Aplicación de Shotcrete por vía Húmeda con Equipo Robotizado UtilizandoFibras de Acero en la Division Cobriza, Doe Run Perú José Antonio Ardito, Doe Run Perú SRL Lyndon Clark, Doe Run Company Mario Seminario, MBT-UNICON Introducción La división Cobriza de Doe Run Perú es una mina de cobre ubicada en el departamento de Huancavelica, provincia de Churcampa, ubicándose a 366 Km al sur de la ciudad de la Oroya. Desde los inicios de la explotación, a fines de los años 60, el método de minado ha sido corte y relleno ascendente. Los accesos de la mina se sitúan aproximadamente cada 100 metros en vertical a lo largo de los cerros Coris y Pumagayoc. Existen dos tipos de roca bien diferenciados en la mina: roca tipo manto (caliza alterada) y roca tipo pizarra. La primera conforma una estructura estable (Q=10) y la segunda, que encajona al manto, presenta múltiples estructuras y fracturamientos lo que la hace conformar un macizo rocoso inestable (Q=1). La mayor parte de los problemas de estabilidad en roca que tiene Cobriza ocurre en la roca pizarra, la cual tiende a presentarse débil y sumamente fracturada, causando ocasionales derrumbes tanto en las paredes como en los techos de las labores. Teniendo como base la filosofía de Doe Run Perú en que la seguridad es primordial, se hizo necesario un programa de sostenimiento adecuado, por lo que en conjunto con la empresa MBT-Unicon se comenzó a aplicar concreto lanzado con fibras metálicas por vía húmeda, utilizando un equipo robotizado (Meyco - Mamba). La minería y el sostenimiento como un proceso El diseño de cualquier excavación en roca es el diseño de su sostenimiento (2). En el caso de la minería, esta se puede analizar como un proceso general de minado el que a su vez puede separarse en dos sub-procesos acoplados, el minado y el sostenimiento (1), tal como se muestra en el siguiente diagrama Depende Procesode Minado 1. Proceso de Permite restringir sostenimiento que es la aplicación neumática de concreto sobre una superficie. Para estudiar la interacción entre los dos sub-procesos se debe tener conocimiento de los diversos tipos de sostenimiento y las condiciones para su aplicación. Los métodos de aplicación de shotcrete se pueden dividir en dos: por vía húmeda. el RMR. Existen diversos métodos de soporte de roca y cada uno de ellos se aplica de acuerdo a las condiciones del macizo rocoso por sostener. . En el proceso en húmedo un material plástico bombeable es deseable pero ello no debe ser generado por el incremento del contenido de agua. emplazamiento y el proceso de curado. La mezcla que conforma un shotcrete posee las mismas condiciones de calidad que un concreto. tales como el contenido de cemento. y por vía seca. se pueden agregar aditivos (admixtures) los cuales son sustancias químicas que son colocados para afectar el mezclado. Altos rangos de reducidores de agua son usados para obtener la fluidez sin exceso de agua. la que agrega el agua durante la preparación del concreto por aplicar. la granulometría y la relación agua/cemento. El minado depende del sostenimiento y el sostenimiento restringe o permite el minado de acuerdo a la respuesta del macizo rocoso. Cada uno de estos métodos tiene sus ventajas y desventajas. Principales aditivos del shotcrete Luego que una mezcla típica de concreto se ha efectuado. Sostenimiento utilizando shotcrete. Los principales aditivos pueden ser clasificados como sigue: a) Plastificantes Los plastificantes son aditivos que ayudan a la bombeabilidad o fluidez del concreto. El shotcrete es sin embargo mucho menos poroso y tiene muy buena adhesión a las paredes de roca debido a su aplicación a alta presión. la cual inyecta el agua en el momento de la aplicación. Un método de sostenimiento es el concreto lanzado o shotcrete. Existen clasificaciones geomecanicas de los macizos rocosos en los que se recomienda el tipo de soporte que se colocara.La evolución del proceso general de minado depende de la interacción de los dos sub-procesos. Las propiedades mecánicas del concreto aplicado neumáticamente también son las mismas que las del concreto convencional e incluyen el esfuerzo a la compresión. Si la relación agua/cemento es demasiado alta. a la tracción y a la flexión. ejemplo de ello son el sistema Q. el cemento se diluirá y el concreto se debilitara. el RQD entre otros. la selección de agregados. las cuales serán comentadas posteriormente. Además del cemento tipo Portland.24 m3/hora. posteriormente un producto excitador puede ser introducido en el inyector despertando al concreto dormido. d) Microsilica El microsilice es un sub producto de la producción silica del acero. retornándolo a su punto normal de hidratación. hace que la mezcla sea pegajosa y produce un concreto más denso. . El cemento portland tiene una fineza de cerca de 400 mallas.84 m3/hora). nos da 9. c) Estabilizadores Son productos químicos que detienen o estabilizan el proceso de hidratación. En la actualidad Cobriza cuenta con una nueva planta de lavado de arena con capacidad para lavar hasta 6. segundos o minutos antes que sea aplicado a la superficie. Mezclados con el concreto estos estabilizadores pueden extender la vida útil de cerca de 12 a 18 horas hasta 72 horas. Estos vienen en una variedad de formas pero los del tipo liquido son usados tanto en los procesos en húmedo y seco.b) Acelerantes Los acelerantes del shotcrete son productos que son añadidos al mismo. 1). La razón de ello es su fineza. lo que garantiza suficiente material para los requerimientos del sostenimiento y de la mina en general (ver Fig. la microsilica es 100 veces mas fina que ese cemento.4 m3/hora. La importancia de tener una arena bien graduada se explica por la búsqueda de tener la suficiente cantidad de finos que garanticen un bajo rebote y de gruesos que garanticen a su vez la resistencia del concreto proyectado. los otros principales componentes del Shotcrete son: Arena. Este aditivo es considerado como muy buen complemento del cemento. que sumado a la producción de la planta antigua (2. la calidad y tecnología utilizadas no eran las adecuadas para una mina de su envergadura. Kg. Kg.4 m3/h Fibras metálicas. reduciendo el .0 m3 425. Sostenimiento con shotcrete en mina Cobriza. Aunque en Cobriza se ha venido utilizando el shotcrete por vía seca por muchos años. l. las fibras Novocon son las que se vienen utilizando en la unidad.10 2. Diseño tipico de shotcrete para mezcla humeda 1.00 1632. Garantizar la calidad de la mezcla de modo que alcance una resistencia a la compresión mínima de 30 Mpa (4200 psi) a los 28 días. Kg.60 Unidad Kg.00 5. l. garantizando la aplicacion de shotcrete con un espesor determinado en paredes y techos de las labores cuya altura en promedio es de 6 metros y que en áreas con inestabilidad (contacto manto-pizarra) pueden alcanzar los 10 metros. En el cuadro 1 se observa un diseño típico para mezcla humeda. Cuadro 1. por lo que la dirección de Doe Run Perú decidió cambiar el método de aplicación de modo que permitiera garantizar las siguientes caracteristicas: Generar un ambiente seguro de trabajo.00 34. 1. La importancia de las fibras metálicas radica en que estas confieren propiedades de resistencia a la tracción y flexión al concreto. El ancho promedio de las labores es de 5 m. l.50 183. Insumos Cemento Arena Aditivo Plastificante Aditivo Estabilizador Microsilica Fibra metalica Aditivo acelerante Agua 1.00 35. Nueva planta de lavado de arena con capacidad para 6.00 25.Fig. l. permitiendo a los componentes del shotcrete permanecer en la mezcla y reducir el gasto de material. el mismo que es transportado a la entrada de la mina con camiones mezcladores de 6 m3 de . La mezcla en humedo tiene alta capacidad de aplicación en volumen y esta es su gran ventaja frente a la opción de utilización del método por vía seca. Evita la fatiga del personal como es usual en la aplicación manual del shotcrete. La Meyco Mamba aplicando shotcrete para estabilizar un talud cerca a la bocamina del nivel 70 Sur b) Volumen de produccion. incrementando la adhesión del concreto lanzado a las paredes de las excavaciones. La utilización de un robot ha permitido trabajar en labores seguras para el personal. rebote a un máximo de 10%. en gran medida debido a las restricciones asociadas con el envió del shotcrete al robot. optimizando el uso de acelerantes y otros aditivos. Teniendo en cuenta los anteriores puntos la aplicación de Shotcrete en Cobriza presenta actualmente las siguientes características: a) Seguridad – Aplicación robótica. sin embargo. pudiendo llegar a 10 m. La utilización de un lanzador de concreto Meyco-Mamba (ver fig. La capacidad de la bomba del robot Mamba es de 20 m3/hora. Aumentar la rapidez de aplicación. al no quedar expuesto a riesgos por caída de rocas en lugares inestables. Disminuir los costos de sostenimiento. la aplicación usual es de 20 a 40 m3/ guardia. en zonas de desprendimiento de rocas. Fig. 2. Aplicación de shotcrete a alturas de labores principales (rampas) de hasta 6 metros. 2) en Cobriza ha sido elegida por los siguientes factores: Capacidad de trabajar en terrenos inestables sin arriesgar al operador. En la actualidad un moderno laboratorio de este tipo se encuentra trabajando en Cobriza. 3). c) Control de calidad.63 19. Nivel 51 seccion Nivel 10 Seccion Nivel 70 Seccion Rampa A-3 Nivel 1730 2900 4900 28 Lugar 306 306 306 306 Edad (dias) 28 28 28 28 Area (cm2) 19. El control de calidad es uno de los puntos mas importantes que se debe tener en cuenta a la hora de preparar y aplicar el shotcrete por vía humeda. Cuadro 2. lo que garantiza la calidad del concreto aplicado. graduación de arena.capacidad que transfieren el concreto en rampas ubicadas cerca de las bocaminas a camiones de 2 m3.63 19.1. flexión (ver cuadro 3).9 % 156. Resultados tipicos de ensayos a compresión simple del shotcrete . los cuales llevan el shotcrete a la Mamba.6 % 157.1.63 19. compresión simple (ver cuadro 2).2 % F”c Slump (“) 1. entre otros. Si se mezclan todos los ingredientes conjuntamente en una planta de concreto se tiene un producto de calidad si la mezcla se realiza por peso en lugar de cálculo de volumenes. Se tiene una planta automatizada de preparación de concreto en la que se pesa cada uno de los componentes del shotcrete antes de ser cargados a los camiones mezcladores (Fig. donde se realicen los ensayos de revenimiento (slump). tracción. modulo de fineza. Para tener un control estricto de calidad es necesario el uso de un laboratorio de campo.63 7 7 7 7 Carga (KN) 7555 7254 7096 7125 Resistencia (kg/cm2) Porcentaje del f’c 508 489 479 481 166 % 159. Resultados tipicos de ensayos a flexion f) Disminución de costos. las fibras de acero se usan para dar al mismo propiedades de resistencia a la tracción y flexión. De acuerdo a las observaciones y mediciones se ha llegado a menos de 5% de rebote en algunos tramos y dependiendo del tipo de roca. El rebote ha disminuido considerablemente de lo que la mezcla por vía seca generaba.5x10x10 7 15. sin superar en ningun caso el 10% de lo especificado. En cambio en el proceso en seco es necesario incrementar la dosis y aceptar una mayor cantidad de fibra en el rebote. Los valores observados de resistencia a la flexión en los ensayos realizados en mina Cobriza indican un comportamiento mejor de lo esperado para este tipo de esfuerzo (ver cuadro 3). . 3. en algunos casos oxidada como un suelo o con gran presencia de agua. e) Utilización de fibras. Es mas útil en el caso de shotcrete por via humeda utilizar fibras de acero porque existe un mejor recubrimiento de la fibra en si. Planta de preparación de shotcrete y concreto convencional d) Rebote.5x10x10 7 15.Fig.8 44 119 % 107 % 3.8 49 Rampa A-3 Nivel 28 41 28 27. Como otro aditivo del shotcrete. Lugar F”c Edad (dias) Viga (lxbxd) Slump (“) Carga (KN) Resistencia (kg/cm2) Porcentaje del f’c Nivel 10 Seccion 2900 41 28 27. el rebote aumenta. Brown. Programa de Recuperación de Pilares – Preparación. References 1 R.6 m.G. aplicable a sectores de la mina que se piensan extraer en el corto plazo. cementados y espaciados en 1. evitando su colapso. estos han disminuido aproximadamente en 50%. misión de Doe Run Perú. 6. Se esta planeando reducir el costo a traves de la optimización de la mezcla usando relaves en una cantidad de 10% en peso. pilares de rampa y accesos a labores antiguas. S. el cual será seguido por la instalación de pernos de anclaje de 2. Brady and E. SEISMICITY AT EL TENIENTE MINE. Asimismo se espera alcanzar un mejor precio y el uso de empleados de Doe Run Perú que apoyen a los contratistas de UNICON. El costo actual de preparación. de modo que se minimicen los movimientos del terreno. control de calidad. SME PUBLISHERS. el minado y el sostenimiento. Dunlop. que poseen una alta ley. aplicación y de materiales es de US$/m3 375 (US$ 500/m). La division Cobriza esta implementando en la actualidad un programa de recuperación de pilares cuyo objetivo es recuperar zonas ya abandonadas de la mina.2 m. La preparación tiene como su punto inicial la rehabilitación de estas zonas siendo la aplicación de shotcrete el método de sostenimiento principal. ROCK MECHANICS FOR UNDERGROUND MINING. aumento de volumen aplicado y disminución de rebote que ya se han mencionado. Este método de sostenimiento permite mejorar el planeamiento de minado.H. ademas de presentar las características de trabajo seguro. También se aplicara un mejor control del espesor del shotcrete y de su rebote.2 x 1. Gaete.En comparación con los costos de aplicación por vía seca. En este trabajo se ha descrito el método de sostenimiento utilizando shotcrete y su aplicación en la división Cobriza de Doe Run Peru.T. Conclusiones El proceso general de minado puede ser analizado como dividido en dos subprocesos acoplados. MINE PLANNING AND EQUIPMENT SELECTION 1995 2 B. 1995 . evitándose asi problemas de sulfatación del concreto. El diseño de sostenimiento con shotcrete obedece a la necesidad de extraer y recuperar mineral con seguridad y alta tecnología. Una razonable meta en el corto plazo es reducir costos a aproximadamente US$/m3 de 350 (US$/m 415). En este caso se trata de un talud de roca pizarra en cuya base se ha planificado colocar una casa de bombas. 15 m de altura .Figura 4. Ejemplo de superficie sostenida con shotcrete.