Liderazgo Intelectual: Análisis de Datos Históricos Posvoladura: Un Nuevo Enfoque para Optimizar la Prosuctividad y Rentabilidad Manteniendo la Seguridad en el Trabajo

Gerente Geotécnico de GroundProbe, Peter Saunders

Ingeniero Geotécnico Sénior de GroundProbe en América, Andrei Torres

El monitoreo de la estabilidad de taludes en minas a cielo abierto es una tarea compleja, vital no solo para la viabilidad económica del lugar sino también para la seguridad de quienes trabajan en el área. Se entiende que la calidad de la masa rocosa de una mina a cielo abierto puede estar sujeta a un deterioro progresivo como resultado directo de vibraciones, explosiones sucesivas y otras actividades mineras.

Cuantificar el daño en la masa rocosa puede ser una tarea ardua. El nuevo método que implica un análisis de datos históricos por parte del Radar de Estabilidad de Taludes (SSR) tiene el potencial para alcanzar el objetivo: ayuda a brindar alertas tempranas, optimizar el diseño de explosiones futuras, elegir maquinaria, pronosticar tasas de producción y maximizar la rentabilidad del proyecto. Por eso, se evaluó la respuesta histórica de la masa rocosa a las voladuras con datos históricos de SSR y se cuantificaron los beneficios económicos directos.

Estudio de Caso: Mina Mont-Wright, Quebec

Esta nueva metodología se aplicó como estudio de caso en la mina Mont-Wright, ubicada en la región de Quebec y operada por ArcelorMittal Mining Canada (Figura 1). Se recopilaron datos históricos de SSR entre octubre del 2011 y diciembre del 2012. Los datos se reprocesaron, analizaron e interpretaron para evaluar los signos de daño histórico significativo causados por las explosiones de producción.

Figura 1: Ubicación del sitio Mont-Wright (Saunders et al, 2019)

Antecedentes y Metodología

La mina abrió a principios de la década del 70 y hoy está compuesta por varios tajos abiertos, de los cuales Paul’s Peak es el más antiguo. En 2009, un consultor geotécnico propuso un retroceso a gran escala de la pared sur de Paul’s Peak para permitir que se reanudara el trabajo seguro en el fondo del tajo, una ubicación que sufrió una gran falla en la década de 1980. Este plan se denominó proyecto «Offload»; comenzó en 2011 pero se suspendió en 2012.

El proyecto Offload se reanudó en 2017 y, antes del inicio de las obras, GroundProbe llevó a cabo un estudio para evaluar el impacto a largo plazo de las tronaduras en la estabilidad durante el período de octubre del 2011 a diciembre del 2012. El proyecto incluyó una evaluación a escala regional y local de la respuesta a las condiciones ambientales, mineras y de voladuras.

Los datos de deformación que fueron recolectados por los sistemas SSR durante el período de evaluación fueron procesados y analizados para:

• evaluar los procesos de deformación regional a largo plazo en una serie de puntos de control
• evaluar la respuesta de la masa rocosa a cada una de las explosiones durante el período de monitoreo
• evaluar los datos para detectar tendencias significativas de deformación a largo plazo.

Litología, Geología Estructural y Geometría de Taludes

Paul’s Peak se compone principalmente de cuatro unidades litológicas: formación de hierro, un esquisto de mica, cuarcita y anfibolita. La meteorización de la formación de hierro da como resultado una condición muy oxidada y lixiviada que produce una textura friable que puede desintegrarse.

En 1986/1987 se produjo una falla de talud en la pared sur de Paul’s Peak (Figura 2). Si bien el talud superior se había desarrollado sin bancos y falló a lo largo de estructuras continuas paralelas a la estratificación, se había utilizado una división previa en las rocas de formación de hierro para desarrollar un talud con bancos y bermas de seguridad. Con respecto a la pared de expansión, se recomendó un ángulo de talud entre rampas de menos de 50 grados para garantizar la estabilidad general.

Figura 2: Pared sudeste de Paul’s Peak

Análisis

Mediante un análisis riguroso y un proceso de «unión» de datos, se seleccionaron 11 puntos de control, que se utilizaron para analizar deformación a largo plazo: una búsqueda de perturbaciones en las parcelas de deformación en momentos específicos de la explosión (Figura 3). El área directamente afectada por la tronadura se identificó mediante el uso de la información de deformación y coherencia del SSR. También se realizó un análisis de velocidad para identificar el tiempo que tarda el sitio en estabilizarse después de cada explosión: el «tiempo para la estabilidad».

En 1986/1987 se produjo una falla de talud en la pared sur de Paul’s Peak (Figura 2). Si bien el talud superior se había desarrollado sin bancos y falló a lo largo de estructuras continuas paralelas a la estratificación, se había utilizado una división previa en las rocas de formación de hierro para desarrollar un talud con bancos y bermas de seguridad. Con respecto a la pared de expansión, se recomendó un ángulo de talud entre rampas de menos de 50 grados para garantizar la estabilidad general.

Figura 3: Puntos de control seleccionados para el análisis posvoladura a largo plazo en la mina Mont-Wright

Resultados

El análisis determinó que no había evidencia clara de daño significativo progresivo a causa de la explosión, ya sea a nivel regional o local. Además, no hubo una tendencia creciente en la duración del período para la estabilidad. Si bien hubo un pequeño número de daños moderados y significativos posvoladura, el riesgo de que se desencadenara una falla de talud regional era relativamente bajo.

Los Beneficios Económicos

Aumentar el tamaño de las tronaduras y reducir las demoras para volver a ingresar al sitio de la mina tiene un beneficio económico doble, ya que reduce los costos de minería y aumenta las tasas de producción. Luego de ver los resultados de las evaluaciones de deformación y daños, se tomó la decisión de modificar el diseño de explosión de Paul’s Peak: de orificios de 165,1 mm de diámetro con una profundidad de 7 m y 300 kg de peso de carga máximo permitido a orificios de 216 mm/311 mm de diámetro con una profundidad de 14 m y 550 kg de peso de carga máximo permitido.

En términos de tonelaje máximo por tronadura, el material tuvo un aumento de 3,2 a 5,8 veces en comparación con las explosiones de 2011 a 2012, lo que incrementó considerablemente la tasa de producción y rentabilidad del proyecto Offload.

Con respecto al tiempo de reingreso después de la voladura, sin el SSR, el proceso estándar para el reingreso después de una explosión al final del día debía ser a las 8 am de la mañana siguiente, después de que un ingeniero geotécnico realizara una inspección ocular. Sin embargo, con el SSR, la estabilidad posvoladura se puede medir poco después de cada explosión.

Durante las voladuras de 2011 y 2012, se aplicó un tiempo de espera estándar posterior a la explosión de alrededor de 20 horas. El análisis de los datos históricos del SSR identificó que en el 91% de los casos el tiempo real para la estabilidad era significativamente menor, lo que sugiere que los datos de SSR podrían usarse tanto para mejorar la productividad, al disminuir los retrasos, como para administrar los riesgos de manera efectiva en los casos en que la estabilización demore más tiempo. Las estimaciones conservadoras sitúan el ahorro de costos de este cambio de procedimiento en alrededor de $3 millones durante el período de monitoreo.

Figura 4: Curvas del tiempo de espera estándar posterior a la explosión y el tiempo de estabilización posterior a la voladura

Un Enfoque Proactivo para el Monitoreo Posvoladura

De los análisis realizados se desprende claramente que existen posibles beneficios económicos y de seguridad asociados con la evaluación cuidadosa de los datos históricos del radar de estabilidad de taludes a lo largo del tiempo después de la explosión de producción progresiva en una mina a cielo abierto.

El caso de estudio de Mont-Wright demuestra que, junto con las herramientas tradicionales de monitoreo de vibraciones, esta metodología puede reducir un enfoque de diseño de explosiones demasiado conservador y justificar un diseño de mina más activo y rentable. Al adoptar un enfoque proactivo para cuantificar los daños, mediante la utilización de datos históricos de SSR y monitoreo continuo, se pueden mantener condiciones de trabajo seguras, optimizar los procesos de minería y ahorrar costos de manera significativa.

Más Información

Este artículo es un resumen de la publicación Post-Blast Slope Stability Monitoring with Slope Stability Radar, de P. Saunders, J.M. Kabuya, A. Torres y R. Simon. Fue presentado en el Simposio Internacional de 2020 sobre Estabilidad de Taludes en Minería a Cielo Abierto e Ingeniería Civil el 12 de mayo de 2020.