Por: Gustavo García, jefe del Área de Ventilación; Alex Zapata, gerente y Milton Carrión, superintendente de Planeamiento e Ingeniería, Unidad Minera Pan American Silver Huarón.

Resumen

Pan American Silver Huarón ha decidido invertir U$S 4.3 millones en infraestructura de ventilación para la ejecución de chimeneas tipo Raise Boring que se ejecutarán en los diferentes circuitos de la mina, y que permitirán dar sostenibilidad al minado, profundizar las rampas hacia niveles inferiores y expandir los horizontes de la mina.

Con los nuevos circuitos operando, la mina Huarón habrá reducido las resistencias de los circuitos de ventilación, por lo tanto, podrá trabajar posteriormente en controlar y reducir el consumo de energía por ventilación.

La organización ha determinado aplicar una norma internacional más estricta que la peruana, sin castigos por disponibilidad mecánica ni utilización, lo que significa un reto mucho mayor para la mina, pero que está ligada a los niveles de inversión que la alta dirección ha aprobado para la nueva infraestructura.

Introducción

Huarón es una mina de plata primaria que ha producido más de 220 millones de onzas de plata de 70 conocidas vetas desde que comenzaron las operaciones en 1912. En 1998, la producción se detuvo después de que sus labores subterráneas se inundaron debido a un accidente de un vecino minero. Plata Panamericana Corp. adquirió un interés mayoritario en la mina Huarón en 2000 y la vía rápida, el proyecto de viabilidad, la financiación y la construcción para empezar a pleno funcionamiento en 2001. Posteriormente, la compañía adquirió el resto de interés, y ahora posee el 100% de la propiedad.

La unidad minera Huarón es una mina subterránea mecanizada productora de concentrados de cobre, plomo y zinc con altos contenidos de plata. La operación se encuentra ubicada en la región Pasco, zona centro del Perú. Geográficamente se localiza en el flanco este de la cordillera occidental de los Andes a una altura de 4,540 msnm.

El sistema de ventilación de la mina Huarón, está definido por ventiladores primarios de 160,000 y 120,000 CFM que trabajan en paralelo, los que generan presión negativa en el sistema y están ubicados estratégicamente en superficie e interior mina, y para cada zona de operación. Actualmente, se tiene un ingreso de aire de 539,604 CFM, los que nos dan una cobertura actual de 103%. Sin embargo, los circuitos principales y secundarios se conforman en su mayoría por laboreo convencional, debido al método de explotación antiguamente utilizado, por lo que se requiere renovar e incrementar el área de estos circuitos para ir a la par con el tipo de minería mecanizada que actualmente se utiliza.

Objetivos

ν Invertir en infraestructura de ventilación para permitir una operación segura y continua.

ν Incrementar la cobertura de aire general de la mina para proyectar y diseñar un futuro sistema de ventilación que supere la necesidad de la operación y que permita proyectar un sistema de ahorro de energía.

ν Garantizar y dar confiabilidad al sistema de ventilación para las nuevas zonas proyectadas a profundizar.

ν Reducir la resistencia global de la mina y el consumo de energía en los ventiladores primarios.

ν Reducir la recirculación de aire usado y controlar la temperatura de ambiente.

Desarrollo y colección de datos

Sistema actual de mina Huarón

Programa de producción y avances 2023

Para el 2023, se estimó producir 958,167 toneladas métricas secas con leyes equivalentes a 145.31 gramos de plata por tonelada métrica, 0.62% de cobre, 1.43% de plomo y 2.22 % de zinc. Donde la producción de la zona Baja, que abarca desde el nivel 180 al nivel 0, representa el 46.7% del total planeado en el año de operación. En esta área se tiene vetas principales como Travieso, Cometa, Tapada y Cuatro Ramal, las que requieren de un adecuado sistema de ventilación que cubra la demanda de aire para su desarrollo, preparación y explotación. El programa de avance de 24,890 metros distribuidos de la siguiente manera:

9,880 metros en desarrollos.

2,180 metros en operación mina.

12,030 metros en preparación.

800 metros en exploración.

Para el 2023 dentro del programa de avances tenemos preparado profundizar y dar continuidad al minado con el mismo soporte de leyes. Las rampas de profundización están consideradas con una sección de 4.20 m x 4.20 m con sus respectivas cámaras de carguío, poza de bombeos y SS.EE.

Zona Alta: RA315 (-) para preparar veta Constancia y veta Productora Ramal; RA502 (+) para preparar veta San Pedro Ramal.

Zona Horizonte: RA997 (-), RA996 (+) y RA990 (+) para preparar la estructura cuerpo Andrés y RA58 (+) para preparar la veta Elena Ramal.

Zona Media: RA250 (-) para preparar la estructura veta Llacsacocha; RA251 (+) para preparar Llacsacocha Sur Ramal; RA890 para preparar la veta Pozo D y Sevilla.

Zona Baja: RA 640 (-) rampa para preparar la veta Travieso; RA866 (+) rampa para preparar Maritza Ramal Techo y veta Halley; RA868 (-) para preparar la veta Margarita y Fastidiosa Ramal 4; RA978 (-) para preparar la veta Farallón, Danitza, Halley, Maritza Ramal y Maritza Ramal Techo; RA900 (-) para preparar las vetas Cuatro, Santo Tomás Ramal y Teresa Ramal; RA213 (+) para preparar las vetas Alianza y Constancia; RA770 (-) para preparar las vetas Juanita y Tapada; RA929 (+/-) para preparar las vetas Providencia y Nueve; RA141 (-) para preparar las veta Labor Oeste y Cometa.

Asimismo, se ha contemplado la preparación de subniveles y ventanas como parte de la explotación por el método de minado de taladros largos.

Sistema actual de ventilación

El sistema actual de ventilación de la mina Huarón funciona en líneas generales de la siguiente manera:

El ingreso de aire se da básicamente por las rampas principales: Unión, Kosmos, Yanamina, Bocamina 600, Bocamina San José; y también por algunas chimeneas principales como el CHAL – 18 (Alimak) y el pique principal de extracción (Pique D).

Los puntos de salida de aire viciado con chimeneas RB que llegan hasta superficie, donde se tienen instalados ventiladores de 160,000 CFM. Estos se detallan a continuación: Circuito RB 39: la extracción de aire viciado se realiza desde el Nv. 180 hasta superficie por la columna de extracción conformada por el RB 33 y RB 40, RB 38, Chal 535 y RB 39, donde se encuentran instalados dos ventiladores de 160,000 CFM en paralelo.

Este circuito está conformado por chimeneas muy antiguas, inaccesibles y estranguladas por el deterioro de los accesos y de las mismas chimeneas.

Circuito RB 52: la extracción de aire viciado se realiza desde el Nv. 180 y Nv. 100 hasta la superficie por la columna de extracción conformada por el RB 57, CHAL 02, pique Bardet y RB 52; la extracción de aire viciado se realiza mediante dos ventiladores en paralelo de 160,000 CFM ubicados en superficie.

Este circuito es inaccesible en los niveles 250 y 420.

Circuito RB 49: la extracción de aire viciado se realiza desde el Nv. 320 hasta superficie por la columna de extracción conformada por el RB 49 que llega directamente a superficie, y tiene un ventilador de 120,000 CFM, instalado al pie de la chimenea RB.

Circuito RB 32: fue comunicado por el CX. 996, en dicha comunicación fue instalado un ventilador extractor de 90,000 CFM, el que trabaja como un sistema de ventilación secundario de evacuación de gases hacia superficie.

Muchas de las chimeneas existentes en el circuito de ventilación se ejecutaron de manera convencional hace muchos años, por lo que la empresa ha decidido renovar los circuitos principales y secundarios, por chimeneas RB con un diámetro óptimo que permita minimizar las resistencias sin generar gastos innecesarios en el Capex.

Huarón es una mina con más de 100 años de antigüedad por lo que las resistencias para hacer ingresar y extraer el aire son altas, lo que complica llevar aire fresco a zonas operativas sin que este se pueda contaminar en su recorrido, y también extraer aire viciado sin que este pueda fugarse y recircular a zonas de trabajo.

Para evitar estos problemas se requiere de constante mantenimiento de los circuitos principales y secundarios, lo que demanda de mano de obra constante y asignación de recursos para realizar rehabilitaciones, reemplazar circuitos inaccesibles, taponear labores para evitar fugas de aire, etc.

La mina tiene más de 100 chimeneas Raise Boring ejecutados, sin embargo, muchas de ellas, ejecutadas hace muchos años, presentan deterioro, o son de diámetro reducido, lo que hace que la ventilación a través de estos ductos no sea efectiva.

La alta resistencia de los circuitos actuales de ventilación nos ha obligado a instalar ventiladores de alta presión, y en algunos casos de alto consumo de energía, para poder vencer la resistencia y caída de presión que se generan en los conductos al mover aire a través de ellos.

Por lo tanto, la empresa decide realizar una consultoría para hacer un análisis de los circuitos principales de la mina y evaluar el reemplazo de estos de manera progresiva según la proyección de la mina. Este análisis incluye el cálculo de diámetros óptimos, de balances con potencias efectivas, de resistencias, diseño de nuevos circuitos, etc.

Para determinar el diámetro de las chimeneas RB se hizo un cálculo entre el costo de energía que se requiere para mover aire por la chimenea versus la inversión Capex que requiere ejecutar.

El análisis se hizo para cada caso según el caudal que se quiera mover por la chimenea de ventilación:

Balance y cobertura actual de ventilación

La cobertura actual de ventilación de la unidad minera Huarón alcanza el 103%.

La demanda de aire por equipos diésel es 638,000 CFM y los cálculos para determinar este valor son con base en la normativa peruana, que nos indica lo siguiente: “El requerimiento de aire para los equipos que operan con motores petroleros no debe ser menor de tres (3) m³/min, por la capacidad efectiva de potencia (HPs) y en función a su disponibilidad mecánica y utilización de acuerdo a la evaluación realizada por la titular de actividad minera que considere también la altitud, el calor de los motores y las emisiones de gases y partículas en suspensión. (D.S. N° 023- 2017-EM ART. 252.- inciso E)”.

Como parte de la inversión también se van a adquirir nuevos ventiladores principales de 200,000 CFM y 180,000 CFM y los ventiladores auxiliares que inyectan aire a los frentes de trabajo serán reemplazados por otros de más capacidad (cambio de ventiladores de 30,000 a 60,000 CFM) para asegurar que el caudal que llega a los frentes sea el necesario para evacuar los gases contaminantes y cumplir con la normativa con respecto a la velocidad mínima establecida (20 m/min en las labores de explotación, preparación y desarrollo, y 25 m/min en caso de usar Anfo). 

Las chimeneas Raise Boring de ventilación proyectadas están diseñadas para reducir la resistencia de los circuitos de ventilación, reemplazar chimeneas antiguas e inaccesibles, y para permitir el ingreso y salida de aire a nuevas zonas.

Uno de los principales propósitos es reemplazar los circuitos convencionales que tiene la mina Huarón y que en su mayoría están conformados por chimeneas antiguas, camino obstruidas, de diámetro reducido, labores inaccesibles, etc., y con esto dar eficiencia y confiabilidad al sistema de ventilación.

Entre los proyectos principales se tiene contemplado ejecutar cinco chimeneas RB a superficie, las mismas que permitirán inyectar aire limpio y fresco directamente a las zonas de operación, y también extraer aire viciado sin posibilidad de que este recircule dentro de la mina. Esto permitirá reducir las concentraciones de dióxido de carbono (CO₂), gas característico que se encuentra en altas concentraciones en la mina Huarón.

Balance actual de la mina:

Requerimiento por equipos diésel comparativo entre la normativa peruana y canadiense (ver Tabla 2).

Analizando ambos escenarios la cobertura de la mina queda como se muestra en la Figura 3.

Sistema proyectado de ventilación

El diseño de la ventilación para los próximos dos años se ha planteado considerando los requerimientos de aire proyectados de acuerdo al ritmo de producción y avances en la mina.

Las chimeneas se ejecutarán en diversas zonas estratégicas de la mina con el objetivo de reemplazar aquellas chimeneas que por su antigüedad son inaccesibles, están deterioradas y tienen área reducida que incrementa la resistencia de los circuitos de ventilación.

Se han evaluado los diversos circuitos de ventilación y se ha considerado la presencia de CO₂ (dióxido de carbono) como factor determinante para el diseño de los nuevos circuitos.

La unidad minera Huarón tiene la particularidad de generar y emanar CO₂ por las aberturas de la roca, por lo que los circuitos proyectados están diseñados para inyectar aire fresco desde zonas no contaminadas por CO₂ o directamente de superficie.

Se ha trabajado de la mano con una empresa consultora especialista en ventilación con la que se ha buscado alternativas en los circuitos de inyección y extracción de aire, en un trabajo de campo y gabinete que duró seis meses.

Inversión Capex en ventilación año 2023-2024

Pan American Silver Huarón tiene proyectado invertir en los próximos dos años 4.3 millones de dólares en infraestructura y equipos para mejorar el sistema de ventilación.

Como infraestructura se tiene proyectado ejecutar 2,995 m de chimeneas RB distribuidas de la siguiente manera:

RB de 8 pies de diámetro: 1,213 m 

RB de 10 pies de diámetro: 1,782 m

Balance de aire proyectado

Balance según normativa peruana: el balance según la normativa peruana indica lo siguiente respecto al cálculo de requerimiento de aire por persona:

Artículo 247.- En los lugares de trabajo de las minas ubicadas hasta mil quinientos (1,500) metros sobre el nivel del mar, la cantidad mínima de aire necesario por hombre será de tres metros cúbicos por minuto (3 m³ /min). En otras altitudes la cantidad de aire será de acuerdo a la siguiente escala:

1. De 1,500 a 3,000 msnm aumentará en 40% que será igual a 4 m³/min.

2. De 3,000 a 4,000 msnm aumentará en 70% que será igual a 5 m³/min.

3. Sobre los 4,000 msnm aumentará en 100% que será igual a 6 m³/min. (Decreto Supremo Nº 024-2016-EM y su modificatoria Nº 023-2017-EM).

Para el cálculo de requerimiento por uso de madera, temperatura y equipos diésel:

d) La demanda de aire de la mina debe ser la cantidad de aire requerida por los trabajadores, para mantener una temperatura de confort del lugar de trabajo y para la operación de los equipos petroleros. Cuando en la operación no se usen equipos con motor petrolero debe considerarse el aire requerido para diluir los gases de las voladuras de acuerdo al ANEXO 38.

La madera empleada al interior de la mina para labores de sostenimiento, entre otras, genera emisiones de gases de CO₂ y CH₄, factor que debe ser tomado en cuenta para el cálculo del aire necesario al interior de la mina. Este factor se determina de manera proporcional a la producción. Para el cálculo debe considerase la siguiente escala:

ν Si el consumo de madera es del 20% hasta el 40% del total de la producción, el factor de producción debe ser de 0.60 m³/min.

ν Si el consumo de madera es del 41% hasta el 70% del total de la producción, el factor de producción debe ser de 1.00 m³/min.

ν Si el consumo de madera es mayor al 70% del total de la producción, el factor de producción debe ser de 1.25 m³/min.

Para mantener la temperatura de confort en el lugar de trabajo, se debe considerar en el cálculo del requerimiento de aire una velocidad mínima de 30 m/min, cuando la temperatura se encuentre en el rango de 24°C hasta 29°C como máximo.

e) El requerimiento de aire para los equipos que operan con motores petroleros no debe ser menor de tres (3) m³/min, por la capacidad efectiva de potencia (HPs) y en función a su disponibilidad mecánica y utilización de acuerdo a la evaluación realizada por la titular de actividad minera que considere también la altitud, el calor de los motores y las emisiones de gases y partículas en suspensión. (Decreto Supremo Nº 024-2016-EM y su modificatoria Nº 023-2017-EM).

En el caso de la normativa peruana la potencia efectiva es también castigada por la disponibilidad mecánica y la utilización.

Balance sin castigo a la potencia de los equipos (Norma canadiense): Pan American Silver ha establecido que el castigo de la potencia a los equipos diésel no debe ser considerada para balances y coberturas internas de la empresa, esto debido a que la norma canadiense no castiga la potencia y para el cálculo de requerimiento se utiliza la potencia nominal de los equipos multiplicada por el factor de requerimiento.

Con esto la valla es más alta para cubrir o pasar el 100% de cobertura, representa un reto que nos genera la necesidad de construir la infraestructura y adquirir los equipos que sean necesarios para poder cubrir el requerimiento de aire.

En este caso la normativa canadiense menciona lo siguiente: “El flujo de aire debe ser de al menos 0.06 metros cúbicos por segundo por cada kilovatio de potencia de los equipos diésel que funcionen en el lugar de trabajo”. (Norma Canadiense de Minería: Occupational Health and Safety Act, R.R.O. 1990, Regulation 854, Mines and Mining Plants).

Esto equivale a 2.68 metros cúbicos por minuto por cada HP, que deben ser multiplicados solamente por la potencia nominal y no deben ser castigados por la disponibilidad mecánica y la utilización.

El requerimiento por equipos diésel quedaría de la siguiente manera:

Ejemplo comparativo:

a) Normativa peruana:

Requerimiento para equipo de 142 HP (nominal): equivale a 84.37 HP efectivos de acuerdo a las condiciones operativas de la mina.

Q requerido 1= 84.37 HP x DM (0.82) 

x FU (0.78) x 3 m³/min- HP

Q requerido 1= 161.89 m³/min

b) Normativa canadiense:

Q requerido 2: 84.37 HP x 2.68 m³/min-HP

Q requerido 2= 226 m³/min

Para este ejemplo representa el 40% más con respecto a lo calculado según la normativa peruana.

Chimeneas RB proyectadas

Las chimeneas RB proyectadas para los siguientes dos años se ejecutarán con un contratista especialista en construcción de este tipo de instalación, y para lograr ejecutar el metraje proyectado se ha considerado instalar dos máquinas RB en la mina, con la opción de llevar una tercera, las que trabajarían simultáneamente.

Esto implica también una fuerte inversión en cableados y movimiento de subestaciones para abastecer de energía a estas máquinas cuyas potencias oscilan entre los 450 y 500 kVA.

Las chimeneas RB de ventilación proyectada han sido diseñadas y simuladas en el software Ventsim, donde se ha podido ver los resultados del sistema de ventilación proyectado (ver Figuras 5 y 6).

Presentación y discusión de resultados

Coberturas proyectadas

La cobertura proyectada a fines de 2023 es de 108%.

Para esto se requiere incrementar los ingresos de aire de la mina mediante el uso de los RB que se ejecutan en este periodo.

La diferencia de caudales en el ingreso de aire es de 192,250 CFM, que se deben incrementar en los circuitos de ingreso de aire.

La proyección es con el requerimiento más crítico hasta el 2036.

Reducción de resistencias de la mina y reducción de consumo de energía

Como podemos observar, de acuerdo con la secuencia de construcción del sistema, se prevé una primera reducción de la resistencia durante el 2023, finalmente, a partir de 2024 la resistencia alcanzará la resistencia mínima, en general la tendencia del sistema es a reducir de un máximo de 0.012 Ns2/m8 hasta una resistencia mínima de 0.0025 Ns2/m8.

Desde el punto de vista del costo de operación, se prevé un Opex por el sistema de ventilación principal de máximo US$ 693.6 mil, en 2023, el cual se prevé disminuirá hasta US$ 383.3 mil, sin embargo, esta estimación dependerá de la distribución operativa del flujo de aire.

Conclusiones

1. El sistema actual de ventilación tiene circuitos complejos e inaccesibles que requieren ser renovados por nuevas chimeneas de ventilación.

2. Pan American Silver Huarón ha decidió invertir US$ 4.3 MM en infraestructura y equipos para mejorar el sistema de ventilación, y con esto perfeccionar la seguridad en la operación de la mina y dar sostenibilidad al minado mecanizado que se viene desarrollando.

3. Con la ejecución de la nueva infraestructura se reducen las resistencias y, por lo tanto, el sistema de ventilación puede proyectarse a fututo como un sistema Ventilation on Demand (VOD) que permita regular los parámetros a la necesidad de la operación y reducir el consumo de energía.

4. Las mejoras en la ventilación propuestas permitirán reducir los valores TWA de los gases y la temperatura efectiva, asegurando una mejora en el confort térmico de la mina.

Bibliografía

Evaluación de la Capacidad Efectiva de Potencia de Volquetes y Demanda de Aire Proyectada- IF02-20220910 (Estudio de Ventilación Mine & Flows 2022).

Informe Final de Recomendaciones MF- Huarón, IF02-20220910 (Estudio de Ventilación Mine & Flows 2022).

Norma Canadiense de Minería: Occupational Health and Safety Act, R.R.O. 1990, Regulation 854, Mines and Mining Plants. 

Plan de Minado 2023, Unidad Minera Pan American Silver Huarón.

Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional DS024-2016-EM y su modificatoria por DS N°023-2017-EM.