Produccin y desarrollo

Minera subterrnea a toda mquina

Si bien los mtodos de explotacin siguen siendo los tradicionales, en la minera bajo tierra existe hoy una clara tendencia enfocada en la seguridad, cuidado medio-ambiental, eficiencia y productividad.

En los distintos tipos de minas subterrneas (grande, mediana o pequea) existen desafos de diversa naturaleza, pero uno que es transversal a toda la explotacin bajo tierra es la necesidad de aumentar la productividad por medio de sistemas apropiados y, en algunos casos, ms vanguardistas.

Enrique Rubio, profesor de Ingeniera de Minas y co-director del nuevo Centro de Tecnologa para la Minera de la Universidad de Chile, sostiene que en general la minera subterrnea est tendiendo hacia la explotacin a gran escala, porque por un lado los yacimientos cada vez poseen menos concentracin de metales por tonelada (son de menor ley) y, por otro, estn emplazados a mayor profundidad. Por lo tanto, se requiere de una minera con elevados niveles de produccin, sobre 100.000 tpd para recuperar el capital invertido, indica, estimando que la apertura de una mina subterrnea implica un desembolso de, por lo menos, US$2.000 millones, como piso.

Segn el acadmico, la baja ley del mineral hace que el periodo de retorno de la inversin se ubique por encima de los diez aos, lo que repercute en la viabilidad financiera del proyecto y coloca como desafo llevar a una mina subterrnea a produccin en menor tiempo.

En esa direccin, hace notar que se est investigando el uso de equipos autnomos y continuos, de modo de aumentar la productividad, incorporando dispositivos estacionarios de produccin continua, como correas. Se trata de equipos automticos y con la inteligencia suficiente como para hacer extraccin permanente. Ello destaca Rubio permitira triplicar la tasa de produccin, reduciendo a su vez el periodo de retorno a la tercera parte. Pero para alcanzar resultados ptimos, debieran conjugarse tres variables: los equipos estacionarios, el mtodo de explotacin o la denominada arquitectura minera subterrnea y la tasa de explotacin, todo lo cual confluye en un sistema subterrneo continuo.

De acuerdo con el profesor, la aplicacin de este sistema posibilitara tambin profundizar la explotacin de minas a rajo abierto que estn alcanzando su lmite, como es el caso de Grasberg en Indonesia o de Palabora II lift en Sudfrica.

Estima que el modelo continuo podra estar operativo en diez aos ms, considerando que en minera subterrnea, desde que se localiza un yacimiento y entra en operacin, pueden pasar fcilmente siete temporadas en el caso de una mina pequea, mientras que en una grande se requieren una dcada para la ingeniera y otros cinco para su construccin.

Equipos y metodologa

El acadmico seala que existen asociaciones entre compaas productoras y grandes empresas de maquinaria que han estado desarrollando equipos especiales que facilitan la continuidad de un sistema productivo subterrneo.

Respecto de la minera subterrnea no masiva, de caserones y pilares, con yacimientos ms limitados, observa que los mtodos tradicionales de explotacin son de baja productividad, estando sta muy sujeta al equipo mvil que se disponga. En este caso, destaca el desarrollo de equipos autnomos para la excavacin continua de caserones.

En relacin con la explotacin de mantos, Rubio indica que en Chile hay un importante espacio para investigar cmo hacer sustentable la minera de recursos remanentes. Existen tcnicas ms selectivas de extraccin continua acota con correas adosadas a los equipos, los cuales son similares a los que se utilizan en la minera del carbn en Canad, Inglaterra y Polonia.

En la preconcentracin de minerales la metodologa permite hacer excavaciones de mayor magnitud que las tradicionales, usando por ejemplo una pala que vaca sobre una correa, sobre la que se va haciendo la seleccin de mineral.

El software asociado lo estn desarrollando en el Departamento de Ingeniera de Minas de la Universidad de Chile, buscando que el equipo no slo se traslade de un punto a otro, sino que recoja informacin, la registre y procese.

A juicio de Enrique Rubio, entre las mayores complejidades que se enfrentan hoy en minera subterrnea, est la falta de sistemas mineros que permitan hacer explotacin de pilares, de recursos remanentes de grandes yacimientos, que sean medioambientalmente amigables, econmicamente estables y no generen problemas a la salud de las personas. Esto, en el caso de la pequea minera. En la mediana y gran minera subterrnea, el principal escollo es la productividad y el retorno sobre la inversin de grandes faenas subterrneas.

Otra complejidad, dice, est relacionada con la profundidad de los yacimientos, por la ocurrencia de altos esfuerzos tectnicos, que generan problemas de sismicidad y estabilidad. Segn el acadmico, la forma de protegerse frente a eventuales accidentes es entender cmo se distribuye la energa ssmica y realizar las excavaciones de acuerdo a estrictos estndares de seguridad.

En este escenario, las empresas de ingeniera y construccin, as como los fabricantes y proveedores de equipos especializados, han ido adecuando su oferta a los requerimientos de la produccin minera actual, con un abanico de tecnologas y servicios en los que priman los conceptos de cuidado medioambiental, seguridad laboral, salud, comodidad para el operario, eficiencia y productividad.

Sandvik

Coincidiendo con el profesor Rubio, en la empresa Sandvik consideran que la minera subterrnea est tendiendo a la explotacin masiva. Estamos hablando fundamentalmente de Codelco, que est a la vanguardia del desarrollo tecnolgico en la minera subterrnea de grandes volmenes de produccin, indica Guido Bobadilla, gerente de Productos de Minera Subterrnea para Amrica Latina de la compaa.

Precisa que en otras mineras la preocupacin est centrada en el medio ambiente, la seguridad y la disponibilidad de mano de obra especializada, cada da ms escasa. En este contexto, las empresas estn acercndose cada vez con ms inters a la automatizacin, que permite tener menos gente en reas de riesgo. Asimismo, hay una mayor tendencia a especializar a operadores y supervisores para tengan conocimientos de mantencin y se reduzcan los problemas mecnicos.

Consultado por los principales cambios que han ido incorporndose a los equipos para minera subterrnea, destaca la hermeticidad de las cabinas, que son selladas y presurizadas; las mejoras en visibilidad y confort para el operario, con la incorporacin de aire acondicionado y asientos ms cmodos y acondicionados a trabajos de esfuerzo.

Paralelamente, ha aumentado la eficiencia y productividad de las mquinas: Estn trabajando muy bien en la relacin peso/potencia, subraya Bobadilla, puntualizando que la tendencia actual es arrastrar menos peso muerto con motores adecuados, lo que redunda en un menor consumo de petrleo, menores necesidades de ventilacin y de mantencin en ruta. Son motores potentes (sobre 200 HP) a inyeccin electrnica, que contaminan menos el ambiente.

Respecto de las complejidades que hoy enfrenta la minera subterrnea, el gerente menciona el gigantismo que se da en la explotacin por block caving, que requiere equipos de mayor tamao y volumen productivo, sin dejar de lado los temas de seguridad y medio ambiente al interior de las minas. En la minera de vetas, en tanto, el principal desafo es cmo adecuar las mquinas a un tamao de explotacin ms reducido.

Del portafolio de Sandvik, el ejecutivo destaca la seguridad reforzada de sus equipos, su productividad, confort y que son menos contaminantes. Tenemos equipos operando en forma automatizada en Chile, Sudfrica, Finlandia, cuenta, donde hay equipos de perforacin del tipo jumbo, camiones subterrneos y cargadores LHD.

Recientemente, Sandvik anunci la introduccin de su ms poderoso taladro para exploracin subterrnea, el DE150, que trabaja con 110 Kw (150 HP), otorgndole una presin de trabajo de 250 bares, con un flujo de combustible de 300 L/minuto. El cilindro hidrulico tiene una capacidad de penetracin de 15 metros.

Atlas Copco

Si bien el mtodo de explotacin de una mina subterrnea es seleccionado de acuerdo con el tamao del yacimiento y a las caractersticas mecnicas de la roca, en Chile existen condiciones favorables para el uso de barrenos o tiros largos, opina Andrzej Zablocki, gerente senior de Minera Subterrnea de Atlas Copco, quien subraya que sta es una tcnica al menos un 50% ms econmica que la de cut and fill (corte y relleno).

Observa que no ha habido mucha renovacin en los mtodos y que la gran minera utiliza el mtodo de block caving o hundimiento por bloques, mientras el resto usa mayoritariamente la explotacin por sublevel stopping o con barrenos largos por subniveles.

Lo que ha cambiado es el largo de los barrenos, permitiendo mayores distancias entre subniveles (en general de hasta 40 metros, existiendo un caso de 60 m), lo que significa menores costos de desarrollo. Esto, gracias a equipos de perforacin ms robustos y precisos, dice Zablocki.

Paralelamente, gracias al sistema de amortiguacin de retroceso de impacto, en las perforadoras se puede usar una potencia mucho mayor, resultando en una perforacin ms rpida y exacta.

Consultado por los principales desafos que enfrenta la minera subterrnea y la forma de abordarlos, el representante de Atlas Copco menciona el alto consumo de energa, aadiendo que puede reducirse a la mitad con el uso de perforadores tipo top hammer o con martillo en cabeza, comparado con el equipo convencional DTH que, accionado por alta presin de aire, consume mayor cantidad de electricidad.

Asimismo, destaca las mejoras en seguridad y comodidad de los equipos, dos aspectos que antes eran fuente de crticas cuando se hablaba de minera subterrnea. Recalca que la maquinaria tanto de perforacin como de carguo y transporte ha mejorado en espacio, reduccin de vibraciones, exposicin al ruido y comodidad para el operario.

Hoy, agrega, los componentes electrnicos se han estandarizado, existiendo mayor confiabilidad en la tecnologa. Tambin hace notar la posibilidad de deteccin de falla que ofrecen las mquinas.

Zablocki seala, adems, que los equipos de ltima generacin pueden trabajar en forma autnoma, permitiendo un trabajo continuo en cambios de turno, por ejemplo, al ser controlados a distancia o por piloto automtico.

Entre los equipos estrella de Atlas Copco menciona la nueva serie de equipos de perforacin Simba, con sistema automtico; el cargador de bajo perfil ST14, una nueva generacin de Scooptram de cabina ms amplia, implementado con un mecanismo hidrulico que ahorra hasta un 20% de consumo de petrleo (normalmente un equipo gasta entre 30 a 40 litros de combustible por hora). Como es un cargador ms rpido y pequeo que los convencionales, con l pueden construirse galeras de seccin menor, con mayor rapidez y seguridad, sostiene.

SKC Maquinarias

Mayor capacidad, menor nivel de emisiones, ms tecnologa que redunda en mayor eficiencia y seguridad, son los principales avances que menciona Marcial Larenas, gerente general de SKC Maquinarias, al referirse a los equipos para minera subterrnea.

Sostiene que tanto en la mediana como en la gran minera subterrnea la tendencia es ocupar mquinas cada vez ms grandes, como camiones de bajo perfil o articulados de 30 a 80 ton, aunque tambin existen de tamao especialmente configurado para operar en tneles de diferentes secciones.

En los camiones y cargadores frontales se han logrado niveles muy bajos de emisiones, dice, lo que se traduce en menor contaminacin al interior de la mina y menos riesgo para las personas. En diez aos las emisiones han bajado en ms de un 50% en comparacin con los equipos convencionales, asegura.

En este punto, destaca que Volvo (marca representada por SKC) fue la primera en desarrollar motores low emition, para camiones y equipos de carguo. Aade que la incorporacin de tecnologa en camiones fuera de carretera que se usan fundamentalmente en la mediana minera incide en un ahorro en infraestructura y desarrollo, gracias a que les basta un diseo simple de tneles y no requieren una mantencin permanente de pistas. Son capaces de superar pendientes en forma ptima acortando los tramos de recorrido. En una minera subterrnea, si se ahorran 100 o 200 metros de construccin de tnel, significa mucha plata, subraya Larenas.

Tales camiones poseen componentes ms poderosos y de mayor duracin, adems de ruedas ms grandes, lo cual aporta a la productividad de la mina. El articulado y la cabina al centro les otorgan un mejor desplazamiento y mayor visibilidad, pudiendo girar fcilmente en curvas cerradas.

Segn Larenas, el mercado ha ido migrando a este tipo de camiones, que son capaces de cargar hasta 40 ton y que incluso han reemplazado a camiones de bajo perfil en algunas aplicaciones.

En materia de seguridad, destaca su sistema de frenado triple: freno de servicio a base de discos hmedos, frenado al motor a travs de gases de escape y un tercero que se activa por medio de la transmisin o retardadores.

En tanto, la cabina cuenta con sistemas de proteccin ROPS (Roll Over Protection System) y FOPS (Fall Over Protection System), que protegen al operador en caso de vuelco o impacto por un desprendimiento de material.

Si bien SKC se ha especializado en la mediana minera (donde hace 20 aos coloc los primeros camiones articulados), para la mediana y gran minera subterrnea maneja tambin la lnea Manitou de manipuladores telescpicos, cuyo brazo permite subir hasta el techo de un tnel para hacer labores de mantenimiento, emperramiento y chocreteo, mientras el operador va en una cabina resistente con proteccin FOPS. Posee direccin en los dos ejes, pudiendo desplazarse lateralmente, y est provisto de un sistema antivuelco.

Finning

Segn Carlos Ossa, gerente de Equipos de Produccin y Subterrneos de Finning, la mediana minera, que mayoritariamente utiliza el mtodo de explotacin sublevel stopping, ocupa equipos de tamao mediano tanto para desarrollo como para produccin (por ejemplo, Caterpillar R1600 de 10 toneladas de carga y camiones AD30 de 30 ton).

Mientras, en Codelco, Andina y El Teniente, que utilizan el mtodo block caving, por la gran cantidad de labores de desarrollo requieren un nmero mayor de equipos de mediano a gran tamao (por ejemplo, desde el cargador Caterpillar R1600 o superior y camiones AD55 de 55 ton).

En cuanto a las principales complejidades que tiene la minera subterrnea, seala que estn asociadas a temas de seguridad, como fortificaciones por ejemplo. Otra dificultad es el acceso al rea de produccin, que en algunas ocasiones presenta fuertes pendientes, siendo ste un desafo para los equipos, que por lo mismo son cada vez ms potentes.

Consultado por los avances tecnolgicos ms recientes y de mayor impacto, Ossa destaca los nuevos motores con tecnologa ACERT (que cumplen la norma de emisiones) que poseen casi todos los equipos subterrneos CAT. Tambin menciona los opcionales en los cargadores LHD, como el sistema Ride Control, que ofrece ms confort para el operador y reduce el derrame de material, al evitar el tpico cabeceo en el desplazamiento. Adems recalca las mejoras en el diseo de la mquina: los puntos de control y mantencin se ubican a nivel de piso, lo que brinda mayor seguridad.

En camiones precisa se ha logrado una gran compatibilidad motor-chasis, lo que ha posibilitado alcanzar velocidades que aumentan la productividad de la faena.

El gerente hace ver que anualmente Caterpillar invierte cerca de US$1.000 millones en investigacin y desarrollo, por lo que es imposible no estar a la vanguardia en el desarrollo de productos y la minera subterrnea no es la excepcin.

Respecto de las aplicaciones de los equipos CAT que ofrece Finning para minera bajo tierra, Ossa destaca la gama de productos de carguo (palas de bajo perfil LHD) y de transporte (camiones de bajo perfil), de distintas capacidades. Son equipos, indica, cuyos componentes son todos desarrollados por Caterpillar, lo que asegura una ptima comunicacin entre las partes y, en definitiva, un buen servicio de soporte y garanta.

Y agrega un punto relevante: Los equipos subterrneos tienen un porcentaje importante de intercambiabilidad de repuestos con otros equipos de superficie, por ejemplo cuando hay flotas mixtas superficie-subterrneo, lo que permite optimizar el capital de trabajo.

Mas Errzuriz

Por el lado de las empresas de construccin, Fernando Vivanco, gerente comercial de Mas Errzuriz especializada en proyectos mineros, hidroelctricos e industriales hace ver que vienen varios proyectos subterrneos interesantes en el futuro, como el nuevo Nivel Mina de El Teniente, Chuquicamata subterrnea, las obras de Pascua Lama, mientras en el sector energtico hay identificados ms de 20 proyectos con trabajos bajo tierra.

Indica que los equipos fundamentales para las faenas subterrneas son: los jumbos de perforacin, que tienen dos o tres brazos y son manejados computacionalmente, los camiones y los equipos de carguo LHD. Si bien sostiene que los cambios en la maquinaria no han sido sustanciales, se han ido sumando pequeas mejoras progresivamente.

Quizs la nica tecnologa que en Chile an es incipiente es la Tunnel Boring Machina (TBM), mquina de excavacin que trabaja a seccin completa, observa, detallando que su dimetro va de 5 a 15 metros. Cuenta que este equipo lo usar Anglo American en Los Bronces en un tnel de 8 km y que unos cuatro proyectos utilizarn esta modalidad en el mediano plazo.

Segn Vivanco, sta es una tecnologa ms eficiente y segura, que reduce los riesgos convencionales de las excavaciones y tronaduras. Un aspecto nada menor, si se tiene en cuenta que la seguridad es un factor crtico de xito.

Muchas veces las bases de licitacin de los proyectos mineros incluyen altas exigencias en esta materia, para garantizar la seguridad de equipos, personal y procedimientos de trabajo, indica el representante de Mas Errzuriz.

Puntualiza que en ocasiones solicitan a las empresas proveedoras sus ndices de frecuencia y gravedad de accidentes, y que si no estn dentro de los parmetros ptimos, pueden quedar fuera de concurso.

Al respecto, el gerente comercial recalca la importancia de tener equipos en buen estado, idealmente nuevos o con poco uso, con planes de mantencin ejecutados debidamente; as como contar con personal capacitado y calificado, y desarrollar procedimientos estandarizados bajo normas ISO y OHSAS. Si bien las certificaciones an no forman parte de los requisitos ineludibles para contratar a una empresa constructora, dan un mejor puntaje y sern una exigencia en un futuro prximo, advierte el ejecutivo.

Geovitta

Mario Vega, gerente general de Geovitta ACT, observa que la irrupcin de empresas forneas en el mercado de servicios, equipos e insumos para la minera subterrnea, exige a los proveedores el uso de mtodos y tecnologas de mayor calidad y mejor performance. Junto con ello, los clientes demandan cada vez ms una respuesta integral, en que por ejemplo se complementen los servicios de obra con la ingeniera.

Dentro de la gama de servicios, los ms demandados son: los desarrollos horizontales de tneles y galeras, desarrollos verticales o subverticales de piques, chimeneas y cavernas, fortificacin y saneamiento de desarrollos horizontales y verticales. Tambin es de una demanda creciente la explotacin de minas, con distintos grados de integracin.

Y como el tiempo es un recurso escaso, la eficiencia y productividad en la ejecucin de las obras es muy relevante, por lo que se privilegian tcnicas que permiten mayores avances por unidad de tiempo, con mtodos mecanizados de alta especializacin.

A juicio de Vega, uno de los principales problemas es la falta de personal calificado, tanto en la operacin de los equipos como en la ejecucin de las tareas. Esto se evidencia an ms en la medida que las empresas integran sus sistemas de gestin, lo que suele subsanarse con capacitacin o encargando a especialistas incluso extranjeros la ejecucin de actividades especficas y complejas.

Entre los aspectos tcnicos que han significado una mayor complejidad en las faenas subterrneas, menciona la profundizacin de las minas, que ha obligado a redoblar esfuerzos para mantener espacios de trabajo libres de contaminantes. Los avances en materia de ventilacin han sido determinantes, subraya, as como lo han sido los desarrollos en tcnicas de fortificacin y saneamiento para reducir los riesgos asociados a la profundizacin y a la calidad de la roca.

Hay desarrollos tecnolgicos que, segn el gerente de Geovitta, han permitido operaciones ms eficientes. Es el caso de los avances informticos y la automatizacin que posibilitan, por ejemplo, realizar una perforacin precisa y casi sin intervencin humana, con jumbos guiados por tecnologa lser. Tambin destaca el desarrollo de tneles con mquina tunelera o TBM y los porgresos en la tecnologa de tronadura, existiendo una amplia gama de software para el diseo de los diagramas de disparo, hardware para la ejecucin de la tronadura y una diversidad de tipos de explosivos.

En materia de seguridad considera que la evolucin ha sido an ms dramtica en el uso de nuevas tecnologas y prcticas. Menciona el uso permanente de la geomecnica para predecir el comportamiento del macizo rocoso; las tcnicas avanzadas de fortificacin para rocas muy fragmentadas; las tcnicas modernas para la deteccin y control de peligros; y avances en la maquinaria que consideran el factor de riesgo de accidentes.

Redco Consultores

Segn Gabriel Pas, de la empresa de consultora Redco, en minera subterrnea los principales desafos se centran en los avances relacionados con el estudio del comportamiento de la roca y los adelantos tecnolgicos que dan sustento a la estabilidad del diseo minero, junto a la planificacin minera.

Una de las complejidades que menciona es la escasez de profesionales capacitados para disear, planificar y operar minas subterrneas, cuando el mercado demanda capital humano calificado.

Aunque las minas se siguen explotando de la misma manera que hace 30 50 aos, dice, los equipos subterrneos han alcanzado altos estndares de calidad y seguridad en las ltimas dcadas, lo cual se ve representado en su automatizacin y su mejor desempeo en la operacin, que resulta en una faena ms segura para el personal y de mayor rentabilidad para el inversionista.

El desarrollo de la computacin ha permitido dar un salto generacional inmenso. La capacidad de resolver problemas complejos en tiempos relativamente cortos, la automatizacin de equipos y procesos, el control en lnea, la capacidad de almacenar grandes cantidades de datos y su acceso de manera rpida y desde cualquier parte del mundo, han permitido el desarrollo eficiente de los proyectos mineros, afirma.

Pero a su juicio an no se ha alcanzado el nivel ptimo, una situacin que se resolvera en un futuro cercano: Tenemos herramientas que son de gran ayuda y que permitirn en un futuro muy cercano dar con el gran quiebre tecnolgico que necesita la minera. Ejemplo de ello, acota, es el desarrollo de la minera continua impulsada por Codelco e IM2, en donde la automatizacin del proceso de manejo de materiales en una faena subterrnea entrega una mayor eficiencia al sistema completo, aumentando las probabilidades de alcanzar las metas productivas establecidas preliminarmente.

En materia de seguridad, junto con reafirmar los beneficios del uso de equipos tele-comandados que permiten alejar a los operadores de las reas de riesgo, destaca la utilizacin de modelos numricos para entender mejor el comportamiento de la roca al ser excavada. Asimismo, el estudio de nuevos conceptos, como el de la microsismicidad, para entender la problemtica de los estallidos de roca, que sienta las bases para predecir condiciones peligrosas, posiblemente no con exactitud temporal, pero s con una locacin probable.

Tambin resalta los importantes avances en las tecnologas de fortificacin, lo que unido a todo lo anterior mejora las condiciones laborales y de seguridad.