Mantener la integridad del soporte del techo es esencial en cualquier mina. Equipo Minero examina las opciones de soporte actuales desde el punto de vista del proveedor experto.
Por Simon Walker, Editor en Europa
Soporte de rocas, un área crítica de la práctica minera, segura ganando importancia a medida que las minas se vuelven más profundas con mayores tensiones de roca. Los sistemas de soporte que brindaron una adecuada protección en el pasado tendrán que ser modificados y modernizados a fin de cumplir su futuro rol, con nuevas combinaciones de tecnologías requeridas para satisfacer las exigencias de seguridad. Como un ejemplo, la práctica del anclaje en roca se ha desarrollado notablemente en el tiempo, con los sistemas actuales dando mayor protección y requiriendo menos mano de obra para la instalación. Asimismo, el soporte con hormigón proyectado se está incorporando cada vez más, especialmente en áreas de una mina que probablemente permanecerán en uso por un largo tiempo—tales como las cámaras de los chancadores—o que serán sometidas a un fuerte desgaste, como es el caso de los puntos de extracción en una operación de hundimiento por bloques.
El concepto “anclaje en roca” también se ha extendido al incluir pernos de cable, una vez que el dominio exclusivo de grandes proyectos de ingeniería civiles tales como cavernas, pero ahora crecientemente se transforman en el lugar común como un método de apoyo a fondo para, digamos, una muro colgante débil en la minería de cámara subterránea abierta o corte y llenado. El filtro de mallas también es mucho más ampliamente utilizado que antes, actuando como un comodín para el desprendimiento de roca y como reforzamiento para el concreto proyectado. Sin embargo, la desventaja más grande aquí es que la malla demanda mucho tiempo, y por lo tanto es costoso, para una instalación apropiada, así como también incómodo para manipular. Una respuesta potencial parece ser membranas aplicadas a alta presión delgadas la cual, mientras aún en una etapa relativamente temprana a lo largo de la senda de aceptación—en la minería en roca dura, por lo menos—puede proporcionar una capacidad equivalente en términos de protección a desprendimiento, aún a entradas de mano de obra significativamente más bajas.
En vez de buscar otra vez en diversos sistemas que actualmente se encuentran en oferta en términos técnicos, Equipo Minero preguntó a algunos de los distribuidores líderes en el mundo de pernos para rocas, mezclas de concreto proyectado, y membranas TSL para sus visiones en cómo estos sistemas se han desarrollado en años recientes, dónde se están dirigiendo, y qué desafíos están en el horizonte para el control de suelos en la minería. Aquí están algunas de sus respuestas.
Los Principales Avances
Equipo Minero preguntó cuales de los principales avances se han logrado en la tecnología de control de suelos en la minería en roca dura durante los pasados 10 a 15 años. De acuerdo a Lars Hage, gerente técnico para el hormigón proyectado en el productor con base en Suiza de mezclas de hormigón para construcción y minería, BASF, el punto ante todo es que ha habido un vasto mejoramiento en la actitud y aproximación a la seguridad en ambientes subterráneos. El avance más grande en términos de la tecnología de control de suelos, dice, ha sido el cambio de hormigón proyectado con mezcla seca a húmeda, con desarrollos en la industria del hormigón, es decir, que ahora es posible producir un hormigón proyectado de mezcla húmeda con fuerzas compresivas superiores a 60 MPa en 28 días.
Hage siguió explicando que la irrupción de mezclas modernas aplicadas al hormigón proyectado de mezcla húmeda ha reducido significativamente problemas tales como los altos niveles de rebote y polvo, compactación pobre y pérdida de rendimiento estructural, al permitir que el hormigón colocado sea inicialmente plástico en su estado natural. También ha aumentado considerablemente la capacidad de producción, añadió. La introducción de aceleradores de conjuntos sin álcali en particular ha permitido la durabilidad a largo plazo tanto del soporte de roca como el revestimiento del túnel, así como también proporcionar una solución no cáustica y escaso impacto ambiental, a diferencia de sus predecesores, el silicato de sodio y aluminato.
Además, la añadidura de acero o las fibras sintéticas a la mezcla de hormigón proyectado ha llevado a la flexión mejorada y tenacidad a cortes, y resistencia al impacto. Éste es particularmente el caso en áreas de alta deformación, o dónde se necesita el control de grietas.
Nuevos avances en los manipuladores de pulverización han facilitado aún más la tarea de establecer el ángulo y distancia óptimos de la boquilla, gracias a la tecnología que controla automáticamente la distancia de pulverización, velocidad y ángulo del chorro de pulverización a la superficie. “La mecanización de todos los procedimientos que han realizado en la industria minera en los últimos 20 años ha ido mano a mano con el desarrollo de la tecnología del hormigón proyectado, guiando a una producción más alta y eficiente,” dijo Hage.
Desde la perspectiva del mayor distribuidor internacional de sistemas de anclaje en roca, con sus oficinas centrales de Estados Unidos en Utah, Dywidag Systems International (DSI) hizo referencia al mercado de roca dura de Estados Unidos. Aquí, dijo, los principales avances han incluido la utilización de pernos de expansión inflables y tecnologías cable-perno, junto con FLAC coordinado y otros métodos de análisis geológicos/control de suelos. Éstos han ayudado a mejorar el sistema general de soportes, con otras tecnologías de estabilización de control de suelos que trabajan como un sistema.
Con referencia a la tecnología de Revestimiento Proyectado Delgado (Thin Spray-on Liner=TSL), Rob Hawker, gerente de tecnología en Minova-Australia, le dijo a Equipo Minero que aún no se ha implementado exitosamente ningún TSL como un sistema de reemplazo de mallas de uso en ciclo en minas de rocas duras. El principal producto de la compañía en esta área, el polímero modificado de cemento Tekflex, se ha usado ampliamente en aplicaciones de carbón para ayudar a controlar la degradación de la roca por incrustación, desprendimiento y regadío, que proporciona un recubrimiento flexible con alta resistencia a la tracción que puede ajustar el estrés asociado con el movimiento de la roca, así como también actuar como una barrera para hidratar la degradación.
La mayoría del trabajo de desarrollo que Minova ha realizado en este periodo se ha enfocado en mejorar su serie actual para aplicaciones especiales tales como revestimiento para ejes de escape o prevenir el desgaste, agregó Hawker. Para predecir, dijo, la compañía ha continuado invirtiendo en la investigación del TSL y tiene variados sistemas nuevos que espera comercializar dentro de los próximos dos años. Estos sistemas se enfocan en el mejoramiento de los tiempos de cura y el proceso de aplicación, dijo.
Mientras el enfoque de Minova se ha basado en cemento de TSLs, la compañía Canadiense Spray On Plastics ha desarrollado un producto de poliurea de dos partes, RockWeb. La visión de Tyler Macpherson—especialista técnico es que el principal avance en la tecnología TSL ha sido la habilidad para usar TSLs de RHSF (reactive, high-strength, flexible-reactivo, alta resistencia, flexible) líquidos para cubrir superficies irregulares o quebradas. Estos sistemas proporcionan las más altas y absolutas resistencias a la tracción disponibles, declaró, puede curar sin la necesidad, o interferencia a partir de la humectación, y desarrollar sus resistencias mucho más rápido que otros tipos de sistemas—en horas comparados con días.
“Lo más significativo es la tecnología de tejido que nos permite hacer esto,” añadió. “También hemos hecho un considerable desarrollo de equipamiento que ha hecho que la aplicación sea más rápida y fácil, y también hemos desarrollado el equipo del estado del arte que hace la movilización rápida y simple: nada diferente de conectar una barrena jumbo o apernador,” dijo Macpherson.
DSI North America reclama el liderazgo en las tecnologías en pernos de expansión inflables y revestimientos, y está trabajando en ampliarse a las condiciones de suelos para lo cual pueden usarse pernos de expansión inflables. La compañía dijo que también puede desarrollar un rol mayor en el suministro de tecnologías de pernos de cables para roca dura y resina, mientras su personal de ingeniería tiene experiencia extensiva en ayudar a sus clientes con el análisis geológico y desarrollo de productos.
Hage de BASF observó que la compañía ha hecho contribuciones significativas en el avance de la tecnología de entibación de terrenos, con una serie comprensiva de químicos y equipo para hormigón proyectado de mezcla húmeda en particular. Su equipo de R&D está en continuo desarrollo de soluciones a través de la experiencia en la química de cemento, tecnología de hormigón y ciencia del material, añadió.
Los Desafíos y Soluciones
En la práctica, por supuesto, los sistemas de soporte en suelos solo son tan Buenos como el estándar de instalación o aplicación. Un sistema de soporte pobremente diseñado no se realizará bien al largo plazo, y puede que ni siquiera se dirija a temas inmediatos de seguridad tal como el desprendimiento donde la masa rocosa alrededor ha sido dañada durante la excavación, o donde las características geotécnicas inherentes traen el potencial para fallas localizadas. Tales preocupaciones han llevado al uso incrementado de concreto proyectado y malla, con pernos de techo que proporcionan el arco compresivo necesario para un soporte autónomo durable. Equipo Minero preguntó a cada uno de los encuestados cuáles desafíos ven en instalar sistemas de soporte para techos modernos, y cómo puede superarse.
DSI: Todas las operaciones mineras subterráneas ven el control de suelos como un gasto mayor, por lo tanto la asociación con DSI permite que el operador tenga un socio comercial con la experticia líder de la industria, productos innovadores, y servicio y soporte superior con profesionales experimentados. Estos elementos son estratégicos para permitir que operaciones mineras subterráneas y construcción de túneles sean seguras y productivas.
Harker: “En relación a TSLs, los desafíos incluyen la facilidad de aplicación y adaptación a los equipos disponibles actuales en minas y controlar la calidad de la aplicación. El grosor de un diseño de 5mm es muy difícil de logras de manera consistente una superficie de roca dura sin espacios en el rociador.”
Macpherson: “Vemos muchos trabajos de rehabilitación del hormigón proyectado quebrado. El hormigón proyectado dañado es muy difícil de arreglar mediante el uso de sobre-recubrimiento porque las grietas se propagan a través del nuevo hormigón proyectado. También, en lugares como subestaciones o refugios, el equipo en el interior no puede removerse para aplicar hormigón proyectado por lo que es difícil de reparar debido a la limpieza de rebote y el “daño colateral” a la infraestructura. En algunos casos, el operador que lanza el hormigón proyectado ni siquiera puede lograr el acceso debido al volumen de sus mangueras.”
Hage observa una perspectiva diferente: “El desafío principal para industria están estableciendo profesionales suficientemente calificados para satisfacer la demanda de la industria, y el desenvoltura de personas individuales compañías en la industria que no entiendan el negocio de entibación de terreno. Esto conlleva a soluciones inferiores que se están ofreciendo, y capacitación inadecuada de sus representantes y el personal de la industria. La solución sería introducir paquetes de capacitación aceptados en la industria y asegurar la certificación de operador lanzador de hormigón proyectado.”
Aumento de los Desafíos Relacionados a la Profundidad
Con minas volviéndose más profundas, las condiciones de la roca inevitablemente se tornará más desafiante. Equipo Minero busca la visión de las personas encuestadas en áreas clave de la tecnología en el control de suelos que se considera podrá para ayudar a que las compañías mineras operen de forma segura a mayor profundidad.
Hage: “Las minas que llegan más profundo llevar a más calor y deformación. Para afrontar estos desafíos, se necesitará una mecanización más desarrollada y flexible, así como también una logística mejorada. Tecnologías opcionales tales como membranas de polímero proyectable de rápida solidificación proporcionan soportes efectivos para superficies y protección contra el desgaste de la roca y capa, que son importantes para seguridad y eficiencia de una mina.”
Continuó citando a uno de sus colegas, Warren Mahoney, el gerente de Mercado para entibación de terrenos en BASF Australia. “Los aceleradores proyectados de rápida solidificación en el periodo inicial de 1 a 2 horas después de pulverización, y el control de grosor en tiempo real durante la aplicación de hormigón proyectado ayudará a la minería. También se debería dar más consideración al uso de inyección de resina para cada suelo gravemente fracturado. Esta tecnología tiene un tiempo de solidificación extremadamente rápido para fijar la capa con un mínimo de tiempo de inactividad,” dijo Mahoney.
Macpherson: “Generalmente, las operaciones interesadas en el uso de RockWeb están experimentando en terreno que se desmorona o alta convergencia. Aunque no puede detener la convergencia (debido a su flexibilidad) cuando se aplica debajo de un soporte duro como pernos y filtro, el desmoronamiento del suelo quebrado puede reducirse mientras que los trozos más pequeños no se puedan desplazar entre bloques claves.” Añadió que mientras también puede lograrse mediante el uso de hormigón proyectado, éste tiende a quebrase en terreno constrictivo, lo que permite que continúe el desmoronamiento.
Macpherson continuó apuntando a los temas de logística. “A medida que las operaciones mineras alcanzan mayores y mayores profundidades, aumentan los desafíos del movimiento de materiales como el hormigón. RockWeb usó en una aplicación de un cono colector a una profundidad de 9,300 pies porque la mina fue incapaz de mover el hormigón proyectado al nivel mediante dos ejes lo suficientemente rápidos para completar el trabajo económicamente o a tiempo. Los materiales y equipo RockWeb se enviaron al nivel en dos pasadas de jaula,” dijo.
Minova: Harker concordó, “La clave es desarrollar tecnología que reduzca la manipulación tanto en términos de transporte a la galería de la mina, como también en términos de aplicación en terreno. El enfoque del desarrollo de Minova se trata de tecnologías que se prestan a la instalación automatizada.”
DSI: DSI se ha comprometido en el desarrollo de una línea completa de productos para pernos durante los pasados tres años. Estos productos incluyen pernos de acero dinámicos/ayuda de resina, cable dinámico/ayuda de resina, y malla dinámica, todos los cuales han sido probados y clasificados. Este trabajo ha sido completado en Canadá y Australia para preparar productos que permitirán que las compañías mineras trabajen de manera segura y productiva en mayores profundidades.
Cada uno de los encuestados también dirigió la pregunta siempre frecuente de encontrar suficiente fuerza laboral para instalar sus sistemas de manera segura y efectiva. Desde la perspectiva de Minova, Harker le dijo a Equipo Minero que la compañía no solo se enfoca en el desarrollo de productos, sino que tiene un punto de vista de los sistemas para el desarrollo. “Con esto en mente, apuntamos a proporcionar las herramientas necesarias para facilitar la instalación, independientemente de las habilidades de la fuerza laboral,” dijo.
“Contar con personal suficientemente calificado siempre será un punto, particularmente en economías en auge,” dijo Hage. “Siempre que exista un buen nivel de supervisión calificada e incentivos de capacitación en su lugar, avanzará un largo camino para mantener niveles adecuados de conformidad al momento de instalar estos sistemas.”
La capacitación claramente es crítica en este punto, y DSI señaló que contrata de forma deliberada profesionales mineras experimentados para ayudar a su clientela con las problemáticas de capacitación para la instalación del control de suelos. Su ingeniería y personal de R&D trabajan estrechamente con sus clientes para diseñar productos y sistemas que sean de “fácil uso para el minero” en cuanto a instalación y uso, añadió la compañía.
Para Spray On Plastics, Macpherson consideró que encontrar buenos instaladores era poco probable que fuese un desafío, fuera de simplemente encontrar buenos mineros. “Proporcionamos capacitación y soporte técnico en terreno, así como también trabajadores contratados altamente experimentados donde las compañías no sienten que cuentan con la fuerza de trabajo para aplicar el material por ellos mismos,” dijo. “También alquilamos y arrendamos equipo para proyectos simples, de manera que los mineros no tengan que solucionar problemas o hacer mantenimientos por su cuenta.”
Comparación de Revestimientos y Costos
Con la tecnología TSL que se está desarrollando como una alternativa, o complemento, para aplicar hormigón proyectado, Equipo Minero solicitó a las tres compañías involucradas en esta área algunas ideas en cómo comparan los costos y durabilidad a largo plazo de dos sistemas.
“Los costos y durabilidad a largo plazo de las dos tecnologías no son realmente comparables, ya que las membranas son complementarias para el hormigón proyectado,” dijo Mahoney desde BASF-Australia. “Existe una gran diferencia en el rendimiento entre estos dos sistemas. El hormigón proyectado se usa predominantemente para la entibación en terreno estructural y en algunos casos sólo para sellar la roca por el desgaste, mientras las membranas pulverizables no deban usarse como soporte estructural. En cambio, su finalidad principal es el sellado de roca contra la intemperie, o la superficie de soporte para unir el terreno disperso y reducir la incidencia de la caída de rocas pequeñas. Debido a la velocidad de aplicación par alas membranas, puede hacerlo muy efectivo en costo comparado al hormigón proyectado cuando se usa para el propósito correcto.”
“Los costos aplicados son similares entre 4 in. de hormigón proyectado simple y 4 mm de RockWeb, pero los costos periféricos hacen que RockWeb sea atractiva,” declaró Macpherson. “Los tiempos de aplicación y costos logísticos se reducen dramáticamente. RockWeb reduce los volúmenes de desplazamiento 25 veces cuando se compara al hormigón proyectado seco, liberando un tiempo valioso en la jaula. Tras la aplicación, también se reducen los tiempos de ventilación.”
Continuó indicando que cuando se aplica a intrados de revestimientos de hormigón proyectado, RockWeb puede aumentar la resistencia a la flexión del hormigón proyectado por hasta el 15%. “La aplicación de la capa de alta resistencia a la tensión hacia el interior propaga la tensión fuera del hormigón proyectado y ayuda a demorar el quiebre, agregó. “Cuando ocurre el quiebre, la tensión residual del hormigón proyectado se mejora dramáticamente a medida que las uniones se abren menos, y menos material cae. Es la mejor opción para proteger el hormigón proyectado en áreas de infraestructuras grandes y respaldos alto como chancadores, ejes internos o talleres donde las pequeñas expulsiones de hormigón proyectado pueden causar grave daño al cuerpo.”
Harker concordó: “El hormigón proyectado tiene una trayectoria comprobado en ambientes subterráneos y obras civiles, ya que su durabilidad es bien entendida. Cualquier futuro sistema TSL será testeado para asegurar la durabilidad comparativa en cualquiera de estos ambientes de trabajo. El desafío para las operaciones es que a medida que necesitan profundizar más la mina, los costos de transporte juegan un papel clave en los costos de instalación del sistema. Es aquí donde los TSLs tienen la mayor ventaja, con solo un décimo del manejo de materiales necesario.”
Lo que se vuelve claro a partir de esta discusión es que en el futuro, las minas más profundas se volverán cada vez más dependientes de una combinación de técnicas para sus necesidades de entibación del terreno. Cada uno de los sistemas aquí descritos tiene su propio lugar, fortalezas y debilidades. Con las condiciones de la roca variando de galería en galería, así como también de nivel en nivel, las minas necesitarán tomar elecciones específicas del sitio; No existe la respuesta “un tamaño se ajusta a todo” cuando se involucra el personal de seguridad.
El uso pernos para roca en una de sus muchas formas sin duda continuará formando la línea de frente, ya sea en solitario o junto con mallas. El uso de anclaje con pernos de roca extiende esta capacidad más profundamente dentro de la masa rocosa. La proyección de concreto—ya sea simple o reforzado—requiere una infraestructura de entrega mayor desarrollada, pero brinda estabilidad a largo plazo siempre que los movimientos de tierra sean limitados en extensión. Los TSLs son de rápida instalación y ofrecen buena resistencia al desprendimiento, pero no tienen la capacidad estructural del hormigón proyectado. Cada operación debe encontrar su propia solución de soporte óptima.
