Revista Nueva Minería

Túneles en el proyecto Nuevo Nivel Mina El Teniente. (Foto: Codelco)

El gran desafío de la minería a nivel mundial y especialmente en Chile es la transición hacia la minería subterránea. Una realidad que obliga a las compañías del rubro a enfocar sus esfuerzos en la innovación a la hora de construir túneles. En la actualidad se construyen del orden de 15 km de túneles mineros por año. Sin embargo, se estima que en 2030 se podrían construir 30 km/año.

Daniela Tapia
Revista Nueva Minería y Energía
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No hay duda que hoy la industria asiste a una minería cada vez más profunda, y por ende, de mayores desafíos geotécnicos y de temperatura de roca. Un escenario que impacta directamente en la construcción de los túneles. Así al menos lo reconocen los especialistas en esta materia, para quienes resulta prioritario resolver el dilema de obtener avances con equipos que concilien la rapidez de excavación, con un enfoque puesto tanto en la seguridad del personal, como en la calidad de los túneles.

Si se analiza la evolución constructiva de los túneles, las tecnologías de perforación actuales son claramente más avanzadas en algunos aspectos. En este sentido, destaca especialmente la perforación con energía electrohidráulica.

“La innovación ha puesto el foco en un mejoramiento continuo hacia un menor consumo de agua de perforación, mayores rendimientos en relación a potencia y rotopercución (quebradura) o materiales de fortificación más resistentes”, sostiene Ricardo Arias, presidente de la Especialidad de Ingeniería en Minas y Metalurgia del Colegio de Ingenieros.

Un aspecto central en este sentido ha sido precisamente el tan mentado concepto de la innovación, que genera diferencias en el análisis. Para José Miguel Galera, director general de Subterra Ingeniería, habría que diferenciar entre lo que es la caracterización geomecánica del macizo rocoso y los métodos de cálculo de una fortificación.

En relación a la caracterización del terreno, para el ejecutivo, no se han producido progresos significativos desde hace unos 10 años cuando, por ejemplo, se avanzó en la estimación de los parámetros resistentes y deformacionales del terreno que deben alimentar los cálculos numéricos, o en conceptos más avanzados como fue el SRM (Synthetic Rock Mass) para macizos rocosos fracturados.

“Creo que un reto pendiente sigue siendo una evaluación precisa de los estados naturales de tensiones que existen en un determinado emplazamiento, donde se va a ejecutar y construir una obra subterránea”, explica José Miguel Galera.

Respecto de los métodos numéricos, éstos se han sofisticado, adaptándose a la realidad y peculiaridades de la ingeniería del terreno, como son las discontinuidades, las grandes deformaciones (“large strain”), modelos constitutivos complejos, y cálculos acoplados, contando con el agua o con la temperatura, por ejemplo.

En lo que sí hay mejoras es en el conocimiento del shotcrete como elemento primordial de una fortificación.

Sin embargo, la mayor innovación apunta hacia la automatización y robotización de los procesos en perforación de avance y fortificación. Lo mismo está ocurriendo en los procesos aguas abajo, tronadura, carguío y transporte.

Y es que el consenso también está en que la principal innovación reciente en los jumbos de avance, que ya data de un lustro, es la incorporación de los diagramas de perforación, controlados y registrados automáticamente.

“Permanentemente se está innovando con perforadoras de mayor potencia de impacto y eficiencia, o equipos de mayor tamaño y capacidad de avance”, añade el especialista del Colegio de Ingenieros.

En cuanto a la fortificación, el experto hace énfasis en que se requiere mayor inmediatez en el sostenimiento de la cavidad. A su juicio, se están probando nuevos materiales de mayor adherencia, resistencia mecánica y más amigables con el medioambiente y también varios tipos de pernos auto-perforantes, con el objetivo de fortificar mientras se avanza en la construcción de los túneles.

Por otra parte, el uso de explosivos más estables y seguros; por ejemplo, emulsiones en su forma bombeable en pequeño diámetro, constituye una prueba a la tecnología y la operación minera de perforación y tronadura.

TBM, tecnología en la mira

Si hay una tendencia que está cobrando protagonismo en el ámbito de la perforación es el uso de tecnología de excavación continua, con incipientes pruebas de máquinas tuneleras (TBM), en cierto tipo de rocas.

“En Chile ya hay varias unidades operando en centrales hidroeléctricas, pero también en algunas faenas mineras con resultados favorables. Es así como las tendencias muestran la intención de ir hacia el desarrollo de minería más continua e idealmente más veloz”, dice Ricardo Arias, del Colegio de Ingenieros.

Los fabricantes de TBMs de hecho, han incorporado avances tecnológicos a las tuneleras, como puede ser el sistema Mc Nally para estallidos de roca, pero éstos han sido poco probados aún, en condiciones extremas.

Hoy la industria asiste a una minería cada vez más profunda, y por ende, de mayores desafíos geotécnicos y de temperatura de roca. (Foto: Codelco)

“Por ello, habría que ser prudentes y esperar a ver cuáles son los resultados, por ejemplo, en algunos grandes proyectos hidroeléctricos en los que se está usando TBM”, expresa José Miguel Galera, experto de Subterra Ingeniería.

A esto se suma que una adaptación de tecnologías de posicionamiento y robótica se ha introducido en el diseño de equipos horadadores a frente completa (Raise Borer), para desarrollo vertical. En ese campo, la tendencia es el uso de perforación dirigida, la cual permite corregir desviaciones de perforaciones pilotos durante su ejecución.

“En relación a la fortificación con mezclas proyectadas (spray), se destaca el reemplazo de cemento de materiales basados en compuestos poliméricos, para obtener recubrimientos flexibles, de alta resistencia y de muy corto tiempo de curado”, comenta Víctor Encina, consultor de la empresa JRI.

Pero si hay algo que critica Ricardo Arias, del Colegio de Ingenieros, es que se está produciendo un descalce entre los diseños de minería a nivel local y la tendencia al gigantismo y automatización (robotización) de los equipos de desarrollo.

“Estos equipos, sean jumbos de avances/fortificación, robots de proyección de hormigón o equipos de extracción (LHD), por su potencia y tamaño requieren cada vez más energía y de galerías mayores no sólo para circular por ellas, sino también para ventilarlas adecuadamente”, precisa el especialista.

Es por esto que a su juicio, la ingeniería de minas se está atrasando en reformular diseños de minas, usando aún hoy secciones o gálibos clásicos de hace décadas, cuando la minería era de una escala bastante más pequeña. “Aquí hay un desafío para nosotros como ingenieros en general, en el que debemos trabajar”, agrega Arias.

Pese a ello, la gran minería subterránea chilena tiende a utilizar solamente tecnologías probadas y de uso generalizado en el resto del mundo. Extraña vez se encuentran casos en que las primeras aplicaciones de una nueva tecnología para túneles, se hayan efectuado en Chile.

El futuro de la tunelería minera

¿Qué viene? El gran desafío de la minería a nivel mundial y especialmente en Chile es la transición hacia la minería subterránea, tanto por razones de profundidad de los yacimientos como por cuestiones ambientales.

“Una realidad que obliga a las compañías del rubro a enfocar sus esfuerzos en la innovación a la hora de construir túneles. Pues en la actualidad se construyen del orden de 15 km de túneles mineros por año, por lo que en 2030 se requerirá aumentar el ritmo y construir 30 km/año”, plantea Víctor Encina, de JRI.

Ahora bien, en terrenos de baja calidad, como puede ser una falla o una alteración hidrotermal, se darán condiciones de fuerte deformación, mientras que aún en un desafío más complejo, en macizos rocosos rígidos, se van a generar condiciones propicias para estallidos de roca.

“En este sentido, la mecánica de rocas tiene mucho que aportar a la detección y prevención de estas condiciones y los suministradores tienen un apreciable campo para desarrollar nuevos elementos de soporte adaptados a estas condiciones (pernos flexibles, mallas, etc)”, explica José Miguel Galera, de Subterra Ingeniería.

Otro desafío apunta a lograr un quiebre tecnológico en el campo de la energía para la quebradura en las perforaciones de avance, que tiene diámetros bajo las 2 ½”.

“Actualmente, el uso de agua a alta presión se utiliza en perforaciones de mayor diámetro (excavaciones verticales). Pero también hay desafíos en mejorar los equipos de fortificación, robotizando eficazmente sus procesos más peligrosos, como es la instalación de pernos y proyección de shotcrete”, precisa Ricardo Arias, del Colegio de Ingenieros.

Desde esta organización también estiman que la tecnología de excavación continua en el país prácticamente no se ha empleado y viene a conformar otro reto operativo para la minería local.

“Los niveles de rendimiento de avance en metros, logrados con esta tecnología y la seguridad que se alcanza -al no usar explosivos- hace que la roca circundante a los túneles sea menos afectada y por ende, el proceso se vuelva más seguro y efectivo”, ejemplifican.