Maquinaria subterránea: Hacia la mecanización

Hoy Chile busca mejorar la productividad en la minería y la tecnología aplicada a las maquinarias y equipamientos se presenta como una oportunidad de mayores y mejores resultados.

Desde la aplicación de sistemas artesanales, hasta hoy, la construcción subterránea se ha tecnologizado y ha migrado hacia el uso de maquinarias y equipos electrónicos, que facilitan la ejecución de la obra.

La mecanización de los trabajos de excavación minera apunta a optimizar los tiempos de trabajo, obtener mayor eficiencia y lograr una mejor seguridad para el personal minero.

Camila Alcaíno M.
Periodista Construcción Minera

A la hora de realizar una obra en el subsuelo se deben considerar múltiples factores, cómo es el terreno que se excavará, cuáles son las características del proyecto, los alcances ambientales y socioeconómicos, puesto que a partir de ahí, se sabrá qué método de excavación es el más adecuado y, por tanto, qué maquinaria considerar como opciones a utilizar.

Las interrogantes a solucionar en primera instancia son dilucidar qué tipo de obra se está analizando: temporal o permanente y, luego, qué método de excavación se empleará: el tradicional o el mecanizado. El presidente del Comité de Túneles y Espacios Subterráneos de Chile (CTES-Chile) y gerente general de Geoconsult, Alexandre Gomes, explica que, “si hablamos de obras subterráneas para minería, se deben separar en dos partes, existen las obras que son de carácter permanente y las obras que son de carácter temporal, ambas están relacionadas con la misma explotación. Entonces, las obras permanentes, son todas aquellas necesarias para la operación, por ejemplo, túneles de acceso, de ventilación para inyectar aire fresco, barrios cívicos, donde hay oficinas y equipamiento para los trabajadores, entre otros. Por otro lado, los de carácter temporal tienen que ver con la metodología de extracción del material, que puede variar en función de los distintos métodos: Room and Pillar, Cut and Fill, entre otros”.

En la actualidad en la gran minería de Chile, la metodología que más se utiliza para obtener el material es The Block Caving o The Panel Caving, Gomes explica que, “este se trata básicamente en la realización de una  serie de túneles, una grilla de túneles, que van haciendo que el material se colapse en ciertos puntos y de ahí van sacando el material”.

Respecto del método de excavación que se emplea en una construcción subterránea, al momento de su elección, se deben considerar las características propias de cada proyecto, puesto que de esto dependerá el costo y resultado de las operaciones. “Hoy en el territorio nacional se utiliza preferentemente el método tradicional de excavación, la perforación y tronadura”, agrega Gomes. Respecto del equipamiento, agrega que, “el tipo de máquina que se utilizará dependerá del tipo roca o suelo, que en el caso de la minería es roca y existen diversas opciones, pero siempre dependerá de las especificaciones de cada proyecto”. Es un desafío constante y las maquinarias deben saber responder.

La opción tradicional

El método de excavación por excelencia en Chile es el convencional, es decir, el de perforación y tronadura. Aquí diversos equipamientos tienen lugar y, con el correr de los años, aunque el método no ha cambiado, el equipamiento ha incorporado tecnologías que aumentan la mecanización y autonomía, además del confort para los operarios.

Los equipos llamados Jumbos han pasado de tener uno o dos brazos mecanizados a contar incluso con cuatro, las maquinas han disminuido sus tamaños convirtiéndose en equipos de “bajo perfil”, que requieren menores dimensiones de las secciones de la construcción subterránea.

Geovita, cuenta con “un Jumbo Electro-Hidráulico de tres brazos y otro de dos brazos, ambos con canasta y brazo telescópico,  con perforadoras de alta velocidad, un sistema de automatización total y barras de 5,4 metros. Este tipo de maquinaria sirve durante la excavación para realizar perforaciones, instalaciones de pernos de anclaje, drenaje de aguas subterráneas, entre otras”, explica el gerente general de Geovita S.A, José Antonio Carballal. En este caso los modelos que presenta la compañía son el AMV 3B-CC y AMV 2BC-CC, que están equipados con un sistema computacional para el control automatizado de perforación (Bever Control), gracias a lo cual se pueden realizar mediciones durante la excavación  que permiten obtener datos como la tasa de penetración, de avance, presión y rotación, entre otros. Con esta información es posible generar interpretaciones geológicas de la dureza y fracturación de la roca que se está excavando.

En la búsqueda de aumentar la productividad, se ha avanzado en la mecanización de las operaciones en la excavación con método tradicional. De esta forma han surgido productos computarizados como el sistema RCS, que está incluido en algunos de los equipos de Geovita. Este sistema permite generar una interface entre máquina y hombre, lo que aumentaría el control y precisión de las operaciones. En el caso del software Tunnel Manager, permite registrar más allá de lo que se aprecia a simple vista en las condiciones de una construcción subterránea, es decir, posibilitaría la administración de un proyecto de túnel, el diseño de una línea de túnel, la creación y control de planos de perforación y la generación de informes de series de barrenos. En definitiva un control más preciso de la perforación y una excavación de mucho mejor calidad general.

Otro ejemplo en donde confluye el método tradicional o convencional de excavación y la tecnología, es en las nuevas excavadoras John Deere de la Serie G de Salfa Maquinarias; el subgerente  de ventas de la compañía, José Víctor Amenábar,  cuenta que, “este equipo incluye un nuevo panel de control con el que se puede programar los accesorios con que va a trabajar la máquina, decidir flujos y presiones y programarlo desde el mismo panel”.

“Estamos apuntamos a que cada vez se automatice más el sistema de perforación, tanto en las técnicas de tronadura, con sistemas de retardo, como en el sistema de TBM (Tunnel Boring Machine), porque el problema es cómo generar una tronadura controlada, porque se desea excavar solamente una parte y no dañar el macizo. Si yo hago una tronadura no tan buena, dañaría todo alrededor, lo que implicaría más tiempo de reparación, más costo, más necesidad de soporte”, explica Alexandre Gomes. Y precisamente uno de los objetivos que persiguen los softwares y sistemas computaciones es controlar la perforación, aumentado la precisión y visualización dentro del túnel.

Equipamiento

Diversas maquinarias tienen lugar en este sistema complejo de excavaciones con método convencional. Equipos que tienen por objetivo ser los cargadores de marina, pueden ser camiones, palas, incluso bandas transportadoras, dispositivos para realizar la acuñadura, jumbos, plataformas elevadoras y otros que persiguen dotar de fortificaciones al túnel.

El equipamiento y modo de actuar en esta última actividad ha cambiado, puesto que hasta algún tiempo se utilizaban mangueras de proyección de la mezcla y hoy existen máquinas que eliminan la presencia del trabajador desprotegido. Atlas Copco Chilena, empresa proveedora para la minería, cuenta, desde abril de 2013, con equipamientos móviles para la proyección de hormigón en construcciones subterráneas –también para superficie-, el gerente de negocios de la división Underground Rock Excavation de Atlas Copco Chilena, Omar Allel, indica que, “estos productos incluyen equipos de proyección de hormigón sobre portadores, así como brazos, bombas y dosificadores para gunitar, principalmente para operaciones subterráneas, además estos cuentan con bomba MEYCO Suprema, la que permitiría realizar el transporte de la mezcla libre de pulsaciones, desde la bomba a la boquilla”. El equipo funciona con un sistema de empuje controlado electrónicamente, Allel explica que, “el sistema de control (PLC) supervisa, coordina y controla todas las funciones de la máquina, permitiendo la revisión y control de la información operativa (cantidad de dosificación o producción de hormigón) que también se puede descargar y analizar por separado usando el sistema de datos MEYCO Dosa TDC”.

Por otro lado, y en la misma línea del equipamiento necesario para realizar construcciones para la minería subterránea, Motorman, compañía representante y comercializadora de diversas maquinarias, cuenta con equipos articulados, de utilidad para excavación subterránea para trabajar al exterior o interior de faenas mineras, se trata de los modelos “WS 50 T y WS 50 equipados con motores Kubota y Perkins, bombas americanas, pertenecientes a la marca Forway, especializada en la fabricación de mini cargadores”, explica el gerente de ventas de Motorman, Felipe Cortés.

Una de las problemáticas que presenta el introducir grandes maquinarias a las excavaciones, es que demanda mayores dimensiones de las secciones de trabajo, por lo que el costo y tiempo de trabajo aumenta. Es por esto que se han desarrollado diversos equipos de bajo perfil. Cortés señala que Motorman también tiene entre sus productos mini dumpers, “maquinaria que poseen versatilidad para extraer material gracias a su tamaño”.

SKC Maquinarias, empresa proveedora de soluciones integrales en maquinaria pesada para las áreas de construcción, minería, industrial y forestal, también posee camiones articulados (dumpers). Desde la compañía indican que “éstos son capaces de vencer pendientes longitudinales de 45% y transversales de 15 por ciento”

SKC ha buscado disminuir la contaminación dentro del túnel es por esto que sus cargadores frontarles Volvo serie G requieren un 8% menos de combustible que la serie anterior, además, según indica la compañía, ofrecerían “un aumento del 20% en la fuerza de levante y del 10% en la fuerza de arranque, además, poseen un filtro de aire que permite que el operador respire cómodamente en la cabina con una mejor climatización”.

El presidente de CTES-Chile, cuenta que alguna de las innovaciones que ha visto en el último tiempo son: “el Cargador Low Hold Dump  (LHD), que se utiliza mucho en minería para el transporte de marinas, que es de bajo perfil, no necesita túneles muy altos, y que permite sacar la marina y transportarla a distintas partes”. Además, agrega que “otra innovación es el Pala Shaeff, la que están utilizando en Chuquicamata y sería una de las primeras utilizaciones que están haciendo en Chile. La gracia es que ella escaba y el material va directo a una correa transportadora que carga un camión, entonces se ahorra tiempos. Yo creo que esta es una gran innovación que se está recién introduciendo en Chile”. Es precisamente en el transporte de marinas en donde se espera se continúe modernizando sobre todo en relación a opciones diferentes al camión, que se tiende a utilizar en el país, puesto que también se pueden utilizar vagones, tuberías y cintas transportadoras.

Método mecanizado

La realización de obras subterráneas a través de tuneladoras (TBM -Tunnel Boring Machine-) se conoce como método mecanizado. Este se realiza en gran medida a través de una TBM, que es la responsable de ir colapsando el macizo y generando el espacio en donde posteriormente se pueden aplicar otros métodos de construcción para modificar la forma circular que la tuneladora va dejando.

Gomes explica que el empleo de este método “para los túneles de explotación, todavía no es una realidad en Chile. Contamos con pocos casos de utilización de tuneladoras. Está el caso de Minera Los Bronces, en donde se utilizó una TBM a modo de exploración, también se hizo una vez en El Teniente hace veinte o quince años, y ahora hay una serie de proyectos en cartera, relacionados a infraestructura en donde se plantean este tipo de excavación”. Las tuneladoras son específicas para cada proyecto; sin embargo, se pueden reutilizar reacondicionándolas según las características de la nueva construcción;  pese a ello existen diferentes tipos de TBM: sin protección inmediata, con protección periférica y, con protección periférica y frontal.

Herrenknecht, proveedor alemán en soluciones técnicas integrales en túneles mecanizados, cuenta con diferentes equipos, entre los que se puede destacar la TBM Gripper equipada con discos de corte con una presión de 32 toneladas por discos, con Buckets instalados al frente de la tuneladora, el que se encarga de sacar el material, por medio de conductos y llevarlo directamente a los vehículos de transporte o cintas transportadoras. La TBM con doble escudo de Herrenknecht, tal como lo indica su nombre posee dos componentes principales, un escudo frontal y un escudo gripper (pinza) con unidad de agarre, este equipo posibilita que el escudo frontal avance de forma independiente al agarre del equipo.

El gerente comercial de Herrenknecht Chile, Javier Vernier, cuenta que “el gran desafío de la TBM para lograr desarrollarse en el mercado de la minería, es reducir los radios de curvatura y el largo de la máquina”.  En este sentido hay desarrollos nuevos, que están realizando algunas compañías, para adecuarse a los requerimientos específicos de la mina, en lo que se refiere a radios de curvatura y espacio, pero esto aún está a nivel de experimentación”. La TBM es para trabajos horizontales, pero “hay muchos otros equipos que sirven para hacer perforaciones verticales como el Raise Borer y el Boxhole, este último es una máquina de excavación vertical muy innovadora de las cuales ya existen 2 unidades en Chile”, añade Vernier. La empresa alemana cuenta con diferentes modelos de  equipos de perforación vertical, algunos de los cuales alcanzan hasta 2.000 metros de profundidad. Marti, empresa constructora, señala que la compañía tiene entre sus equipos la Raise Boring  600VF de Herrenknecht, “con barras de perforación y estabilizadores, con un grado de inclinación de 0 – 45° (desde posición vertical)”.

Según indican los expertos, “el método mecanizado presenta un costo más alto en distancias cortas y mayores restricciones en relación a la excavación por perforación y tronadura (convencional). Tiende a ser adecuado para construcciones que son de geometría regular y de grandes longitudes”. En relación al ruido y vibración, el efecto ambiental sobre estructuras importantes es menor, al tiempo que el rendimiento de ambos métodos presenta diferentes características. Gomes explica que “son muy distintos, pero la gracia de la excavación de perforación y tronadura es que se pueden hacer diferentes secciones, las maquinarias involucradas me permiten entrar, salir, mientras que la técnica mecanizada se asemeja a una fábrica no adecuada para construir un túnel irregular (con muchas curvas)”.

La mecanización de los trabajos de excavación minera apunta a optimizar los tiempos de trabajo, obtener mayor eficiencia y lograr una mejor seguridad para el personal minero, objetivos que se traducen finalmente en mejor y más avanzada maquinaria-

Road Headers o rozadoras
Equipo que se utiliza en reemplazo de la perforación y tronadura, inicialmente se empleó para la minería de carbón; sin embargo, hoy también se aplica a roca dura. En Chile su uso no es generalizado. Según cuenta el presidente del Comité de Túneles y Espacios Subterráneos de Chile, “en Chuquicamata se realizan pruebas, pero estas no fueron exitosas porque la maquina presentó problemas por la dureza de la roca”.

Movile Tunnel Mine, (MTM)
Maquinaria que combina características de equipos que se encuentran en el mercado, la flexibilidad de un Roadheader y la robustez una tuneladora (TBM). Incorpora sistema de fortificación estándar, posee un radio de giro de hasta 12 metros y puede retroceder. Pese a estas características superiores a las TBM convencionales,  presenta algunas desventajas como que su empleo requiere altos montos de inversión, tanto por concepto de equipo como por capacitación de operarios y  su tamaño también es una limitante. Actualmente en Australia, Europa y Norte América este equipo se encuentra operativo, mientras que en Sudamérica está en una etapa preliminar de implementación.

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Revista Construcción Minera es la nueva publicación técnica de la Corporación de Desarrollo Tecnológico (CDT) de la Cámara Chilena de la Co nstrucción (CChC), que además cuenta con el apoyo del Comité de Túneles y Espacios Subterráneos de Chile (CTES). Su enfoque consiste en el análisis de proyectos de construcción para la minería además de difundir nuevos productos, materiales, servicios, soluciones y sistemas constructivos orientados a este subsector.construcción