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MINADO MECANIZADO EN VETAS ANGOSTAS, MINA HUARÓN

Por: John Olivera Agama, Ingeniero de Planeamiento Mina Senior, Pan American Silver Huarón.


Resumen 

Huarón es un yacimiento hidrotermal, con una distribución zonal de mineralización de alta temperatura en su zona central (sulfuros con cobre) y hacia los bordes mineralizados de plomo y zinc con altos contenidos de plata. 

Gracias a las características geológicas, morfológicas y geomecánicas de las estructuras mineralizadas en la mina Huarón, desde 2020 al 2022 se ha tenido un incremento en producción de vetas angostas (0.4 m a 1.8 m) y subió de 27% a 42%, con buzamiento de 75° a 89° y RMR entre 25 a 35, para ello se requería un método de minado distinto y adaptable a los que usualmente se venían utilizando, como el minado por corte y relleno ascendente convencional con winches eléctricos de arrastre y máquina Jack Leg hasta el 2015, año en que se mecanizó e inició el método Sub Level Stoping tradicional, con secciones de preparación de 3.5 m de ancho por 3.8 m de alto, se adecuó las secciones a los equipos que se disponía en el mercado, en las preparaciones se incrementó la sobre dilución hasta 20%, generando aberturas e inestabilidad en el minado y los problemas de seguridad para nuestro personal y equipos, además del sobrecosto que esto implica, obteniendo márgenes similares cuando era convencional.

Nuestro objetivo principal, es mejorar la preparación y el minado mecanizado de las operaciones, de los resultados de minados de la variante del Sub Level Stoping, se genera el método Avoca, una combinación con el Cut and Fill Stoping tradicional y en los avances el uso de detonadores electrónicos con el objetivo de realizar un método de segregación en los subniveles (2.8 m ancho x 3.8 m altura) que se adapta al minado en vetas angostas, con una mejora que es el uso de microequipos trackless (de bajo perfil menores a 2.0 m de ancho) en cada proceso de la operación unitaria. Con este método de minado y los equipos diseñados para labores angostas se mantiene y controla un límite máximo de abertura, en la preparación y en el minado. 

Con la implementación se espera reducir la sobre dilución y mantener anchos de minado que sean económicamente factibles, rentables y seguros. Por ello, se realizó la adquisición de microequipos trackless para vetas angostas, como son: minijumbo “Muki” frontonero, empernador Small Bolter, minirobot lanzador de shotcrete, minimixer. Para la perforación de taladros largos, el jumbo miniraptor y para la limpieza, scooptram a control remoto de 2.2 yd3. Todos los equipos con anchos menores a 2 m.

Adicionalmente, se realizó el diseño geomecánico para el dimensionamiento de aberturas y paneles, obteniéndose un banco ideal entre 10 m a 12 m con paneles de minado de 20 m. en promedio. En el proceso de la 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).

Las pruebas dieron resultados positivos, por ello se intensificó su uso, logrando la mecanización de miniequipos para todo el proceso de minado en vetas angostas. Se redujo los accidentes por caída de rocas a cero, se mejoró los indicadores de seguridad de la unidad en los últimos años, incremento de producción de los tajos de 2,000 Ton/mes a 4,000 Ton/mes, reducción de la sobre dilución de 20% a 10% y con ello la reducción del costo de minado de 67 US$/Ton de convencional a 35 US$/Ton en mecanizado.

Introducción

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

La minera se encuentra ubicada en el departamento de 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.

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 0.40 m a 5 m.

En 2013, Huarón inició un agresivo plan para incrementar la producción, el objetivo principal mejorar los indicadores de seguridad y productividad. Se realizó exploraciones buscando nuevas estructuras y cuerpos de mineral, teniendo resultados el 2014. 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 el método de 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 y se inició con el minado de en vetas angostas.

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 que se adapte mejor al minado de vetas angostas, que es el caso de mina Huarón.

Se determinó de los resultados de minado de la variante del Sub Level Stoping, se genera el método Avoca, una combinación con el Cut and Fill Stoping tradicional y en los avances el uso de detonadores electrónicos con el objetivo de realizar un método de segregación en los subniveles (2.8 m ancho x 3.8 m altura) que se adapta al minado en vetas angostas, con una mejora que es el uso de micro equipos trackless (de bajo perfil menores a 2.0 m de ancho) en cada proceso de la operación unitaria. Con este método de minado y los equipos diseñados para labores angostas se mantiene y controla un límite máximo de abertura, en la preparación y en el minado.

Objetivos

ν Maximizar la productividad y recuperación de las reservas de mineral, en vetas angostas con un ancho minable que sea económicamente factible, rentable y seguro, con la reducción de la sobre dilución y el costo de minado.

ν Demostrar los beneficios de la implementación del método de minado con taladros largos (Avoca) y recuperación de mineral de avances por segregación en la voladura y el uso de los microequipos trackless para vetas angostas.

Diseño geomecánico para el dimensionamiento de 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 se calcula aplicando un método que 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. Se realizó el modelamiento de elementos finitos para evaluar el factor de resistencia y desplazamiento, también conocido como el factor de seguridad.

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 superficie analizada.

Finalmente, para el caso de la mina Huarón se tiene que para una altura de tajo de 18.6 m, contamos 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 a 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, aumento de la recuperación de mineral, disminución del volumen a acarrear y trasportar. Por consiguiente, la reducción de los costos operativos. 

Plan de minado

Para la elección del método de minado que mejor se adapte a la explotación del yacimiento de la mina Huarón se usó herramientas como son 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.

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. Se realizó el modelamiento de elementos finitos para evaluar el factor de resistencia y desplazamiento, también conocido como el factor de seguridad.  

Método de Minado Sub Level Stoping “Avoca”

Aspectos técnicos generales

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

Este método es bastante versátil, con un rango de aplicación amplio especialmente en condiciones de rocas incompetentes para yacimientos que poseen cajas de calidad de 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 (ver Figura 4). 

La potencia de vetas entre 0.60 a 3 metros, permite una buena recuperación y selectividad de las reservas. Los sectores estériles pueden quedar como pilares. La dilución es baja utilizando los controles adecuados.

En cuanto a la gestión de riesgos, es un método que permite un adecuado control de la estabilidad por consiguiente otorga mayor seguridad para nuestros 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 

Incluye la perforación, voladura, sostenimiento, limpieza y relleno, como se aprecia en la Figura 6.

Desarrollos y preparaciones.- Para ingresar a la zona mineralizada e iniciar el minado, se desarrolla en el piso de la estructura (nivel principal) un by pass paralelo a la veta de 120 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 las ventanas transversales a la estructura mineralizada.

El nivel inferior será el de extracción de mineral, el cual consta de 2 a 3 ventanas, de 15 a 20 m de longitud (3.5 x 3.8 m), By pass (3.5 x 3.8 m), el que se avanzará 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 1.80 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 del disparo se realiza la limpieza con scooptram de 2.2 yd3 de 1.60 m de ancho, se realiza el lanzado de concreto (shotcrete) con minirobot lanzador de 1.80 m de ancho y minimixer de 1.90 m de ancho, la colocación de pernos se realiza con el empernador Small Bolter de 1.30 m de ancho. El alto se mantiene a 3.8 m. 

En la preparación en los avances se utiliza los detonadores electrónicos con el objetivo de realizar un método de segregación en los subniveles (2.8 m ancho x 3.8 m altura), que se adapta al minado en vetas angostas.

Explotación con taladros largos.- 

Diseño de mallas de perforación 

En el diseño de la malla de perforación, 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, para el caso de Huarón se considera el modelo de Langefors. 

También se consideran las siguientes variables para lograr la voladura óptima:

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

ν Variables controlables como geométricas (burden, espaciamiento, diámetro de taladro). 

ν Fisicoquímicas (mezcla explosiva, VOD). 

ν 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 con el burden y espaciamiento calculado (sección topográfica a detalle con ángulos de acuerdo con el 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 subniveles en mineral que previamente se avanzaron a sección pequeña de 2.80 x 3.8 m.

Diseño de columna de carga

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 con la producción diaria de mineral y cumpliendo el límite máximo de abertura (LMP). 

Explosivos: Examón P y/o Emulsión 1 ½ x 12-65%.

Accesorios: faneles o/y exaneles de periodo corto y largo de 15 m de longitud.

Factor 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 emulsiones encartuchados de 1 ½ por 12 plg; con 27 cartuchos por taladro, 1 m de taco en la parte inferior y 1.3 en la parte 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 subniveles 

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), está orientada 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.

El relleno que se realiza es con desmonte proveniente de los frentes de avance 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, cada uno con tuberías de desfogue (quenas), el muro tiene un ancho de 0.8 m, y una doble alma de fierro de ¾”, cuadriculado de 05 x 0.5. Además, está acuñado en el piso, hastial derecho, corona y hastial izquierdo mediante canales hecho en la propia roca, con una profundidad de 0.5 m. El relave tiene las siguientes características:

Q total (agua + RH) = 76 m3/h. 

Volúmenes sólidos = 30.4 m3/h. 

Volumen de agua = 45.6 m3/h.

Velocidad de percolación = 10 cm/h. 

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 una doble alma de fierro de ¾”, cuadriculado de 05 x 0.5. Además, está acuñado en el piso, hastial derecho, corona y hastial izquierdo mediante canales hecho en la propia roca, con una profundidad de 0.5 m.

Microequipos trackless para el minado de vetas angostas

Consideraciones generales

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

ν Equipos de calidad y buena confiabilidad de acuerdo con el 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 micros equipos. 

ν Capacitación, entrenamiento y evaluación continua al personal.

Factibilidad de la implementación

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

Seguridad, se redujo las aberturas de los tajos de taladros largos y a cero los accidentes por caída de rocas y por planchones 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 20 a 10%, por ello se realiza menor movimiento de desmonte, por lo tanto, el costo operativo con microequipos pasó de 27.54 US$/Ton a 22.67 US$/Ton.

Análisis de costos 

Al realizar el análisis de costos se constató que se redujo considerablemente la inversión para preparaciones, transporte, sostenimiento y explosivos, debido a que se redujo la extracción de desmonte por sobre dilución y se mejoró la calidad del mineral, por ello el VPT pasó a 264 US$/Ton de 130 US$/Ton. Asimismo, se redujo el costo operativo de 27.54 US$/Ton a 22.67 $/Ton.

Requerimiento de equipos para el ciclo de minado

Se realizó la adquisición de microequipos trackless para vetas angostas, como son: Equipo para avance lineal minijumbo frontonero “Muki”, equipo para sostenimiento empernador Small Bolter, minirobot lanzador de shotcrete y minimixer 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 los equipos con anchos menores a 2 m, la mayoría por primera vez usados en la minería peruana. 

Las especificaciones técnicas de los equipos se aprecian en las Figuras 20, 21, 22, 23 y 24.

Parámetros de control del minado 

Control de desviación

ν Levantamiento con Optech.

ν Marcado de filas en ambos pisos.

ν Se realizan levantamiento con el equipo Peewee, para evaluar las desviaciones y si requiere rediseñar la malla de perforación. La desviación máxima es de 3%. Los levantamientos de sólidos con scanner 3D para evaluar la sobre rotura (Figura 25).

ν Uso de software AEGIS y Datamine para el diseño de minado (Figura 26).

ν Marcado de filas en ambos pisos (Figura 27).

Control de fragmentación

Se realizó el estudio de conminución de la voladura para rediseño de la malla de perforación y voladura (Figura 28).

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/h.

Relleno hidráulico 30 m3/h.

Precio unitario:

RH = 2.1 US$/m3.

RD = 5.5 US$/m3.

Ahorro = 3.4 US$/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 constituyen 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. El factor de seguridad promedio del techo es de 1.3 y de las cajas 1.33, ambos estables. Con el minado en vetas angostas se recupera el mineral económico. 

2. Con este método de minado y los equipos diseñados para labores angostas se mantiene y controla un límite máximo de abertura, en la preparación y en el minado y se logra reducir la probabilidad de accidentes por caída de rocas, al aumentar el factor de seguridad de los tajos de taladros largos.

3. Con el método implementado se logró la reducción de la sobre dilución de 20% a 10%, el incremento de productividad, rentabilidad y mayor recuperación de reservas de mineral.

4. La sobre dilución en la preparación de subniveles para los tajos con el minado de sublevel stoping se ha reducido significativamente en más del 15%. Esto conlleva a una mejor productividad, que genera valor y se recupera reservas de vetas angostas.

Recomendaciones

1. El cumplimiento estricto de los controles del minado como son: relleno hidráulico y/o detrítico (mixto) y cumplimiento de los diseños de perforación y voladura.

2. 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.

3. Es importante mantener una adecuada 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

Castillo, Dioni. 2013. Pan American Silver Huarón S.A., Reportes Internos de Geomecánica, Superintendencia de Ingeniería y Planeamiento, Cerro de Pasco.

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

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

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

Via, Cristian. 2019. Pan American Silver Huarón S.A., Reportes Internos de Operaciones Mineras, Superintendencia Mina. Cerro de Pasco.

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

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