Cuando se encuentran con rocas en mal estado o entradas de agua, los operadores mineros pueden recurrir a una amplia gama de productos de consolidación inyectables. Equipo Minero les preguntó a algunos de los proveedores líderes sobre detalles de sus productos y servicios.
Por Simon Walker, Editor Europeo
El concepto de inyecciones de lechada para sellar fisuras acuíferas y recuperar la fuerza en rocas débiles no es nada nuevo, pero hoy los operadores mineros cuentan con una gama mucho más amplia de productos de los cuales seleccionar una reparación correcta. A los sistemas tradicionales a base de cemento, se les ha sumado el uso de resinas, y el nivel de control de los tiempos de fraguado para ambos tipos de producto es ahora mucho más preciso, dado que las formulaciones son cada vez más sofisticadas.
Este tipo de producto es adecuado para manejar dos áreas de problemas principales: rocas débiles e ingreso del agua. Llevando eso un poco más allá, la minería del carbón y otra minería de roca blanda, frecuentemente tienen un conjunto diferente de desafíos respecto al control del terreno. Distintos a aquellos encontrados en la minería de roca dura, con la desestratificación siendo un problema mayor que tener que conducir un frente de excavación a través de una zona de falla, brechificada y erosionada, que de otra manera sería una masa de roca idónea.
El uso de productos de consolidación de rocas puede también variar en términos del tiempo de su aplicación. En condiciones de rocas débiles cerca de la superficie, puede requerirse una consolidación en la fase previa al desarrollo para posibilitar que el pozo de mina o túnel descendente se profundice. Por otra parte, puede darse el caso de que el desarrollo regular del frente de excavación o calzada cruce súbitamente formaciones rocosas acuíferas que requieran una inyección antes de que los trabajos puedan continuar. Claramente, se necesitarán enfoques técnicos diferentes en estos dos escenarios, y un producto que podría ser más apto para uno en términos de aplicación y costo, puede no ser apropiado para el otro. Una lechada más barata, de fraguado lento, puede unir adecuadamente rocas débiles, pero seguramente será incapaz de lidiar con una entrada de agua mayor, por lo cual se necesita un producto que pueda hacer las dos cosas.
Normet se Centra en la Inyección de Resinas
Lawrence Halls, director y gerente global de ingeniería del terreno en Normet, conversó con Equipo Minero sobre algunos antecedentes de desarrollos recientes en la tecnología. Explicó que el uso de inyección de resinas de poliuretano de alta resistencia modificado con silicato, para consolidación de terrenos ha aumentado, ya que estos sistemas son efectivos al reducir la convergencia en zonas de mucha fricción, para ajustar pernos de anclaje, o donde se necesite una consolidación rápida de rocas sueltas. Algunos beneficios de este tipo de materiales con base de resina incluyen su baja viscosidad, excelente adhesión incluso en condiciones húmedas, su alta resistencia, resistencia al fuego, y que no forma espuma en contacto con el agua. Halls afirmó que esencialmente son un “pegamento de alta tecnología” para uso en minería y túneles
Las resinas newtonianas de dos componentes como la TamPur 116 de Normet se inyectan normalmente en rocas fracturadas o rocas fragmentadas en bloques, a través de prensaestopas mecánicos o inflables. Mientras que la inyección en rocas sueltas, no consolidadas, se realiza normalmente a través de lanzas de perforación, perforatubos, o bulones autoperforantes. Una vez inyectado, la reacción inicial (tiempo de gelificación) es normalmente 30 segundos, aunque esto variará dependiendo de la resina y de la temperatura de la formación rocosa (el ambiente del sumidero de calor), algo que siempre debe ser tomado en consideración al planificar los trabajos, según menciona Halls.
El tiempo de gelificación es importante al limitar cualquier pérdida de material fuera de la zona de la inyección, luego de la cual la resina se endurece para proporcionar una integridad estructural rápida a las rocas sueltas o fracturadas.
Halls afirmó que las resinas especializadas como TamPur 116 han probado ser extremadamente efectivas, y han tenido una aceptación cada vez mayor por parte de la industria minera y de excavación de túneles, como parte de la consolidación del terreno y el proceso de apoyo. Además indicó que es un sistema rápido y eficaz en relación con los costos, que proporciona una consolidación del terreno de alta resistencia, donde los sistemas convencionales pueden o no ser utilizados.
Avanti: Proveedor Estadounidense Líder
Avanti International afirma ser el único proveedor de servicios integrales y a la vez el proveedor con más experiencia en lechadas de cemento y químicos de alta calidad en Estados Unidos. Desde 1978, su línea de productos se ha expandido desde gel de acrilamida y espuma de uretano, a una línea completa de espuma y gel de acrilamida, acrílico, acrilato, hidrófilo, hidrófobo, y lechadas de cemento.
En documentos oficiales escritos por la comunidad geotécnica, el director de la división geotécnica de la empresa, Britt Babcock, explicó algunas de las diferencias entre los sistemas disponibles, en términos de aplicabilidad, ejecución e información comparativa sobre costos. Un punto clave escrito al comienzo del documento es que “la capacidad de una lechada para penetrar fisuras de rocas depende en gran medida del tamaño de las partículas.”
Por ejemplo, la lechada de cemento Portland normalmente tiene tamaños de partículas que promedian 15 micrómetros (µm), y un rango de cementos microfinos de 6 a 10 µm, mientras los cementos ultrafinos pueden tener un tamaño de partículas promedio de 3–5 µm. “Los tipos principales de lechadas químicas (silicatos, acrílicos y poliuretanos) son únicas en su composición” de acuerdo a Babcock, quien además agregó que dado que sus partículas son muy pequeñas, los silicatos de sodio pueden penetrar bien en la roca, de una forma muy similar a una lechada de solución verdadera que no tiene sólidos en suspensión.
Las lechadas de solución verdadera de baja viscosidad (acrílicos) incluyen tanto componentes de acrilamida como de acrilato. Cada uno requiere una resina de base, mezclada con un catalizador con el fin de crear una matriz de gel dentro de la roca. El tiempo de gelificación es controlable, y puede ir de 3 segundos a 10 horas para acrilamidas, y desde un minuto a una hora para geles de acrilatos.
En términos de costos por galón mezclado, Babcock indicó que las lechadas de cemento microfinos cuestan alrededor de dos veces más que aquellas que usan cemento Portland, mientras que las lechadas de acrílico son de tres a cinco veces más costosas. Antes de la expansión, las resinas de poliuretano son significativamente más costosas, aunque el costo real de las espumas de poliuretano se reduce marcadamente si el grado de expansión se toma en cuenta.
Nueva Resina de Strata Products
En agosto pasado, Strata Products World-wide introdujo un producto nuevo de inyección de consolidación de rocas para el mercado de minería de Estados Unidos. Diseñado específicamente para cumplir exigentes condiciones en aplicaciones de minería de superficie y subterránea, Organosol 550 DT es una inyección de resina de dos componentes, no expandible, para consolidar y estabilizar carbón, roca y grava fracturada. Inmune al agua, también puede ser utilizada para detener o redirigir entradas de agua.
Según Mike Fabio, gerente de ingeniería de la empresa, dos aplicaciones recientes ilustran cómo puede usarse el sistema. En la primera, un panel de tajo largo de una gran mina de carbón del oeste de Estados Unidos había dejado de funcionar, la cubierta protectora se estaba filtrando con agua, debido a la pérdida de una banda de roca dura en el suelo. Strata se hizo presente para estabilizar la situación, lo que involucraba perforar orificios en el piso frágil.
Unos 80 kg fueron inyectados en cada orificio, ocupando un total de 1.000 kg de Organosol. Fabio le contó a Equipo Minero que esta cantidad permitió que el material migrara de orificio en orificio, asegurando la consolidación total de la capa rocosa.
En la segunda aplicación, Strata usó Organisol para el desplazamiento del agua. La empresa fue contratada para detener un flujo de agua de una perforación revestida en una mina de carbón subterránea en el medio oeste de los Estados Unidos. Unos 1.700 kg de Organosol fueron inyectados en el hueco, rellenando las facturas de las rocas y sellando completamente el flujo de agua en la mina.
Organosol 550 DT está disponible en contenedores de galones (19 litros) o en barriles para grandes aplicaciones, y es inyectado usando una bomba portable accionada por aire.
La bomba de ChemGrout se Encarga del Desafío de Tahmoor
Por más de 50 años, ChemGrout ha fabricado la que dice ser la mayor selección de equipos de inyección en el mundo. La empresa habló con Equipo Minero sobre el uso de una de sus bombas mezcladoras diesel-hidráulicas CG-500, en un trabajo de consolidación de terreno en la mina subterránea de carbón Tahmoor de Glencore, en Nueva Gales del Sur, Australia.
Una futura área minera se ubica justo debajo de la principal línea ferroviaria entre Sydney y Melbourne. Una alcantarilla bajo el terraplén de ferrocarril permite que el agua fluya de un lado al otro. El refuerzo estructural, necesario para prevenir una subsidencia mayor considerando el recurso que se está desarrollando abajo, involucró perforar varios cientos de anclajes de roca que luego fueron cementados en su posición.
La lechada de cemento limpia fue mezclada en la unidad CG-500, con cada agujero consumiendo 55 litros de lechada bombeada en los estratos a través de tubos. Según ChemGrout, un gran beneficio de la bomba de cavidad progresiva es su velocidad variable, que le permitió al operador aumentar gradualmente el suministro de la lechada, evitando la obstrucción de las líneas y el desperdicio de material. La empresa agregó que las palas de mezcla reversibles ayudaron a producir rápidamente una mezcla mayor de lechada con purga baja, para así asegurar las características de resistencia que se requieren para la adhesión.
La CG-500 tiene un diseño de tanques mellizos que permite un bombeo continuo. Este proceso de bombeo ininterrumpido maximiza la cantidad de materiales tales como el cemento puro, arena/cemento, y lo más comercial de mortero pre-empacado. Dos tanques de mezclado de alta capacidad de 70 galones (265 litros), bomba y una tolva de almacenamiento de 15 galones (57 litros) están montados en una sola rastra para un montaje rápido y una operación inmediata.
La garganta abierta de la bomba del mortero ofrece un desplazamiento positivo sin vibración del estator rotor oscilante que provee una constante descarga de materiales. Opciones de potencia incluyen aire, hidráulica, eléctrica-hidráulica, gas-hidráulica y diesel-hidráulica.
Resina para el Control del Agua Con sede en Ontario, Canada, Multiurethanes ofrece muchos productos de inyección para control de terreno y estabilización en minas subterráneas. Multiurethanes afirma que la resina universal de la empresa es una resina de poliuretano de baja viscosidad, diseñada para la inyección de un componente único. Este penetra grietas pequeñas en roca y concreto, y reacciona con el agua para formar una barrera de espuma semirrígida. Una vez solidificado, el sello hidrofóbico repele el agua, no se contrae o expande, y sirve como una solución a largo plazo para la filtración de agua.
Sus ventajas incluyen su capacidad de detener entradas de alta presión, ser resistente a ambientes corrosivos y a fluctuaciones de temperatura, y ser libre de solventes y no tóxico. Diferentes dosis de acelerador pueden usarse para controlar el tiempo de reacción.
Peter White, especialista en el tema de lechadas en la empresa, le contó a Equipo Minero sobre una llamada que recibió recientemente de uno de sus clientes de minería subterránea para una asistencia de ingeniería urgente, luego de que los equipos de desarrollo encontraran una falla en la estructura acuífera en un frente de excavación de 5×5-m. Las operaciones mineras fueron detenidas, dado que se intentó superar las malas condiciones del terreno y la entrada de agua. La solución involucró el uso de la Resina Universal de Multiurethane para consolidar las malas condiciones del terreno y controlar las entradas de agua, para luego aplicar una lechada de cemento usando el aditivo tixotrópico Celbex para coagular y minimizar la fuga de cemento.
White explicó que cuando hay actividad minera en condiciones de terreno acuífero, es común usar un 2% de cloruro de calcio como acelerador cuando la lechada de cemento se aplica en condiciones de entrada de agua a baja temperatura. Además, algunos de los clientes mineros experimentados de la empresa usan una combinación de cemento ordinario con Ciment Fondu (aluminato de calcio) para lograr mezclas de lechada de cemento de fraguado rápido, reduciendo así el tiempo entre la aplicación de la lechada y la reanudación de las operaciones de desarrollo.
La Amplia Gama de BASF
Según Uwe Wyink, gerente técnico global de minería, BASF es la única empresa que ofrece una amplia gama de sistemas de inyección para consolidación y llenado de huecos. Estos incluyen cementos microfinos clásicos y materiales sílice coloidal que se usan principalmente para la pre-inyección de consolidación y el control del agua en los túneles. El poliuretano reactivo y las resinas de silicato de poliurea se usan para el control de estratos y agua en las industrias mineras del carbón y roca dura, mientras que las resinas acrílicas de baja viscosidad se usan principalmente para trabajos de reparación y consolidación. Para completar el portafolio, BASF tiene sistemas de espuma fenólica para el llenado de huecos.
Las series MP 35X son resinas de poliuretano clásicas con rasgos adicionales para aumentar la seguridad en minería. Las versiones para la consolidación son hidrofóbicas y no reaccionan con agua. Mientras tanto, los productos MP 36X de BASF son resinas de silicato de poliurea que ofrecen tiempos de reacción extremadamente rápidos para la consolidación, con una reacción exotérmica baja.
Wyink comentó que cuando las resinas de poliuretano se usan para inyección, se dan temperaturas de hasta 135°C (275°F) cuando los dos componentes reaccionan. Dado que las temperaturas pueden ser hasta 20% más altas si el agua está presente, esto puede ser peligroso en la minería del carbón, así que la empresa no recomienda rellenar grandes huecos con poliuretano bajo estas condiciones. Sin embargo, estos materiales pueden ser usados eficazmente en otras operaciones, BASF menciona el ejemplo de resinas de poliuretano que fueron inyectadas exitosamente para sellar el relleno de concreto de las paredes de contención de una mina de sal en Alemania.
En cambio, la temperatura de reacción de las resinas de silicato de poliurea es menos de 100°C, con la ventaja añadida de que hay poca acumulación de presión dentro de la roca causada por la expansión, y la roca reforzada puede ser cortada de forma limpia. Según BASF, el uso de la resina MasterRoc MP 364 Flex en una mina de carbón de Murray Energy Corp. en Estados Unidos, para estabilizar el suelo, en un área donde se iban a colocar sellos permanentes, significó que lossellos podían construirse más pequeños, logrando un ahorro de costos de un 50% en términos de materiales, tiempo y trabajo.
Revestimiento en Aerosol Delgado Combate la Inestabilidad
Minova ha sido un líder global en estabilización de terreno por más de 40 años, y ahora es una filial independiente de Orica. Además de proveer productos siderúrgicos para el control del terreno, como bulones, anclajes de roca por fricción, malla soldada, correas y anclajes autoperforantes, las resinas químicas y adhesivos de la empresa incluyen compuestos de resina de poliéster Lokset, rejuntado de resinas vertibles Loosest, compuestos de lechada de cemento Capcem para pernos de anclaje, cemento Capcem, sistema de inyección de lechada Capcem, revestimientos en aerosol delgados y lechadas con espuma.
La empresa le dio a la revista Engineering & Mining Journal un ejemplo sobre el uso de su revestimiento en aerosol Tekflex, en el sellado de la superficie de las chimeneas de ventilación en una mina de diamantes Sudafricana, para prevenir el deterioro a largo plazo y el colapso a través de la intemporización. Las chimeneas de ventilación perforadas varían de 1 m a 4 m en diámetro y de 50 m a 150 m en profundidad, teniendo Minova que desarrollar un sistema para protegerlas, sin que las personas encargadas tengan que trabajar al interior.
La solución que se encontró fue aplicar el Tekflex como soporte y medio de protección para las paredes de la chimenea por medio de un disco giratorio, en lugar de la pulverización. El disco es montado sobre un carro de tres patas—el Spinnekop (“araña” en el idioma afrikaans)—suspendido desde una velocidad de elevación variable. El Tekflex es mezclado habitualmente en la estación superior, y luego bombeado hacia el disco giratorio para su aplicación, y la araña es izada lentamente arriba de la chimenea. El espesor del revestimiento se controla ajustando la velocidad de elevación, mientras que la velocidad de proyección del Tekflex se controla ajustando la velocidad del disco giratorio.
