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MINADO EN CUERPOS DE MALA CALIDAD CON RELLENO CEMENTADO EN LA MINA HUARÓN

Por: John Olivera Agama, Ingeniero Planeador Mina Senior en Pan American Silver Huarón.


Resumen

Para la implementación del minado en cuerpos de mala calidad con relleno cementado en la mina Huarón se implementó un plan de acción con el objetivo principal que la explotación sea económicamente factible, rentable y segura. Por ello, se realizó una serie de inversiones como el diseño y construcción de la planta de concreto y su mezclador de agregados para relleno cementado, Scoop topeador, además de equipos de bajo perfil como Jumbo frontonero, empernador y Scooptram.

Se realizó el diseño geomecánico para el dimensionamiento de aberturas y paneles para minado.

Para la explotación se desarrolló un secuenciamento de minado dividido en tres fases, previamente se realiza un by pass paralelo al cuerpo mineralizado (160 m de longitud), de este se realiza tres accesos, una al centro y dos a los extremos que servirán de pivote para minar en breasting (corte y relleno ascendente). 

La primera fase se ingresa con paneles de 3 x 3 m en forma transversal al cuerpo (de contacto a contacto), estos paneles se realizarán en los 160 m de longitud del cuerpo a una distancia de 9 m entre cada panel. 

La segunda fase comprende el relleno de los paneles mientras que se va culminando la extracción de mineral (panel central de 20 m y paneles extremos de 7 m), a medida que se termina con el relleno cementado se abre nuevos paneles intermedios (sección 3 x 3), es importante que el relleno este completamente sellado hasta la corona del panel extraído.

Finalmente en la fase 3 se abren los paneles de mineral restantes, que son entre los paneles ya rellenados (con cemento), es decir, que los hastiales son paneles con relleno cementado, (sección de 3 x 3 m), no se deja mineral, recuperándose el 95%. Culminada esta última etapa de extracción de mineral se procede a utilizar relleno hidráulico y se sube al siguiente piso de minado, repitiendo las fases mencionadas.

La implementación permitió resultados positivos, logrando mejoras en todo el proceso de minado. Se eliminó los accidentes por caída de rocas a cero, se incrementó la producción de la unidad, llegando a producir de 8,000 t a 15,000 t/mes del cuerpo pozo D, con un costo de 54.10 $/t a 47.56 $/t, teniendo como producción promedio de 12,000 t/mes a un costo de minado 49.41 $/t.

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 se encuentra ubicada en el departamento de Pasco al 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. Asimismo, cuenta con cuerpos por reemplazamiento en los contactos litológicos como es el caso del cuerpo Pozo D.

En 2014, Huarón inició un agresivo plan para incrementar la producción, el objetivo principal fue mejorar los indicadores de seguridad y productividad. Se realizó exploraciones buscando nuevas estructuras y cuerpos de mineral, teniendo como resultado la ubicación del cuerpo Pozo D. La estructura está emplazada en contacto entre la marga silicificada y el intrusivo de composición monzonítico, controlada por la veta Pozo D – llacsacocha sur hacia el extremo norte y el intrusivo hacia el extremo sur.

Cuerpo Pozo D tiene un rumbo N 87 E y un buzamiento de 85 NW, con una potencia promedio de 26 metros en la parte más ancha y de 3.5 metros en la zona más angosta, por una longitud de 160 m (teniendo la forma de un lente elongado), sus leyes son 171g. de Ag, 0.11% de Cu, 3.33% de Pb y 5.55% de Zn.

Teniendo como objetivo principal la explotación del cuerpo Pozo D, con valores de VPT promedio de US$ 185.9, se realizó la zonificación geomecánica, donde la calidad de roca in situ en mineral de acuerdo a la clasificación de Bieniawski osciló en valores RMR 21-30 (mala tipo IV-B). Como alteraciones predominantes argilitización y seritización entre las aperturas de 1-5 mm. La resistencia uniaxial (20-40 Mpa) obtenidos con esclerómetro.

Luego de los estudios se determinó que el minado del cuerpo Pozo D sería por paneles (ventanas) y corte relleno (cementado) ascendente, debido a las condiciones geomecánicas y geológicas del macizo rocoso.

Objetivos

Los objetivos son:

ν Con el diseño de minado propuesto en el cuerpo Pozo D la compañía generará un valor agregado al extraer mineral de cuerpos con terrenos de mala calidad RMR 21-30 (mala tipo IV-B), lo que con métodos tradicionales era imposible, logrando incrementar la producción.

ν Recuperar las reservas de mineral en forma segura, sin poner en riesgo la seguridad de las personas, equipos y/o infraestructura.

Diseño geomecánico para el dimensionamiento de aberturas

Se ha considerado las propiedades de resistencia de la masa rocosa, propuesta por las consultoras, las cuales están descritas en la Tabla 1.

Donde: 

GSI: Calidad de la masa rocosa GSI=RMR-5 (para condiciones secas).

σc : Resistencia compresiva uniaxial de la roca intacta.

mi : Constante de la roca intacta. 

g : Densidad de la roca intacta.

mb : Constante de la masa rocosa. 

s : Constante de la masa rocosa.

Emr : Módulo de deformación de la masa rocosa.

v : Relación de Poisson.

Con los parámetros de relleno de los resultados de resistencias (probetas 6x12” - Laboratorio Huarón) se ejecuta el control en superficie como en interior mina para la rotura de probetas de acuerdo a las condiciones de ambiente, la resistencia alcanzadas en un periodo corto de 7 días con diseño de 80 kg de cemento Tipo I es 1.8 a 1.9 Mpa y con diseño de 120 kg es de 1.5 a 2.0 Mpa.

Para la determinación de los esfuerzos in situ se consideró los datos obtenidos por la consultora DCR Ingenieros, considerando una profundidad de 350 m hasta el nivel 250, estimándose un esfuerzo vertical a partir del criterio de carga litostática en 9.5 Mpa. La constante “k” para determinar el esfuerzo in situ horizontal fue estimada en 0.52, con el que se obtiene un esfuerzo horizontal de 4.9 Mpa.

La densidad para el mineral es de 0.031 MN/m3 y roca estéril es 0.027 MN/m3.

De acuerdo a las etapas de minado, considerando la forma de ingreso a la estructura cuerpo Pozo D, se realizó el modelamiento de elementos finitos para evaluar el factor de resistencia y desplazamiento, también conocido como el factor de seguridad.

Diseño planta de relleno cementado

Mina Huarón para el método de minado Corte y Relleno Ascendente para el cuerpo Pozo D y por la caracterización de la brecha mineralizada con clasificación según RMR roca mala a muy mala ha optado el proceso de relleno cementado con una resistencia de diseño requerida de 2 Mpa, como una de las opciones adecuadas para garantizar la estabilidad con un factor de seguridad de 1.26 y que permita una recuperación al 100% de mineral.

La planta de hormigón y concreto, marca Betonmac de fabricación argentina modelo Neo Móvil 70 P + MBH 1,500, capacidad de 40 m3/h, automatizada con consola de mando y un mezclador de dos ejes horizontales MBH 1500/1,000 de 1 m3 de volumen.

Caracterizada por contar con balanza de agregado y cemento, flujómetro de agua, dos dosificadores con celda de carga para el aditivo, una compresora de aire para el sistema neumático y dos sinfín para el cemento.

Mezclador modelo omega de doble eje horizontal, con compuertas de hojas hidráulicas.

Diseño de mezcla relleno cementado

Para la dosificación de relleno cementado se realizó toma de muestras en la cancha de desmonte de material estéril y se realizó ensayos de laboratorio (granulometría, contenido o porcentaje de humedad, absorción, etc.), según la norma establecida de ensayos físicos (ASTM C136; C127 y C117).

La utilización del relleno con resistencia es un elemento clave en la mayoría de los métodos de minado exitosos de alta extracción. La calidad de relleno y la velocidad de colocación controlan la velocidad de producción. Estos requerimientos han llevado al desarrollo de rellenos cementados consolidados.

El cemento en este caso es adicionado para proporcionar cohesión a la masa del relleno, de tal manera que esta permanezca sin sostenimiento cuando sea expuesta nuevamente, el propósito del cemento no es rigidizar la masa del relleno en un sentido regional, sino proporcionar estabilidad a las paredes del relleno expuestas.

El éxito de la productividad radica plenamente en la oportuna estabilidad que se le dé al vacío creado por la explotación. Huarón optó por el sistema de Relleno Consolidado, el que se presta satisfactoriamente al método de explotación usado en mina.

Plan de minado

Para la elección del método de minado que mejor se adapte a la explotación del cuerpo Pozo D, se usó el software para el cálculo de límites máximos de aberturas y modelos geomecánicos, así como para definir el secuenciamiento de la mina, es importante saber cómo se llevará a cabo la secuencia de minado.

Método de minado corte y relleno ascendente por paneles 

Aspectos técnicos generales

El método de minado propuesto es la conformación de una rampa circundante a la estructura mineralizada, de donde se desarrollarán cruceros horizontales en dirección a la estructura seguido de la preparación de un by pass, estas labores se ubicarán en rocas con clasificación (RMR 41-50 regular III B), de aquí partirán accesos de ventanas en negativo para un rebatido posterior, una vez que intercepte a la estructura se atravesará desde la caja techo hacia a la caja piso de manera transversal a la estructura en horizontal (ventanas), las labores mencionadas se caracterizan por ubicarse en estructura

mineralizada con una clasificación de valores RMR 21-30 (mala tipo IV-B). Es por ello la importancia que el diseño del análisis de estabilidad sea considerado en sección longitudinal a la estructura.

Se desarrollará ventanas (cruceros) con secciones de 3 x 3 m, dejando pilares de 9 m a ser recuperados post relleno del crucero explotado dejando finalmente un pilar de 3 m. Al terminar la secuencia de minado en el primer nivel se procederá a rebatir el acceso y pasar a los niveles superiores.

Estrategia de minado: desarrollos, preparaciones, infraestructura, explotación y perforación, y voladura

A. Desarrollos y preparaciones

Para ingresar al cuerpo mineralizado e iniciar el minado, se desarrolló en el piso de la estructura un by pass principal paralelo al cuerpo de mineral de 75 m de longitud, (se ubicará en un tipo de roca con clasificación (RMR 41-50 regular III B), de sección de 3.5 x 3.8 m, por donde se iniciará los paneles transversales en el cuerpo mineralizado (RMR 21-30 mala A-B).

Para la explotación se desarrolló un secuenciamento de minado dividido en tres fases, previamente se realiza un by pass paralelo al cuerpo mineralizado (75 m de longitud), de este se realiza tres accesos, uno al centro y dos a los extremos que servirán de pivote para minar en breasting (corte y relleno ascendente). La primera fase se ingresa con paneles de 3 x 3 m en forma transversal al cuerpo (de contacto a contacto), estos paneles se realizarán en los 160 m de longitud del cuerpo a una distancia de 9 m entre cada panel. 

La segunda fase comprende el relleno de los paneles a medida que se va culminando la extracción de mineral (panel central de 20 m y paneles extremos de 7 m), a medida que se culmina con el relleno cementado se abre nuevos paneles intermedios (sección 3 x 3), es importante que el relleno este completamente sellado hasta la corona del panel extraído.

Finalmente en la etapa 3 se abren los paneles de mineral restantes, que son entre los paneles ya rellenados (con cementado), es decir, que los hastiales son paneles con relleno cementado, (sección de 3 x 3 m), no se deja mineral, recuperando el 95%. Culminada esta última fase de extracción de mineral se procede a utilizar relleno hidráulico y se sube al siguiente piso de minado repitiendo las fases mencionadas.

Luego de culminar todo el primer piso se batirá en positivo los accesos al tajo y el by pass E y W.

Una vez nivelado el by pass se procede nuevamente con las fases mencionadas para continuar con el minado.

B. Infraestructura

Antes del inicio de la explotación se realizó infraestructura para ventilación, extracción de mineral y servicios.

La evacuación de mineral se realizará hacia los ore pass (chimenea de acumulación de mineral) y en la parte inferior la extracción es con locomotoras a través de línea farrea, que será cargada con tolvas hidráulicas. El mineral será llevado hacia el pique D para su izaje hacia planta concentradora.

Ore Pass

En la extracción de mineral se consideró dos ore pass con una longitud de 40 m c/u para manejar el mineral de los tajos. Estos se ubican en el by pass 875, el cual es nuestro principal punto de extracción en el nivel 250.

Fill Pass

Se desarrolló un raise boring (RB 35) desde el nivel 450 (zona norte 500), hacia el  nivel 250, con una longitud de 191.15 m y un diámetro de 7 pies.

Chimeneas de ventilación y servicios

En lo que respecta a la ventilación y servicios, se consideró para cada tajo una chimenea de ventilación cercana al by pass de acceso con una longitud de 54 m c/u.

C. Explotación

La explotación se desarrolló a partir de brazos de minado y by pass de sección de 3.5 x 3.8 m. De cada uno se realizarán los paneles en mineral cuyas fases de minado serán las siguientes para cada tajo:

Fase de minado 1: se desarrolló paneles cuya sección de acceso fue de 3 x 3 m, cada panel en la primera fase de explotación está separado uno de otro con un pilar de 9 m (pilar considerado estructura mineralizada), el relleno de paneles será en secuencia de menor distancia a las de mayor distancia.

Fase de minado 2: en la segunda fase de minado es importante que los paneles de la primera etapa de minado sean rellenados en su totalidad hasta la corona. Una vez rellenados dichos paneles, se abren ventanas intermedias entre las ventanas de la secuencia de minado, sección 3 x 3 m, el pilar considerado entre ventanas es de 9 m, por cada panel que se ingresa.

Fase de minado 3: en esta última fase de minado se abren los paneles intermedios entre los pilares rellenados (con cementado) en la secuencia de minado de fase 1 y 2, dichas ventanas tienen una sección de 3 x 3 m, culminada esta última fase se procede a rellenar una capa de relleno hidráulico y se sube al siguiente piso de minado.

Para subir al siguiente piso de minado se batirá el by pass en dos etapas hasta lograr la nivelación del mismo tal como se muestra en el diseño.

Se espera recuperar el 95% del mineral a minar con este método.

En lo que respecta al relleno, tal como se mencionó, se utilizará relleno cementado con una resistencia de 1.5 a 2.0 Mpa, el cual se prepara en la planta de relleno cementado que cubrir la demanda mensual de 5,000 m3. Este relleno es transportado una distancia de 1,500 m aproximadamente desde la planta hasta la cabeza del RB 35 en el NV 450 (RB de 192 m de longitud y 7 pies de diámetro) y lanzado 192 m hasta el NV 250). El relleno llega a la cámara 35 (al pie del RB 35) y luego es trasladado un máximo de 150 m con scoop para rellenar los paneles ya minados.

Al rellenar con este equipo se tiene un volumen del 40% que no es rellenado, para lo cual se adquirió el topeador (scoop de 2 yd3 con una hoja) que permite topear un 35% adicional. Para rellenar el 5% restante se colocará un tapón de madera y se utiliza lechada de concreto y/o relleno hidráulico.

D. Diseño de mallas de perforación y voladura

Con el fin de mejorar la perforación y voladura en este tipo de terreno, el grupo de Productividad comenzó a realizar pruebas de mallas de perforación y voladura, así como pruebas de vibraciones con sismógrafos para ver el grado de daño generado por el explosivo al macizo ocoso. A continuación se detallan las mejoras realizadas:

Mejora en mallas de perforación

Con respecto al control en la malla de perforación se ha logrado estandarizar un tipo de malla para una sección típica de 3 x 3 m. Esta sección corresponde a las ventanas de explotación.

Se ha logrado reducir el factor de carga de 18 kg/ml a 14.5 kg/ml mediante el control de paralelismo, pintado de malla, cambio de explosivo de anfo a dinamita, control de corona y hastiales con cañas. En la Tabla 5, se muestra los parámetros técnicos de perforación y voladura usados y que son reportados en todas las guardias por el personal de Productividad.

Análisis del grado de daño que se está generando en la interacción “explosivo – roca”.

Para dichas pruebas se coordinó la visita de un técnico de voladura del mercado, que cuenta con el equipo para medir vibraciones Minimate Plus, siendo esta una técnica para obtener información a través de los sismogramas. En efecto los sismogramas muestran la transferencia de energía del explosivo sobre la roca, la cual es captada por geófonos con disposición triaxial obteniendo la velocidad de las partículas (VPP) en sus tres componentes de ondas (L,V,T) provocada por la detonación de cargas por unidad de retardo a través de la que es posible conocer la eficiencia relativa, la interacción con las cargas adyacentes y en definitiva el rendimiento general del diseño (malla de perforación y voladura).

Con los datos obtenidos hasta el momento se puede inferir que la velocidad pico partícula de estos resultados muestran un pre alcance del comportamiento de la VPP sobre el tipo de roca que presenta en general la zona cuerpo Pozo D, pudiendo variar mientras se incrementa el número de muestras tomadas (mediciones).

Análisis y modelamiento de vibraciones

En la Figura 15, se puede observar que el daño que se está ocasionando a partir de la periferia está llegando a 1.82 m (creación de nuevas fracturas). El efecto de la voladura con cañas está dando buenos resultados en la corona.

Implementación del método

Consideraciones generales

Es importante definir todas las variables que han influido en el proceso de implementación, asimismo identificar las operaciones unitarias en su totalidad con lo cual se pueda cumplir el ciclo de minado, 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 y definir los distintos escenarios a evaluar.

Factibilidad de la implementación

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

Con respecto a la seguridad, al rellenar todas las aberturas con relleno cementado se logró el restablecimiento del equilibrio del macizo rocoso, se eliminó a cero los accidentes por caída de rocas y por planchoneo de la roca hacia los equipos scooptram, en el proceso de limpieza.

Con respecto al análisis económico se logra el 100% de recuperación de reservas.

Análisis de costos

Al realizar el análisis de costos se constató que el costo ideal es 49.41 $/t., para una producción de 12,000 t/mes, siendo el punto de equilibrio para tener margen de ganancia 8,000 t/mes.

Restricciones

La restricción principal es el relleno cementado, debido a que por la mala calidad del macizo rocoso el tiempo de auto soporte es mínimo.

Resultados

Respecto a la implementación del minado en cuerpo Pozo D de mala calidad con relleno cementado, determinamos que es un método seguro y eficiente, que generó mejores resultados en seguridad y la compañía ha logrado un valor agregado al optimizar la producción aplicando el método de minado por ventanas paralelas con mayores ingresos económico para la organización.

Conclusiones

1. Con la implementación del minado en cuerpos de mala calidad con relleno cementado, que es un nuevo método en la mina Huarón, se logra la recuperación de reservas de mineral que con métodos tradicionales era imposible, además se reduce la probabilidad de accidentes por caída de rocas al aumentar el factor de seguridad del tajo.

2. La productividad del cuerpo Pozo D radica en la producción del tajo mayor a 8,000 t/mes para generar rentabilidad para la organización. Huarón optó por el sistema de relleno cementado consolidado para garantizar la seguridad del personal, equipos e infraestructura.

3. El factor de seguridad promedio del techo es de 1.3 estable y los pilares tienen un factor de seguridad de 1.33 (estable), considerando que el relleno cementado está diseñado para una resistencia de 2 Mpa.

Recomendaciones

1. Se recomienda el cumplimiento estricto de los controles del minado, como son: relleno cementado y cumplimiento de los diseños de perforación y voladura.

2. Es importante mantener disponibilidad del agregado según especificaciones por planta de concreto, para la buena compactación del relleno.

Bibliografía

Carrión C., Milton. 2014. Reportes Internos de Planeamiento Mina, Cerro de Pasco. Pan American Silver Huarón.

Córdova R., David. Levantamiento geomecánico y recomendaciones del diseño.

Pan American Silver Huarón. 2014. Reportes Internos, Superintendencia de Ingeniería y Planeamiento – Área de Costos.

Vallejo C., Carlos. Levantamiento y estudio geomecánico del diseño en cuerpo Pozo D.

Vizcarra M., Edward. 2014. Reportes Internos de Geomecánica, Jefatura de Geomecánica, Cerro de Pasco. Pan American Silver Huarón.

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