Optimización de perforación y voladura en mina a gran altitud

La optimización de voladuras en una mina a gran altitud requiere no solo la selección de los explosivos y diseños de perforación más adecuados sino también tener en cuenta las circunstancias que conlleva para los operarios el trabajar con niveles de oxígeno bajos y temperaturas de frío extremo.

Maricunga, la mina de oro de Kinross en Chile, aunque tiene un tipo de roca blanda y seca en la Fase II de Rajo Pancho, necesitaba un plan maestro de voladura hecho como un traje a medida. En algunos puntos del pit el material de alta plasticidad estaba produciendo fragmentación gruesa a pesar del empleo de explosivos de alta energía y detonadores electrónicos. En otras áreas del pit, roca con alta dureza pero que se encontraba en un macizo con alta frecuencia de fractura estaba produciendo exceso de sobrequiebre en el talud final. La evaluación de campo mostró que la sobre perforación, el factor de energía y los tiempos estaban fuera de especificaciones respecto a macizos de roca y diseños de voladura similares, y la corrección de los mismos podría llegar a producir un ahorro de hasta 1 millón de USD por año.

Este artículo ilustra el proceso de optimización de un año, que involucró mejoras en fragmentación, control de las vibraciones en campo lejano y cercano, reducción de costes y adaptabilidad de los diseños para minimizar los inconvenientes al operario debidos a las condiciones difíciles de carga del explosivo.

Cia. Minera Maricunga se encuentra en las altas montañas de la Región de Atacama, en Chile, a 185 km al sudeste de Copiapó y 800 km al norte de Santiago, con una altitud entre 4.200 y 4.500 m. Es un depósito de baja ley. Las temperaturas varían entre -30°C a -5°C en invierno y 0°C y 20°C en verano. Hay un metro de nieve al año, con vientos de hasta 100 km/hora. Las condiciones de campo dificultan enormemente la carga del explosivo, por lo que todos los diseños de voladura deben simplificar las técnicas de carga.

El pit que se opera en los años 2014 y 2015 es Rajo Pancho, que se comenzó a operar en septiembre de 2007. Las densidades de roca de los distintos pits se prevén entre 2.37 y 2.57 gr/cc. El grado medio de ley se prevé entre 0,5 y 1,3 g/ton.

En el primer trimestre de 2013 se observó un descenso de la fragmentación, puesto que los ratios de carga y transporte descendieron y, más importante aún, el rendimiento de la chancadora se redujo debido a acuñamientos en la tolva de la trituradora. Además, los costes de voladura entre enero y abril de 2013 estaban por encima de la media del sector. Por lo tanto, la situación era la siguiente: explosivos caros de alta energía que producían mala fragmentación en algunas áreas del pit.

Con el fin de reducir estos costes y mejorar el rendimiento de las voladuras se contrató una auditoría independiente a un consultor externo que estudió todos los aspectos involucrados en el proceso de fragmentación. Una vez elaborado el diagnóstico, se implementó un plan de optimización.

El trabajo de campo consistió en diagnosticar las oportunidades de mejora en la perforación y la voladura, así como establecer una primera etapa de cambios en los procedimientos. Cada paso de la voladura se evaluó en detalle. La puntuación media obtenida en cada paso de la perforación y voladura, comparada con la media del sector, fue la siguiente:

La puntuación media de Maricunga estaba por debajo de la media de la industria. Se detectaron las siguientes posibilidades de mejora:

• Desarrollo y empleo de un plan maestro de voladura para definir la secuencia de excavación, patrón y explosivos más adecuados para cada geología y para cada objetivo de voladura (fragmentación, dilución, control de talud).
• Mejora de la calidad de la perforación y obtención de información de los perforistas. Entrenar y controlar a los perforistas para alcanzar la longitud establecida de perforación. Utilizar estacas de perforación también para informar sobre dureza, presencia de sulfuros y nombre del perforista.
• Mejora de la cara libre cuando se alcanza el límite con la siguiente voladura. Duplicar el número de estacas con preavisos (estaca en el suelo) y no avanzar (estaca de pie).
• Adaptar las voladuras de control de talud a la geología específica y las condiciones geotécnicas. Mejorar los diseños hasta un máximo de 5 filas.
• Mejorar el control de calidad de los explosivos. Realizar tests independientes y muestreos de 25 kg por camión.
• Mejorar las técnicas de carga del explosivo para alcanzar un taco adecuado y consistente y desarrollar un método para solucionar tacos cortos.
• Optimizar la secuenciación de tiempos y los sistemas de iniciación (tiempos más largos para material blando y minimizar las vibraciones).
• Documentar los Indicadores Clave del Rendimiento (t/h) de los cargadores frontales dependiendo de cada diseño de voladura, así como el rendimiento de la planta (t/h, Kwh/t).
• Establecer un plan de supervisión basado en los objetivos de adecuación de la implementación.
• Desarrollo de evaluaciones pre y post voladura, en campo y en la oficina, incluyendo el seguimiento de las vibraciones registradas en las zonas críticas del pit.
• Documentar una serie de indicadores y su tendencia mensual para priorizar los esfuerzos en base a una comparación para los programas mine-to-leach.

En el momento de la evaluación, solo se utilizaba un único diseño de voladura (B=6.5 m × S=7.2 m) que incluía el mismo patrón para diferentes geologías y tipos de explosivo, sin tener en cuenta las diferencias de geología, si se trataba de mineral o estéril, el control de los taludes, las vibraciones o ningún otro factor.

Además, no se monitorizaba la implementación de la voladura ni de su rendimiento. Esto era un factor clave puesto que no permitía evaluar los cambios en la implementación ni su consistencia. Se basaban únicamente en las quejas expresadas por los departamentos de carga y molienda para saber si la voladura había ido bien.

Se estableció una recomendación clara de monitorizar todas las voladuras para mejorar los diferentes diseños. Cuando se monitorizó el diseño inicial en la primera auditoria, éste mostró importantes déficits de diseño e implementación: tiempos, selección de explosivo, forma de las voladuras, longitud de los pozos y altura de los tacos.

Con un coste total muy por encima del presupuesto, Maricunga ofrecía el potencial de alcanzar el ajuste de las voladuras a sus objetivos principales y al mismo tiempo reducir sus costes al alcanzar esos objetivos.

Los diseños de voladura tienen que basarse en los factores geológicos, las prioridades de control de taludes y la búsqueda del desplazamiento ideal para los cargadores de ruedas. Se establecieron diferentes diseños de acuerdo a la matriz de volabilidad que identifica la dureza de la roca así como la estructura del macizo y asocia los niveles de energía precisos.

Debido a las condiciones de gran altitud y bajas temperaturas, los diseños de campo se simplificaron para obtener resultados equivalentes requiriendo menos horas-hombre en la carga de las voladuras. Para alcanzarlo se minimizaron los requerimientos de decking (se eliminó el doble decking) y no cargar distintos tipos de explosivo en un mismo pozo. Solo los pozos de las filas de contorno tenían explosivos diferentes al resto del pit.

Se sugirió el uso de ANFO para los casos de macizo con muchas juntas y condiciones de pit sin presencia de agua. Esto facilitó el desplazamiento de la roca para los cargadores CAT 994 y redujo el consumo de explosivo en un 50%.

Figura 7. Matriz de volabilidad diseñada en Kj/ton.

Con el fin de comparar las mejoras producidas en perforación y voladura con la situación inicial, se realizó una segunda auditoria 6 meses después de establecer los primeros cambios.

El objetivo principal de esta segunda visita era el seguimiento de las mejoras en los procesos de perforación y voladura. Cada fase se evaluó en detalle comparándola con la auditoría previa.

La media alcanzada en cada proceso de perforación y voladura fue la siguiente:

Se observaron diversas mejoras, incluyendo:

• Diseños de voladura adaptados a la geología, geotecnia y control de taludes
• Preparación de las áreas de perforación y voladura (preparación de bancos y bermas)
• Control de los accesos a las áreas de perforación y voladura
• Comunicación y coordinación entre departamentos (planificación-operaciones-voladura)
• Preparación de bermas y definición de talud final

Los departamentos de molienda, carga y transporte alcanzaron durante este periodo nuevos records de producción con un punto máximo de 54.000 tpd.

Además, en 2014 se desarrolló un estudio de vibraciones en campo cercano y en campo lejano para mejorar la calidad de los taludes finales. Esto permitió lo siguiente:

• Diseños optimizados de perforación y voladura
• Rendimiento mejorado para voladuras de contorno
• Establecimiento de tiempos adecuados entre pozos y entre filas para minimizar los daños a los taludes

Se facilitó capacitación a los supervisores de voladura y hojas de control para hacer seguimiento de los FCR en este, aspecto. Se demostró que era crucial desde la auditoria inicial, los controles en campo mostraron unas mejoras en los costes de 1MUSD/año solamente por la monitorización de los procesos.

La optimización de la voladura implica un diagnóstico de las condiciones iniciales de cada pit y las restricciones de las diferentes áreas del mismo. Se debe establecer una evaluación del diseño así como unos controles de campo exhaustivos. Debido a las condiciones de gran altitud y bajas temperaturas se eligió un único tipo de explosivo para simplificar las áreas de carga y minimizar los esfuerzos y los posibles errores. Los esfuerzos realizados por CMM demostraron sus resultados, ya que las mejoras del 12% sobre la puntuación inicial produjeron un ahorro de alrededor de 1MUSD/año (de 0,37 USD/ton a 0,32 USD/ton) que se alcanzó junto con una mejora en la fragmentación.