En el siguiente artículo, se analizan las distintas ventajas que ofrece la aplicación de relleno de roca cementada para relaves en minería subterránea, tomando como ejemplo un caso del Perú.
Autor: Ing. Edwin Paredes Mendoza – Ingeniero Senior de Relleno de Minas, jefe de operaciones en INCIMMET S.A.
En el Perú y demás países del mundo que poseen industria minera, al momento de diseñar una mina subterránea, una de las decisiones claves que estan obligados a tomar es si deben rellenar los espacios vacíos que deja la extracción del yacimiento mineralizado con valor económico. En cualquier diseño de ingeniería, el primer paso es definir el problema y los parámetros que son más críticos para una implementación exitosa de relleno de minas. Una vez que se comprende el problema, se puede identificar una gama de soluciones. En el caso del relleno, no todos los métodos pueden ser adecuados y es posible que se deban considerar múltiples parametros operativos de la mina. La decisión del tipo de relleno a utilizarse generalmente está influenciada por una variedad de factores, que comúnmente incluyen:
- Impactos ambientales
- Falta de áreas de disposición de relaves y marina (roca estéril) en superficie
- Control de subsidencias, de nivel a nivel hasta alcanzar la superficie
- Mantener la estabilidad del macizo rocoso en mina
- Reducir el volumen de marina que es transportado y dispuesto en superficie
- Permitir una extracción más completa del cuerpo mineralizado
- Recuperación de pilares del mineral remanente
- Hacer económicamente viable otras areas de explotación de la mina.
Considerando el escenario, donde el relleno se identifique como una posible solución, el primer paso para su implementación es identificar las fuentes de material de relleno. En muchas minas, se produce grandes volúmenes de marina producto del proceso de tronadura de los desarrollos mineros, y los relaves húmedos (o colas) producto del procesamiento de minerales por flotación. En otros casos, el material de relleno puede proceder de los depósitos de marina remanentes, de fuera del sitio o, en algunos casos, de una cantera establecida específicamente para fines de relleno. Claramente hay una consideración económica para cada origen de la fuente del material para relleno.
Actualmente en la minería subterránea, debido a las excavaciones masivas de la explotación, se generan mayores aberturas, por lo tanto se tiene la necesidad, de que los rellenos alcancen un mayor valor numérico (MPa) en los ensayos de resistencia y al mismo tiempo sea un medio de apoyo para mantener la estabilidad del macizo rocoso, especialmente en áreas subterráneas cada vez más profundas. Las propiedades del relleno son, por tanto, de particular interés. El relleno de roca cementada (CRF por sus siglas en inglés) es una buena alternativa de solución como material de relleno que puede usarse en el método de explotación Sublevel Stoping (SLS), donde se requieren diseños de mezcla de relleno para la atención de mayores volúmenes de relleno y de valores de resistencia más eficientes, y brindar el soporte adecuado a las paredes del caserón que requieran ser expuestos como cara libre en la explotación, con ello se asegura alcanzar una mayor recuperación de mineral en los diferentes subniveles laterales.
Aplicación de relleno de roca cementada (CRF)
El relleno de roca cementada (CRF) – Cemented Rockfill, tiene como objetivo el recuperar la estabilidad perdida del macizo rocoso, derivada de la extracción del mineral valioso en las operaciones mineras. El relleno es el material que sustituye al mineral extraído en el proceso de explotación, principalmente en los métodos de “Cut and Fill” (C&F) y “Sublevel Stoping” (SLS), de tal manera que se mantenga una estabilidad adecuada que permita continuar con una explotación mucha más segura y eficiente de acuerdo con los estándares operacionales.
Usualmente, el relleno emplea material proveniente de las actividades preliminares del proceso de extracción, constituidos por una granulometría variada, siendo posible en la mezcla encontrar desde partículas de varios centímetros hasta polvos. El relleno de roca cementada (CRF), es una mezcla de roca estéril triturada y/o clasificada proveniente de la tronadura de los desarrollos mineros, más proporciones de cemento, aditivos y agua que son preparados en una planta de mezclado, para ser transportados o bombeados y colocados finalmente en los tajos o rebajes vacíos generados por la explotación minera. El cemento, como aglutinante de la mezcla, aumenta la resistencia a los esfuerzos de compresión. Los factores de éxito incluyen las propiedades físicas y mecánicas, la granulometría y el diseño de la mezcla del material de relleno con bajas proporciones (%) de cemento.
Los diseños de mezcla del relleno se pueden optimizar de acuerdo a: (i) cálculo de la resistencia mínima requerida para asegurar la estabilidad del relleno; (ii) optimización de las variables de mezcla para producir valores mínimos de resistencia con el menor uso de cemento; (iii) implementación de procedimientos de control de calidad y seguimiento del desempeño del procedimiento de llenado de los caserones explotados.
Esta metodología asegura la seguridad y calidad del proceso, así como una reducción en los costos operativos. La resistencia requerida, para el uso de rellenos depende del método de explotación, la geología del cuerpo mineralizado, el diseño de la perforación y los posibles modos de falla. Sobre este último punto Mitchell & Roettger (1989) describieron los cuatro posibles modos de falla del relleno de roca cementada en una mina: (i) Deslizamiento: ocurre debido a la baja resistencia a la fricción entre el relleno y la pared de roca; (ii) Aplastamiento: ocurre cuando el esfuerzo inducido excede la resistencia a la compresión uniaxial de una masa de relleno; (iii) Flexión: ocurre cuando una masa de relleno tiene una baja resistencia a la tracción; (iv) Derrumbe: puede ser el resultado de un arco y una falla rotacional debido a la baja resistencia al corte en una pared de roca.
Estudio de caso 1: Optimización de relleno de roca cementada (CRF)
INCIMMET, desde el año 2019, viene operando una planta móvil de concreto para la preparación de pasta de cemento (mezcla de agua y cemento) de acuerdo al diseño de mezcla del relleno en la Unidad Minera Tambomayo de Cía. de Minas Buenaventura (Perú). Los objetivos principales del relleno cementado (CRF) para las necesidades operativas de la mina son: (i) Aumentar la recuperación de mineral, (ii) Mejorar la estabilidad geomecánica de la mina (brindando mayor seguridad para las personas durante los trabajos de explotación) y (iii) Reducir el impacto ambiental que genera la actividad extractiva. El método de explotación aplicado es el Bench and Fill (B&F) con un minado longitudinal y transversal; siendo una variante del método Sublevel Stoping (SLS). Para rellenar las cavidades abiertas se utilizan dos tipos de relleno; detrítico (con marina o roca estéril de los desarrollos mineros) de granulometría no definida y relleno de roca cementada (CRF) con un volumen de material de marina que fue zarandeado previamente a una granulometría menor a 3” Ø, permitiéndonos a su vez controlar de una manera adecuada el soporte estructural del macizo rocoso, y permitiendo una mayor recuperación del mineral con la extracción de los caserones secundarios.
Al principio de las operaciones, se utilizó material de marina menor a 3” Ø, la composición del diseño de mezcla tenía un contenido de agregado zarandeado de marina con un contenido de cemento en su diseño de mezcla de 5%, logrando valores de resistencia del relleno de 0,4 MPa y 0,5 MPa a los 7 días y de 1,2 MPa a los 28 días de curado. Para mejorar los valores de la resistencia en diferentes horizontes de tiempo, se realizó ensayos con diseños de mezcla relacionando la composición granulométrica del agregado proveniente de la marina y de la relación de A/C. Los diseños corregidos están conformados con una mezcla de agregado zarandeado de marina en una composición en peso de un 70% de agregado con tamaño de partícula menor a 2”Ø y un 30% de agregado con partículas mayor a las 2” Ø pero menor a 3” Ø, logrando obtener valores en resistencias del relleno de 0.8 MPa y 0.9 MPa a los 7 días y 1.8 MPa a los 28 días.[1]
Estudio de caso 2: Prueba de factibilidad de una planta de relleno de roca cementada móvil en mina subterránea.
El relleno de roca cementada (CRF) de acuerdo al diseño estaba compuesta por la roca estéril o marina producto de la tronadura de los desarrollos mineros con una granulometría no definida hasta un tamaño de partícula máximo de 6” Ø, con un 3% a 5% de cemento en peso. La resistencia recomendada por el departamento de Geomecánica es de 0.6 MPa.
Se instaló una planta móvil en la Unidad Minera Cerro Lindo de Nexa Resources (Perú), usando la infraestructura construida de manera temporal, con equipos que incluyen un sistema de bombeo de pasta cementicia (lechada de cemento) conectado a una cámara de preparación de mezcla (sedimentador con una gradiente (-5 %) en la parte del fondo). En cuanto a la infraestructura minera, se contó con una cámara de preparación de mezcla de 25 metros de largo y otras dos cámaras de acumulación de marina y preparación de mezcla de 12 metros, todas ubicadas a un máximo de 200 metros de los tajos o rebajes. La mezcla del relleno se realizaba de manera convencional usando la cuchara o balde del scooptram. [2]
Finalmente, podemos concluir que el relleno de roca cementada (CRF) tiene una alta performance para dar respuesta a la sostenibilidad del proceso de explotación en minería subterránea garantizando una estabilidad global de la mina. Además, es un proceso innovador, que además de contribuir a la seguridad del personal y la reducción de costos, se convierte en una alternativa versátil para los diferentes métodos de explotación minera, en la actualidad grandes compañías mineras vienen aplicando el relleno de roca cementada (CRF) como una alternativa eficiente para sus operaciones.
Referencias Bibliográficas
[1] Revista MINERÍA, N° 493 año LXIII – Octubre 2018 / www.revistamineria.com.pe, pág. 36.
[2] Revista Rumbo Minero, N°119 – Junio 2019 / www.rumbominero.com, pág. 188.
