Por: Kellyn Cristóbal Paredes, director de Planeamiento y Rudy Beltrán Villanueva, jefe de Geomecánica, Compañía de Minas Buenaventura.

Resumen

El presente trabajo muestra las mejoras realizadas en las operaciones mineras, respecto a disminuir los accidentes que se han venido presentando en diversas minas a nivel nacional, relacionadas al uso de los calibradores para controlar el espesor del shotcrete (concreto lanzado), donde el personal se expone a la línea de fuego cuando el concreto aún se encuentra en proceso de fraguado para alcanzar las resistencias iniciales de sostenimiento.

Ante este problema, se ha diseñado un mecanismo automatizado que se encuentra adaptado al equipo robot lanzador de concreto, el cual elimina la exposición del personal durante este proceso y además asegura la calidad del espesor del shotcrete aplicado en las labores mineras.

Palabras clave: Sistema Automatizado, Calibradores, Sostenimiento. 

Introducción

La mina Uchucchacua se ubica en la vertiente occidental de los Andes, entre los 4,300 y 5,000 msnm. Geográficamente, se sitúa en el distrito y provincia de Oyón, en la región Lima. La mina se encuentra aproximadamente a 180 km en línea recta, al NE de la ciudad de Lima. Las labores más profundas de Uchucchacua tienen una profundidad de ±1.2 Km, sumadas a la parte estructural, la calidad de la roca y el método de minado, se presentan eventos microsísmicos durante estos últimos años, llegando a tener problemas de estallidos de roca (rockburst).

Geología general

Uchucchacua es un depósito hidrotermal epigenético del tipo de relleno de fracturas (vetas), las cuales también fueron canales de circulación y reemplazamiento metasomático de soluciones mineralizantes que, finalmente, formaron cuerpos de mineral. La presencia de intrusivos ácidos, como pequeños stocks y diques, sugiere la posible existencia de concentraciones u ore bodies del tipo de metasomatismo de contacto, especialmente de zinc.

Estratigrafía regional

Las rocas predominantes en la columna estratigráfica corresponden a las sedimentarias del cretáceo, sobre ellas se tiene a los volcánicos terciarios e instruyendo a las anteriores se observan dos tipos de intrusivos. Coronando la secuencia figuran depósitos aluviales y morrénicos. Los afloramientos del Jumasha son los más extendidos en el área, y ha sido posible diferenciarlos dada la ubicación de muchos horizontes fosilíferos guías.

Formación Jumasha (Ki-j). Potente secuencia de calizas gris claro en superficie intemperizada y gris oscuro en fractura fresca. Constituye la mayor unidad calcárea del Perú central. Se le subdivide en tres miembros limitados por bancos finos de calizas margosas beige.

Jumasha Inferior (J-i). Alternancia de calizas nodulosas con silex y calizas margosas que alcanzan los 570 m. de potencia. Se le ubica en el Albiano Superior-Turoniano.

Jumasha Medio (J-m). Calizas grises alternadas con calizas nodulosas y algunos horizontes margosos. Se le estima 485 m. de grosor y se le asigna al Turoniano.

Jumasha Superior (J-m). Calizas de grano fino con una base de esquistos carbonosos, coronados por calizas margosas beige. Se le estima una potencia de 405 m. y se le ubica en el Turoniano Superior. Es el techo del Jumasha.

Geología estructural

Presentan cuatro sistemas de fallas importantes: primer sistema de N a S con buzamiento 78° E, segundo sistema de N 30° a 60° E, con buzamiento 82° NW, tercer sistema de E a W con buzamiento 83° S y cuarto sistema de N 80° a 85 W con buzamiento 70° NE.

Estos sistemas incluyen las fallas principales Uchucchacua, Cachipampa, Socorro y tensionales portadoras de mineralización y sistemas diaclasas propios del fracturamiento de los paquetes de estratos de caliza. A la vez, dividimos la unidad Uchucchacua en tres sectores de explotación: mina Carmen, mina Huantajalla y mina Socorro, con las respectivas fallas. En mina Socorro es donde se tiene implementado un sistema de control y estudio microsísmico.

Mineralización

La mineralización se da por un sistema de vetas, entre las fallas Uchucchacua, Cachipampa y Socorro y es posible definir tres sistemas. También se presenta por un sistema de cuerpos, en la mina Socorro, los principales cuerpos de reemplazamiento metasomático son los del sistema Lucero, con caracteres estructurales y mineralógicos diferentes a los de la mina Carmen, donde predominan los carbonatos como matriz (calcita, rodocrosita), fina diseminación de pirita, galena, esfalerita, puntos de plata roja, alabandita. No se observa silicatos de manganeso.

Caracterización geomecánica

La clasificación de la masa rocosa de acuerdo a la caracterización del macizo de las calizas, según el criterio de Bieniawski (1989), tiene un RMR que oscila de 42 a 54 (como calidad regular tipo III en un 60%), con RMR de 32 a 40 (como calidad mala tipo IV en un 20%) y con RMR que oscila de 61 a 65 (como calidad buena tipo II en un 20% ). De igual manera se presenta en la mineralización con las referidas calidades y porcentajes.

Método de minado

En la mina Uchucchacua el 90% de la producción es con el método de minado de subniveles (Bench&fill), conceptualmente el método de minado subniveles con taladros largos (SLS), es aplicado en cuerpos de buzamiento empinado, generalmente de geometría regular, en donde tanto el mineral como las rocas de las cajas son competentes. El otro 10% de la producción se extrae con el método de corte y relleno ascendente (Cut&fill), que es un método en realce, el mineral es extraído por franjas horizontales y/o verticales, empezando por la parte inferior de un tajo y avanzando verticalmente. Cuando se ha extraído la franja completa o una de las partes, se rellena el volumen correspondiente con material (relleno detrítico del laboreo de desarrollos y preparaciones), lo que sirve de piso de trabajo a los obreros/equipos y, al mismo tiempo, permite sostener la corona y paredes del tajeo, generalmente de forma mecanizada.

Por otro lado, también es importante señalar que el SLS tiene variantes que comprenden el dejar tajeos abiertos vacíos o rellenados. Cuando se trata de tajeos abiertos vacíos se deben dejar también pilares de rumbo y/o buzamiento para mantener la estabilidad global y local, por razones obvias esta modalidad no es aconsejable en ambientes con altos esfuerzos, ya que conlleva a problemas de sismicidad inducida por el minado. como es el caso de Gina Socorro. Los resultados de los análisis realizados indican que para la explotación de Gina Socorro por SLS se debe considerar el uso de relleno de tajeos, lo cual permite controlar mejor la estabilidad y la dilución y recuperación del mineral, por el arreglo estructural desfavorable que presenta la masa rocosa en las cajas y los altos esfuerzos.

Objetivos

ν Evitar la exposición del personal a la línea de fuego concluido el sostenimiento con shotcrete, para eliminar el riesgo por aplastamiento.

ν Realizar una adecuada colocación de calibradores para el concreto lanzado en las distintas labores mineras, que permita llevar un correcto y eficiente control de calidad de los espesores en el sostenimiento con shotcrete.

Desarrollo y colección de datos

Mejoras en la aplicación del sostenimiento

La función de un diseño de sostenimiento es proveer refuerzo al macizo rocoso contra dos tipos de cuñas inestables: las que se forman debido a la estructura natural (moderada a gran cuña) y aquellas generadas por la deformación inducida por la tensión.

Varios sistemas de sostenimiento pueden ser seleccionados para una demanda de energía determinada. Se destaca que un sistema de sostenimiento de terreno para condiciones dinámicas debe ser capaz de absorber energía sísmica con un suficiente Factor de Seguridad (FS), para así poder soportar a múltiples rockbursts (entendido este como el principal sismo y seguido de réplicas), así como poder hacer frente a las incertidumbres inherentes asociadas con sismicidad y estallidos de roca. Un factor de seguridad mínimo que puede ser adoptado para propósitos de diseño de mina es FS = 2.

Adicionalmente y, como punto no menos importante, es que el proceso de sostenimiento debe de realizarse con todos los controles de seguridad, con el fin de evitar accidente por caída de rocas, en ese sentido, la mina Uchucchacua viene aplicando un proceso de mejora en los trabajos de sostenimiento con shotcrete mecanizado, con el objetivo principal de eliminar la exposición de las personas cuando se realizan los trabajos de instalación de calibradores en la etapa donde el shotcrete aún se encuentra en un proceso de fraguado (resistencias iniciales del concreto).

Esta mejora consiste principalmente en un dispositivo neumático/automatizado, el cual va acoplado al brazo del robot lanzador, permitiendo así, ser utilizado por el mismo operador inmediatamente concluido el lanzado de concreto en la labor. Toda esta mejora se ha venido desarrollando con pruebas de ingeniería y campo que serán tratadas en la presentación del proyecto.

Componentes

El dispositivo implementado en mina Uchucchacua está conformado por dos componentes principales:

1. Porta calibrador neumático con cartucho para 20 calibraciones.

2. Calibradores con alma metálica e indicador de color de acuerdo al espesor a aplicar (2, 3 o 4 pulgadas).

Parámetros técnicos

ν El equipo neumático, está diseñado para la colocación de calibradores con el apoyo del brazo lanzador del robot.

ν Sistema controlado por el operador del brazo del robot y el ayudante en el accionamiento de la colocación del porta calibrador, con accionamiento de válvula 4/2.

ν Sistema de sujeción brindado en acoplamiento de tobera del robot lanzador, con uso de pistón de doble efecto y giro de Robojeit, con accionamiento de salida de válvula de pase.

ν Alimentación neumática con línea principal desde el equipo robot lanzador, línea de mina o compresor manual.

ν Radio de trabajo, posicionamiento del accionamiento, dos metros atrás del inicio de lanzado del shotcrete.

ν Sistema de recarga manual para la colocación de 20 calibradores, bajo sujeción de resortes.

ν Tope de fijado con uso de resorte de compresión para eliminar el impacto en la colocación al hastial o corona.

Parámetros de trabajo

ν Ubicación: en la Tobera de lanzado.

ν Posicionamiento: con los movimientos del joystick del robot.

ν Tipo de accionamiento: neumático y remoto con válvula de accionamiento 4/2, evitando exponer al operador.

ν Presión de trabajo: 2.5 bar como mínimo.

ν Alimentación de aire: de mina y/o compresor de robot.

ν Numero de calibradores recargables: 20 calibradores de 2” o 3”.

ν Tiempo de montaje: el mismo usado en el cambio de tobera.

ν Peso total: 6 Kg.

Presentación y discusión de resultados 

Considerando que actualmente este sistema se encuentra dentro del proceso de sostenimiento con shotcrete, se ha realizado una toma de datos de campo, con el fin de evaluar el costo/beneficio de este dispositivo en la mina Uchucchacua. Los resultados se muestran a continuación.

Ventajas porta calibrador neumático

ν Tiempo de colocación: aproximado de 20 segundos por calibrador (ver Tabla 1).

ν Robustez: diseñado de plancha ¼” y tubería cedula 80, soporta golpes impropios del movimiento del robot.

ν Versatilidad: familiaridad de uso del operador en los movimientos, dado que es la misma forma de proyectar el shotcrete.

ν Peso ligero: 6 Kg.

Costos operativos: considerando los estándares de sostenimiento aplicados en las labores mineras, se puede demostrar que el costo de instalación de calibradores con el dispositivo automatizado ofrece un ahorro del 15% con relación a los calibradores que se venían utilizando y que son de uso actual en algunas minas a nivel nacional (ver Tabla 2).

Conclusiones

En base a los resultados presentados en el presente trabajo, podemos concluir que hemos desarrollado una solución idónea para los trabajos de sostenimiento con shotcrete, que evitará que los operadores se expongan a riesgos operativos y también propiciará que esta implementación sea usada en otras operaciones mineras.

Bibliografía

Bieniawski, Z.T. 1989. Engineering rock mass classification. New York, J Willey.

Buenaventura, 2023. Estudio Geomecánico de la U.E.A. Uchucchacua. Internal report, prepared by Departamento de Planeamiento – Geomecánica, Mina Uchucchacua, 2023, 84 pg.

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Hoek, E., Kaiser, P.K., and Bawden, W.F. 1995. Support of Underground Excavations in Hard Rock. A.A. Balkema, Rotterdam, 215 pg.

Kaiser, P.K., Diederichs, M.S. Martin, C.D. Sharp,

J. & Steiner, W. 2000. Underground works in hard rock tunneling and mining. Keynote at GeoEng 2000, Melbourne, Australia, Technomic Publishing Co., 1:841-926.

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