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MINADO DE VETAS ANGOSTAS CON MICROEQUIPOS TRACKLESS EN LA MINA HUARÓN

Por: Cristhian Via, superintendente de Mina Huarón, Pan American Silver.


Introducción

Pan American Silver Huarón es una mina subterránea mecanizada productora de concentrados de cobre, plomo y zinc con altos contenidos de plata.

La unidad minera se encuentra ubicada en el departamento de Pasco en el centro del Perú. Geográficamente se localiza en el flanco este de la cordillera occidental de los Andes a una altura de 4,540 msnm.

Huarón es un yacimiento hidrotermal filoniano, con una distribución zonal con distinta mineralización, se conocen alrededor de un centenar de vetas con longitudes entre 100 a 1,000 m y potencias entre 0.30 m a 5 m.

En 2013, Huarón inició un agresivo plan para lograr la mecanización total de la mina, el objetivo principal fue mejorar los indicadores de seguridad y productividad. Se realizó el estudio y posteriormente el plan de implementación, donde se propuso reemplazar el minado por corte y relleno ascendente convencional con winches de arrastre eléctricos y máquina Jack Leg por minado Sub Level Stoping, específicamente la variante por el método Avoca. Este proceso duró hasta el 2015, año en que se mecanizó al 100% la mina.

Teniendo como objetivo principal continuar con la mejora y con la experiencia ya obtenida en todo el proceso de implementación del método de minado Avoca, se plantea reducir la sobre dilución, para lo cual se buscó una metodología de minado que se adapte mejor a la explotación de vetas angostas que es el caso de la mina Huarón.

Se determinó el uso de microequipos trackless (de bajo perfil menor a 2 m de ancho) en todas las operaciones unitarias, que van desde la preparación hasta el minado, fabricación de equipos que se adapten para la explotación de vetas angostas menores a 1.5 m. de ancho. Con esta mejora sustancial y determinante, se optimizó el método de minado al reducir las secciones de las labores que se generaban desde la preparación de galerías y subniveles, con lo que se logró una metodología de minado con la cual se puede mantener el límite máximo de abertura, por el constante relleno que se realiza cada cierto tramo disparado.

Resumen

Para la implementación de los microequipos trackless para el minado de vetas angostas se realizó un plan de acción con el objetivo principal de mantener anchos de minado que sean económicamente factibles, rentables y seguros, logrando reducir significativamente la sobre dilución. 

Con este trabajo se hizo viable el minado de vetas angostas, que por la potencia no eran económicamente factibles de explotar en forma mecanizada. Por ello se realiza la adquisición de microequipos trackless para avance lineal: minijumbo frontonero Muki; para sostenimiento: empernador Small Bolter y minirobot lanzador de shotcrete y para el transporte de concreto: mini Mixer. Para la perforación de taladros largos el jumbo mini raptor y para la limpieza, scoop a control remoto de 2.2 yd3. Todos los equipos con anchos menores a 2 m.

Además se realizó el diseño geomecánico para el dimensionamiento de aberturas y paneles, obteniéndose un banco ideal de 10 m. con paneles de 40 m. Se contempló una estrategia de minado en cada operación unitaria (perforación, voladura, sostenimiento, limpieza y relleno) y parámetros de control del minado (seguridad, desviación, fragmentación, dilución, factor de potencia, voladura secundaria y recuperación).

La implementación permitió resultados positivos por ello se intensificó su uso, logrando mejoras en todo el proceso de minado. Se redujo los accidentes por caída de rocas a cero, se perfeccionó los indicadores de seguridad de la unidad en los últimos años, se redujo la sobre dilución de 30 a 10% y se disminuyó el costo de minado de 34.17 $/Ton a 20.63 $/Ton.

Objetivos

Los objetivos de esta implementación son:

ν Maximizar los ingresos mejorando la productividad, reduciendo la sobre dilución con anchos de minado que sean económicamente factibles, rentables y seguros.

ν Demostrar los beneficios de la Implementación de los microequipos trackless para el minado de vetas angostas, recuperando reservas que no eran posibles de explotar en forma mecanizada, logrando una reducción del costo de minado.

Plan de minado

Para la elección del método de minado que mejor se adapte al yacimiento de la mina Huarón se usó herramientas como el software para el cálculo de límites máximos de aberturas y modelos geomecánicos, así como para definir el secuenciamiento de la mina.

Además se desarrolló el diseño para el dimensionamiento de las aberturas utilizando técnicas geomecánicas, para el caso se aplicó el Método Gráfico de Estabilidad (trabajos iniciados por Mathews en 1981).

Estos modelos geomecánicos facilitan la evaluación de distintos escenarios, su uso depende de la complejidad y el tipo de yacimiento que se tiene.

Método de minado Sub Level Stoping - Avoca

Aspectos técnicos generales

El método de minado Sub Level Stoping con relleno permanente denominado también Avoca se aplica en depósitos sub verticales (mayores a 60°).

Es bastante versátil con un rango de aplicación amplio, especialmente en condiciones de rocas incompetentes para yacimientos que poseen cajas de calidad regular a mala, es decir, RMR < = 41 de la clase IIIB y RMR >25 de la clase IVA, donde es imposible construir aberturas de las dimensiones del típico Sub Level Stoping.

Con una potencia de vetas entre 0.80 a 3.0 metros, permite una buena recuperación y selectividad de las reservas. Los sectores estériles pueden quedar como pilares. La dilución es baja utilizando controles adecuados.

En cuanto a la gestión de riesgos es un método que posibilita un adecuado control de estabilidad por consiguiente de mayor seguridad para los trabajadores.

El éxito del minado se sustenta en la demanda del relleno, por ende, la recuperación y el restablecimiento del equilibrio tensional de la masa rocosa.

Estrategia de minado: desarrollos, preparaciones y explotación

A. Desarrollos / preparaciones

Dada la formación y características geomecánicas del mineral se ha visto por conveniente realizar un by pass cada 15 m (pisos de minado) para tener punto de relleno y Limpieza.

El nivel inferior será el de extracción de mineral, que consta de dos ventanas de 12 m de longitud (3.5 x 3.8 m) y by pass ( 3.5 x 3.8 m) cada 40 m, los cuales se avanzarán con equipos de tamaño normal (Scoop de 4.1 yd3 y Jumbo Boomer S1D) y subniveles de extracción de 2.80 x 3.8 m para vetas menores de 2.50 m, todas se llevan a 2.80 m de ancho como máximo, con equipos pequeños.

Para la perforación de frentes en mineral se utiliza el Jumbo Muki de 1.10 m de ancho. Luego de realizar el disparo y la limpieza con scooptram de 2.2 yd3 de 1.60 m de ancho, se realiza el lanzado de concreto (shotcrete) con el minirobot lanzador 1.80 m de ancho y el mini Mixer de 1.90 m de ancho, la colocación de pernos se realiza con el empernador Bolter de 1.30 m de ancho. El alto se mantiene a 3.8 m. 

B. Explotación con taladros largos

Diseño de mallas de perforación

En el diseño de la malla de perforación, según los investigadores la variable más importante y crítica es determinar el burden. Existen varios modelos matemáticos para su cálculo, estos han sido desarrollados para taladros de gran diámetro, pero se pueden aplicar con cierta aproximación a los taladros perforados en minería subterránea. Modelo de R. Ash, Langefors, Pearse, Konya, etc.

Para lograr una voladura óptima se deben tener en cuenta las siguientes variables: 

ν Variables no controlables: naturaleza del macizo rocoso, geología regional, local y estructural, hidrología, condiciones climatológicas y otros.

ν Variables controlables: Geométricas (Burden, espaciamiento, diámetro de taladro).

ν Fisicoquímicas (mezcla explosiva, VOD). Tiempo (retardo y secuencia).

ν Operativos (personal entrenado y fragmentación requerida).

Perforación de filas (taladros de producción y de voladura controlada)

Se marca cada sección de perforación de acuerdo al burden y espaciamiento calculado (sección topográfica a detalle con ángulos de acuerdo al buzamiento de la estructura mineralizada), la perforación de taladros largos se realiza con el jumbo miniraptor de 1.30 m de ancho, el cual ingresa sin problemas a los sub niveles en mineral que previamente se avanzaron a sección pequeña de 2.80 x 3.8 m.

Diseño de carga de columna

Se realiza en retirada a partir de la cara libre con secuenciamiento de retardos.

El diseño de carga de columna es distinto para taladros de producción y voladura controlada; para evitar vibraciones excesivas.

Se rompe de acuerdo a la producción diaria de mineral y cumpliendo el límite máximo de abertura (LMP).

Explosivos : Examón P.

: dinamita semexa y/o emulsión

1 ½ x 12-65%.

Accesorios : faneles y/o exaneles de periodo

  corto y largo de 15 m de longitud.

Factor de potencia: 

Minado: 0.24 Kg/TM

Preparaciones: 1.85 Kg/m3

La voladura se realizará de manera secuenciada en tandas de tres filas de taladros, respetando el límite máximo de abertura después del cual se tendrá que realizar el relleno detrítico, se cargará con faneles de milisegundo y dinamita de 1¼ por 12 plg. o emulsión con las mismas dimensiones, con 27 cartuchos por taladros, 1 m de taco en la parte inferior y 1.3 en la superior.

Limpieza con control remoto

La limpieza se realizará con scoop de 2.2 yd3, con control remoto a una longitud de 15 m, luego se procederá con el relleno detrítico del tajo de tal forma que no se expone al equipo a la abertura.

Sostenimiento del tajo y sub niveles

El éxito del minado se sustenta básicamente en la combinación de los sistemas de soporte, es decir: 

La capacidad de atención y volumen del relleno.

La instalación del concreto lanzado (shotcrete) con pernos expansivos (Swellex), este último orientado para el desarrollo de las galerías y subniveles.

Sostenimiento de la caja techo con pernos de 10 a 14 pies para soporte de cajas durante el minado, la perforación se realiza con pernos helicoidales y lechada de cemento.

Relleno del Tajo

El relleno que se realiza es con desmonte proveniente de los frentes de avance en desmonte y se realiza con scoop de 2.2 yd3 por la ventana superior, dejando solo una abertura para no perder la cara libre y continuar con la voladura.

Asimismo, al finalizar el minado se rellena con relave grueso (RH), el cual lo denominamos relleno mixto.

Relleno hidráulico

Se realiza con relave grueso previamente clasificado en la planta concentradora. Asimismo, en el tajo ya explotado se construye tapones hidráulicos en las ventanas del piso inferior del tajo, cada una con tuberías de desfogue (quenas), el muro tiene un ancho de 0.8 m, y un doble alma de fierro de ¾”, cuadriculado de 5 x 0.5. Además está acuñado en el piso, hastial derecho, corona y hastial izquierdo mediante canales hechos en la propia roca, con una profundidad de 0.5 m. El relave tiene las siguientes características:

Q total (agua + RH) = 76 m3/hr.

Volumen sólidos = 30.4 m3/hr.

Volumen de agua = 45.6 m3/hr.

Velocidad de percolación = 10 cm /hr.

Densidad aparente = 2.2

Cálculo de resistencia del tapón hidráulico

Se contempla un factor de seguridad de 1.3, ancho de muro de concreto 0.8 m, y un doble alma de fierro de ¾”, cuadriculado de 5 x 0.5. Además está acuñado en el piso, hastial derecho, corona y hastial izquierdo mediante canales hechos en la propia roca, con una profundidad de 0.5 m.

Presión = densidad x altura

P1 = 3 TN/m3 x 18.8 m

P1 = 56.40 TN/m2

Factor de seguridad = 30%

PT = 56.40 TN/m3 + 30%P1

PT = 73.32 TN/m2

Presión = fuerza/área

Fuerza = presión x área

F = 73.32 TN/m2 x 3.8 m x 1 m

Diseño geomecánico para el dimensionamientode aberturas

El diseño para el dimensionamiento de las aberturas se determina utilizando técnicas geomecánicas, para el caso se aplica el Método Gráfico de Estabilidad, que fue desarrollado por Potvin (1988), Potvin, Milne (1992) y Nickson (1992), siguiendo los trabajos iniciados por Mathews (1981).

En forma resumida, el procedimiento de diseño para el dimensionamiento de aberturas está basado en el cálculo de dos factores: N’ y S. El primero es el número de estabilidad modificado y representa la capacidad del macizo rocoso para permanecer estable bajo una condición de esfuerzo dado. El segundo es el factor de forma o radio hidráulico que toma en cuenta el tamaño y forma del tajeo.

Número de estabilidad

El número de estabilidad N’ se define como:

N’ = Q’ x A x B x C

Donde:

Q’: es el índice de calidad tunelera Q modificado.

A: es el factor de esfuerzo en la roca.

B: es el factor de ajuste por orientación de las juntas.

C: es el factor de ajuste gravitacional.

Radio hidráulico

El factor de forma o radio hidráulico S, para la superficie del tajeo bajo consideración, se obtiene dividiendo el área de la sección transversal de la superficie analizada entre el perímetro de la misma.

Finalmente para el caso de la mina Huarón se tiene que para una altura de tajo de 18.6 m cuenta con una longitud de tajo sin sostener (abertura máxima sin sostener) de 15 m, pues con estas dimensiones tenemos un RH = 4.2, lo que nos indica que es estable.

Luego de determinar la bancada óptima que es entre 10 m y 12 m, se tiene una altura total entre 17.5 m a 20 m, donde notamos un F.S. = 1.33; mayor a 1, por lo que la excavación será estable y nos permite una longitud abierta hasta de 20 m.

Con esta altura de banco óptima se obtendrá mejoras en el minado como:

Reducción de la dilución, aumentar la recuperación de mineral, disminuir el volumen a acarrear y trasportar; por consiguiente, reducir los costos operativos.

Implementación de microequipos Trackless para el minado de vetas angostas

Consideraciones generales

Es importante definir todas las variables que van a influir en el proceso de implementación, asimismo identificar todas las operaciones unitarias en su totalidad (cerrar todo el círculo) con el cual se pueda cumplir el ciclo de minado con microequipos; además de analizar la factibilidad de la implementación, costos, precios de los metales y restricciones.

Durante el proceso de implementación debemos configurar una secuencia lógica de minado, asimismo podemos definir los distintos escenarios a evaluar.

Además de considerar las condiciones naturales del yacimiento, que son los factores importantes para la elección de los equipos (potencia de vetas, condiciones geológicas y geomecánicas), desde el punto de vista técnico, debe considerarse los aspectos operativos como las secciones de las labores, radios de giro, disponibilidad de repuestos de los equipos y, sobre todo, tener la flota completa para todas las operaciones unitarias, es decir cerrar el círculo. Con ello debemos conseguir:

ν Mecanización del 100% de actividades y evitar la exposición directa del personal.

ν Equipos de calidad y buena confiabilidad de acuerdo al yacimiento.

ν Maximización de la productividad logrando mayor recuperación de reservas minables, anchos de minado que sean económicamente factibles, rentables y seguros.

ν Reducción de la sobre dilución y el costo de minado.

ν Elaboración de estándares para todos los microsequipos.

ν Capacitación, entrenamiento y evaluación continua al personal.

Factibilidad de la implementación

Se realizó el análisis de factibilidad donde se determinó lo siguiente:

Con respecto a seguridad, al reducir las secciones de las labores se disminuyó la sobre dilución de los tajos, por consiguiente se minimizó las aberturas de los tajos de taladros largos, se redujo a cero los accidentes por caída de rocas y por planchoneo de la roca encajonante hacia los equipos scooptram con control remoto.

Con respecto al análisis económico, al realizar secciones más pequeñas se logra reducir la sobre dilución de 30 a 10%, por ello se realiza menor movimiento de desmonte, por lo tanto, el costo operativo con micro equipos es menor de 20.63 $/Tn versus a los 34.17 $/Tn con equipos de mayor dimensión.

Análisis de costos

Al realizar el análisis de costos se constató que se redujo considerablemente el capital para las preparaciones, transporte, sostenimiento y explosivos, debido a que se disminuyó la extracción de desmonte por sobre dilución y se mejoró la calidad de mineral, por ello el VPT pasó de 98 $/Tn a 232 $/Tn, asimismo se redujo el costo operativo de 34.17 a 20.63 $/Ton.

Requerimiento de equipos para todo el ciclo de minado

Para la elección de equipos la premisa fundamental fue de adquirir en el mercado maquinaria minera subterránea que se adapte a las condiciones naturales del yacimiento de la mina Huarón, (potencia de vetas, condiciones geológicas y geomecánicas), desde el punto de vista técnico, debe considerarse los aspectos operativos como las secciones de las labores, radios de giro, disponibilidad de repuestos y, sobre todo, tener la flota completa para todas las operaciones unitarias, es decir, cerrar el círculo.

Se realizó la adquisición de microequipos trackless para vetas angostas, como son: minijumbo frontonero Muki, para avance lineal; empernador Small Bolter y minirobot lanzador de shotcrete, para sostenimiento y mini Mixer, para el transporte de concreto. 

Para la perforación de taladros largos, el jumbo miniraptor y para la limpieza, scoop a control remoto de 2.2 yd3. Todos con anchos menores a 2 m y la mayoría usados por primera vez en la minería peruana.

Restricciones

La restricción principal es la potencia de veta, la sección mínima para cumplir con la norma de seguridad es de 2.80 m de ancho, con el cual se garantiza la seguridad del personal.

Parámetros de control del minado 

Control de desviación

ν Levantamiento con Optech.

ν Marcado de filas en ambos pisos.

ν Se realizan levantamientos con el equipo Peewee para rediseñar la malla de perforación y voladura. La desviación máxima es de 3%.

ν Uso de software AEGIS y Datamine.

ν Marcado de filas en ambos pisos.

Control de fragmentación

Se realizó el estudio de conminución de la voladura para rediseño de la malla de perforación y voladura.

Control de dilución y factor de potencia

Instalación de pernos (fierro corrugado y pernos Swellex en las cajas) para evitar descaje. 

Diseño de perforación y voladura (voladura controlada), seguimiento estricto del flujograma de minado por taladros largos.

Cumplimiento del radio hidráulico (límite máximo de abertura).

Realización de taladros de contorno para voladura controlada y sostenimiento de las cajas según recomendación geomecánica.

Relleno oportuno de aberturas

Relleno detrítico 15m3/hr.

Relleno hidráulico 30 m3/hr.

Precio unitario:

RH = 2.1 $/m3 

RD = 5.5 $/m3

Ahorro = 3.4 $/m3

Resultados

Respecto a la implementación de microequipos trackless para el minado de vetas angostas, determinamos que es un método seguro, eficiente y de menor costo, que generó mejores resultados de seguridad y económicos para la organización.

Es importante considerar las condiciones naturales del yacimiento, que son los factores importantes para la elección de los equipos (potencia de vetas, condiciones geológicas y geomecánicas), desde el punto de vista técnico, debe considerarse los aspectos operativos como las secciones de las labores, radios de giro y disponibilidad de repuestos.

Conclusiones

1. Con la implementación de microequipos trackless para el minado de vetas angostas y de nuevos métodos de explotación en la mina Huarón se logra reducir la probabilidad de accidentes por caída de rocas, al amentar el factor de seguridad de los tajos de taladros largos.

2. Con el método implementado se logró la reducción de la sobre dilución de 30 a 10 %, el incremento de productividad, rentabilidad y  mayor recuperación de reservas de mineral.

3. Los beneficios de la implementación de los microequipos trackless para el minado de vetas angostas permitieron la recuperación de reservas que no eran posibles de explotar en forma mecanizada, logrando una reducción del costo de minado.

Recomendaciones

1. Se recomienda el cumplimiento estricto de los controles del minado como son: cumplimiento del límite máximo de abertura, control de desviación de taladros largos, fragmentación, control de dilución y factor de potencia.

2. Es importante mantener disponibilidad de repuestos de los microequipos trackless, dado que no son comunes se requiere la logística adecuada para mantener la confiabilidad de la flota.

Bibliografía

Minera Antares S.A. 2012. Levantamiento geotécnico y recomendaciones en el diseño proyecto mina Rulita. Antofagasta – Chile, 2012.

Pan American Silver Huaron S.A. 2012. Cubicación de reservas mina subterránea Huarón, Superintendencia de Geología.

Pan American Silver Huarón S.A. 2019. Reportes internos de geomecánica, Superintendencia de Ingeniería y Planeamiento, Fredy Huamaní, Cerro de Pasco.

Pan American Silver Huarón S.A. 2013. Cartas mensuales, Superintendencia Mina, Cerro de Pasco, 2011- 2013.

Pan American Silver Huarón S.A. 2015. Reportes internos de geomecánica, Jefatura de Geomecánica, Edward Vizcarra, Cerro de Pasco.

Pan American Silver Huarón S.A. 2013. Reportes internos, Superintendencia de Ingeniería y Planeamiento – Área de Costos.

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