Por: Edgard Atencia Daga, superintendente de Operaciones Mina Subterránea y Manuel Vega Merino, jefe de Perforación y Voladura, Sociedad Minera El Brocal.

Introducción 

Sociedad Minera El Brocal se dedica a la exploración, desarrollo, explotación y tratamiento de minerales polimetálicos. 

Con el objetivo de incrementar la producción, se buscó maximizar la recuperación de los pilares dejados post minado de tajos primarios, utilizando equipos ITH con sistema Wassara, el cual permite tener mayor alcance y menor desviación que los mecanismos con martillo en cabeza (Top Hammer). 

Objetivos

ν Maximizar la recuperación de los pilares.

ν Reducir los costos de perforación en pilares y tajos primarios.

Sistemas de perforación

Martillo en cabeza 

Es la forma habitual de perforación de rocas a rotopercusión, el principio de corte se basa en el impacto realizado en el exterior de la perforación de un pistón de acero sobre un barreno, las perforadoras de roca convierten la energía hidráulica, eléctrica o mecánica en energía mecánica, el pistón golpea el fondo creando una onda de choque que se transmite a través de las brocas, por medio de las barras de perforación se transmite la fuerza de empuje y percusión, descargando la energía en la parte inferior del agujero para lograr la penetración y triturar la roca. 

Para asegurar una sección circular en el barreno la útil gira con cada golpe, asegurando un corte nuevo en la roca, se debe retirar del barreno los detritus, esto se consigue por medio de insuflado de aire al fondo del taladro. Parte de la energía del impacto se pierde en la transmisión y en los cambios de sección del varillaje, por lo que la velocidad de penetración de la perforación disminuirá con la profundidad del barreno.

Martillo de fondo 

Conocido como In the Hole (ITH), se basa en el golpe del martillo directamente a la boca en el fondo de la perforación. De esta forma se evita la pérdida de energía transmitida por la percusión del pistón a través del varillaje. Se pueden alcanzar profundidades superiores a los 100 m. El martillo en fondo y la boca forman una unidad integrada dentro del barreno, esto garantiza una velocidad de perforación bastante homogénea con el aumento de la profundidad del taladro.

Consta de un cilindro cuya longitud está en función de la carrera del pistón y el diámetro acorde con el tamaño de la perforación. En el extremo de este cilindro se aloja la broca de perforación. 

El varillaje se sustituye por un tubo hueco que conecta el martillo con el equipo y que se encarga de transmitir el par de rotación y la fuerza de avance. Los barrenos perforados con martillo en fondo acusan mínimas desviaciones, consiguiendo buenos resultados en rocas muy fracturadas. 

El varillaje está compuesto por tubos de igual diámetro en toda la longitud, no tiene acoplamientos que puedan atascar la perforación.

Sistema Wassara

En el sistema de perforación ITH los martillos se montan directamente en la perforación, aplicando fuerza de percusión directamente sobre el bit. 

Para propulsar el martillo en fondo se usaba aire, como normalmente se realiza en toda la industria minera, pero esta no es una tecnología completamente óptima, es por ello que se buscó aumentar la longitud de perforación manteniendo la precisión ya que la tecnología de entonces proporcionaba una profundidad limitada. De conseguir ello generaríamos mayor cantidad de mineral por voladura, algo importante para bajar el costo de producción. 

La tecnología Wassara, patentada por la compañía sueca LKAB Wassara, usa agua a alta presión como fluido de transmisión de energía para propulsar al martillo ITH. El agua le entrega una alta frecuencia y gran energía por golpe. 

Cuando el líquido sale del martillo, este tiene la suficiente velocidad para llevar el detritus y escombros a la superficie y limpiar el pozo.

Debido a la incompresibilidad del agua la presión de la operación permanece constante, por lo que la eficiencia de perforación es prácticamente la misma, independientemente de si la profundidad es 10, 50 o 100 metros.

El uso de agua para la transmisión de potencia también significa que esta se transfiere completamente al martillo, lo que permite perforar taladros con diámetros más pequeños, sin incrementar considerablemente la tasa de desviación. Hoy en día, con la propulsión por agua se pueden perforar taladros con diámetros de 65 a 254 mm.

La presión del líquido es de hasta 200 bar, en comparación con 30 para el aire. Asimismo, la diferencia es notable en la frecuencia de golpes, un martillo Wassara proporciona 3,600 golpes por minuto (60 Hz), mientras que un martillo neumático proporciona 2,000 a 2,700 golpes por minuto (35-45 Hz).

Recuperación de pilares

Actualmente en Sociedad Minera El Brocal se tiene 0.7 MM de reservas minables con leyes mayores a 2% de Cu en los pilares de la mina Marca Punta, por ende, se tiene la necesidad de recuperar la mayor cantidad de mineral posible con el fin de incrementar la producción.

Recuperación de pilares con Simba

Inicialmente se realizaba perforación con equipo Simba 1254, el cual limitaba la longitud de recuperación de los pilares a 25 metros.

El diseño de la malla de perforación tiene los detalles que se muestran en la Tabla 1.

Ventajas

ν Velocidad de perforación 22 m/hr.

ν Versatilidad del equipo.

Desventajas

ν Desviación en longitudes mayores a 25 metros (3% – 5%).

ν Diámetro de perforación 89 mm propio del diseño del equipo. 

Recuperación de pilares con sistema Wassara

En la mina Marca Punta se tiene pilares de grandes longitudes (mayores a 25 m), que perforados con equipos Simba evidenciaron desviaciones mayores a 3%. Como alternativa para la recuperación de estos pilares se implementó el sistema Wassara, el cual trabaja con perforadora con martillo de fondo accionado por agua a altas presiones. Asimismo, es un sistema amigable con el medio ambiente, reduciendo el consumo de energía y la polución.

Los martillos Wassara accionados por agua ofrecen una calidad parecida al sistema de perforación diamantina.

La recuperación de pilares se realiza con el Jumbo XDTH55UFDR con el sistema Wassara trabajando con un martillo W80 (3.5”) con tamaño de broca de 100 mm.

Para accionar el martillo ITH, se recomienda una presión máxima de trabajo de 200 bar que es suministrado por una bomba eléctrica.

Ventajas

ν Mayor recuperación de mineral por un aumento longitud de perforación (hasta 80 m).

ν Mayor precisión con una desviación promedio para una longitud de 80 m (1% a 2%).

ν No hay pérdida de energía a través de la columna de perforación.

ν Mayor rango de diámetro de perforación (96 mm - 105 mm).

ν Reducción de polución.

Desventajas

ν Volumen de consumo de agua 341 l/min.

ν Baja velocidad de perforación 14 m/hr.

Análisis técnico-económico entre simba y Wassara

Para la implementación del sistema Wassara en la mina Marca Punta, se realizó la evaluación técnico-económica entre un Simba 1254 y el Jumbo XDTH55UFDR con sistema Wassara.

Los diseños de malla de perforación tienen taladros con longitudes desde 25 metros hasta 70 metros, sin embargo, al ser el burden y espaciamiento del Wassara mayor al del Simba (2.4 m >1.7 m este parámetro se optimiza con el diámetro de la broca 100 mm > 89 mm) se logra reducir una fila, es decir, el Simba perfora tres filas mientras Wassara dos.

Análisis económico en pilares

El costo de perforación para equipos con 89 mm y con 100 mm se ve alterado por el incremento en el ratio de perforación.

Análisis de margen

Al realizar el análisis se evidencia que con el cambio de equipo la recuperación del pilar se incrementa, generando con ello un mayor margen (caso Tj522, Figura 5). 

Resultados recuperación de pilares

Se incrementa en 50% la recuperación del pilar (ver Figura 7).

Se redujo en 0.42 $/ton el costo de perforación (ver Figura 8).

Perforación de tajos primarios 

Luego de evidenciar el incrementó del ratio de perforación, la reducción de los costos y el control de la desviación, se propuso minar tajos primarios positivos a bancada completa.

Perforación de tajos primarios con Simba

Actualmente, en Sociedad Minera El Brocal la perforación de tajos se realiza con simbas en bancadas de 15 m positivos y negativos, con un diámetro de broca de 64 mm para taladros positivos y 89 mm para taladros negativos, preparando la galería superior (cabeza) y la galería inferior (pie) a lo largo de la longitud del tajo para su minado. 

El diseño de malla de perforación para ambas zonas se muestra en la Tabla 6.

Perforación de tajos primarios con sistema Wassara

El piloto se realizó en el TJ765, el cual fue de 33 metros de bancada, se perforó taladros negativos, optimizando el minado eliminando el nivel inferior (ver Figura 12).

El diseño de las mallas de perforación se muestra en la Tabla 8.

Análisis económico en pilares

Se realiza el análisis económico para bancadas de 30 metros, en el caso de perforación con sistema Wassara eliminando el nivel inferior.

El costo de perforación para equipos con 64 mm y con 100 mm se ve alterado por el incremento en el ratio de perforación. Asimismo, el costo de minado se vería afectado a favor de la perforación con sistema Wassara por la reducción en el costo de preparación al eliminar el nivel inferior.

Resultados perforación tajos primarios

Se redujo en 0.68 $/ton el costo de perforación (ver Figura 14. 

Conclusiones

1. Se logró incrementar en un 166% el porcentaje de recuperación del pilar, debido al mayor alcance obtenido al realizar el cambio de equipo con el sistema Wassara. 

2. Se redujo en 10% el costo en la perforación de pilares debido al incremento (144%) en el ratio de perforación.

3. Se redujo en 17% el costo en la perforación de tajos primarios debido al incremento (211%) en el ratio de perforación.

Bibliografía 

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Marco Rubio, Francisco Nicolás. 2015. Evaluación del efecto tronadura en la estabilidad y dilución de caserones en minería subterránea selectiva.

Sociedad Minera El Brocal. 2021. Informe Perforación con Equipo Wassara en Pilares.

Sociedad Minera El Brocal. 2022. Informe KPI Equipo Wassara.