Equipos de construcción subterránea: Tunelería continua en minas

2010 ST14 Kvarntorp
Gentileza Atlas Copco

Las obras bajo tierra también pueden avanzar sin detenerse. Se trata del concepto de minería continua aplicado a los equipos de construcción subterránea.

Los desarrolladores de los equipos mineros continuos, tuneladoras y cargadores de bajo perfil han concentrado sus esfuerzos en fabricar máquinas que operen óptimamente en espacios reducidos, con control de emisiones y de polvo, un mejor rendimiento del motor, sin olvidar la seguridad del operador.

La automatización, del mismo modo, entra en juego. Las máquinas más avanzadas pueden ser equipadas con sistemas de monitoreo remoto. Con esto es posible una mayor productividad que si se dependiera del factor humano.

Fabiola García S.
Periodista Construcción Minera

El objetivo es no detenerse. El cumplimiento de los plazos es  un tema más apremiante en el sector.  La productividad está en el horizonte de las mineras. Es por esto que la minería continua se ha convertido en una meta. Este quiebre tecnológico del que se viene hablando desde hace algunos años consiste en la automatización, en el funcionamiento constante de la maquinaria, en una mayor disponibilidad y autonomía de los equipos, entre otros.

El desafío de producir más y en menos tiempo se traspasa también a la construcción. Una tarea difícil que debe apuntar, del mismo modo, a la mejora de las expectativas económicas en la minería subterránea. El vicepresidente del Área de Ventas Andes & Cono Sur en Sandvik Mining and Construction, Charles-Emmanuel Lamy, compartió con Revista Construcción Minera los aspectos generales de esta maquinaria y las soluciones que se están ofreciendo ante la demanda de la industria. Pese a que en el último tiempo la inversión baja de intensidad, no sería un escenario del todo desfavorable. Lamy apunta que “particularmente en América Latina donde tenemos minas muy grandes se está creciendo mucho más. Porque, los proyectos se vuelven más grandes cada día”.

El pragmatismo se convierte en el emblema. El mundo minero no descansa. El experto explica la diferencia entre construcción y minería, ambas ramas separadas en Sandvik utilizan prácticamente casi la misma maquinaria, pero deben responden a las diferentes necesidades de sus mandantes. “En minería vamos a perforar roca para tratar después el agregado que vamos a sacar. En construcción no nos importa el material porque lo desechamos o lo procesamos para después utilizarlo como agregado para cemento”, señala. “Lo que sí es muy importante en el tema de construcción es la precisión con la cual vamos a perforar el túnel”, apunta. Esto porque si se perfora menos de lo previsto se requerirán equipos adicionales para sacar la roca faltante. Mientras que si se perfora demasiado se tendrá que tratar el hueco con hormigón, lo que resulta costoso para el cliente.

Por lo mismo, se está optando por equipos de perforación de túneles que son completamente automatizados, vale decir, ningún operador se encuentra en la obra ya que con el sistema adecuado y el servicio de comunicación necesario se gestiona el avance desde la oficina. “Esto nos permite tener una precisión mucho mejor en la perforación, en la dirección de perforación de los equipos”, precisa Lamy ya que al registrar exactamente cuál es la longitud de la operación y la distancia entre cada perforación pueden ahorrar mucho en explosivos. “También con esto no sacamos demasiada roca para garantizar una sección de túneles lo más perfecta posible”, añade.

En tanto, las máquinas básicas requieren de un operador, mientras que las más avanzadas, con la automatización no dependen de uno. “Si todo está automatizado tenemos mucha más productividad que si dependemos del factor humano”, comenta.

El experto comenta que pueden tener hasta cinco equipos de frente, todos acoplados para evitar que uno tome el espacio del otro. Con los sensores pueden saber en tiempo real qué tipo de roca hay y cuál es el gasto de las herramientas para cambiarlas a tiempo.

En minería, explica, normalmente se tiene una misma roca para toda la minera, pero cuando construyen un túnel, se tiene una variedad de roca mucho más amplia, por lo que deben adaptar las herramientas de perforación a la roca que vaya apareciendo en el momento preciso. Los sensores les permiten tener la información del tipo de roca y actuar a tiempo.

En cuanto a los plazos que demora ejecutar la construcción de un túnel, coinciden los expertos, depende completamente del tipo de roca y de varios parámetros que entran en juego como si hay o no agua en el túnel. De modo que el tiempo de construcción es variable.

En específico, la maquinaria que actualmente está respondiendo a las necesidades de las compañías mineras se están adecuando más a los parámetros de seguridad adecuados para sus operadores. A continuación se verán algunas de las novedades en equipos mineros continuos, tuneladoras y cargadores, y su uso en construcciones mineras.

Mineros tuneleros Sandvik MR380
Foto 2
Gentileza Sandvik

En Sandvik afirman especializarse tanto en los equipos como en las herramientas de corte de sus máquinas de minería y tunelería continua. La serie MR300 se habrían probado en varios materiales con una resistencia a la compresión de hasta 100 Megapascales. Abarca varios materiales como carbón, roca, yeso, potasio y sal. Además, sería de montaje y desmontaje rápido y fácil  por su diseño modular. Incorpora un sistema hidráulico de detección de carga proporcional para una óptima utilización de la energía. Su tecnología permitiría mejores tasas de avance en minería dura y espacios reducidos. Están equipados con cabezales de corte transversales geométricamente optimizados. Estaría montado en una pluma hidráulica robusta (telescópica en algunos modelos). Su sistema de riego de alta presión permitiría una óptima suspensión de polvo y prevención de ignición. Hay cuatro modelos, los cuales se adaptan a diferentes alturas de operación.

Mineros continuos Sandvik MC350
Sandvik
Gentileza Sandvik

Las máquinas de minería continua sobre orugas de Sandvik están electrónicamente accionadas y diseñadas para cortar carbón y minerales suaves continuamente, eliminando la necesidad de perforación y voladura. Utilizaría una tecnología de corte avanzado, que rompe y recoge el material simultáneamente, para luego transportarlo en vagones, camiones o un sistema de acarreo continuo. Son usados para desarrollar paneles de tajo largo para la extracción, así como para operaciones a gran escala de producción tipo room-and-pillar (sistema de extracción en que el material se acarrea horizontalmente a través de habitaciones y pilares).

Estas máquinas están disponibles con alturas de corte de 1,3 hasta 5 metros. Pueden ser equipados con un panel de control para el operador a bordo o con un control remoto por radio. Se trata de una máquina compacta de baja altura con depurador integrado, barras de pulverización de agua, placas de resistencia al desgaste en la cinta, frenos de emergencia en pistas a prueba de fallas, baja presión de suelo, una pantalla de visualización a bordo con un sistema de vigilancia de salud, entre otros.

Minero tunelero Sandvik MT520
Foto 5
Gentileza Sandvik

El minero tunelero MT520 es una máquina de construcción dentro de la clase de 100 toneladas. Es adecuada también para la construcción de grandes túneles de carretera por su módulo de altura de corte de ocho metros. Para sacar provecho de su rendimiento en suelo blando, se puede cambiar el cabezal de corte. La potencia de su motor de corte de 315 kW está disponible en el cabezal de corte tanto transversal como de tipo en línea. Incorpora un sistema de extracción de polvo para un ambiente más saludable en el túnel. También incluye un carrete de manguera de agua, un carrete de cable, una cabina cerrada para el operador con ventilación y filtro de aire o aire acondicionado, un sistema de anillo de pulverización de agua a alta presión, un sistema de extinción automática de incendios, un sistema de control direccional, control de perfil y sistema de visualización, etcétera.

Cargadora de interior Scooptram ST14
Autonomous Scooptram ST14 loader Achieve 2010-2011
Gentileza Atlas Copco

Esta cargadora tendría una cabina más cómoda para el operador y sus pies con apropiada visibilidad a una altura reducida del capó trasero, mayor superficie de las ventanas y disminución del ruido y vibración en la cabina. Su sistema de propulsión proporcionaría un mayor rendimiento con reducido mantenimiento. El sistema de control RCS de Atlas Copco da información del servicio y diagnóstico, lo que se muestra en la pantalla de la cabina y queda registrado. Su sistema hidráulico Load Sensing proporcionaría más potencia donde es más necesaria y un menor consumo de combustible. Incluye una prueba automática de diagnóstico de carga y de frenos, detección de carga de desplazamiento variable de la bomba hidráulica para aumento de la fuerza de tracción y menor consumo de combustible, una pluma mejorada y geometría del cubo de carga optimizan el rendimiento de la excavación, control de tracción que mejora el rendimiento de carga junto con reducir el deslizamiento de los neumáticos y aumentar su vida útil, entre otros.

CAT R3000H
Foto 7
Gentileza Finning CAT

La gama de equipos LHD (de bajo perfil) de Fin­ning para la industria de minería subterránea aseguran el diseño y fabricación de sus principales componentes del tren de potencia y transmisión. Sus motores Acert (excluida la versión R1300G) son amigables con el medio ambiente ya que consumen hasta 25% menos de aire, lo que se traduce en un mejor uso energético y control de emisiones, indican en la compañía. Su sistema hidráulico establecería un equilibrio entre los controles de esfuerzo y el sistema hidráulico para un ciclo suave y rápido. El bastidor estaría diseñado y construido para absorber la torsión, impacto y altas fuerzas de carga. Se encuentra en las versiones R1300G para una capacidad nominal de carga útil de 6,8 toneladas métricas, R1600G para 10 toneladas métricas, R1700G para 12,5 toneladas métricas, R2900G para 17,2 toneladas métricas y R3000H para 20 toneladas métricas.

Liebherr cargador sobre oruga 634
Foto 8
Gentileza Liebherr

Las cargadoras de cadenas (sobre orugas) Liebherr en las aplicaciones en túneles estrechos convencen por su capacidad de manipulación, rápidos ciclos de trabajo, capacidad de carga del cazo (1,20-2,40 metros cúbicos) y accionamiento hidrostático de traslación en sus versiones LR 614, la LR 624 y LR 634. Su promotor comenta que gracias a los accionamientos independientes entre sí del tren de rodaje se logra una considerable maniobrabilidad, que llega incluso hasta el giro sin desplazamiento. En tanto, el sistema hidráulico de trabajo, que consta de una maciza cinemática en Z, otorgaría grandes fuerzas de arranque durante la carga de piedra. Se accionan con motores diesel de bajo consumo que funcionan con una velocidad constante, lo que se traduciría en rentabilidad en los proyectos de construcción de túneles.

“Todos los componentes utilizados se distinguen por una larga vida útil, incluso en las durísimas condiciones del trabajo que se dan en la construcción de túneles. Los elementos especialmente sometidos a esfuerzo están fabricados en material de alta resistencia, los puntos sensibles, como la transmisión o los latiguillos hidráulicos, están óptimamente protegidos”, se indica en el documento técnico.

El joystick multifunción Liebherr del sistema hidráulico de traslación y trabajo permitiría sensibilidad en el control de la cargadora de cadenas. Además, las funciones integradas en los dos joysticks facilitarían el desarrollo de los procesos.

En cuanto a seguridad, la protección antivuelco y contra la caída de objetos ROPS/FOPS, probada y certificada internacionalmente, entregaría al operador de la cargadora un puesto de trabajo seguro. Adicionalmente, puede equiparse la luna delantera con una reja de protección contra la caída de fragmentos de piedras.

Boxhole Boring Machine 1100 y 1500
Foto 9
Gentileza Herrenknecht

Para la construcción de caras libres y chimeneas (contrapozos) de pequeño diámetro verticales o inclinadas en la minería subterránea cuyo fin es incrementar los estándares de seguridad y producción Herrenknecht ha desarrollado y construido una nueva Boxhole Boring Machine (BBM), teniendo en cuenta las necesidades y requisitos especiales actuales de industria minera. La BBM se basa en la probada tecnología microtuneladora pipe jacking (hincado de tubos). Las primeras Boxhole Boring Machine, BBM 1100 y BBM 1500, fueron desarrolladas para cara libres y chimeneas (contrapozos) inclinadas (± 30° de la vertical) con un diámetro de hasta 1,5 metros y longitudes máximas de 60 metros en formaciones de roca dura.

Sus aplicaciones actuales en el campo de la minería son caras libres para los métodos de hundimiento por  bloque/ por paneles, chimeneas (contrapozos) de ventilación, piques de traspaso (pozo metalero), piques (pozos o lumbreras) de servicio (transporte de personal, suministro energía, etc.) y explotación de vetas angostas.

Para asegurar el rápido transporte de la BBM a las áreas de producción en condiciones subterráneas confinadas está montada en una unidad de transporte compacta.

El diseño modular de la BBM y el tractor de orugas permiten la separación de la unidad de excavación, carrete de cables y la unidad de potencia en función de las restricciones de espacio dadas. La unidad de transporte (tractor de orugas diésel) es operado completamente de manera remota. Si es necesario mover la BBM a través de largas distancias, ésta puede ser transportada como parte de un tren de remolque.

La máquina utiliza componentes comparables como la unidad de excavación y el bastidor de empuje. Su funcionamiento consiste en que el bastidor de empuje con cilindros hidráulicos transfiere las fuerzas de empuje a través de tubos de acero a la unidad de excavación. A diferencia de los túneles hincados por tubos horizontales, el bastidor de empuje es posicionado verticalmente para empujar la unidad de excavación hacia arriba.

Tuberías de empuje de acero especiales son instaladas en el bastidor de empuje mientras la profundidad de la perforación se extiende. Una vez alcanzada la longitud del pozo ciego o chimenea  todo el tren de tubos se retira con la unidad de excavación en el extremo delantero paso a paso, retirando los tubos desde el bastidor de empuje.

Post Author: Fabiola Garcia Sanders