Por: Alain Mestanza Oblitas, Minera Chinalco Perú.

Trabajo con Mención Honrosa en el Foro TIS de PERUMIN 37. 

Resumen

El minado subterráneo en el centro del Perú, especialmente en la zona cercana a lo que hoy es Minera Chinalco, se remonta a fines del siglo XIX e inicios del siglo XX, cuando empresas como Cerro de Pasco Copper Corporation empezaron a explotar vetas polimetálicas (plomo, zinc, plata y cobre), sin embargo, antes de la llegada de las empresas extranjeras, ya existía minería a menor escala (época colonial, incluso prehispánica).

El presente trabajo técnico se realizó en la unidad Minera Chinalco Perú, tajo Toromocho, ubicada a más de 4,500 msnm en el departamento de Junín, emplazado en un yacimiento que fue explotado anteriormente (100 a 120 años, aproximadamente) por métodos subterráneos y que actualmente su extracción es a open pit.

A consecuencia de la transición de subterránea a tajo abierto, existe la presencia de labores antiguas (galerías, piques, chimeneas y otros). Tal es el caso del importante componente subterráneo antiguo llamado “pique Central”, que tiene 375 metros de profundidad y con una sección rectangular de 6.8 m x 12.6 m, el collar del pique se encuentra ubicado en el nivel 4545 en la Fase 5 y cuya función es la recolección de las descargas de aguas de contacto de la operación que son bombeadas desde la poza C y descargadas por gravedad desde la poza A, para luego ser transportadas por el ingenioso túnel Kingsmill (nivel 4170), teniendo como punto de llegada la Planta de Tratamiento de Aguas Kingsmill (Yauli, Junín), de allí la gran importancia de preservar su estabilidad física y mantenerla operativa, garantizando la sostenibilidad y el cumplimiento de manejo de aguas acorde a lo declarado en sus Instrumentos de Gestión Ambiental (IGA).

Palabras clave: metodología Pique Central, preservación de infraestructura subterránea antigua.

Introducción

El impacto por la no derivación y/o canalización de las aguas de contacto en minas a tajo abierto, es una problemática fundamental por razones ambientales, operativas y de seguridad, ya que estas aguas pueden contener contaminantes y representar un riesgo si no se manejan adecuadamente.

Durante la expansión del tajo Toromocho se reubicó y rediseño en un 20% descargas de aguas de contacto de diversas pozas (A, C, etc.), para evitar afectar la estabilidad de la principal infraestructura subterránea dentro del tajo abierto llamada “pique Central”, sin embargo, el otro 80% de descargas provenientes de la mina y de las filtraciones de las lagunas aledañas, sumado a la continuidad del plan de minado aprobado y, al no contar con cánones o estándar que contemple límites y/o umbrales de vibraciones y frecuencias para preservar dicha infraestructura subterránea antigua, generó una gran disyuntiva en la empresa.

Bajo esta problemática y sin antecedente técnico/operativo en la gran minería peruana y a nivel mundial (solo con alguna similitud con la mina Grasberg, en Indonesia), se puso en marcha una nueva metodología de perforación y voladura para preservar infraestructuras antiguas subterráneas mayores a 100 de años de vetustez (estado crítico) y que se tenían que mantener junto a un proceso de minado continuo.

Este plan disruptivo, único y estratégico de perforación y voladuras controladas con secuencias innovadoras, que iniciaron en el nivel 4545 y finalizó en el nivel 4455, dejó a la única infraestructura dentro del tajo Toromocho llamada pique Central expuesto en una banqueta perteneciente a la pared norte del tajo Toromocho. El pique Central es la parte más relevante del sistema de drenaje de descarga de aguas de contacto y que pertenece al túnel Kingsmill y que se encuentra dentro del tajo Toromocho (lado norte), tal como se muestra en la Figura 2.

Esta estrategia fue y sigue siendo vital porque garantiza que las aguas de contactos mineras lleguen uniformemente a la planta Kingsmill para ser tratadas, mientras se preserva la infraestructura del pique Central y otros piques cercanos, se mantiene la viabilidad, sostenibilidad y operatividad del tajo Toromocho.

Objetivos

Brindar la mejor guía técnica operativa para preservar infraestructuras antiguas subterráneas mayores a 100 años de vetustez en la minería a tajo abierto, usando nuevas metodologías de perforación y voladura.

Desarrollo y colección de datos

Generalidad de un pique

El pique, en minería, es una perforación en forma vertical en la cual se puede descender en cabrias (ascensores) a profundidades de la tierra. Estas, por lo general, en la pequeña minería suelen tener profundidades que van de 25 metros y, en la gran minería, puede tener profundidades hasta de 1,000 metros.

Metodología, recolección de datos y análisis de la situación

La elaboración de esta nueva metodología de preservación de infraestructuras antiguas, se basó en un mixer (entre la experimental y la documental), ambas concluyen en un caso de éxito, para la situación real ejecutada en la operación minera.

Por otro lado, los riesgos asociados de no conservar el pique Central son altos, por tal motivo, es importante el planteamiento general de la situación, contar con la mayor información histórica, obtener input geológico y/o geotécnicos, propuesta técnica e ingenieril (no teniendo antecedente alguno en la minería mundial) y, finalmente, un buen control de ingeniería y técnicas de voladura avanzada para no generar daño significativo a dicha estructura. Por ello, este ítem se dividió en cuatro etapas.

Primera etapa: planteamiento de la situación

Para inicios de 2023 el área de Planeamiento Mina Mediano y Largo Plazo, puso en la agenda un tema muy crítico, que involucraba el cumplimiento del plan de minado en la Fase 5 (lado norte), y las consideraciones más importantes fueros las siguientes:

ν Retraso del proyecto pique Alejandría.

ν Continuidad al manejo de aguas de las pozas A y C.

ν Verificar mensualmente el plan de minado según budget 2023.

ν Trazo definitivo hacía el pique Alejandría.

Segunda etapa: data histórica, geológica y geotécnica

El pique Central de Minera Chinalco, conocido técnicamente como Central Shaft, tiene una historia geológica típica de un depósito porfírico-skarn de cobre.

El pique Central ha sido usado históricamente como un sistema de conexión vertical para las operaciones subterráneas, principalmente para el izaje de personal, equipos, agua y mineral, y solo se ha encontrado información que aproximadamente tiene una antigüedad en un intervalo de 100 a 120 años.

El mapeo geomecánico del pique Central, teniendo como litología predominante Hornfels/Sedimentos calcáreos, roca muy fracturada, con presencias de fallas y planos de estratificación, se evidencia en la Figura 7.

Tercera etapa: propuesta técnica Ingenieril 

Esta propuesta técnica/operativa tuvo bases sólidas en otras unidades mineras (en las que el autor también tuvo éxito de diseñarlas y ejecutarlas), ya que tenían como objetivo similar proteger y/o conservar instrumentaciones geotécnicas o ambientales, tales como: piezómetros, pozos, o bombas dentro de una tajo abierto (tener presente que estas instrumentaciones eran parte de la operación y prácticamente eran nuevas y se encontraban en buen estado), caso contrario a la infraestructura subterránea antigua “pique Central”, que se encontraba en un estado crítico y que se tenía que preservar por temas ambientales y de continuidad de la operación.

Por consiguiente, en base a lo mencionado anteriormente, se puede decir que las corrientes de conocimiento como el Empirismo, Constructivismo y el Pragmatismo vertieron sus mayores aportes en la propuesta técnica/ operativa.

Cuarta etapa: aplicación de la reingeniería de secuencias de voladuras para preservar infraestructuras subterráneas antiguas “3 Collarines”

Para reducir los impactos a infraestructuras cercanas durante los procesos de voladura (como en minería o construcción), se deben seguir criterios y normas específicas que regulan las vibraciones sísmicas generadas y, como bien sabemos, no existe una norma o estándar específico a nivel mundial para el pique Central, ya que es una infraestructura subterránea antigua con más de 100 años de vetustez y que sus condiciones no son las óptimas.

En consecuencia, se tomó en referencia la normativa peruana como línea base, la normativa DIN que es la más rigurosa y estricta, sin embargo, no considera el tema de estructuras subterráneas antiguas; pero sí, la Normativa Sueca que es la que más se adecua a este tipo de infraestructuras.

La Tabla 1 muestra la normativa internacional y la peruana respecto al tema de vibraciones.

Desarrollo, implementación, ejecución y resultados

Propuesta técnica/operativa

Abarca el análisis de ingeniería, simulaciones con halos de energía, modelo estocástico de predicción de vibraciones mediante la metodología de onda elemental, diseños de malla con diferentes diámetros de perforación y cálculos matemáticos para determinar la carga óptima para los taladros en pre-corte.

Posteriormente al análisis ingenieril, se subdividieron en dos etapas muy importantes: la planificación y/o ejecución y la de revisión de resultados.

Etapa 1: Planificación y ejecución

Contempla la planificación y ejecución de las voladuras controladas, en función a los análisis realizados en la primera etapa donde se establece restricciones, parámetros y sub-etapas como se muestra en la Figura 11.

Sub-etapa 1: ejecución de voladura “3 Collarines” de 5” pulgadas.

Debido a las características geológicas y geomecánicas de la roca, vistas anteriormente, se decidió realizar los diseños de cargas y simulaciones de secuencia de detonación, incluyendo el uso de emulsión encartuchada (contemplando 13 cartuchos por cada taladro).

Sub-etapa 2: ejecución de voladuras de producción

Previamente a tomar la decisión de ejecutar voladuras de producción de diámetros de 12 ¼ pulgadas, se analizaron dos escenarios con simulaciones de vibraciones tanto para una voladura primaria de 5 y de 12 ¼ pulgadas de diámetro. En ambos casos y teniendo como referencia una distancia estimada de 40 metros del pique Central.

Luego de las casi 20 simulaciones realizadas con diferentes patrones de perforación y óptimos diseños de carga y, a su vez, teniendo como prioridad la simetría de cada polígono, se tomó la decisión de usar el escenario 2, donde comprende realizar dos voladuras de manera separada, la primera con un diámetro de 12 ¼” con una distancia mayor a 100 m y, la segunda, con un diámetro de 5” con distancia entre el rango de 40 m a 100 m.

Etapa 2: seguimiento y revisión de resultados “monitoreo de las vibraciones en el pique Central”

Teniendo los elementos esenciales tales como: instrumentación, parámetros, normas y resultados, se procedió a realizar el seguimiento de los registros, las condiciones operativas y de seguridad.

Dado los resultados previstos versus los reales, al decidir volar los Proyectos 4530_05022/05023 por separado y usar taladros de 5 pulgadas en el Proyecto 4530_05022, se redujo las vibraciones en un 69% (de 140 mm/s a 43 mm/s).

Finalmente, la inspección por el área de Geotecnia del pique Central, indica que se encuentra en buen estado (2023 hasta la actualidad). En cuanto a vibraciones, los valores identificados están dentro de lo estimado en la primera etapa de ingeniería, teniendo un promedio de velocidad pico partícula de 75.6 mm/s a una distancia de 10 metros.

Conclusiones

1. Los resultados obtenidos de la implementación de la nueva metodología para infraestructuras subterráneas antiguas (underground) y que se encuentran en proceso de minado (open pit), muestran que se ha creado un nuevo estándar o patrón de diseño de perforación y voladura controlada, y que puede igualmente ser exitoso para otras operaciones en el Perú o en el mundo.

2. La metodología usada permitió que la operación continúe hasta la actualidad, ya que las aguas de contacto siguen siendo vertidas al pique Central y al pique Alejandría.

3. La metodología fue conservadora, ágil y segura para evitar retrasos significativos en la operación.

4. La metodología cumplió con los ítems medioambientales ya establecidos por la empresa, no se tuvo multa o penalidad.

Bibliografía

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Dinis da Gama, C. 1998. “Ruidos e Vibraciones Ligados a Utilización de Explosivos e Equipamientos”. Comunicaciones del 1º Seminario de Auditorías Ambientales Internas. División e Minas del Instituto Geológico y Minero

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Instantel 2001. “Blastware III Operator

Manual – software version 4.3”. Ontario, Canada.

Video 

Minera Chinalco Perú. 7 agosto de 2023. YouTube: https://youtu.be/sQV8x-IVTq0?si=8NMjah-XglYchf_M