Reforzando El Macizo Rocoso

Equipo Minero analiza con seis proveedores clave los avances de los componentes de soporte de terrenos y su instalación 

Por Carly Leonida, Editora Europea

A medida que las minas subterráneas agotan sus recursos más ricos y menos profundos, muchas están excavando a mayor profundidad, siguiendo las extensiones de los yacimientos minerales donde se encuentran emplazadas. Si bien el aumento de la profundidad puede suponer el acceso a nuevos recursos, en la mayoría de los casos también acarrea mayores tensiones en las rocas, lo cual puede dificultar las condiciones del terreno. Por ello, la cantidad y complejidad de los sistemas de soporte necesarios para mantener las operaciones seguras y productivas son cada vez más preocupantes. Los equipos de empernado y los tipos de pernos tradicionales pueden tener dificultades en condiciones extremas del terreno, lo que está impulsando el desarrollo de nuevas soluciones.

Peter Bray, Gerente Global de Producto de Equipos de Refuerzo de Rocas de Epiroc, habló con Equipo Minero al respecto. “Ha habido un aumento notable en la demanda de equipos de empernado dedicados durante la última década,” dijo. “Esto se debe en parte a los mayores volúmenes de pernos requeridos bajo tierra, pero también a una industria que está poniendo mayor énfasis en la seguridad. Estos dos factores han tenido un efecto marcado en el diseño y la funcionalidad de los equipos de empernado mecanizado.”

Peter Young, Gerente de Producto de Empernado, de la División de Soporte de Terreno de Sandvik Mining and Rock Solutions, agregó: “Las minas más profundas implican niveles de esfuerzo más altos en la roca, mayor sismicidad, diferentes calidades del macizo rocoso y factores ambientales, como condiciones de trabajo más cálidas. Se requiere un mayor refuerzo, así como un soporte de terreno dinámico y un monitoreo avanzado. Todos estos factores repercuten en el soporte de la roca y el diseño de los equipos, lo que requiere diferentes tipos de pernos, la instalación de mallas para paredes, techo y frente, una mayor automatización de los equipos y las operaciones remotas, y la recopilación de datos del proceso completo de instalación de pernos.”

Las condiciones de alta tensión a menudo provocan la rotura y fractura de las masas rocosas. La instalación de pernos en este tipo de terrenos puede ser complicada, lo cual resulta en mayor tiempo de instalación y en una calidad de instalación cuestionable. Por ello, el empernado de roca es un cuello de botella común para las operaciones mineras subterráneas de roca dura. Equilibrar la productividad y la calidad de la instalación es un reto que los proveedores de equipos e insumos están tratando de resolver.

Otro reto importante es la inversión de capital. Para la mayoría de las minas, los sistemas de soporte de terrenos representan una inversión sustancial que debe sopesarse con la vida útil del sistema y sus componentes individuales, y los requisitos generales de seguridad a lo largo de la vida útil de la operación y/o fase de minería.

Renier Koekemoer, Gerente Senior de Producto para Perforadoras de Roca Dura de Komatsu, explicó: “Debido a la naturaleza cíclica de la minería, en que la producción depende de un método de extracción lo más continuo posible, el objetivo final de los proveedores y mineros es instalar el sistema de soporte de terreno adecuado para su aplicación lo más rápido posible. Este sistema debe cumplir con todos sus requisitos que, en primer lugar, incluyen garantizar la operación segura y diaria de su mina por parte de los empleados y equipos.”

Estos factores, junto con el afán de mejora continua, han ayudado a la industria a desarrollar una gama de sistemas de soporte de terrenos especializados y específicos. “También ha estimulado el crecimiento y el intercambio de conocimientos sobre el soporte de terrenos a escala internacional,” dijo Koekemoer. “Vemos una mayor colaboración de los proveedores y mineros de todo el mundo para garantizar que se seleccione el sistema de soporte de terrenos adecuado para cada aplicación, una selección que a veces se basa en lo que funciona en otros segmentos con limitaciones similares.”

Preparándose Para Los Desafíos

Una parte significativa de los retos mencionados proviene de los costos asociados a las prácticas mineras. A medida que las minas se vuelven más profundas, los métodos mineros tradicionales se ven desafiados y muchas operaciones se apoyan ahora en gran medida en tecnologías innovadoras para acelerar el proceso de desarrollo y refuerzo.

Paul Stephenson, CEO de la División de soporte de terrenos de DSI Canadá, explicó: “Un ejemplo de esto es la evolución hacia vehículos eléctricos a batería y la integración del empernado en equipos automatizados — esto tiene que ver con alejar a las personas del entorno subterráneo y también con acelerar el desarrollo de yacimientos para su recuperación.”

Los retos operativos, combinados con las presiones inflacionarias, significan que las prácticas de refuerzo han tenido que volverse más eficientes para mantener el ritmo. El avance hacia la mecanización de secciones mineras más pequeñas ha sido una tendencia clave. La mecanización puede acelerar los tiempos de ciclo para la instalación de soportes de terrenos, pero lo más importante es que aleja al operador del espacio peligroso ubicado directamente debajo de la empernadora y lo coloca en un compartimiento seguro para el operador. El desarrollo continuo hacia instalaciones de soporte de terrenos semiautónomas y totalmente autónomas también mantiene esta tendencia.

Hoy en día, muchas minas utilizan sistemas de soporte de terrenos que se han adaptado a sus necesidades específicas, algunos de los cuales están superando los límites tanto de la producción como de la seguridad. Lo logran reduciendo en gran medida el tiempo que los operadores están expuestos a condiciones peligrosas y a través de la diversidad de soportes de terrenos, utilizando las últimas tecnologías para cumplir con sus requisitos individuales, que podrían cambiar día a día o incluso eventualmente (drift-by-drift).

“Debido a que las condiciones de la minería son cada vez más desafiantes, se necesitan más productos de soporte de terrenos específicos para las minas,” dijo Derek Hird, CEO de la División de soporte de terrenos de DSI Australia. “Ya no se trata de un producto para todas las aplicaciones. El refuerzo de rocas debe adaptarse a las condiciones de la mina para lograr el rendimiento deseado.”

Dada la mayor profundidad de las minas y su susceptibilidad a la sismicidad natural e inducida, muchas mejoras recientes en el diseño de los pernos se han centrado en el rendimiento dinámico. Otras aportan un valor adicional gracias a una mayor capacidad de carga, lo que disminuye la necesidad de soporte. Un proceso de instalación simplista también acelera las tasas de desarrollo, y en los últimos años se ha prestado mayor atención a la tecnología de empernado de una sola pasada en entornos difíciles. La sostenibilidad es otra tendencia creciente, ya que algunos fabricantes buscan incorporar materiales de embalaje reciclados, mientras que otros buscan elementos a más largo plazo, como el acero ecológico.

Veamos algunas de las últimas soluciones disponibles en el mercado… 

Recarga Automática de Pernos de Epiroc Gana Terreno

En los últimos años, Epiroc ha colaborado con socios clave de la industria para desarrollar un sistema de empernado que utiliza anclajes autoperforantes (SDA) y resinas bombeables. Los pernos SDA no son tan sensibles a las condiciones variables del terreno como otros tipos de pernos y ofrecen una instalación rápida y constante independientemente de las condiciones de la roca.

Bray explicó: “Cuando los pernos SDA se combinan con resina bombeable, podemos lograr tiempos de fraguado rápidos, así como la capacidad de rellenar grietas y huecos dentro de la masa rocosa. Esto ayuda a consolidar el terreno, detener su movimiento rápidamente y garantizar el encapsulamiento total del perno. Con un perno totalmente encapsulado, el perno queda protegido contra la corrosión, lo que también permite la transferencia de carga en toda su longitud. Otra ventaja es que la resina bombeable no es sensible a la humedad del suelo, lo que puede ser un problema para algunas operaciones subterráneas. Los pernos SDA también son fáciles de instalar en combinación con la malla.”

La solución SDA/resina bombeable se ha convertido en una nueva herramienta bien recibida por los ingenieros geotécnicos. En 2018, Epiroc lanzó el primer equipo de empernado Boltec con un sistema de resina bombeable. Desde entonces, ha entregado docenas de máquinas a operaciones mineras en todo el mundo.

Bray dijo que, desde su lanzamiento en septiembre de 2022, el nuevo equipo Boltec de Epiroc con funcionalidad de recarga automática de pernos (ABR) ha despertado un gran interés en el mercado. La principal característica del diseño del Boltec ABR es el sistema de recarga de pernos totalmente mecanizado. Esto significa que el sistema alimenta automáticamente los pernos desde un gran cargador del vehículo transportador hasta el cargador de alimentación mientras el operador permanece seguro dentro de la cabina. Esta innovación elimina la necesidad de volver a cargar manualmente el cargador de alimentación, protegiendo así al operador de posibles peligros de tropiezos o caídas al suelo.

“Este es un enorme avance en la mejora de la seguridad de los operadores,” dijo Bray a Equipo Minero. “Epiroc está en conversaciones con varios clientes que están interesados en adoptar las nuevas funcionalidades y capacidades que ofrece el sistema ABR. Los próximos pasos en el desarrollo del sistema ABR están en línea con las funcionalidades autónomas y estos serán un importante avance en el ámbito de la automatización del refuerzo de rocas.”

Añadió que Epiroc entregará próximamente un prototipo de máquina Boltec E10 S ABR a un cliente para que realice una prueba de campo. Esto explorará funcionalidades autónomas que reducirán la necesidad de que los operadores estén físicamente a bordo de la máquina de empernado.

“La automatización, el intercambio de información, los pernos inteligentes y los sistemas de guiado son sólo algunas de las tendencias y tecnologías de la industria que se están incorporando a nuestros planes de desarrollo para equipos de refuerzo de rocas,” dijo Bray. “El entorno actual es muy dinámico, lo que mantiene ocupado al departamento de I+D de Epiroc. ¡Nunca hay un día aburrido cuando se trabaja con equipos de empernado!”

ZB21 de Komatsu Va Viento en Popa

Komatsu lleva mucho tiempo dedicándose al soporte de terrenos de diversas formas, tanto en aplicaciones de roca dura como de carbón/minerales industriales. El último producto de la empresa para el soporte de terrenos es la Bolter ZB21, la cual se lanzó, junto con la perforadora jumbo ZJ21, en noviembre de 2020. La ZB21 está diseñada específicamente para el empernado en minas de roca dura con tamaños de túnel restrictivos. Ésta proporciona instalaciones de soporte de terrenos continuas y duraderas en condiciones difíciles.

Koekemoer explicó: “La ZB21 puede lograr esto en gran parte debido a su diseño innovador, lo cual permite que la empernadora sea extremadamente flexible y versátil, al tiempo que mantiene el alto grado de fiabilidad y robustez requerido para una empernadora mecanizada operada hidráulicamente. Una de sus características es un sistema patentado de manipulación de cribas que forma parte del propio cabezal de empernado, eliminando así la necesidad de plumas adicionales o accesorios propensos a daños. Estas características, junto con un enfoque agnóstico para combinar la Komatsu ZB21 con una variedad de insumos tanto de perforación como de soporte de terrenos, amplían aún más la flexibilidad de esta máquina.”

Desde 2021, Komatsu ha estado trabajando con J-LOK Co, una filial de JENNMAR con sede en Pittsburgh, para desarrollar soluciones de resina bombeable para clientes de la minería subterránea de roca dura. Koekemoer dijo a Equipo Minero que las empresas han entrado recientemente en la ronda final de las pruebas de validación para un sistema de resina a granel autónomo a bordo que presenta todos los beneficios de marca característicos de los productos Jennmar J-LOK, combinados con las capacidades innovadoras de la empernadora mecanizada ZB21.

Este desarrollo estará disponible a través del grupo de soluciones de perforación de Komatsu para permitir la conversión de casi cualquier unidad anfitriona, extendiendo aún más la aplicación de la ZB21 en casi todo el mercado.

“La ZB21 continúa ganando terreno a medida que vemos que es adoptada en diversos mercados que van desde Canadá hasta aplicaciones remotas y distantes en América del Sur,” dijo Koekemoer. “Esto continuará expandiéndose, ya que la ZB21 también cumple los requisitos de las minas en África y otros lugares. Aunque la máquina se lanzó con algunos desafíos únicos, los comentarios y la aceptación han sido fantásticos y definitivamente sientan las bases para el desarrollo continuo de este y otros productos diseñados para satisfacer las necesidades y los requisitos de los clientes.”

Normet: Creando Combinaciones Perfectas de Productos

Los pernos y los cables para rocas son sólo dos componentes de un sistema más grande que se utiliza para asegurar la masa rocosa que también abarca el mortero. Estos tres elementos son inseparables. Normet ha tenido un gran éxito a lo largo de los años con su perno D-bolt, pero Martin Petranek, Director de Productos y Producción en Refuerzo de Rocas, dijo que la empresa tiene mucho más que ofrecer.

“En el refuerzo de rocas, Normet es conocido como el proveedor de pernos D-bolt y muchos clientes nos colocaban en la categoría de proveedores especializados en pernos dinámicos,” afirma. “Aunque Normet sigue especializándose principalmente en el refuerzo de rocas para entornos desafiantes, tenemos mucho más que ofrecer.

“En los últimos cinco años, hemos desarrollado nuevos pernos diseñados para terrenos inestables, fracturados o sometidos a grandes esfuerzos. También hemos desarrollado morteros a juego para crear una solución completa para casi cualquier condición difícil. Por ejemplo, nuestros pernos de roca huecos, autoperforantes anclados localmente y el mortero de resina tixotrópica RBG son la combinación perfecta; el mortero no solo iguala el rendimiento del acero utilizado para la producción de pernos, sino que en realidad mejora el rendimiento del acero.”

En junio de 2022, Normet anunció la adquisición de Garock Pty Ltd, un fabricante y proveedor líder de sistemas de soporte de terrenos para la industria minera y civil en Australia. Este movimiento no solo fortaleció la cartera de la empresa en soporte dinámico de terrenos para la minería subterránea — específicamente con pernos de cable y cables dinámicos — sino que también amplió su alcance en el mercado de Asia-Pacífico. Las instalaciones australianas de Garock son ahora el Centro Global de Investigación y Desarrollo (I&D) de Normet para el Refuerzo de Rocas.

“Nuestras actividades de investigación y desarrollo están fuertemente influenciadas por los equipos de alto rendimiento para la minería subterránea,” dijo Petranek. “La productividad aumenta continuamente, y necesitamos que nuestra productividad, en otras palabras, la seguridad, esté por delante de ellos; de lo contrario, las operaciones tienen que ralentizarse. Otras influencias importantes provienen de la madre naturaleza; las minas subterráneas son cada vez más profundas y se desarrollan con mayor rapidez. Nuestros sistemas de refuerzo de rocas proporcionan un medio para redirigir las fuerzas de la roca para ayudar a estabilizar el macizo rocoso en lugar de dañarla. Es una batalla interminable que aporta la alegría del desafío a este negocio.”

Sandvik y DSI Unen Fuerzas

La integración de DSI Underground en la división de soporte terrestre de Sandvik Mining and Rock Solutions en 2021 posiciona a la empresa como proveedor líder de equipos e insumos para la minería subterránea de roca dura y la construcción de túneles.

Peter Young, Gerente de Productos de Empernado en la División de Soporte de Terrenos de Sandvik Mining and Rock Solutions, explicó: “Los clientes se benefician del valor agregado y de la experiencia de estos proveedores de equipos e insumos que trabajan juntos para comprender mejor sus necesidades. Las ofertas de Sandvik y DSI están disponibles por separado o como un paquete combinado, lo que permite a los clientes personalizar su flota para apoyar sus necesidades operativas.”

La serie i corresponde a las últimas empernadoras de Sandvik. La gama incluye los modelos DS412i, DS412iE, DS422i y DS512i. La plataforma i ofrece varios niveles de automatización para la perforación de soportes de rocas. El alto nivel de recopilación de datos durante el empernado permite a los operadores saber qué tan bien se soportan las galerías y los túneles con la posibilidad de documentar esta información. La serie i también permite la perforación y el empernado sin conexión a la red, y la tecnología patentada Charging While Drilling de Sandvik significa que el DS412iE no necesita abastecerse de la red eléctrica de la mina. También ofrece un tiempo de carga reducido inferior a 30 minutos por ciclo.

En febrero de 2023, Sandvik lanzó xCell Cyclops, un sistema de convergencia para el soporte de terrenos en la minería subterránea que proporciona mediciones inalámbricas, continuas, remotas y en tiempo real de los movimientos del terreno. Cuenta con notificaciones y alarmas integradas para respaldar un entorno de trabajo más seguro y sostenible.

xCell Cyclops permite evaluar a distancia el comportamiento del macizo rocoso, lo que se traduce en un soporte de terreno más seguro, eficiente y rentable y en una rehabilitación optimizada del terreno. A través de dispositivos inalámbricos conectados y una plataforma en línea fácil de usar, los clientes pueden adaptar su configuración individual y realizar un seguimiento de cualquier cambio en las condiciones del terreno de la mina.

El diseño retroadaptable de los sensores facilita su instalación directamente en los pernos de roca existentes. Funcionan a baterías y con mediciones láser de alta precisión, y pueden conectarse mediante Wi-Fi y Bluetooth, lo que proporciona a los operadores acceso en tiempo real a los datos, notificaciones y alarmas integradas. Esta configuración reduce la necesidad de realizar trabajos manuales e inspecciones en la mina, lo que reduce los costos y mejora la seguridad.

El sistema xCell Cyclops está disponible como servicio de suscripción con tres niveles: Básico, Plata y Oro dependiendo de la cantidad de usuarios en un sitio y dispositivos en modo remoto. Young dijo que el interés en el sistema es tan fuerte que ya se está desarrollando una segunda versión intrínsecamente segura para las minas de roca blanda y carbón.

En cuanto a los pernos de roca, Sandvik y DSI han estado trabajando para ampliar su gama de soluciones para la minería de roca dura. Los anclajes dinámicos más importantes de las empresas incluyen: el perno de resina POSIMIX, el perno combinado, el perno OneStep (una patente que DSI compró a Hilti), KINLOC y el perno KINLOC Indie, el perno inflable OMEGA-BOLT y el perno MD / MDX, que fue desarrollado originalmente por Sandvik Australia y ahora se ha integrado en la cartera de productos de DSI.

En la feria bauma 2022, celebrada en Múnich el pasado mes de octubre, DSI presentó dos pernos dinámicos. El KINLOC Indie es un perno premium de anclaje a fricción puntual que ofrece un rendimiento de alta capacidad de hasta 250 kN. El anclaje puntual es independiente del cuerpo del perno a fricción, lo que proporciona un anclaje estable durante el movimiento del terreno y las cargas de choque. El perno Mechanical Dynamic Extra — o MDX — también estaba en exhibición. Éste ofrece capacidades adicionales de expansión y anclaje gracias a un diseño de cuña único que le permite expandirse hasta 60 mm. Si bien el MDX proporciona un buen soporte de compresión en terreno, la forma en que interactúan la carcasa, las cuñas y las barras de refuerzo, también lo hace perfecto para su uso en condiciones sísmicas del terreno.

Además, DSI y Sandvik están ampliando su gama de productos químicos de inyección, por ejemplo, para su uso con el perno Mineral Bolt de DSI. DSI amplió recientemente su capacidad de producción de resinas y espumas de inyección a más de 20.000 t/a, y la producción de cápsulas de resina FASLOC a más de 60.000.000 al año. Éstas se producen localmente en Brasil, Canadá, Polonia, Sudáfrica y Australia utilizando un sistema de suministro justo a tiempo para una mayor eficacia.