horas de descanso del personal, incrementando la productividad por más metros perforados.

El relleno de las labores adopta la tecnología de pasta y con adición de cemento –cuando se requiere– brinda estabilidad a las labores, beneficia a la seguridad y mejora el índice de recuperación de mineral.

Los equipos de perforación, de extracción y de servicios se automatizan y adoptan sensores que transmiten sus “signos vitales” con datos de temperatura, presión, vibración, productividad, horas efectivas, etc.; el supervisor logra recoger en una laptop la data de cada máquina dentro de sus actividades de control; al poco tiempo las labores de la mina son cubiertas con instalaciones de comunicación y nodos que trasmiten en línea los detalles operativos vía Internet directamente al usuario.  

La logística mejora en calidad y celeridad debido a que el supervisor y operadores calificados portan tabletas o desde sus celulares trasmiten a la oficina central o talleres sus necesidades para ser atendidos.

La red de conectividad dentro de la mina hace posible tener información en línea, vía Internet –en cualquier lugar del mundo– de todos los parámetros de la operación, incluyendo equipos, sistemas y personal.

La tendencia al “gigantismo” de los equipos, trae la dificultas de reducir la visibilidad para el operador y se desarrolla el sistema anticolisión para evitar atropellos y choque de equipos dentro de los túneles.  

El siglo XXI se caracteriza por la oportunidad e inclusión de jóvenes de las comunidades campesinas, que con capacitaciones y entrenamiento logran ocupar posiciones de alta especialidad, con mejora sustancial en su calidad de vida. Este aspecto es de gran impacto por que descubren capacidades, habilidades y talento, que sin la oportunidad de la minería, quedaría oculto, inclusive para el mismo comunero.

El futuro

En la actualidad, este siglo XXI se identifica con la era del cobre, por la cantidad de equipos, artefactos de la industria y el hogar que requieren del metal rojo. El litio será el gran acompañante en el desarrollo tecnológico automotriz y las baterías para sistemas de energía renovable, además acompaña el cobalto como aliado que mejora el rendimiento eléctrico.

La minería refuerza la conectividad desde el subsuelo a superficie con información de múltiples sensores en los equipos y lámparas mineras que informan los signos vitales de los equipos y la ubicación del personal, no existirán colisión de equipos ni atropello de personas. Los telemandos se reemplazan por equipos autónomos, los motores diésel se cambian por eléctricos híbridos o solo a batería.

La minería migra a subterránea por impactar en menor área que las minas a tajo abierto y los métodos de explotación son masivos, se desarrolla gran minería subterránea, las grandes excavaciones tienden a desestabilizar el macizo rocoso y se intensifica la fortificación con fierro y cemento; los equipos operan con robótica.

Los metales denominados raros invaden celulares, computadores, televisores, automóviles y estos también abundan en nuestra cordillera. 

La humanidad incrementa sus necesidades de cobre y otros metales para equipos y artefactos que mejoran la calidad de vida y Perú está entre los países con las mayores reservas cupríferas del mundo.  

Es difícil tener una mejor oportunidad, aprovechémosla poniendo en valor los yacimientos que están en proyecto, descubriendo nuevos depósitos y aplicando lo mejor de la tecnología para alcanzar la rentabilidad aún de las minas de baja ley por medio de la robótica, controles a distancia, sensores de protección de personas y equipos, reemplazo del transporte en camión por fajas o mineroductos, análisis mineralógico en línea, metalurgia automatizada, emulsiones y explosivos, fulminantes electrónicos, energía renovables, conectividad total en minas a tajo abierto y subterráneas. Se desarrollará mucha tecnología y en Perú tenemos que ser muy receptivos para investigar, desarrollar y aplicar las innovaciones.


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