MetodosExplotacionAmbienteSubterraneo

ORGANIZACIÓN Red MASyS/ORGANIZAÇÃO Rede MASyS  Red Iberoamericana de Medio Ambiente Subterráneo y Sostenibilidad  Rede Ibero‐americana de Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade 

1ª JORNADA IBEROAMERICANA DE MEDIO AMBIENTE SUBTERRÁNEO Y SOSTENIBILIDAD

MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN Y AMBIENTE SUBTERRÁNEO

MASyS 2010-1 ACTAS DE LOS TRABAJOS TÉCNICO-CIENTÍFICOS 1ª JORNADA IBERO-AMERICANA DE MEIO AMBIENTE SUBTERRÂNEO E SOSTENIBILIDADE

MÉTODOS DE EXPLORAÇÃO E AMBIENTE SUBTERRÂNEO

MASyS 2010-1 ACTAS DOS TRABALHOS TÉCNICO-CIENTÍFICOS

2010 

ORGANIZACIÓN CYTED/ORGANIZAÇÃO CYTED

Medio ambiente subterráneo y sustentabilidad - CYTED 13 Actas de la Reunión de Huamanga – Perú Junio 2010 Primera Edición – Córdoba - Argentina Editores: Ministerio de Industria, Comercio y Trabajo de Córdoba Ciencia y Tecnología para el Desarrollo - CYTED, 2010. Formato: Internet

ISBN 978-987-26200-0-4 Fecha de Catalogación: 13/09/2010

CDD 333.7

30 de junio, 1 y 2 de julio de 2010 30 de Junho, 1 e 2 de Julho de 2010

Desarrollo Industrial Sustentable: Llave para la Responsabilidad Social Desenvolvimento Industrial Sustentável: Chave para a Responsabilidade Social

Vidal Navarro Torres - Carlos Dinis da Gama EDITORES Juan Pablo FERREIRA CENTENO COEDITOR 



MASyS 2010-1, Organizado por:   MASyS Red Iberoamericana de Medio Ambiente Subterráneo y Sostenibilidad Rede Ibero-americana de Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade

MASyS 2010-1, financiado por: CYTED Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo Programa Ibero-americano da Ciência e Tecnologia para o Desenvolvimento CYTED - AREA 3 Promoción del Desarrollo Industrial Promoção do Desenvolvimento Industrial

ORGANIZACIÓN CYTED/ORGANIZAÇÃO CYTED Fernando Aldana Mayor Secretario General del Programa CYTED Secretario Geral do Programa CYTED

Gestor: Roberto C. Villas-Bôas CYTED-3: Promoción del Desarrollo Industrial CYTED-3: Promoção e Desenvolvimento Industrial

ORGANIZACIÓN Red MASyS/ORGANIZAÇÃO Rede MASyS Red Iberoamericana de Medio Ambiente Subterráneo y Sostenibilidad Rede Ibero-americana de Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade

Carlos Dinis da Gama Vidal Félix Navarro Torres Coordinación/Coordenação

Responsables de Grupos de Investigación/Responsáveis dos Grupos de Investigação

José Enrique Sánchez Rial

Grupo G1

Gerardo Zamora Echenique

Grupo G2

Adilson Curi

Grupo G3

Vilma Dolores Pazmiño Quiña Lucía

Grupo G4

Rafael Barrionuevo Gimenez

Grupo G5

Mario Sánchez Medina

Grupo G6

Diosdanis Guerrero Almeida

Grupo G7

Walter Ramírez Meda

Grupo G8

Jaime Alberto Huamán Montes

Grupo G9

Ernesto Osvaldo Aduvire Pataca

Grupo G10

Vidal Félix Navarro Torres

Grupo G11

Beatriz Olivo Chacin

Grupo 12

GRUPOS DE INVESTIGACIÓN/GRUPOS DE INVESTIGAÇÃO Red Iberoamericana de Medio Ambiente Subterráneo y Sostenibilidad Rede Ibero-americana de Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade MASyS

 ARGENTINA – G1 José Enrique Sánchez Real Daniel Jerez Ana María Cabanillas Juan Pablo Ferreira Centeno BOLIVIA – G2 Gerardo Zamora Echenique Antonio Salas Octavio Hinojosa Cinda Beltrán BRASIL – G3 Adilson Curi Wilson Trigueiro de Sousa José Margarida da Silva Hernani Mota da Lima Zuleica C. Castilhos ECUADOR – G4 Vilma Dolores Pazmiño Quiña Milton Carrasco Marcelo Córdoba Raúl Guzmán ESPAÑA – G5 Rafael Barrionuevo Gimenez José María Lanaja del Busto Enrique Orche García CHILE – G6 Mario Sánchez Medina Froilan Vergara Fernando Parada CUBA – G7 Diosdanis Guerrero Almeida Roberto Blanco Torrens José Otaño Noguel Juan Manuel Montero Peña Eulicer Fernández Maresma

 MÉXICO – G8 Walter Ramírez Meda José de Jesús Bernal Casillas Luis Manuel Martínez Rivera Javier García Velasco Ulises Ramírez Sánchez

PERÚ – G9 Jaime Alberto Huamán Montes Hugo Gutiérrez Orosco Juan Julio Zaga Huamán Indalecio Quispe Rodríguez

PERÚ – G10 Ernesto Osvaldo Aduvire Pataca Hugo Aduvire Pataca Juan de Dios Menéndez Cruz Vicente Edilberto Contreras Pareja

PORTUGAL – G11 Vidal Félix Navarro Torres Carlos Dinis da Gama Gustavo André Paneiro Maria Matilde da Costa Paula Falcão Neves Pedro A. Marques Bernardo

VENEZUELA – G12 Beatriz Olivo Chacin Mónica Martiz Nelson Barreat Guillermo Tinoco Gilberto Delgado

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PRESENTACIÓN Para mí es un privilegio dirigirme a los amigos, colegas y compañeros de la Red MASYS en la ocasión de esta Primera Jornada que se realiza como parte integral de las acciones propuestas por los miembros de la Red y aprobadas por el CYTED. Siempre he dicho y lo continúo afirmar, que las ideas y concepciones de Vidal Navarro Torres y Carlos Dinis da Gama sobre el medio ambiente subterráneo y como gerenciarlo, son novedosas en el mundo científico y de la ingeniería y de altísima contribución al desarrollo tecnológico, no solamente del sector minero, sino también ambiental. Hago esta presentación en los principios del mes de junio, aquí de Estocolmo, en Suecia, adonde discutimos en reunión de la UNEP/PNUMA un tratado internacional sobre uso, prohibición y manejo de mercurio en productos y procesos. Varios son los asuntos en análisis, pero dos de ellos nos interesan en directo a esta Red: 1.- El cierre de todas minas primarias de mercurio, y como realizarlo; 2.- El uso de estas, o algunas, de estas mismas minas, como almacenes seguros de mercurio existente y recuperados de productos variados y aun, aquellos producidos como subproductos de la minería (oro y cobre en particular, pero también con otros minerales y petróleo) y como realizarlo. Estos dos asuntos, por si solos, ejemplifican la importancia y actualidad de los postulados de Vidal/Carlos y de los objetivos y propósitos de MASYS para el medioambiente subterráneo.

Roberto C. Villas Bôas Gestor CYTED-3: Promoción del Desarrollo Industrial

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APRESENTAÇÃO Aos formandos da 1ª Jornada da Rede MASyS apraz-me registar a satisfação que sentimos por nos permitirem dialogar e meditar sobre o Meio Ambiente Subterrâneo, considerado como área preferencial de trabalho de muitos milhares de seres humanos. É essencial garantir, cada vez mais, que o ambiente subterrâneo possua características adequadas de segurança e de conforto para as pessoas, onde seja sempre possível desenvolver trabalhos de investigação destinados a melhorar esses níveis qualitativos, a par de se assegurar a viabilidade económica dos empreendimentos, sejam eles de mineração ou de obras de construção sub-superficial. São qualidades a desenvolver nesta oportunidade todas aquelas que contribuam para o bemestar das pessoas envolvidas, das empresas a que pertencem, das regiões ou países onde residem e, de modo geral, do género humano a que todos pertencemos. Felicidades para todos vós e para as vossas famílias.

Carlos Dinis da Gama Coordenador Rede Ibero-americana de Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade MASyS – CYTED

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INDICE DE CONTENIDOS

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ÍNDICE DE TRABAJOS TÉCNICO-CIENTÍFICOS ÍNDICE DOS TRABALHOS TÉCNICO-CIENTÍFICOS Sesión 1: Casos de métodos de explotación subterránea y ambiente Sesão 1: Casos de método de exploração subterrânea e ambiente Un caso paradigmático de manejo de aguas en minería subterránea en Chile: Caso de la Mina El Teniente Froilán Vergara, Fernando Parada y Mario Sánchez - Universidad de Concepción, Chile Explotación de hidrocarburos por acceso directo Nuevo ambiente subterráneo José Enrique Sánchez Rial y Juan Pablo Ferreira Centeno - Secretaria de Minería de la Provincia de Córdoba, Argentina Creciente importancia de los problemas ambientales en el sector minero de los distritos de Zaruma y Portovelo Vilma Pazmiño Quiña Empresa Terrambiente Consultores, Ecuador Impacto ambiental del método de explotación por cámaras y pilares, aplicado en el yacimiento “Las Merceditas” de Cuba Diosdanis Guerrero Almeida y Omar Figueredo Hernández Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, Cuba Evaluación de la estabilidad física en el cierre de labores mineras subterráneas Hugo Aduvire – AMEC (Perú) S.A., Peru Metodología de aplicación del PRC y VEO en Argentum de Panamerican Silver Dennis Mercado Olaya y John Olivera Agama – Compañía Minera Argentum Morococha S.A., Perú Minería subterránea de carbón, estado Zulia - Venezuela Beatriz Olivo Chacin – Centro Venezolano de Producción Más Limpia, Venezuela

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63

83

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Sesión 2: Creciente importancia de los problemas ambientales Sesão 2: Crescente importância dos problemas ambientais Diagnóstico ambiental del lago Poopó y sus tributarios por metales pesados Gerardo Zamora E., Antonio Salas C. y Octavio Hinojosa C. Universidad Técnica de Oruro, Bolivia Subsidência e explosão natural na mineração subterrânea de carvão João Paulino Júlio Chimuco, Adilson Curi e Carlos Enrique Arroyo Ortiz Universidade Federal de Ouro Preto - Universidade Federal Goiás, Brasil

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Rol de educación ambiental en minería subterránea Peruana Hugo Gutierrez Orosco Universidad Nacional de Huamanga, Perú Explotación subterránea de yacimientos vetiformes y ambiente, distrito aurífero de Portovelo – Zaruma Ecuador Adán Guzmán y Vilma Pasmiño Quiña - Universidad Central de Ecuador Empresa Terrambiente Consultores, Ecuador Aplicación de QR y DATAtatrix para Georreferenciación ambiental y aplicaciones de sistemas de calidad total Rafael Barrionuevo - Universidad de Vigo, España Propuesta de diseño sostenible de escombreras producidas por la explotación subterránea del yacimiento de cromo Camagüey II de cuba Diosdanis Guerrero Almeida, Liliana Pineda Wong y Juan Manuel Montero Peña – Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, Cuba Valoración de los recursos naturales: estudio socio ambiental en los recursos minerales en las empresas mineras Jaime Alberto Huamán Montes - Universidad Nacional de Huamanga, Perú Riscos ocupacionais provocados por ruídos e vibrações na mineração subterrânea Carlos Enrique Arroyo Ortiz, Adilson Curi e João Paulino Júlio Chimuco Universidade Federal de Ouro Preto - Universidade Federal Goiás - Brasil Normalización de capas de información medioambiental georreferenciada y su integración en mapas para Sistemas de Posicionamiento Global Rafael Barrionuevo - Universidad de Vigo, España O uso da geotecnologia na priorização de áreas para a avaliação da qualidade das águas subterrâneas no estado do Piauí Zuleica Carmen Castilhos, Adão Benvindo da Luz, Ricardo Sierpe Vidal Silva, Marcelo André de Souza e Jéssica Leite Centro de Tecnologia Mineral -Universidade Federal Fluminense - Brasil Gestión del agua en minería e innovaciones técnicas en su caracterización Osvaldo Aduvire S.V.S. Ingenieros SAC, Peru La respuesta gubernamental y social ante los desastres ambientales en minas en México Walter Ramirez-Meda y Jesús de Jesús Bernal-Casillas – Universidad de Guadalajara, México O desenvolvimento sustentável e a mineração subterrânea Vidal Navarro Torres e Carlos Dinis da Gama – Centro de Recursos Naturais e Ambiente, Portugal

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Sesión 3: La nueva concepción del medio ambiente subterráneo Sesão 3: A nova concepção do meio ambiente subterrâneo Riesgos gaseosos de la minería subterránea no legal en Venezuela Guillermo Tinoco Mejía Universidad de Oriente, Venezuela Regulaciones y desafíos ambientales en la minería Chilena Mario Sánchez, Fernando Parada y Froilán Vergara Universidad de Concepción, Chile A engenharia ambiental subterrânea e sua importância Vidal Navarro Torres e Carlos Dinis da Gama Centro de Recursos Naturais e Ambiente, Portugal

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Casos de métodos de explotación subterránea y ambiente    Casos de métodos de explotación subterránea y ambiente Casos de método de exploração subterrânea e ambiente  Casos de método de exploração subterrânea e ambiente

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UN CASO PARADIGMÁTICO DE MANEJO DE AGUAS EN MINERÍA SUBTERRÁNEA EN CHILE: CASO DE LA MINA EL TENIENTE Froilán Vergara, Fernando Parada, Mario Sánchez Departamento de Ingeniería Metalúrgica, Universidad de Concepción – Chile. [email protected], [email protected], [email protected]

RESUMEN La minería en Chile se ha conformado administrativamente en tres categorías: grande, mediana y pequeña dependiendo de los volúmenes producidos. Cada una de ellas presenta características muy propias en su desarrollo tecnológico y productivo y buena parte de su evolución, particularmente a fines del siglo pasado y comienzos de éste, dice relación con los grandes desafíos ambientales del mundo globalizado. El Teniente de Codelco Chile es la mayor mina subterránea del mundo para la producción de cobre y por estar ubicada en la cordillera de Los Andes, está sometida a la lixiviación natural de sus recursos oxidados y sulfurados secundarios. Sin embargo, lo que en un comienzo fue catalogado como un problema ambiental severo por la necesidad de evacuar las aguas a terrenos de uso agrícola, fue revertido positivamente al desarrollar una tecnología de tratamiento de las soluciones con recuperación del cobre contenido. El trabajo hace un recuento del desarrollo histórico de la minería chilena en relación a la evolución de las regulaciones ambientales a la fecha actual y se presenta el caso El Teniente como un ejemplo claro de un problema ambiental que puede ser abordado positivamente para la propia industria. Palabras clave: Regulaciones, medio ambiente, tecnologías, minería en Chile.

hablar de una política de estado al respecto. En la práctica, las empresas adoptaban soluciones tecnológicas más bien sesgadas por criterios económicos, con consecuencias ambientales previsibles: liberación de gases y polvos nocivos a la atmósfera sin ningún tipo de control, vertido indiscriminado de desechos

1. INTRODUCCIÓN En Chile existe legislación ambiental ligada a la minería desde 1916. A partir de entonces se dictaron varias leyes, decretos y reglamentos de “alcance ambiental”, pero sin formar aún parte de un cuerpo sólido y coherente, por lo cual no se puede

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industriales (metales pesados y reactivos químicos) directamente al suelo, cursos de agua u océanos, etc.

Las normas de emisión y calidad ambiental. La responsabilidad ambiental, entre otras.

La situación comenzó a cambiar a partir de 1990 cuando se creó en Junio de ese año la Comisión Nacional del Medio Ambiente (CONAMA), dos años más tarde se presentó al Congreso el proyecto de ley Nº 19300 sobre “Bases Generales del Medio Ambiente”, promulgada en Chile el 09 de Marzo de 1994, a partir de ese momento una nueva concepción de explotación industrial se introduce, donde se establecen un conjunto de herramientas de gestión ambiental tendiente a velar por el cumplimiento del Artículo 19 Nº8 de la Constitución Política de la República de 1980 que consagra “El derecho a vivir en un medio libre de contaminación”, como son:

Y que se hicieran operativas y obligatorias sólo a partir de 03 de abril de 1997, fecha en que se publica un reglamente que norma la especificaciones de cada uno de ellos en el Decreto Supremo Nº 30 del Ministerio Secretaría General de la Presidencia. Los Principales Instrumentos de Regulación y Control Ambiental existentes en Chile son los de Normas de Calidad Ambiental (primarias y secundarias), Normas de Emisión, Planes de Descontaminación, Planes de Prevención, Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental, y los de Acción por daño ambiental Lo anterior, obliga por ley de hacerse cargo de los pasivos mineros y tener una mirada más amplia sobre el tema del reciclaje, donde lo principal no pasa necesariamente por ejercicios rentables sino que más bien el cumplir con una normativa vigente para continuar operando, por lo demás acorde con los convenios internacionales que el país ha suscrito en torno al cuidado y mantención del medio ambiente, de modo que los productos de exportación no se vean subvencionados por el daño ecológico y la salud de los seres humanos.

Un sistema de evaluación de impacto ambiental (SEIA), al que deben someterse obligatoriamente los proyectos o actividades susceptibles de causar impacto ambiental en cualquiera de sus fases, entendiéndose como tal cualquier alteración del medio ambiente provocada directa o indirectamente por un proyecto o actividad en un área determinada (Art. 2 letra k, ley Nº 19300). Los planes de manejo, prevención y descontaminación.

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Lo anterior genera un cambio de mirada frente al tema del reciclaje haciéndolo extensivo a toda forma de daño del medio ambiente y no siendo considerado como un gasto sino que más bien una inversión en el proceso, el gran desafío actual para la actividad minera no cabe la menor duda es la disposición adecuada de los residuos.

En el país existen en la actualidad dos vías productivas principales asociadas a las características propias del mineral que incluyen: Tratamiento de los minerales sulfurados con una línea de proceso que combina la flotación-fundición y electrorefinación para entregar al mercado principalmente: concentrados de cobre a nivel de la etapa de flotación y espesamiento con ley alrededor del 30% en cobre y cátodos de cobre cuando la línea de procesos es completa con leyes del 99.99% en cobre.

2. LA MINERÍA DEL COBRE Y SU IMPACTO AMBIENTAL La minería metálica como actividad económica de importancia asociada al cobre se inicia en los albores del siglo 20, siendo la Mina El Teniente la más antigua que inicia sus actividades a partir del año 1905 dando origen a lo que hoy se conoce como Gran Minería en Chile. La minería del cobre es un proceso de gran escala con una amplia cobertura nacional que se extiende de la zona central (sexta región) hacia el norte desértico del país (1ª región) con una concentración relevante en la segunda región con alrededor del 53% de la producción nacional. Por la características propias de los procesos de beneficio como también de los minerales que se explotan en la actualidad con leyes en general bajo 1% se generan una cantidad no despreciable de efluentes de todo tipo: líquidos, sólidos, gaseosos, pulpas que indudablemente impactan al medio ambiente y hacen de la minería probablemente una de las actividades más depredadoras.

Tratamiento de los minerales oxidados y sulfuros secundarios mediante procesos hidrometalúrgicos que combinan la Lixiviación en Pilas Extracción por Solvente Electro-obtención (LIX-SXEW) que entregan al mercado cátodos de cobre con leyes del 99.99%. Ambas líneas de procesos productivos generan varios flujos de efluentes con impacto ambiental. 2.1 Yacimiento El Teniente(1,2,3,4,5) El yacimiento “El Teniente” se encuentra a 35°05' de latitud sur y a 70°21' de longitud oeste, a 40 Km en línea recta al este de la ciudad de Rancagua, sexta región y a 80 Km al SE de la ciudad de Santiago-Chile,

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El Teniente es un yacimiento del tipo “pórfido cuprífero”, nace en el 1905 de la mano de Inversionistas Americanos entre los que destacan Mr. William Bradem y desde sus inicios por su enclave en la cordillera de los Andes y dada su forma aproximadamente vertical y su enterramiento, además de consideraciones climáticas, se concibe como mina subterránea luciendo por décadas y hasta hoy la connotación de ser la mas grande en su tipo en el mundo.

En el inicio de la explotación (1906), la producción de la mina provino principalmente de mineral secundario. A partir del año 1982 se inicia la explotación de mineral primario, el cual presenta diferencias en cuanto a menor ley, mayor dureza, granulometría más grande y condiciones geológicas y geomecánicas muy complejas, todas las cuales obligan a modificaciones al método de explotación, principalmente en el diseño del nivel de producción y el sistema de traspaso. En la actualidad la mina presenta la no despreciable cantidad de 2400 km de galerías subterráneas.

El yacimiento presenta una forma aproximadamente triangular en planta, alargada hacia el norte, donde está centrada en el Pórfido Teniente y se extiende hacia el sureste dentro de la Diorita Sewell. Su parte central corresponde a una zona de baja ley relacionada con la Chimenea Braden.

Los minerales económicos presentes son predominantemente sulfuros, razón por la cual se utiliza el proceso metalúrgico de flotación. La ausencia de metales preciosos, como oro y plata, explica el hecho que no se realice refinación electrolítica en este yacimiento

Su desarrollo vertical incluye una delgada zona de lixiviaciónoxidación de un espesor promedio de 100m, una zona de enriquecimiento secundario con espesor máximo de 500m en la parte norte y una zona de mineralización hipógena o primaria reconocida hasta 1.600m bajo la superficie.

En el año 2009 División El TenienteCodelco Chile supero la producción de 404.000 Ton. de cobre fino tanto como cobre refinado a fuego(RAF) y ánodos principalmente, además de alrededor de 5000 Ton de cobre a la forma de cátodos electroobtenidos procedentes del tratamiento de aguas de mina y 5000 Ton de Mo como subproducto del proceso principal. A mediados de la década 2010-2020 se pretende llegar a niveles de producción entorno a las 450.000 de cobre fino al año.

emplazado actualmente en una cota entre los 2000 y 2700 m.s.n.m.

Área mineralizada: 2.000.000m2. Extensión vertical: 1.800m desde superficie. Cubierta estéril: 50 a 150m de espesor.

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totalidad en la cuenca de la Quebrada El Teniente (15.5 km2) y, en mucho menor grado, en la cuenca de la Quebrada Diablo (6.40 km2) con la cual limita por el sur. Ambas confluyen cerca de Sewell a una cota de aproximadamente 2100 m.s.n.m. mientras que los cerros más altos que la conforman alcanzan los 3700 m.s.n.m. El régimen de escorrentía de ambas quebradas es principalmente nival, pero también parcialmente pluvial. Hacia la cabecera norte de la cuenca Quebrada El Teniente, emplazada a una cota media de 3000 m.s.n.m. existen dos pequeñas lagunas conocidas como La Huacha y La Huifa, cuyos excedentes son interceptados por dos baterías de sondajes (de 12 y 8 tiros respectivamente) ubicados hacia la zona de las ya inexistentes “Lagunas Teniente” y posteriormente, conducidas por el Adit 55 hacia la cuenca vecina del río Coya, ubicada hacia el oeste.

2.1.1 Ubicación y Accesos El acceso a la mina se realiza desde la ciudad de Rancagua a través de la carretera El Cobre Presidente Eduardo Frei Montalva, con una extensión de 47 km, uniendo dicha ciudad con Colón. Desde esta última localidad se accede por un camino pavimentado de 10 km al antiguo campamento minero de Sewell, hoy en día habilitado casi únicamente para la operación del sistema de transporte y carguío del mineral extraído desde los niveles superiores que operan hasta el día de hoy. La mina está dividida en niveles superpuestos en altura, los cuales se enumeran en forma creciente a medida que se profundiza, encontrándose actualmente distribuidos según el orden mostrado en la Tabla 1(5). Tabla 1. Cota de los diferentes niveles de trabajo en la Mina Nivel Teniente 3 Teniente 4 Teniente 5 Teniente 6 Teniente Sub 6 Teniente 7, Traspaso y Extracción Teniente 7 Teniente 8

Cota [msnm] 2399 2346 2281 2162 2101 2068

Las obras de intercepción señaladas, que actualmente captan casi la totalidad de las aguas drenadas desde la parte alta de la cuenca, fueron realizadas en un principio para impedir que éstas ingresen hacia los niveles productivos de la Mina “Quebrada Teniente” y se sobrepasan las condiciones de diseño del sistema de drenaje mina. Hoy en día estas obras permiten además, que desde esta zona se colecte gran parte de las aguas limpias utilizadas para el

2042 1983

El yacimiento El Teniente se encuentra emplazado casi en su

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secundaria de altas leyes en el pasado, quedando en la actualidad solo algunos sectores menores con dicha mena. En consecuencia, el desarrollo presente y futuro de El Teniente será solo en mena primaria. Esta última presenta menores leyes y mayor dureza de la roca, por lo tanto mayor complejidad a la extracción(3).

proceso en Sewell y como agua industrial en la mina. La actividad minera se ha desarrollado en su totalidad hacia el lado sur oriente de la cuenca de la Quebrada El Teniente. Tras varias décadas de explotación se ha generado un cráter, conocido como Cavidad El Teniente, que forma una pequeña cuenca endorreica de aproximadamente 3.66 km2 y que descarga hacia el interior de la mina. Estas infiltraciones poseen distintas características químicas dependiendo principalmente del camino que siguen las aguas y del tiempo de permanencia en la roca secundaria. Esto ha dado que, debido a su concentración de cobre, las aguas se clasifiquen en ácidas (generalmente con algún contenido recuperable de cobre) o de drenaje (con escaso contenido de cobre) (5)

El mineral que actualmente se extrae, está compuesto por un 60% de mena primaria, la cual corresponde a sulfuros de cobre, fierro, y molibdeno, con trazas de arsénico, antimonio, plomo y zinc. Las especies mineralógicas más comunes en esta mena son: calcopirita, bornita, tenantita-tetrahedrita, molibdenita, pirita. Los minerales subordinados son magnetita, galena, blenda y rejalgar. La mena secundaria, que constituye el 40% de mineral actualmente en explotación, esta formada principalmente por calcosina y covelina, calcopirita, molibdenita y pirita. Los minerales de cobre soluble son escasos y corresponden a cuprita, azurita, malaquita y cobre nativo.

Desde el inicio de su explotación (1906) a la fecha, El Teniente ha procesado más de 1.000 millones de toneladas de mineral. Actualmente, los recursos del yacimiento se estiman en 8.600 millones de toneladas, con una ley promedio de 0,72% de CuT, cifras que convierten a El Teniente en uno de los yacimientos con mayores recursos de cobre en el mundo, de los cuales el 20% corresponden a la categoría de reservas medidas y el 15% a la categoría de reservas indicadas.

Las proporciones antes mencionadas varían en el tiempo, de acuerdo con el progreso de la explotación del yacimiento. De esta manera, la proporción de mena secundaria disminuye en función del tiempo y la profundidad de la explotación, determinará cambios importantes en la ley de cobre y en otras propiedades que afectan a los resultados del

Del yacimiento El Teniente se extrajo prácticamente toda la mena

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proceso de concentración(2).

conminución

chancadores, para reducir el tamaño de la roca y seguir camino hacia la planta de molienda, donde alcanza el tamaño óptimo para ser flotado. La corriente de agua y mineral que fluye de los molinos es acondicionada con reactivos para ingresar a las columnas de flotación.

y

2.1.2 Proceso productivo (4) El Teniente cuenta con dos complejos industriales, Sewell y Colón, además de un chancador primario al interior de la mina, en los cuales se procesa todo el mineral para la obtención del concentrado final de cobre. Actualmente El Teniente procesa alrededor de 126.000 tpd de mineral seco.

Las principales características del material que alimenta la flotación rougher son: Cu Mo Sólido +100 mallas Tyler

El acceso a los complejos se realiza a través de: Teniente 8 (1983 m sobre el nivel del mar) que conecta su parte inferior con la planta concentradora (Colón) y Teniente 5 (2150 m sobre nivel del mar), que sale de la parte superior de Sewell (antiguo campamento), para alimentar el concentrador de dicho campamento. La extracción del mineral se realiza mediante el sistema de “hundimiento de bloques”. Este método consiste en socavar con explosivos bloques rectangulares de 80 por 100 m y de 120 a 180 m de alto, con cerca de 5 millones de toneladas de mineral y mediante piques especiales, provocar la caída del mineral quebrado cual es transportado a los concentradores de Sewell y Colón.

= = = =

1,1 % 0,023 % 34 % 23 %

Este proceso selectivo permite recuperar el molibdeno y el cobre presente principalmente como calcopirita. El mineral de cobre (concentrado) ingresa a la etapa de flotación diferencial para separar el concentrado de cobre, del concentrado de molibdeno. La cola que contiene agua, aditivos y minerales de ganga, es enviada a los espesadores para la recuperación del agua. El relave espesado ingresa a la canoa de relave que desemboca, tras recorrer un trayecto cercano a los 85 km, en el embalse Carén, ubicado en la cordillera de la costa, comuna de Alhué. A continuación en figura 1 se presenta un diagrama de flujo del proceso de concentración.

Concentrador

El concentrado de cobre con un 31% de ley, es enviado como pulpa hacia la fundición de Caletones a través de

Estas plantas cuentan con buzones de recepción del mineral, el cual es distribuido mediante correas transportadoras hacia los

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vez que una fracción del concentrado circula por el secador rotatorio, el que es transportado mediante correas hacia la planta de fluosólido, que tiene por función secarlo hasta 0.2% en su planta de secado (lecho fluidizado) y distribuirlo en forma neumática hacia los equipos de fusión.

cañerías de 8” de diámetro y 3 km de largo. Fundición Ubicada en el sector de Caletones , tiene por objetivo tratar el concentrado de cobre y transformarlo en productos comerciales a la forma de lingotes de cobre refinado a fuego(RAF) y ánodos de cobre.

La actividad principal en Caletones es la fusión del concentrado para la producción de cobre. Esta se realiza en la sección denominada “FusiónConversión” (FUCO), donde se encuentran los equipos de proceso.

El proceso se inicia con la extracción de agua desde el concentrado mediante filtros a presión generando un producto con 12% de humedad. Posteriormente, se obtiene un concentrado de 8% de humedad, una

Figura 1. Diagrama de flujo del Proceso de Concentración de “El Teniente”.

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El cobre blister (líquido) se lleva a los hornos basculantes para producir cobre refinado a fuego (RAF), con un 99.92% Cu o cobre anódico, con un 99.6% Cu. En ambos procesos, el cobre es sometido a una oxidación con aire y adición de fundentes para la eliminación de impurezas disueltas, y a una posterior reducción mediante la inyección de una mezcla vapor-combustible para disminuir el oxígeno solubilizado.

Convertidores La conversión consiste en la eliminación de azufre y fierro, mediante oxidación selectiva con aire enriquecido en un fundido a 1200 ºC aproximadamente. El fundido al interior del Convertidor Teniente (CT), se separa en dos fases: eje, que es la fracción más pesada, mezcla de sulfuros de cobre y fierro que se va al fondo y escoria, la más liviana, con 6% de cobre que es extraída por rebalse. Este proceso se realiza en dos etapas, una en el Convertidor Teniente y la otra en los Convertidores Pierce Smith.

Finalmente, el cobre RAF es vertido en la rueda de moldeo que proporciona la forma comercial de barras de cobre: lingotes de 24 kg aproximadamente y el cobre anódico se moldea en dos tamaños (275 kg y 375 kg) dejándolo apto para ser electrorefinado.

El convertidor Teniente es un reactor líquido-gas en el cual se inyecta concentrado seco (0.2% humedad) y aire enriquecido mediante toberas sumergidas. El baño permanece líquido gracias a las altas temperaturas alcanzadas por las reacciones que en él ocurren, lo que le permite ser un reactor autógeno. El producto principal de esta etapa es el “metal blanco” que contiene entre 74% y 76% Cu, principalmente como sulfuro.

Hornos de Limpieza de Escorias La escoria generada en los convertidores Teniente es enviada a los hornos de limpieza, cuya función es extraer el cobre que se encuentra atrapado de forma mecánica, principalmente como sulfuro. Esto se logra mediante la disminución de la viscosidad de la escoria, al reducir la magnetita a wustita, a través de la inyección de carboncillo o petróleo por toberas sumergidas. La mata obtenida retorna a los convertidores Teniente para su reprocesamiento, mientras que el resto, con un % Cu inferior al 1%, es enviado a botadero. A continuación, en la Figura 2 se presenta un esquema de las etapas de producción en la fundición y dirección de cada uno de sus flujos.

La segunda etapa se realiza en los convertidores Peirce Smith (PS) que recepcionan el metal blanco. La reacción principal es la oxidación del sulfuro de cobre con oxígeno para generar cobre blister y anhídrido sulfuroso según: (Cu2 S ) + (O2 ) ⇔ 2(Cu) + (SO2 ) Ec.1. Esta etapa conceptualmente no genera escoria. Hornos de Refinado y Anódicos

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Polvo

Gases

Carga Fria Fina

Metal Blanco

Concentrado de Cobre

Mazamorra

Fundente

Escoria RAF y Anodo

CT

Aire 34% O2

Escoria CT Metal Blanco

Polvo

Gases

Carga Fria Gruesa

Metal Blanco Fundente

CPS Aire

Mazamorra

Cobre Blister

Gases Escoria

Aire Enr. O2 Petroleo

HLE

Aire Carboncillo Metal Blanco Cobre

Escoria Final

Escoria Botadero

Gases

Gases Fundente

Fundente Aire

Aire Petroleo

RAF

Petroleo

Reductor

Reductor

HA

Escoria Anodo

Escoria RAF

Cobre Rechazo CobreAnódico Cobre RAF

Figura 2. Esquema de las etapas productivas y flujos másicos en la Fundición Caletones

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4. ESCENARIO DEL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS DE DRENAJE DE LA DIVISIÓN EL TENIENTE A FINES DE LA DÉCADA DEL 70 Y EL PROBLEMA?(6)

3. EFECTOS HIDROLÓGICOS DE LAS ACTIVIDADES MINERAS(5) Las labores mineras pueden incidir de forma diferenciada sobre las aguas subterráneas y las superficiales. Las minas de gran tamaño y profundidad pueden interceptar enormes volúmenes de agua. La minería en profundidad interfiere fundamentalmente con las aguas subterráneas, aunque también está relacionada con las aguas superficiales a raíz de fenómenos de subsidencia y descarga. Las escombreras y depósitos de estériles procedentes de minería subterránea dan lugar a problemas de gestión del agua semejantes a los producidos en minería superficial. Asimismo, las aguas empleadas en el proceso posterior a la extracción pueden suponer una fuente de contaminación.

4.1 Presentación del problema En el Mineral El Teniente se producen filtraciones a través del material fracturado de aguas provenientes del Río Teniente y del derretimiento de la nieve caída sobre el cráter de la mina y su hoya tributaria. Estas aguas con contenido de cobre que fluctúan entre O y 2.900 p.p.m, con un pH entre 2,5 y 3,3 y una gran cantidad de sólidos en suspensión, son recolectadas por medio de canaletas en los Niveles Tte.5 y Tte.3 respectivamente, para ser enviadas por medio de un túnel “Adit de Drenaje” al Río Teniente, produciendo contaminación en su hoya hidrográfica.

Tanto la minería a cielo abierto como la subterránea producen alteraciones de la hidrología de la zona donde se ubican pudiendo dar lugar a: descensos de los niveles piezométricos regionales, incrementos del caudal de los cauces cercanos a partir de la descarga de aguas bombeadas en el interior de las minas e intrusiones aguas salinas y contaminación de acuíferos.

El régimen de deshielo de las aguas colectadas en el Nivel Tte.3, es función de las precipitaciones, onda de deshielo y retardo provocado por el material fracturado. El régimen de deshielo de las aguas del Nivel Tte.5, es a su vez función de las precipitaciones, onda de deshielo y retardo provocado por el relleno del Río Teniente y masa de roca fracturada que deben atravesar. Mediciones de caudal y análisis de muestras realizadas en Adit drenaje

31

Controles efectuados a partir de 1977 sólo para el Nivel Tte.3 de la Mina, entregan caudales y concentraciones de cobre fluctuantes entre 38 y 138 l/s y-1.300 a 3.000 p.p.m. respectivamente.

antes de su descarga al Río Teniente, han permitido obtener la siguiente información: Caudal l/s Contenido de cobre p.p.m. pH promedio Sólidos en suspensión p.p.m

165 a 592 290 a 720

Controles posteriores para el nivel Tte. 5 determinaron

3.3 160 a 610

Como solución de emergencia a este problema de contaminación, se construyó una cámara de captación y su correspondiente tubería, para transportar dichas aguas hasta el estanque cabeza del Concentrador Sewell, estanque que alimenta principalmente a las diferentes etapas de molienda del Concentrador. Esta solución de emergencia, en vías de ser puesta en operación, significa captar desde Adit drenaje entre el 27% y el 100% del caudal total requerido por molienda del Concentrador Sewell (580 l/s aprox.). Los posibles deterioros en los equipos de molienda producidos por el pH 3-3,3 de estas aguas, obligan a considerar como transitoria esta solución.

-

Existencia de caudales importantes de agua con contenido de cobre hasta 900 p.p.m. que obligan a replantear la capacidad de la planta de SX-EW inicial de 3.000 a aprox. 5.000 toneladas al año.

-

Posibilidad de separar y conducir las aguas de drenaje mina de los:niveles Tte.3 y Tte.5 en dos grandes caudales a saber:

a) Aguas con contenido de cobre inferior a 15 p.p.m y un pH promedio de 5.13. b) Aguas con un contenido- de cobre superior a 500 p.p.m y un pH promedio 3,2 (denominadas:“Caudal Planta”). Determinar los caudales y sus respectivas concentraciones de cobre de los diferentes flujos que conforman el “Caudal Planta”.

Para dar solución definitiva al problema de contaminación del Río Teniente y poder recuperar el cobre en solución existente en las aguas de drenaje mina, se estudio en División El Teniente aproximadamente desde 1978 la aplicación del proceso de Extracción por SolventesElectrobtención de cobre (SX-EW).

Para el presente estudio, se han determinado “caudales planta” correspondientes a un año de precipitación normal (empleado en la evaluación de los beneficios

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obtenidos) y a un año similar al presente año (utilizado para determinar la capacidad de la planta). Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre TOTALES

Estos caudales se indican en Tablas 1 y 2.

Tabla 1. Para un año de precipitación normal. Caudal Concentración Nº Tonelaje de l/s (p.p.m) días/mes Cu por día** 13,30 30 770 200 10,87 28 740 170 10,18 31 760 155 11,24 30 765 170 8,87 30 933 110 7,31 30 995 85 8,81 31 1.020 100 9,07 31 1.050 100 10,54 28 1.220 100 13,17 31 1.268 120 14,11 30 1.210 135 16,85 31 780 250 361

141

** Contenido total de cobre en caudal planta

Tonelaje de Cu mensual** 399 304 316 337 267 219 273 281 295 408 423 522 4.044***

**** Tonelaje promedio diario: 11,2 Ton. métricas de Cu

Tabla 2. Para el presente año. Mes

Caudal l/s

Concentración (p.p.m)

Nº días/mes

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio* Agosto* Septiembre* Octubre* Noviembre* Diciembre*

270 230 210 230 150 115 135 130 130 160 180 335

770 740 760 765 935 995 1.020 1.050 1.220 1.270 1.210 780

30 28 31 30 30 30 31 31 28 31 30 31

TOTALES

190

361

* Valores proyectados ** Contenido total de cobre en caudal planta *** Tonelaje promedio diario 15,02 ton. .métricas de Cu.

33

Tonelaje de Cu por día** 17,96 14,70 13,79 15,20 12,12 9,89 11,90 11,79 13,70 17,56 18,82 22,58

Tonelaje de Cu mensual 539 412 427 456 364 297 369 366 384 544 565 700 5.423***

a) Dado el hecho de que el caudal de agua a tratar varía notablemente durante el año, es necesario introducir una recirculación de acuoso en cada una de las etapas de extracción. Esto origina una variación en la relación cobre-fierro y aumento de la concentración de ácido, que podrían afectar la recuperación de cobre.

4.2 Consideraciones para el diseño de la planta SX-EW Para aplicar el proceso de SX-EW, en la recuperación del cobre en solución existente en las aguas de drenaje mina, se han considerado los siguientes aspectos: Filtrado El alto contenido de sólidos en suspensión existente en las aguas de drenaje mina, no permite tratarlas directamente en un proceso de extracción por solvente. En la práctica, se ha demostrado que niveles aceptables de barros se forman cuando el contenido de sólidos en la solución de alimentación es menor a 25 p.p.m. En este caso, el contenido de sólidos fluctúa normalmente entre 200 y 500 p.p.m, lo que indudablemente provocará cantidades excesivas de barros.

b) Una planta diseñada para un caudal de 250 l/s, con dos etapas de extracción en serie, podría procesar 500 l/s, si dichas etapas se conectan en paralelo, esto, sólo disminuyendo el % de recuperación En atención a la fuerte variación de caudal que experimentar las aguas de drenaje mina (entre 85 y 335 l/s), es indispensable considerar este tipo de diseño de la planta, con el objeto de disminuir la capacidad instalada, y por ende, la inversión.

Extracción Los mezcladores mixer de las etapas de extracción, son diseñados para trabajar con una relación constante de orgánico/acuoso (O/A), siendo en este caso la relación 1/1. Es decir, si se diseña un mezclador para 250 l/s, siempre deberá trabajar mezclando 250 l/s de orgánico y 250 l/s de acuoso.

4.3 Descripción del Proyecto La descripción se basa en el trabajo realizado por las firmas "Holmes and Narver" y MN Ingenieros en abril de 1981, denominado "Estudio TécnicoEconómico Planta Cu SX-EW, División El Teniente", que contempla los siguientes aspectos: -

Considerando lo antes expuesto, se tiene:

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anteproyecto de la planta Cu Sx

-

listado de equipos

-

programa de construcción

-

consumos eléctrica

-

necesidades de Mano de Obra y requerimientos de operación

-

costo de capital estimado

de

alternativas, según sea el lugar de emplazamiento de la planta:

energía

Sewell Considerando que en el Concentrador no se agrega agua de alimentación a flotación, se deberá neutralizar la totalidad de los refinos, modificando el valor de su pH de 1,9 a 6 ó 7. Colón

La planta diseñada por Holmes and Narver y MN Ingenieros, corresponde a un caudal y producción de cobre nominales de 250 l/s y 5.760* Ton. anuales respectivamente.

Utilizar directamente el refino en los rebalses de los hidrociclones ubicados después de molienda, en reemplazo del agua de alimentación a flotación, hasta un caudal máximo de 172 l/s. Los excesos a este caudal deberán ser neutralizados; para ser utilizados como agua industrial.

Consideraciones Técnicas En el diseño de la planta SX-EW, se han tomado las siguientes consideraciones técnicas: disposición de refinos, capacidad de la planta, localización de la planta, temperatura del agua de la mina, contenido de sólidos en las aguas de la mina.

4.3.2 Capacidad de la planta La capacidad de la planta para el presente estudio, se ha determinado a partir de la premisa de que la operación debe ser normal (etapas de extracción operando en serie) para el 90% del año. Durante el 10% restante del año, la planta se haría funcionar con las etapas de extracción en paralelo, doblando con esto la capacidad de caudal a tratar, pero reduciendo la eficiencia de recuperación.

4.3.1 Disposición de Refinos Las. aguas de drenaje mina procesadas en la planta Cu Sx, tienen al abandonar la planta un bajo valorde pH, fluctuante entre 1,6 y 1,9 y han sido denominadas en este estudio como refino.

4.3.3 Ubicación de la planta

Los estudios efectuados con el Departamento Concentrador (Anexo "D") sobre el destino de los refinos de la planta Cu Sx, permiten, a la fecha, plantear las siguientes

Se contemplan cuatro alternativas de localización de la planta: Barahona, Colón y dos alternativas en Sewell,

35

4.3.4 Temperatura del agua de la mina

5. CONCLUSIONES Los beneficios directos del presente proyecto corresponden a una producción media de 3.760 Ton/año de cátodos de cobre de pureza superior a 99,9% y a un ahorro bruto de ácido sulfúrico de 21.000 Ton/año, generado por la utilización de refino de la planta Cu SX en alimentación a flotación Concentrador Colón.

La temperatura del agua de la mina a tratar en la planta Cu Sx, es más fría que la corrientemente usada en la alimentación a una planta de extracción Sx. Esto da como resultado, tener que usar superficies mayores en el decantador, produciendo por lo tanto, un impacto en los costos de la planta. La selección de este caudal de diseño planta, se basa en la información estadística de las aguas de drenaje mina existente a febrero de 1981.

A partir del análisis de los caudales de las aguas de drenaje Mina disponibles en los diferentes meses del año, se determina una planta de 250 l/s y 5.760 Ton/año de cobre como capacidad nominal.

4.3.5 Contenidos de sólidos del agua de la mina

La inversión total de este proyecto es de US$ 22.763.087 cifra que incluye un monto de US$ 2.066.580 por concepto de aumento de costo de materiales y equipos importados a comprar en 1983. El 66% de la inversión corresponde a moneda nacional y un 34% a divisas.

Como ya se ha indicado es indispensable filtrar las aguas de drenaje antes de ser procesadas en la planta SX. Esto, debido a su alto contenido de sólidos en suspensión.

Para los efectos de este estudio, Holmes and Narver ha considerado cuatro filtros de arena operando en paralelo. El Departamento Ingeniería General estima necesario profundizar los estudios sobre esta materia, orientándolos a la aplicación de floculantes.

El costo de la libra de cobre producida en la Planta SX-EW, incluida su amortización, es de US¢ 49.6/lb, expresado para 1981. Los indicadores correspondientes, se cuado adjunto.

económicos señalan en

En atención a que la rentabilidad del proyecto depende en parte del beneficio producido por el ahorro de ácido sulfúrico en el concentrador, la

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5.000 Ton/año, producto de los resultados de las nuevas mediciones de caudal y concentración de cobre efectuadas en el Nivel Teniente 5 de la Mina.

evaluación considera la existencia de proceso ácido en el Concentrador Colón. Si el proceso es básico, el proyecto no es rentable. Se modifica la capacidad de la Planta SX-EW, contemplada en de 3.000 a

Indicadores Económicos Valores al año 1982. Cu

85 US¢/lb A/I D/I

VAN

7.30

5.99

12.66

10.09

18.67

14.48

36

26

45

32

59

39

0.64

0.50

1.12

0.84

1.65

1.21

(US$+E6) TIR (%)

105 US¢/lb A/I D/I

Serie Codelco A/I D/I

IVAN

VAN

Correspondiente al ahorro de ácido considerando en la evaluación.

A/I

D/I

6.44 (US$+E6)

4.94 (US$+E6)

Evaluación basada en: 1. Consideraciones: a) Proceso ácido. b) Refinos a flotación del Concentrador Colón y excedentes a Neutralización. c) Precipitaciones correspondientes a un año normal. d) Capacidad Nominal de la Planta: 250 l/s. 2. Inversión: US$ 20.696.507.- , US$ 2.307.039.-

Costos de Operación y Mantención anual:

3. Beneficios: a) Recuperación del cobre de aguas de drenaje Mina: 3.760 Ton/año. Ahorro de ácido sulfúrico: 21:000 Ton/año.

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REFERENCIAS [1] AMARO SOTO, CLAUDIA. “Clasificación geometalúrgica de sectores mina, estudio de mejoramiento de la recuperación de cobre en minerales de dilución del sector Quebrada Teniente”, Memoria Título Universidad de Concepción, Depto. Ingeniería Metalúrgica, Concepción, Chile. 31-08-1998 [2] UNDA DELGADO, JACQUELINE. ”Estudio de colectores más selectivos a la pirita y tenantita-tetrahedrita en El Teniente Codelco Chile”, Memoria Título Universidad de Concepción, Depto. Ingeniería Metalúrgica, Concepción, Chile. 042003 [3] GOLARTE GUAJARDO, CLAUDIA. “Aplicación del análisis de imágenes con el software KS 300 a la microscopía para la automatización de análisis mineralógicos”, Memoria Título Universidad de Concepción, Depto. Ingeniería Metalúrgica, Concepción, Chile. 11-2004. [4] ROA ARANEDA, MARGARITA. ”Comportamiento del As, Sb y Bi en los polvos de fundición durante el proceso de fusión en el convertidor Teniente y opciones de tratamiento”, Memoria Título Universidad de Concepción, Depto. Ingeniería Metalúrgica, Concepción, Chile. 12-2004. [5] ARAVENA ARAVENA, PRISCILLA. “Factibilidad técnica de abatimiento de sulfato en aguas de drenaje de mina División El Teniente de Codelco –Chile”, Memoria Título Universidad de Concepción, Depto. Ingeniería Metalúrgica, Concepción, Chile. 09-2009. [6] Informe Interno, “Estudio de Pre y Factibilidad de: Planta Industrial de Extracción de Cobre por Solvente a partir de aguas de drenaje” División El Teniente de Codelco-Chile, Rancagua-Chile. Julio-1981.

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Explotación de Hidrocarburos por Acceso Directo Nuevo ambiente subterráneo

JOSE ENRIQUE SANCHEZ RIAL* JUAN PABLO FERREIRA CENTENO** *Jefe Departamento Evaluación y proyectos Mineros Secretaría de Minería de Córdoba – [email protected] **Jefe división Sensores Remotos y sistemas de información geográfica – Secretaría de Minería de Córdoba [email protected]

Resumen: Los métodos de extracción de hidrocarburos accediendo a ellos de manera tan directa como lo hace la minería tradicional son tratados en el siguiente trabajo. (ACPYG – Acceso por pique y galería). Se puntualizan las condiciones “mineras” y geotécnicas de un depósito de petróleo para que pueda ser aprovechado por este método. Se plantean las dificultades técnicas que hicieron desistir los intentos anteriores y se describe brevemente las formas propuestas y actualmente llevadas adelante. Se describen algunas de las dificultades ambientales que habrán de presentarse durante la construcción y luego en la operación tanto del pique como de las galerías y, de las perforaciones dirigidas desde las salas de captación. Se ponen a consideración los posibles impactos económicos de esta metodología y las condiciones geotécnicas que limitarían la universalización del uso. Se ponen de manifiesto los riesgos de considerar esta metodología como asimilable a cualquiera de las ya conocidas en los depósitos sólidos. Se dirige la atención de la red MASYS sobre la importancia de incluir el “minado” de hidrocarburos en la agenda de trabajo. Abstract: Methods for extracting hydrocarbon accessing the deposit as directly as traditional mining does are described in this paper. (SATAC – Shaft and tunnel access). The most important geotechnical and “mining” conditions of an oil deposit to be exploited by this method are specified here. The technical difficulties that make stop projects in the past are pointed here and, the new ways proposed and carried out nowadays are described in this paper. The environmental problems that will be present during the construction and operation of the tunnel, the galleries and the drills and pumping stations are described here. The possible economic effect of this technology and the geotechnical conditions that limits its expansion all over the world are discussed here. The risks to consider this method comparable to any other already known for traditional mining is here take into account. The inclusion of the “mining” of hydrocarbon in the MASYS project agenda is recommended here.

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Introducción La industria de los hidrocarburos, al igual que muchas otras, se ha nutrido en particular de conceptos científicos, técnicas y paradigmas de la minería tradicional y de la hidrología. De esta herencia a cosechado una enorme cantidad de éxitos así como algunos fracasos derivados de asumir analogías que en realidad no existen. Mucho se ha escrito sobre la escasez de los hidrocarburos y la posibilidad cada año anunciada mas cercana del agotamiento total y de la necesidad de buscar fuentes alternativas de energía. Estas nuevas tecnologías se desarrollan lentamente y, pese a que algunas, al menos en principio son mas “limpias” y “eficientes” no logran comenzar a ser un competidor serio de la industria tradicional. Es entonces que, mientras las nuevas formas de producción energética se mueven lentamente de la ciencia a la tecnología y de ésta a la producción, la industria de los hidrocarburos continúa prospectando, explorando y desarrollando nuevas cuencas. Todo pareciera indicar que, al final de la aplicación de todos los procesos de recuperación, algunos de ellos cuasi experimentales se puede llegar a obtener el 25 % del total de las reservas de un depósito de hidrocarburos. De este modo, los escenarios de escasez siempre se mueven hacia el futuro pero la industria sabe que están ahí. Esta es la razón fundamental por la cual además de la búsqueda de nuevos depósitos, se invierten ingentes cantidades de dinero en aumentar la cantidad de material útil que se puede extraer de un yacimiento con rendimiento económico. No es de extrañar entonces que constantemente se vuelva a insistir con el acceso directo a la “mena” de material impregnado en hidrocarburos. En estos últimos años se han producido algunas mejoras notables en la tecnología de materiales que han permitido el desarrollo de máquinas que soporten de manera económica la excavación de piques hasta mas de 1000 metros de profundidad y acceder a las zonas mineralizadas. El proceso de acceso por pique y tunel (SATAC por sus siglas en inglés Shaft And Tunnel Access) se presenta como una alternativa interesante que preconiza haber logrado aumentar la recuperación de material útil hasta mas de un 50 % del total del depósito, siguiendo una serie de premisas que se verán en este trabajo. Antecedentes Es sabido que las primeras explotaciones de hidrocarburos aprovecharon la presencia de los aceites en superficie. Es también conocido que este material no se consideró durante mucho tiempo algo esencial para la civilización pero todo terminó con el motor de explosión interna.

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A partir de la demanda sostenida nació una industria que, hasta el momento, utiliza versiones, mejoradas, año a año de perforación y bombeo. Sin embargo han existido numerosos intentos de acceder a las zonas mineralizadas por medio de laboreos semejantes a los que se utilizan en la extracción subterránea tradicional. Durante varios años este sistema se limitó a abrir pequeños pits en los lugares de afloramiento natural y la construcción de conducciones de madera. Estos aceites se usaban para lubricación de máquinas, lámparas e incluso medicinalmente. El primer intento bien documentado de llevar adelante una perforación para acceder a los hidrocarburos, data del pozo de Drake en 1859, llamado así debido a que el Sr. o “Coronel” Edwin Drake fue el responsable de introducir el encamisado o entubado de las perforaciones. Este pozo se ubica en la pequeña localidad de Titusville , del noroeste de Pensilvania en los Estados Unidos. La fotografía de la figura 1. muestra la granja de alquitrán tal como se la conocía durante el período de operación.

Figura 1. Granja de alquitrán – 1: Pozo Phillips – 2: Pozo Woodford)

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En esta misma figura puede verse la estructura del pozo Phillips que llegó a producir 4000 barriles de aceite por día y del pozo Woodford que produjo 1500 barriles por día en su mejor momento. Sin embargo hubo, a lo largo de la historia de los hidrocarburos, numerosos intentos para construir un pique y acceder de modo directo a los hidrocarburos. Se mencionan intentos no documentados muy anteriores al auge de los combustibles fósiles tanto en Burma como en India. El primer intento norteamericano se llevó a cabo cerca de Tarentum en el condado Allegheny, cerca de Pittsburgh en los estados unidos a finales del año 1859. Era conocido el hecho de que una tercera arenisca productora de petróleo tenia una profundidad local de 780 m y el pique solo alcanzó los 62 m por lo que es obvio que no alcanzó a producir nada. Aunque las paredes salinas siempre estaban impregnadas con hidrocarburos, por lo que la explosión de gas natural causada por una linterna mató el capataz y terminó el proyecto. Igual destino tubo un segundo pique. Un tercer intento de la misma compañía terminó con un pique de aproximadamente 3 por 6 m de ancho intentaba alcanzar la arena productiva a los 196 m de profundidad pero la presencia de gas y el temor a una explosión cerraron la operación cuando alcanzaron los 62 m. Se ejecutaron además cierta cantidad de galerías que luego se profundizaron para alcanzar las zonas productivas o de pay con cierto grado de éxito. Se debe mencionar los trabajos realizados también en Pechelbronn, Alsacia1, anteriores a los trabajos en Norteamérica y que de hecho sirvieron como ejemplo para esas faenas. Los trabajos mineros en esta zona de Europa se citan en 1745 donde se excavaron galerías para alcanzar la zona de pay que había sido aprovechada hasta ese momento en forma directa de los derrames en superficie que ya eran mencionados en 1498 durante la edad media. Es obvio que en este caso los componentes volátiles ya habían escapado y por ende el producto a beneficiar era un petróleo pesado o alquitrán. Sin embargo este antecedente es el de la primera concesión minera para hidrocarburos. Por otro lado esta baja concentración de volátiles permitía la construcción de estas faenas mineras y es, como veremos luego una de las condiciones para que un proyecto de esta naturaleza tenga cierto grado de éxito. Estos territorios que pertenecían a Alemania fueron una importante fuente de petróleo para este país. En 1917 debido a la imposibilidad de obtenerlo de fuentes externas con excepción de Rumania, Alemania debió construir otro pique que aumentara su producción al norte de Pechelbronn. Este pique de 5 m de diámetro alcanzó los 194 m de profundidad y llego a producir 40.000 barriles en ese año y 127.000 al año siguiente. 1

Francia en la actualidad

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Otros piques fueron construidos en 1918 año final de la guerra pero no se forzó su explotación hasta que no se construyeron los piques de ventilación. Entre los tres pozos llegaron a producir 184.000 barriles en 1918 y, debemos tener en cuenta que los 500 pozos tradicionales que existían en ese momento llegaban a producir 254.000 barriles en total con lo cual la eficiencia de esta metodología estaba mas que probada. De manera análoga es necesario mencionar los piques excavados en Burma en 1912 que se usaban como verdaderos aljibes de petróleo y eran drenados a mano por medio de baldes. 80

Piques

Pozos

Total

70

60

Prod. Tm.

50

40

30

20

10

0 a1917

a1918

a1919

a1920

a1921

a1922

a1923

a1924

a1925

a1926

a1927

a1928

Figura 2. Producción de petroleo (extractado de G.S. Rice. Minning Petroleum by underground methods) Mejoras sucesivas en los métodos de perforación tradicionales permitieron el acceso a niveles cada vez mas profundos mientras que los costos de los métodos tradicionales se elevaron mas y mas hasta hacer que esta metodología fuera casi abandonada hasta hace relativamente poco tiempo. El método de “minado” fue reflotado una y otra vez y ha alcanzado cierto nivel de éxito en el aprovechamiento de pizarras bituminosas. Los intentos más actuales En general, las faenas de recuperación de hidrocarburos que impregnan una roca se realizan por medio del retiro del material en una faena a cielo abierto y no son objeto de este trabajo. Sin embargo tanto la presión ambiental como la necesidad de

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explotar mantos mas profundos aunque semi horizontales ha llevado al planteo de técnicas específicas con el uso de tuneleras. El método que se ilustra en la figura 3 ocupa importantes áreas del terreno y el material útil es recuperado por distintos medios dejando una broza impregnada de difícil tratamiento ambiental. En la figura 4 se ilustra el conocido método de pared larga para extracción de carbón que ha servido de antecedente para otros intentos subterráneos de aprovechamiento de hidrocarburos con el uso de tuneleras o TBM (Túnel Boring Machine). En este esquema la máquina tunelera se mueve entre dos quebradas sobre un estrato subhorizontal que contiene los hidrocarburos de manera que puede recuperarse e iniciar el proceso en el sentido inverso. Los aspectos más importantes de esta metodología se ilustran en la figura 5. En ella se puede ver una máquina tunelera que avanza directamente sobre el manto mineralizado el cual arranca por su propia rozadora. Este material se transporta al exterior sea por bombeo de lodo en algunos casos o por cinta transportadora en otros, siguiendo un túnel de servicio del diámetro adecuado y que es la única comunicación entre la TBM y el exterior.

Figura 3. Explotación de hidrocarburos en pizarras

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Figura 4. Explotación de Carbón por el método de pared larga. El túnel mayor se rellena por la misma tunelera con broza que le llega por la misma galería de servicio. El esquema numerado de la figura puede resumirse de la siguiente forma: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

7. 8. 9.

Cabezal rotativo con herramientas de corte e inyección de agua con temperatura. Esta cabeza arranca el material lodoso y lo introduce a la cámara siguiente que actúa como un molino autógeno. Zona de eje de rotación y molino autógeno el material molido sale por presión en la parte baja al mezclador de lodo. Ingreso de agua caliente a los chorros de inyección en el cabezal rotativo Intercambiador de calor o pulmón de agua caliente a presión Parte del agua se deriva al mezclador de lodo para lograr una mezcla con la densidad adecuada al bombeo Mezclador de material proveniente del molino autógeno con agua para lograr una consistencia de lodo adecuada al transporte. Este material se deriva al hidrociclón de separación de bitumen de la arena bituminosa (por arriba) y el material de relleno (por debajo). Esta facilidad de separación puede ubicarse directamente en superficie. Cola del hidrociclón conteniendo arena gruesa sin alquitrán que se deriva al relleno posterior a presión. Hidrociclón Material bituminoso con arena fina que se deriva a superficie

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10. Pistones de aplicación de empuje sobre la parte posterior. Este empuje compacta las colas de relleno en la parte posterior y al mismo tiempo provee presión de avance al cabezal rotativo. 11. Primera posición de empuje posterior 12. Segunda posición de empuje posterior 13. Boquilla de inyección de colas de proceso como relleno posterior. 14. Zona de relleno posterior con arenas gruesas supuestamente libres de alquitrán. Este material puede provenir de la facilidad interna para separar los bitúmenes de las arenas (hidrociclón) o por el contrario directamente de las instalaciones de la superficie. 15. Túnel de servicio supuestamente libre de presión de gases y de peligro. Por este túnel se transporta material crudo o elaborado hacia el exterior, colas de arena gruesa hacia el interior, y aire fresco. Supuestamente también se conduciría agua de escurrido de las colas de relleno posterior al ser compactadas y gases derivados del yacimiento.

Otra posibilidad que se ha estudiado en cierto detalle es la de agregar a la sarta de la tunelera una unidad de recuperación de manera de bombear los hidrocarburos al exterior y disponer de la broza de inmediato. Esta posibilidad tiene el problema de que la mayor parte de las operaciones de recuperación requieren el uso de calor y la producción de gases de hidrocarburos en un ambiente cerrado como ese lleva a la posibilidad de explosiones. Todos estos métodos tanto a cielo abierto como subterráneos pueden ser considerados de tipo indirecto, habida cuenta que en realidad se produce un minado de roca que contiene una substancia útil que se recupera luego por alguna técnica en particular. Minado directo de petróleo El minado directo de petróleo implica acceder de algún modo a roca conteniendo hidrocarburos y recuperarlos sin la extracción de las mismas. Como ocurre habitualmente la metodología resulta de la combinación de técnicas de la minería tradicional, de la hidrogeología, de la ingeniería del petróleo, y de muchas otras mas incluso de las mas insospechadas. Como ocurre en muchos casos de saltos tecnológicos gran parte de los procesos no tienen aún el carácter público y están protegidos por patentes. Sin embargo, la necesidad de financiamiento obliga a que las compañías publiciten los proyectos para los que requieren fondos eso ha hecho que sea posible registrar algunos de los casos mas notables. Las metodologías de trabajo que se han planteado hasta el momento tienen patentes de invención desde comienzos del siglo XX hasta la actualidad. En esencia el esquema de trabajo que se esquematiza en la figura 6 consiste en la excavación de un pique o shaft de bombeo o extracción hasta una profundidad inferior al

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horizonte que contiene los hidrocarburos, un pique de ventilación de la misma profundidad, galerías horizontales o subhorizontales de acceso por debajo del mismo horizonte y dejando un espesor suficiente de roca estéril que actúa de escudo y bóvedas de hincado o extracción desde donde se perforan pozos horizontales o subhorizontales entubados que tienen el doble propósito de guiar una determinada cantidad de hincados en el horizonte productivo y la conducción de los hidrocarburos por gravedad a la zona de bombeo ubicado en la misma cámara. Este proceso puede ayudarse por medio de pozos verticales normales para la recuperación secundaria que producen el empuje de los hidrocarburos hacia la zona de drenaje sea hidráulicamente, por vapor o por combinaciones de técnicas de recuperación. La figura 6 ilustra brevemente el esquema y en ella podemos ver las dos formas de acceso que se han planteado hasta el momento. Para que esta metodología que en planteo puede resultar sencilla tenga alguna posibilidad de éxito se tienen que dar una serie de condiciones a saber: • El horizonte conteniendo los hidrocarburos debe haber sido depletado de volátiles sea por explotación o naturalmente. • La presión hidrostática del horizonte productivo debe haber sido casi totalmente eliminada por la explotación tradicional. • No debe contener hidrocarburos secos pero se admite una alta viscosidad. • Debe existir un nivel geológico inferior de cierta calidad geomecánica que permita el excavado de las galerías y las cámaras de hincado. • Este nivel debe ser lo suficientemente espeso como para poder dejar un techo por sobre los laboreos horizontales o subhorizontales de no menos de 50 m de espesor.

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Figura 5. Método OSUM de minado de hidrocarburos.

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• • •

• •

El dominio legal de la concesión debe estar asegurado por un mínimo de 25 años a los fines de asegurar la recuperación de las inversiones. Es conveniente que no se estén realizando operaciones de explotación tradicional en un área cercana a la de la explotación por el método de minado Esta última condición lleva a que, el área de dominio de la concesión deberá ser lo suficientemente grande como para que la zona de explotación directa o de drenaje gravitacional por el método SATAC (Shaft and Tunnel Access) no afecte concesiones vecinas. La profundidad de estas labores tiene por el momento un límite en los 2000 m. La porosidad del yacimiento repletado debe ser importante y la suavidad de las paredes de los poros también debe ser alta. Esto está en relación directa con la cantidad de hidrocarburos remanentes que aseguren la recuperación de la inversión.

Es necesario contar con toda la información geológica, geomecánica y de producción disponible del yacimiento o del horizonte que se va a drenar de este modo.

Figura 6. Esquema de operaciones – Rampa y pique Algunos ejemplos ilustrativos Las arenas con hidrocarburos de Athabasca son uno de los ejemplos mejor documentados de drenado de petróleo hacia las cámaras de hincado con el uso de métodos térmicos para su movilizado. En este caso se ha excavado más de un kilómetro de galerías a unos 184 m de profundidad en las calizas de la formación Waterways de edad devónica que se usa

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de techo para separar las faenas de la formación McMurray formada por areniscas conteniendo hidrocarburos. En el techo de esta galería se han hecho drenajes que acceden a la arenisca conteniendo hidrocarburos que se movilizan por medio de vapor a partir de perforaciones de inyección.

Figura 7. Esquema de trabajo - Athabasca – Extractado de “ Deformation monitoring of rock mass subjected to elevated temperatures and pressures “ Wood D.F., Hammett R.D., Stokes A. W. and Jaston J.A. En el caso del campo Greybull en Wyoming se está terminado de excavar una galería inclinada como la que se observa en la figura 8 alcanzará los 120 m de profundidad con un largo total de aproximadamente 1500 m. El sostenimiento e paredes se logra por medio de costillas de acero con un radio exterior de 5 m cubiertas con planchas en los puntos donde se considera necesario. Como cualquier otra mina actual ha debido ajustarse a las condiciones de la legislación ambiental. Cuando entre en operaciones, la compañía que operará este yacimiento espera recuperar el 90 % del contenido de hidrocarburos de las arenas de los canales fluviales de la formación Greybull. Estos canales llegan a tener más de 2 kilómetros de ancho y cerca de 20 m de espesor y han sido el blanco de exploración y explotación durante una cierta cantidad de años.

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Figura 8. Trabajos de galería inclinada en Greybull En el caso de la formación de la creta de la formación Annona, el estado de Luisiana ha concedido los permisos necesarios para la excavación de un pique de aproximadamente 670 m de profundidad en una formación cretácica conocida como Annona Chalk a los fines del aprovechamiento por gravedad desde sectores fracturados embebidos en petróleo pesado no recuperable por métodos tradicionales. El permiso concedido permite además la construcción de galerías por hasta 3150 m de largo desde donde se perforarán los hincados horizontales y permitirán el drenado de hidrocarburos al colector y el bombeo a la superficie. El pique de extracción estará acompañado por un pique de ventilación a la misma profundidad. La profundidad de ambos será la estipulada en el permiso o podrá pasar al menos 60 m por debajo de la base de la formación mencionada que contiene los sectores fracturados que son el blanco de esta operación. En el caso del proyecto Poison spider se excavará un pique de 4 m de diámetro hasta alcanzar los 630 m de profundidad cementado en su totalidad. Las galerías horizontales de 5.5 m por 6.3 m se extenderán por 2000 m por debajo de la formación Sundance que es el blanco de explotación. El pique de ventilación se construirá luego de haber desarrollado las galerías horizontales y las cámaras de hincado y drenaje. Estas cámaras o estaciones de drenaje serán capaces de manejar hasta un máximo de 250 perforaciones que se realizarán por medio de martillos neumáticos con inyección de lodo que se encamisarán y a partir de ellos se hincarán los drenajes en la formación productiva. La formación Sundance es una arenisca jurásica de aproximadamente 25 m de espesor conocida localmente como Crow Mountain Sand y acusa haber producido 24 millones de barriles en todo el campo. El pique alcanzará una caliza conocida como formación Popo Agie y las galerías y estaciones de perforación se ubicarán esencialmente en este estrato, desde donde drenarán los contenidos de la formación Sundance que es el blanco principal. La

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formación Popo Agie o Jelm forma parte de una secuencia predominantemente flanglomerádica con intercalaciones de areniscas de grano medio a fino. La fotografía de la figura 9 muestran los avances en los trabajos que se están llevando adelante en el área. Algunas dudas en las compañías petroleras Las compañías han generado desde la construcción del mencionado pozo Drake una forma tradicional de explotación y de hecho toda una industria e incluso carreras universitarias especializadas como es la de la Ingeniería del petróleo. Es lógico esperar entonces una cierta resistencia a pensar que es posible obtener hidrocarburos por gravedad a partir de estaciones de bombeo a tanta profundidad. Las firmas que proponen esta técnica provienen en general de la minería tradicional y han tenido que llevar adelante los trabajos en sus propios yacimientos a los fines de proponer el negocio a las empresas tradicionales. En algunos casos puede haber resultado sencillo hacerse con licencias de operación en campos agotados relativamente superficiales, de no mas de 100 m de profundidad y con mucho conocimiento geológico acumulado. Esta adquisición de derechos no resulta en la actualidad tan sencilla por lo que se ha recurrido a intentar llagar a alianzas estratégicas entre quienes manejan la tecnología y quienes tienen el dominio de los yacimientos con condiciones adecuadas para aplicarla. Existen obviamente una serie de dudas financieras y económicas que no son objeto del presente trabajo pero trataremos de ocuparnos exclusivamente de aquellas que son técnicas Una operación de minado en galería inclinada o rampa que atraviesa un espesor libre de gases (al menos en teoría) puede parecer una inversión en gran escala pero no es mucho mas de las que se hacen en numerosas minas en toda Sudamérica. Sin embargo esta es una de las duda mas frecuentes de las compañías mineras tradicionales. No hay registros públicos de las ganancias obtenidas y del grado de éxito que han obtenido estas compañías pero, si nos atenemos a observar las operaciones de compra de acciones y la toma de control de algunas firmas mayores sobre algunos de los activos, podemos llegar a pensar que se está recuperando petróleo a costos razonables. Sin embargo esta es otra de las dudas mas frecuentes. Es posible operar a costos razonables?.

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Figura 10. Maquinaria de trabajo en el campo Poison Spider Como realmente se lleva a cabo la excavación es otra de las dudas mas expresadas por las compañías petroleras. Si bien existen sistemas patentados para la excavación de piques, la excavación de una galería inclinada no tiene metodologías secretas. La figura 11 muestra un esquema casi tradicional en el que podría llevarse adelante el trabajo hasta una profundidad razonable, y la figura 12 ilustra el aspecto de una rozadora que podría usarse. En este caso se presupone que las condiciones geomecánicas son suficientes para que las paredes se mantengan con la aplicación de calcrete o gunitado y que se use un mínimo de aros para sostener el área de operación o frente de trabajo. Con este esquema es posible llegar sin problemas a los 400 m de profundidad con una pendiente adecuada al tránsito y además se puede dirigir galerías de nivel y construir las sucesivas estaciones de perforación y bombeo. El esquema de rampa permite por otro lado la excavación de chimeneas a partir del nivel operativo para

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la ventilación del sistema. Estas condiciones son aceptables para las compañías petroleras tradicionales y se han cerrado cierta cantidad de negocios. El pique es una solución escogida para cuando la profundidad a alcanzar supera los 400 o 500 m o cuando el desarrollo de una galería inclinada es mayor a la extensión de la propiedad sobre la que se tiene dominio. Línea de aire Línea de lodos de broza

Linea de cemento

Línea de agua

Marcos de sostenimiento

Unidad de gunitado Unidad de homogeneización y bombeo de lodos Cinta

Rozadora

Figura 11. Esquema general de la galería inclinada

Figura 12. Maquinaria de excavación en rampa El pique sin embargo despierta mas dudas que certezas en las empresas de hidrocarburos. La presencia de formaciones en las que puede quedar gas entrampado, las condiciones geomecánicas que, en las perforaciones tradicionales,

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llevan a pérdidas enormes de lodo de inyección, los problemas ambientales derivados de la broza de semejante obra, son algunas de las cuestiones mas punzantes al hablar de esta propuesta. No todas estas preguntas tienen respuestas precisas y esto ha demorado algunos de los posibles negocios. Si se tratara de aplicar la misma forma de trabajo de una galería inclinada habría que pensar en una sarta de herramientas que permanecería por momentos suspendida. La figura 13 ilustra un esquema operativo posible aunque no utilizado de esta forma de excavación.

Zona pique terminado

Circuito de aire Circuito de broza Circuito de lodo de broza Circuito de agua limpia Circuito de cemento

Zona de gunitado

Cables de sujeción de la sarta

Enganche de la sarta

Zona de preparación Gatos de elevación de la zona de gunitado

Sala de control local Densificador de lodo de broza

Zona de perforación

Bomba de broza

Molino de conos Herramienta de corte

Figura 13. Esquema de excavación

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El método propuesto es sin embargo bastante más sencillo y resulta de una derivación por cambio de escala de las perforaciones normales con la corriente de lodo invertida. En este caso el lodo se mantiene a nivel constante hasta el brocal del pique y la herramienta de corte o broca cuenta con una bomba que aspira la broza densificada por la emulsión. Es obvio que la emulsión debería mantener de este modo las paredes del pozo y que cubrirá todas las contingencias debidas a fugas. Se mantienen sin embargo las dudas en aquellas formaciones de muy mala calidad geotécnica. Finalizada la operación se espera tener un pique de un diámetro no menor a 4 m totalmente relleno de emulsión de perforación y estabilizado. La remoción de este material se logra según lo poco que se conoce por medio de la introducción del encamisado en dos versiones posibles, ciego con desborde de lodo o abierto con extracción. Hasta que cota se puede llegar es otro de los asuntos de importancia. La figura 14 muestra algunas de las cotas a alcanzar y las alternativas usando galerías inclinadas. Vemos que para alcanzar los 1000 m de profundidad con una de ellas en una inclinación de 30º es necesaria una embocadura a 1700 m de la vertical de la zona útil. Si elegimos hacia la seguridad y trabajamos con un ángulo de 20º esta distancia alcanza los 2800 m. Teniendo en cuenta que toda la obra tiene que estar en la propiedad o concesión petrolera esto puede a llegar a ser un problema en ciertos casos. Si bien es cierto que se publicita que, al menos hasta los 2000 m de profundidad no hay problemas, la realidad es que un pique de mas de 700 m es una obra de envergadura y se debe recordar que se trata en realidad de dos de ellos cuanto menos para poder desarrollar un yacimiento. 0 -10

-400

-1000

Figura 14. El problema de la profundidad

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Las tecnologías de recuperación secundaria o terciaria están en constante desarrollo por ende, los cuestionamientos a los aspectos técnicos de esta propuesta seguramente continuarán en el futuro. Algunas cuestiones sobre la operación en si Existen numerosos yacimientos en Canadá, Estados Unidos, Venezuela, Argentina y Rusia que cumplen con las condiciones que se han planteado. Seguramente se podrá plantear lo mismo para Ecuador y seguramente existen algunas posibilidades también en la península ibérica. Esto lleva a deducir que, lenta pero inexorablemente, se desarrollarán emprendimientos como los que se han ejemplificado. Esta probabilidad creciente lleva a plantear ciertas cuestiones que hacen a: •

•

Seguridad de la operación: Partiendo del supuesto que se cumplen todas las disposiciones de buena práctica de una operación minera subterránea, quedan aún ciertas cuestiones relativas a las cambiantes situaciones de un yacimiento de hidrocarburos que se está depletando por gravedad con ayuda de mecanismos de barrido que pueden incluir agua, agua caliente, vapor, etc. No existen mas que modelos matemáticos incipientes que puedan ser usados para estudiar el flujo de estos fluidos y los cambios de fase que puedan producirse. Se estima que, el dejar un “techo” suficientemente adecuado entre las galerías horizontales y las estaciones de trabajo, es una medida suficientemente segura en pos de la seguridad, sin embargo no existen por el momento mas que presupuestos para el cálculo del espesor de dicha capa aislante y cálculos indicativos de los efectos de los movimientos de fluidos. Se debe recordar que un yacimiento que ha sido “barrido” inclusive por una recuperación terciaria tiene al menos un 70% de hidrocarburos remanentes que se espera recuperar al menos en un 90% con esta metodología. Cierre y post cierre: Ninguna de las operaciones que se conoce y las que están proyectadas hasta el momento tiene una previsión ajustada para el proceso de cierre y mucho menos para el mantenimiento post cierre. Recién en estos últimos tiempos, las compañías petroleras se han visto obligadas a aplicar normas de cierre de pozos lo que conlleva a cierta razonabilidad en el cierre de la operación de extracción. Sin embargo esto no se aplica a los miles de pozos perforados en el pasado que fueron sencillamente abandonados. Estas operaciones de cierre que son la verificación del casing del hormigonado de las zonas de pay o de extracción, el sellado y la señalización no parecen aplicables al caso que nos ocupa. El cierre de una operación minera tampoco parece ser

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operativo. El uso futuro de las facilidades mineras para hidrocarburos no parece tampoco haber sido estudiada. Las empresas que proponen estos negocios aseguran ciertas condiciones teóricas que aún no han tenido aplicación y las autoridades ambientales no saben, todavía, con que criterio evaluar esta metodología y sus resultados.

Conclusiones • • • •

La minería directa de hidrocarburos es una tecnología que tiende a imponerse en aquellos yacimientos poco profundos y cerrados. Las dudas que presentan las compañías petroleras están siendo, lenta pero persistentemente, resueltas por las firmas que intentan el negocio Las cuestiones básicas de la seguridad durante la operación debidas a los cambios en el substrato con hidrocarburos no han sido resueltas aún. Las cuestiones inherentes al cierre y post cierre de estas faenas resueltas ni por las empresas ni por las autoridades ambientales. Baste con saber que Pechelbronn donde se encuentran los piques ya mencionados no tiene un proceso de cierre documentado si no tan solo el cese de operaciones y la construcción de un museo.

Lecturas Recomendadas • •

• •

FORBES R.J. (1958). Studies in Early Petroleum History HASKING, C.A., Chevron Oil Field Research Co.; BUGNO, W.T., Chevron Technology and Research; MILLER Jr., R.M., Pittsburgh and Midway Coal Mining. (1991). Shaft and Tunnel Access (SATAC) Concepts for Developing Petroleum Reserves. International Arctic Technology Conference, 29-31 May 1991, Anchorage, Alaska HUSTRID & JONSON (eds). Rock mechanics contributions an challeges, “ Deformation monitoring of rock mass subjected to elevated temperatures and pressures “ Wood D.F., Hammett R.D., Stokes A. W. and Jaston J.A. WANNESSON J. (1998) - Alsace. Rapport régional d'évaluation pétrolière. Institut Français du Pétrole.

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Creciente Importancia de los Problemas Ambientales en el Sector Minero de los Distritos de Zaruma y Portovelo VILMA PAZMIÑO QUIÑA Empresa Terrambiente Consultores, Ecuador, [email protected]

RESUMEN: La minería se ha desarrollado en la zona de Zaruma y Portovelo desde hace aproximadamente el año 1400 que es cuando los incas estaban produciendo oro en la zona y cuando los españoles fundaron el poblado de Zaruma en 1549. Sin embargo, la extracción de oro se aceleró cuando una empresa minera estadounidense, la Southern American Development Company (Sadco), obtuvo el control de los principales depósitos de oro en el distrito en 1897. En los 53 años posteriores, la Sadco recuperó unos 3,5 millones de onzas de oro y 17 millones de onzas de plata. El sistema de recuperación de oro y plata en Zaruma y Portovelo se realizaron netamente por métodos de minería subterránea, usando la tecnología americana que en ese entonces se aplicaba a nivel mundial, sin embargo los reales problemas ambientales y sociales surgen cuando la SADCO, con la caída de la producción abandonó la mina y en 1984 todas las instalaciones de la misma fueron invadidas por los mineros artesanales y pequeños mineros. Hay una dimensión social a la vez que una ambiental en el desarrollo sustentable. ¿Es la gente de la región más educada y saludable, y de este modo capaz de vivir sus vidas de una forma más productiva y satisfactoria, aun cuando la mina que les ayudó a lograr estos avances ya no se encuentra en operación? William Hayes

PALABRA CLAVE: Minería subterránea, ambiente, social, sostenibilidad

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1.

INTRODUCCIÓN 

1.1.

Situación actual

elaboración de planes de manejo ambiental, definición de propiedades subterráneas y diálogos directos con el Estado a través de las Cámaras de Minería y Ministerio de Recursos no Renovables.

En la actualidad en la zona existen aproximadamente unos 3000 mineros cuyo sustento directo e indirecto es la actividad minera del oro, estos mineros se dedican a la extracción de este mineral de aproximadamente 4 vetas identificadas por la SADCO y que tienen un buzamiento casi vertical, el minado se lo realiza sin ninguna planificación técnica y mucho menos con la aplicación de medidas de seguridad y manejo ambiental, la precaria tecnología y la falta de apoyo por parte del Estado ha generado una problemática ambiental creciente tanto en el ambiente subterráneo como hacia la superficie.

1.2. Análisis de la problemática ambiental En el país se ha desarrollado la minería artesanal y pequeña minería, sin dar paso al desarrollo de gran minería y menos a la aplicación de tecnologías modernas y poco contaminadoras, con una mentalidad de sacar el mineral con la menor inversión posible, considerando como factor importante la falta de educación de los mineros en los temas técnicos y ambientales. Otro factor determinante en la problemática ambiental era la existencia de una normativa legal en el sector minero poco clara, muy flexible y sin exigencias de control ambiental adecuadas, esta normativa actualmente está en proceso de reforma; la falta de control y una políticas de Estado en este tema ha generado un amplio margen de abusos e irresponsabilidades con el manejo del medio ambiente.

Ante las presiones actuales por parte del Estado de mejorar su sistemas de explotación y con una nueva normativa más exigente y castigadora, los mineros se encuentran en un proceso de mejora tanto a nivel técnico como ambiental, notándose que su principal preocupación es mantener el dominio o propiedad sobre las labores en las que se encuentran trabajando, esto es por niveles tomando como referencia las cotas dejadas por la empresa minera americana.

Esta problemática está directamente relacionada con inseguridad minera, falta de ventilación de galerías y labores mineras subterráneas, inestabilidad de macizos rocosos, mal

Para esto han emprendido un proceso de regularización, a través de la

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entre los componentes ambientales subterráneos y los superficiales, la presencia de zonas de inestabilidad en el interior de la tierra está generando la fisura de viviendas y el hundimiento de terrenos como es el caso del cementerio de Portovelo, otro caso claro es los efectos que genera el agua subterránea al mezclarse con el agua superficial, en especial en zonas donde se produce drenaje acido de roca, otros problemas ambientales superficiales están relacionados con el procesamiento de los minerales y el uso del agua.

aprovechamiento del recurso mineral y especialmente la presencia y desfogue de aguas subterráneas que salen directamente a la superficie; a esto se suman los conflictos sociales que se producen entre los mineros que quieren minar la misma veta y los conflictos entre los pobladores que viven sobre las labores mineras y temen que sus viviendas sean afectadas por las voladuras subterráneas. En la actualidad entre los principales problemas ambientales se puede considerar la inestabilidad de los macizos rocosos que se están dejando en los interiores de las galerías excavadas sin diseños mineros y sin un entibado ni fortificaciones adecuadas, el aire interior mina que sale a la superficie mantiene elevadas temperaturas y concentraciones de gases de los explosivos que tampoco son usados con criterios técnicos; en lo que respecta al agua subterránea la misma no corresponde al acuífero, sino mas bien proviene desde la infiltración de la superficie y por la presencia de diques internos, estas aguas están siendo afectadas principalmente por el movimiento de rocas, presencia de minerales y sales disueltas y por el transito del personal en el interior mina.

La minería subterránea en el ecuador se ha desarrollado desde tiempos incaicos, hoy en la actualidad a nivel país se han desarrollado actividades de minería subterránea mayoritariamente en forma artesanal, informa y a pequeña escala, esta actividad se han prácticamente es de subsistencia. En el país se puede identificar claramente labores de minería subterránea en los sectores de zaruma – portovelo, ponce enríquez, bella rica, san gerardo y nambija, existiendo también labores dispersas en otras localidades del país, todos estos asentamientos mineros abastecen el sustento de aproximadamente unas cinco mil familias en forma directa y al menos unas diez mil en forma indirecta.

Los impactos ambientales producidos en el interior de las minas existentes en la zona de estudio también acarrean consecuencias en la calidad del ambiente superficial, esto se debe a que existe una correlación directa

La modalidad de trabajo es asociativa comunitaria como familiar,

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minera en la zona e incluso a nivel país.

existiendo también en menor número de labores bajo la modalidad empresarial la misma que incluye a la minería subterránea a pequeña escala.

ACTUALIDAD AMBIENTAL EN EL  DISTRITO MINERO ZARUMA  PROTOVELO  EN LA MINERÍA  SUBTERRÁNEA  El desarrollo minero actual en la zona de Zaruma y Portovelo es una continuidad de la actividad a partir de todos los trabajos antiguos y a partir de estos nuevos trabajos de explotación de minerales, según el informe de la ASOCIACIÓN DE MUNICIPALIDADES DEL ECUADOR, en el plan estratégico de Portovelo generado en el año 2004, en la zona la producción minera es de:

La producción generada por la minería subterránea en el país hasta ahora es netamente aurífera, pudiendo citarse una producción anual aproximada 5 toneladas de oro al año. Las dos labores mineras subterráneas que en el país han logrado desarrollar trabajos técnicos y con manejo ambiental son las de EL CORAZON al noroccidente en la localidad de Pacto explotan aproximadamente 60 toneladas día y VIRA en Zaruma con una exploración de 150 toneladas día.

Empresa/Sociedad

Bajo este contexto, la problemática ambiental generada por estas actividades en el sector de Zaruma y Portovelo, se evidencia en la actualidad en especial en el aspecto físico, en el que se tiene una inestabilidad del suelo, hundimientos superficiales, contaminación de las cuencas locales, cambios en la calidad del aire, como consecuencia de estos efectos la población local se ha visto afectada en su integridad física, salud y estructura social.

Bira Minanca Gaviopre Minera Pillacela Israel Emincor 180 Sociedades

Kg/ semana 7 4 2 1.5 2 12

TOTAL

28.5

Ubicación Zaruma Portovelo Portovelo Zaruma Portovelo Zaruma PortoveloZaruma

Como se observa en la tabla se producen mensualmente un total promedio de 120 kilos de oro, eso conlleva aun producción mensual de aproximadamente 30000 tonelada de material mineralizado por mes, la ley media es de 6 gramos por tonelada y la recuperación fluctúa en el 70%.

Los impactos ambientales generados por la actividad minera subterránea, retrasa y dilata la posibilidad de un desarrollo sostenido de la actividad

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PORTOVELO ASOCIADOS ALAS  ACTIVIDADES DE MINERIA  SUBTERRÁNEA 

En la zona se ha determinado la existencia de 559 minas subterráneas de las cuales 395 se encuentran activas y 164 están totalmente abandonadas (Fuente. Problemas ambiéntales relacionados con la recuperación de oro en el distrito minero Zaruma Portovelo. Ing. Ximena Díaz, año 2003). En la zona de estudio se estima una población total de 11000 habitantes en Portovelo y 24000 en Zaruma, beneficiándose de la actividad minera directa e indirectamente al menos el 40% de la población.

Considerando que el impacto es el cambio leve o potencial del estado actual de un recurso a un estado mejorado y degradado, los recursos ambientales en la zona de Zaruma y Portovelo han venido sufriendo impactos negativos, especialmente como consecuencia de la explotación de minerales de plata y oro. Estos impactos son claramente visibles tanto a niveles subterráneos como superficiales, consideran el ambiente subterráneo, en la zona se evidencia che afectaciones potenciales en las aguas subterráneas, calidad del aire interior mina, estabilidad de macizos rocosos y cambios en las estructuras geológicas.

La actividad minera desarrolla es mayoritariamente artesanal y semi artesanal, esto influye potencialmente en la afectación ambiental a los recursos físicos y sociales existentes en la zona como consecuencia directa de las actividades de explotación subterránea, estos impactos están asociados al as variaciones en la calidad y cantidad de los recursos y a la influencia de estos impactos sobre los parámetros ambientales superficiales.

Otro factor importante que se debe considerara en estos ambientes es la proliferación de hongos y bacterias que alteran especialmente los recursos agua y aire.

Las actividades de minería subterránea actualmente están en un proceso de regularización bajo el control del Ministerio de Recursos no renovables y el Ministerio del Ambiente, todas las regulaciones se encuentran contenidas en el nuevo marco legal.

Impactos Sobre el Componente Agua De las investigaciones realizadas en la zona se puede observar que las aguas de mina pueden son ácidas, mantienen su pH en valores entre 4,5 y 5,8, las aguas contienen sulfuros, esto debido a que las zonas mineralizada contienen altos contenidos de sulfuros de plata, cobre

POTENCIALES IMPACTOS  AMBIENTALES GENERADOS EN  LA ZONA DE ZARUMA Y 

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y hierro, siendo predominante en la zona grandes volúmenes de pirita.

determinar su calidad y el grado de riesgo para la salud humana.

La legislación actual propone límites permisibles para descargas de estas aguas en cuerpos de agua superficiales, estando obligados los operadores que generen estas descargas a tratar las aguas si estas contienen parámetros físicos o químicos fuera de las normas establecidas.

Otra actividad que viene aportando a la alteración del agua subterránea y a través de su descargas las aguas superficiales el es movimiento de los macizos rocosos, las escombreras de material extraído de explotaciones subterráneas contienen altas concentraciones de cloruros y de sulfatos.

Es importante determinar la calidad de agua al interior mina en especial si esta es transportada ya sea por bombeo o en forma natural a la superficie, en la zona a nivel de minería artesanal y pequeños mineros no se ha conseguido el control de esta agua, por lo que en toda la región las aguas de interior mina son conducidas a la superficie sin tratamiento ni monitoreo, esto incrementa el grado de contaminación de los ríos existentes que ya son muy afectados por las actividades metalúrgicas existentes que por lo regular descargan aguas de procesos y en algunos casos los relaves directamente a los cursos naturales como son el río Amarillo, río Calera, Luis y Ambocas los cuales dan lugar a la formación de río Pindo; estos corren en una dirección preferencial NE-SW y forman parte de la cuenca de los Río PuyangoTumbez.

El vertimiento de las aguas subterráneas en las aguas superficiales produce incremento acumulativo a mediano y largo plazo de contaminantes como metales pesados en los sedimentos de los ríos antes mencionados, todos estos impactos sumados al os de minería superficial y metalurgia en la zona ha provocado la pérdida total de vida en los ríos de la localidad. Otro parámetro que se ve alterado por la salida de las aguas de mina a mas de la calidad del agua es el caudal de los drenajes a donde estas aguas se descargan, en la zona de estudio la mayoría de drenajes afectados en sus caudales son quebradas pequeñas que son aportantes de ríos antes mencionados. Como consecuencia del alto grado de humedad la falta de ventilación e iluminación en el interior mina se genera la proliferación de hongos y bacterias, que afectan la calidad del agua y es un riesgo para la salud de los trabajadores..

La caracterización del agua interior mina en la zona nos permite

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empíricos, esto ha llegado a ocasionar la muerte de trabajadores por intoxicación.

Calidad del Aire Como se menciona en el presente documento, aproximadamente existen 360 minas subterráneas, todos son pequeñas labores artesanales y anti técnicas, las consideraciones técnicas y de seguridad en lo que respecta a cantidad y calidad de aire interior mina son subjetivos y

Las causas y efectos de la contaminación del aíre al interior mina se resumen en la siguiente tabla:

Tabla 1. Factores que influyen en el clima y el aire en la minería subterránea Fuente de peligro

Causa

Deficiencia de oxígeno (O2)

Desplazamiento debido al enrarecimiento del aire (clima sofocante), grisú*, respiración, lámparas de llama abierta, incendios de mina

Fatiga, asfixia

Radiación

Componentes radiactivos de la roca, sondas de medición

Efectos nocivos de la radiación

Radón

Emisiones gaseosas de la roca

Efectos nocivos de la radiación

Metano (CH4)

Emisiones gaseosas del carbón

Explosión

Polvo de carbón

Extracción y transporte del carbón

Explosión

Monóxido de carbono (CO)

Dióxido de carbono (CO2) Sulfuro de hidrógeno (H2S)

Peligro

Gases de escape, emisiones gaseosas en minas de carbón de piedra paradas Emisiones gaseosas en depósitos de sal, gases de escape, desprendimiento de gas de aguas termales Desprendimiento de gas en aguas de mina y termales

Ventilación

Restricción de las horas de trabajo con control dosimétrico Ventilación, restricción de las horas de trabajo Extracción de gas, ventilación, instalación de dispositivos de seguridad en las máquinas para evitar explosiones de grisú Uso de técnicas de precipitación de polvo, prevención de explosiones de grisú

Intoxicación

Ventilación

Asfixia

Ventilación

Intoxicación

Ventilación

Oxidos de nitrógeno (NOx) vapores de voladura

Voladuras

Intoxicación

Gases de

Motores de combustión

Intoxicación

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Medidas preventivas

Ventilación, restricción de voladuras a horas determinadas Ventilación

escape

interna

Gases de fuegos latentes, humo

Incendios en galerías

Intoxicación

Aerosoles de aceite

Aparatos neumáticos

Intoxicación

Calor

Temperatura elevada de las rocas, calor emitido por motores

Fatiga

Apagado y contención del incendio, medidas preventivas Precipitación del aceite Ventilación, enfriamiento del aire

Fuente http://www.estrucplan.com.ar/producciones/entrega.asp?identrega=342

superficiales puntuales.

Los gases que mayormente generan problemas en el caso de Zaruma y Portovelo son los de las voladuras.

y

hundimientos,

Estos efectos son de gran preocupación por cuanto estos efectos se presentan en los cascos urbanos de las poblaciones de Zaruma y Portovelo, pudiendo evidenciarse en los resultados de estudios realizados por parte de la DINAGE (Dirección Nacional de Geología) en la zona cuyos casos se resumen a continuación:

En la zona el ruido se genera desde dos fuentes, el uso de martillos perforadores que funcionan con aire comprimido y la segunda fuente generadora de ruido son las voladuras, a pesar de ser un factor que altera el aire ambiente, esto no trasciende hacia la superficie.

3.3.1 Estudio geológico geotécnico del sector este de la ciudad de Portovelo y de las labores mineras aledañas al infa LOCALIZACIÓN DEL AREA DE ESTUDIO El área de estudio está localizada en las estribaciones occidentales de la cadena montañosa andina, en el Suroeste del Ecuador, Provincia de El Oro, Cantón Portovelo, a una distancia aproximada de 100 Km. al SE de Machala y a una altitud de 600 m.s.n.m. La zona de estudio comprende básicamente el área urbana de la mencionada población con una superficie aproximada de 1,138.km².

Foto 1. Macizo Rocoso

El Macizo Rocoso El principal problema que actualmente preocupa a los pobladores, autoridades, mineros y profesionales es los efectos que esta generando la explotación minera subterránea sin planificación, provocando movimientos de masas

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localizadas en las inmediaciones hacia el Oeste de la zona mencionada, particularmente las instalaciones del INNFA. En primera instancia se realizó un reconocimiento general de la ciudad de Portovelo y áreas aledañas analizando los diferentes factores que podrían contribuir a su inestabilidad, como son la morfología, geología, características de las rocas y depósitos superficiales, hidrología e hidrogeología, geometría de los taludes, erosión, cobertura vegetal, clima y uso actual del suelo (actividad minera).

Figura 1 mapa de Ubicación Portovelo

Tomando en consideración los principales parámetros como son la geología, características de las rocas y depósitos superficiales, morfología, fallamiento y uso actual del suelo (actividad minera), se llegaron a determinar áreas inestables, considerando el grado de peligro y vulnerabilidad. Foto 2. Portovelo

Las principales estructuras geológicas son fallas, diaclasas, fracturas y vetas. FALLAS

El estudio enmarcado dentro del Proyecto de Asistencia Técnica a Gobiernos Seccionales que maneja la Dirección Nacional de Geología del Ministerio de Energía y Minas (ahora Ministerio de Recursos no Renovables), fue realizado con la finalidad de determinar si las actividades mineras que se realizan en el sector Este de la ciudad de Portovelo están influenciando de alguna manera en la inestabilidad de algunas obras de infraestructura

El principal rasgo estructural de la región es el Sistema de Fallas PiñasPortovelo. Esta importante falla de cabalgamiento O-SE tiene un gran descenso en el bloque norte y separa el Grupo Saraguro del Complejo Metamórfico del Oro. También constituye el límite sur del sistema de vetas auríferas. Las litologías del basamento a lo largo de la falla

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Piñas-Portovelo han sido deformadas clásticamente y brechificadas por el fallamiento normal más joven (reactivado) según Apsden et al (1995).

DIACLASAS Estructuras de este tipo se localizan tanto en las rocas metamórficas como en las rocas volcánicas. Las diaclasas observadas en rocas metamórficas se localizan a lo largo de la carretera Portovelo-Piñas a pocos km de la ciudad de Portovelo (Coord. 652804/9588710). En este lugar existen grupos de diaclasas de primero, segundo y tercer orden con sus respectivas orientaciones así se tienen 1er (235/45); 2do (105/65); 3er (175/65). Otro sitio donde se observa diaclasamiento en rocas metamórficas es en la carretera Portovelo – El Pindo presentándose los tres principales grupos de diaclasamiento con las siguientes direcciones: 1er (180/58); 2do (15/90); 3er (147/75).

Fallas de tipo local atraviesan el área con una dirección aproximada N-S como se evidencia en las galerías investigadas que se muestran en la siguiente tabla: Tabla 2. Datos Galerias

Localizac Coordena Azimut / ión das (x,y) Buzamie nto Pique 654145 / 105/55 American 9589880 o Mina 2 654115 / 100/70 9589848 Mina 4 654133 / 90/65; 9589870 265/75

Los diaclasamientos son más evidentes en rocas volcánicas, que son las predominantes en la zona de estudio. Los principales grupos de diaclasamiento en las rocas volcánicas se detallan en la siguiente tabla:

Foto 3: Fallas locales con dirección N-S (Coord. 654115 / 9589848). Sector de labores

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Localización Coord. (x,y) MINANCA

654093 / 9589904

Mina La Cantable

654177 / 9590516

Cantera

654973 / 99589884

Puente (PortoveloEl Pindo) Barrio 1° de Mayo

654171 / 9589620 653553/9589 760

E. El espesor observado dentro de las galerías oscila entre 1.5 a 2.5 m. En superficie se observan claramente las dos vetas pero a medida que se profundiza parece ser que tienden a unirse y formar una sola (Marlon Arias, Comunicación Verbal).

Azimut / Buzamient o 80/75; 140/55; 50/70 90/50; 260/85; 170/40 15/83; 285/65; 90/70 205/60; 290/90; 0/70 270/65; 155/30; 315/85

La veta Portovelo fue observada en las galerías de El Pique Americano y en las Minas 1, 3 y 4, constituida por cuarzo lechoso con vetillas mineralizadas de Galena, esfalerita, pirita, calcopirita y oro fino.

(Figura No. 3: Localización de principales estructuras y vetas).

Tabla 3. Grupos de Diaclasamientos

VETAS Estas estructuras se observan principalmente dentro del área de vetas Portovelo-Zaruma-Minas Nuevas, controlando el emplazamiento de la mineralización. Casi siempre existe una componente de buzamiento hacia el E, el mismo que es más suave al N de Zaruma. Estas estructuras posiblemente se habrían originado como fracturas de tensión durante un movimiento horizontal de las grandes fallas Piñas y de Puente Busa-Palestina. [i ]

Modificado del Mapa Geológico del Campo Minero de

Figura 2. Mapa Estructural

DEFINICIÓN DE AREAS INESTABLES En el punto de control PORT-10 de coordenadas 653645, 9589798, barrio 1 de Mayo, existe una zona inestable de aproximadamente 20 m de ancho y con un talud de 25 m de alto. Se caracteriza por la presencia de suelo limo arcillo gravoso, producto de la

Las principales vetas mineralizadas que atraviesan el área y en la actualidad están siendo explotadas son las conocidas con el nombre de Portovelo y Abundancia con una dirección aproximada N-S y con un buzamiento promedio de 80° hacia el

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meteorización de rocas volcánicas de composición dacítica y andesítica con un movimiento 125/45 que podría obstruir la carretera antigua Portovelo – Zaruma. Además en la parte alta también existen 9 familias que podrían ser afectadas si se produjera un deslizamiento en este sector.

roturas en su base para proceder a sellarlas. En el punto de control PV-4 de coordenadas 654130, 9589902, junto a la carretera, existe una pequeña zona de hundimiento sobre una de las galerías del Pique Americano, lo cual ha ocasionado la obstrucción de la misma. En el sector de la Mina la Cantable, coordenadas 654177, 9590516, existen rocas volcánicas de composición andesítica a dacítica altamente fracturadas y meteorizadas superficialmente, atravesadas por un sistema de fallas. Los depósitos superficiales corresponden a suelo limo arcillo gravoso de color amarillo rojizo producto de la meteorización de las rocas volcánicas existentes en la zona que en la actualidad han sido desestabilizados debido a la construcción de una carretera, por lo que se requiere la implementación de drenajes para evacuar el agua de lluvia que se acumula a lo largo de la vía durante la época invernal.

FUENTE “Fenómeno de Subsidencia en minería subterránea:Análisis del caso Zaruma y Portovelo, Ecuador” Relator: Alfonso Carvajal R. (Dr. Ing.)

Foto 4. Fallas

El área donde actualmente se realizan labores mineras, constituye una zona de grado medio de inestabilidad, debido a la existencia de galerías subterráneas construidas de manera artesanal sin ninguna asistencia técnica para este tipo de construcciones.

El grado de inestabilidad de la zona esta siendo incrementado posiblemente debido a filtraciones de agua de un tanque de almacenamiento que se encuentra en la parte superior, por lo que es indispensable realizar una revisión del mismo y comprobar si existen

La zona donde se realizan actividades mineras podría ser considerada como

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medianamente inestable en razón del tipo y la calidad de los materiales existentes, así como también el uso actual del suelo (actividad minera), lo cual ha contribuido de alguna manera a incrementar su grado de inestabilidad. Una zona potencialmente inestable se encuentra ubicada en el barrio 1 de Mayo en donde podría ocurrir un deslizamiento que afectaría algunas viviendas ubicadas dentro de la zona de influencia así como también la carretera antigua Portovelo – Zaruma. VULNERABILIDAD  El grado de vulnerabilidad dentro de la zona de estudio donde se realizan labores mineras podría ser considerado como de grado medio, afectando algunas obras de infraestructura y a las personas que se dedican a la actividad minera tanto en la zona norte como en la zona sur. En el punto PORT-10, el grado de vulnerabilidad es alto en razón de que podrían ser afectadas algunas obras de infraestructura como son: la carretera, el tanque de almacenamiento de agua potable que abastece a la población de Portovelo y algunas viviendas que se ubican dentro de la zona de influencia. CONCLUSIONES La zona sur donde se realizan actividades mineras de acuerdo a los datos estructurales no está expuesta a

la ocurrencia de deslizamientos, pero podrían ocurrir hundimientos si las labores mineras subterráneas no son realizadas de manera técnica. -

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Las rocas volcánicas que atraviesan las diversas galerías se hallan altamente fracturadas y cizalladas, lo cual aumenta su grado de inestabilidad. En las partes altas hacia el norte no se observa ninguna evidencia de movimiento, pero posiblemente en la época invernal podrían ocurrir desplazamientos tanto de rocas como de depósitos superficiales. Todas las galerías subterráneas visitadas se dirigen hacia el Este tratando de cortar la Vetas mineralizadas que tienen una dirección aproximada N-S. Si bien la edificación del INNFA tiene algunas grietas antiguas en sus paredes, no se ha constatado ninguna grieta de rotura reciente ni en el piso, ni en la periferia de la edificación. RECOMENDACIONES Realizar un monitoreo y control permanente y periódico de las actividades mineras que se realizan en esta zona a fin de precautelar la seguridad tanto de las personas que laboran en las actividades mineras como de los vecinos del sector. Control y limpieza continua de los drenajes existentes en los flancos de las lomas hacia el Norte de la ciudad de Portovelo.

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exclusión minera que abarca gran parte del casco urbano de la ciudad.

En las zonas donde existen acumulaciones de agua se debería construir canales de drenaje para que la misma sea evacuada hacia una zona de desfogue estable. Evaluar el impacto potencial que produce en el pie del talud la erosión del río y los cambios en la elevación del nivel freático No permitir la construcción de viviendas en los alrededores de las labores mineras que se realizan en la actualidad Realizar un monitoreo y visitas periódicas de las galerías para mantener un control de las actividades y la forma como se están desarrollando a fin de precautelar la seguridad de los habitantes de las áreas colindantes a la zona minera.

En el año 2001, la Dirección Nacional de Geología realizó una investigación denominada “EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE LA ACTIVIDAD MINERA EN LA ZONA DE ZARUMA”, determinándose como consideración final que el cantón Zaruma es una zona que presenta una potencial inestabilidad. En Abril de 2006, la Dirección Nacional de Minería, mediante memorando 208-DINAMISMC. 2006 solicita que la Dirección Nacional de Geología realice una inspección técnica, a la zona de exclusión Minera de Zaruma, para determinar criterios sustentables que determinen las causas de los deslizamientos que ocurren en el área.

3.3.2 MOVIMIENTOS EN MASA EN LA CIUDAD DE ZARUMA Y SU AREA DE INFLUENCIA

La ciudad de Zaruma se ubica al suroeste del Ecuador, en el cantón Zaruma, provincia de El Oro, en el casco urbano de la ciudad se han producido movimientos en masa que han afectado importantes obras de infraestructura.

La ciudad de Zaruma es una de estas ciudades que por la falta de espacio se desarrolla de una forma desordenada y con la atenuante de estar inmersa dentro de una zona de actividad minera. La minería en la ciudad de Zaruma forma parte de la actividad entrópica, que produjo un incremento de la población a partir de la concesión que otorgo el estado ecuatoriano a la empresa SADCO (1902), actividad que continua actualmente. Con el propósito de precautelar la infraestructura de la ciudad, el estado ecuatoriano creó una zona de

Figura 3. Ubicación Zaruma

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La zona básicamente está constituida de lavas de composición andesítica meteorizadas y alteradas. La mayor parte del área está cubierta por suelos residuales que alcanzan potencias de más de 4 metros, estos suelos conservan los relictos de las diaclasas.

Foto 5.- Hundimiento

Las rocas están afectadas por fallas y fracturas con rumbo preferencial norte-sur, estas estructuras se encuentran como relictos en los suelos residuales.

Foto 6. Deslizamientos Calvario

En el sector del colegio Don Bosco, hospital y piscina se presenta la destrucción de una parte de la infraestructura, el colegio y el hospital están asentados sobre la cabecera de una quebrada, estas edificaciones se encuentran asentadas sobre suelo residual.

En la zona se presenta diferentes tipos de movimientos en masa siendo los principales deslizamientos rotacionales, traslacionales, en cuña y combinados. Un deslizamiento en cuña se presento en cerro El Calvario que afecto el coliseo de la ciudad de Zaruma, este cerro presenta evidencias de deslizamientos recientes y antiguos. Deslizamiento traslacionales se presentan en los taludes de la vía Damián Meneses y en la parte posterior del tanque reservorio y estos son superficiales.

El principal factor detonante para la ocurrencia de los deslizamientos fue la lluvia que al encontrar condiciones favorables en el macizo rocoso (planos de diaclasas a favor de la pendiente), pendientes fuertes, depósitos superficiales (suelos residuales potentes y limo) La actividad antrópica ha jugado un rol fundamental en la ocurrencia de movimientos en masa, por debido a un desordenado crecimiento urbano, deforestación de zonas sensibles, actividades mineras subsuperficiales. Utilizando el método de Brabb modificado, se determino que las zonas más susceptibles a

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Subsidencia o hundimiento por excavaciones subterráneas.La relación entre las labores mineras sub-superficiales y los hundimientos no se determinaron por la inaccesibilidad las labores mineras dentro de la zona exclusión minera, sin embargo en un estudio realizado por la DINAGE (2001) denominado, indica que por esta actividad pueden afectar el macizo rocoso y producir hundimientos que afectarían el casco urbano de la ciudad de Zaruma.

movimientos en masa (muy alta y alta susceptibilidad) están localizadas en el cerro El Calvario y la vía Damián Meneses

Asentamientos poblacionales desordenados.Las diversas intervenciones antrópicas (deforestación, concentración de aguas lluvias y servidas, cortes, rellenos, alteración de quebradas) en la zona en proceso de asentamientos humanos han dado lugar a la presencia de movimientos en masa.

Foto 7.- Hundimiento

Con la finalidad de regular la construcción en zonas que presentan susceptibilidad a deslizamientos, el municipio previo a la construcción de viviendas u otras obras civiles en el casco urbano de la ciudad tiene que exigir, un estudio de suelos, y se apliquen regulaciones para el uso del suelo. Además de impulsar un estudio de riesgo de la ciudad de Zaruma y un sistema de gestión del riesgo

Como se observa en el estudio de casos de la DINAGE se pudo evidenciar los problemas de hundimientos, principlamente por las actividades de los mineros. MANEJO AMBIENTAL

CAUSAS QUE PRODUCEN MOVIMIENTOS EN MASA EN LA ZONA DE ESTUDIO.

Con la finalidad de reducir, los efectos ambientales, es preciso diseñar programas de mediada de manejo ambiental minero subterráneo, estas actividades consisten en tratamiento de agua, manejo y control del aire minas, gestión adecuada de manejo de combustibles y desecho.

Presencia de deslizamientos antiguos.- Los movimientos en masa antiguos generan zonas de debilidad, que al estar expuestas a la acción directa del agua (escorrentía superficial)

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  CONCLUSIONES  Y  RECOMENDACIONES 

Es importante monitorear internamente la estabilidad de los macizos que se encuentran abandonadas.

El distrito minero Zaruma Portovelo, es una de las áreas mineras más importantes del país, tiene la historia minera más antigua del país y se ha convertido en un polo de desarrollo económico, sin embargo el precio de esto es muy alto si consideramos el grado de contaminación existente en la zona, las perdidas de los recursos minerales que has sido aprovechados en forma desordenada, antitécnica y con grandes pérdidas en su recuperación.

En la zona como se mencionó arriba en el sector se encuentran más de cien minas abandonadas que debieron emprender con sus planes de cierre, sin embargo no hay quien se haga responsable por el cierre, manejo y monitoreo de estas labores mineras abandonadas, por lo que se considera estas galerías dentro de los pasivos ambientales que tienen que ser resueltos. El principal problema que hay que resolver en este caso es el manejo de drenaje acido de roca que ya se evidencia desde el interior tanto de las minas activas como inactivas.

Actualmente las labores mineras existentes mayoritariamente son operadas en forma artesanal y semitécnicamente, esto ha generado altos niveles de contaminación el interior mina y consecuentemente se afecta a los recursos superficiales. Los riesgos de hundimientos, deslizamientos y desestabilización de macizos rocosos son altos debido a los inadecuados sistemas de explotación subterránea, se han creado grandes salones que en algunos casos se desploman y producen hundimientos superficiales.

Para el control y manejo de inestabilidad de macizos, deslizamiento de tierras superficiales y hundimiento, es necesario que se tomen decisiones de estado, las mismas que incluyan un diagnostico regional, luego de este diagnostico se debe zonificar las minas que tienen menor riesgo de colapso y aquellas que por alto riesgo y peligrosidad se deben cerrar.

Entre las recomendaciones para lograr un mitigación, manejo y control de los impactos descritos en el presente trabajo, se debe exigir el cumplimiento de la normativa minera, de seguridad, ambiental y social existente, por parte del estado.

Dentro de las medidas de control de macizos se debe prohibir que los mineros excaven los pilares de seguridad, así como debe realizar un control de aguas superficiales y subterráneas.

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Es importante mencionar que el Estado ha procedido con el censo minero en la zona de estudio y actualmente se encuentra procesando la información, la misma que puede ser una herramienta básica para realizar los programas de fortalecimiento y concienciación a los mineros del distrito minero.

Se recomienda establecer mecanismos para garantizar los futuros cierres de minas subterráneas, considerando el uso de tecnologías adecuadas. EL estado debe proceder con la remediación de los pasivos ambientales existentes, a través de sus departamentos ambientales tanto nacionales como locales.

Es necesario dar apoyo a la minería subterránea en el país, es una actividad que desde la historia se ha desarrollado en esta zona y ha sido el sustento de muchas generaciones y seguirá siendo la base económica de las actuales y futuras generaciones.

Uno de los factores más importantes y que la nueva ley de minería considera es la capacitación, asesoramiento y apoyo para tecnificarse, mediante el apoyo gubernamental a los mineros pequeños y artesanales.

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IMPACTO AMBIENTAL DEL MÉTODO DE EXPLOTACIÓN POR CAMARAS Y PILARES, APLICADO EN EL YACIMIENTO “LAS MERCEDITAS” DE CUBA * DIOSDANIS GUERRERO ALMEIDA ** OMAR FIGUEREDO HERNÁNDEZ * Doctor en Ciencias Técnicas. Ingeniero en Minas. Profesor Auxiliar del Departamento de Minas del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa “Dr. Antonio Núñez Jiménez”. Las Coloradas S/N. Moa. Holguín. Cuba. CP: 83329. Telef.: (53) (24) 60- 6678. Fax. (53) (24) 60-8190. e-mail: [email protected]; [email protected] ** Ingeniero en Minas. Jefe del Departamento de Operaciones Mineras de la Mina. Empresa Ferroníquel Minera .S. A. Moa. Holguín. Cuba. CP: 83330. Telef.: (53) (24) 60-4956. Fax. (53) (24) 60-4953. e-mail: [email protected]

RESUMEN  El siguiente trabajo forma parte de un grupo de investigaciones encaminadas a determinar el impacto producido por la aplicación del método de explotación por Cámaras y Pilares en el yacimiento “Las Merceditas”, ubicado en el Nordeste de la provincia cubana de Holguín. Para su realización fue necesario el uso de métodos estadísticos, observacionales, experimentales, haciendo uso de medios y equipos multidisciplinarios procedentes del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa “Dr. Antonio Núñez Jiménez” y la Empresa Cromo Moa. La metodología empleada estuvo dirigida a la búsqueda bibliográfica de información, visitas a la mina, trabajo de campo y análisis y procesamiento de los resultados, con lo cual se pudo caracterizar el impacto ambiental que produjo la minería subterránea a la zona, proponer el empleo de equipos de elevada productividad; explotar de manera integral las reservas exploradas en mayor proporción, garantizar una mayor seguridad durante el laboreo del yacimiento objeto de estudio, proponer el uso de desechos sólidos y el diseño de trampas de recepción de líquidos contaminantes producidos durante la actividad minera, todo lo cual se enmarca en la concepción de desarrollo sostenible de la minería cubana. Palabras claves: desarrollo sostenible, explotación subterránea, método de explotación, medio ambiente, desechos sólidos, líquidos contaminantes.

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IMPACTO AMBIENTAL DO MÉTODO DE MINERAÇÃO POR CÂMERAS E PILARES APLICADAS NO JACIMENTO "LAS MERCEDITAS" DE CUBA RESUMEM O seguinte trabalho forma parte de um grupo de investigações encaminhadas a determinar o impacto produzido pela aplicação do método de mineração por Câmera e Pilares no jacimento "Las Merceditas", localizado em Nordeste da provincia cubana da Holguín. Para sua realização foi necessário o uso de métodos estatísticos, observacionas, experimentas, fazendo uso de meios e equipamentos multidisciplinares procedentes do Instituto Superior Minero Metalúrgico do Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez" e a Empresa Cromo Moa. A metodologia aplicada foi direcionada a pesquisas bibliográfica das informações, visitas em minas, trabalho do campo, análises e processamento dos resultados que poderiam caracterizar um impacto ambiental que produzim mineração subterrânea em esta zona, propor a ultilização do equipamentos do elevada produção para explorar as reservas conhecidas globalmente em mayor proporção, garantir uma maior segurança durante sua elaboração deste tacimento objects de estudo, propor a ultilização do resíduos sólidos e a concepção das armadilhas para a recepção do contaminantes líquidos produzidos durante a atividade minera, todo al igual se emmarca em conceito do desenvolvimento sustentável da mineração cubana.

Palavras chaves: desenvolvimento sustentável, mineração subterrânea, modo do operação, meio ambiente, residuos sólidos, líquidos contaminantes. .

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subsistema natural hacia el artificial, impactos, residuos y riesgos desde el artificial hacia el natural. También existen interacciones al interior de cada subsistema.

1. INTRODUCCIÓN El perfeccionamiento y desarrollo de los procesos productivo mineros, la introducción de cambios tecnológicos y la búsqueda de nuevas soluciones a los problemas globales, regionales y locales existentes en la actualidad, son algunos de los retos que enfrenta la humanidad para alcanzar el desarrollo minero sostenible.

En el caso minero la interacción se da a través de competencias por el uso y explotación de los recursos, los cuales son escasos, por ejemplo el uso del agua, aire y suelo; o por emisiones de contaminantes al aire, agua y suelo, que son utilizados por otras actividades productivas de la región como la agricultura, la pesca, el turismo y centros urbanos, entre otros.

Para cumplir este propósito, es importante la integración de todas las actividades presentes en cada territorio a partir de un desarrollo planificado, especialmente en aquellos lugares donde la industria extractiva de recursos minerales representa la base económica fundamental.

Partiendo de este análisis se recomienda que para alcanzar el desarrollo sostenible en el territorio minero se deba trabajar para lograr el control o equilibrio de los problemas y fenómenos surgidos como consecuencia de la interacción entre los subsistemas y componentes que forman parte del sistema integral territorial analizado.

Esta integración debe obtenerse siguiendo un análisis sistémico e integral en cada caso concreto, donde se conjuguen por un lado las potencialidades de los recursos presentes en cada territorio minero y por otro donde se tenga en cuenta que aquellos sectores que hacen uso y explotación de estos recursos forman parte de un gran sistema constituido a su vez por dos grandes subsistemas; el natural o ecológico y el antropogénico o artificial los cuales interactúan entre sí. Producto de su interacción existe un flujo de materia prima, servicios y de residuos/impactos, (Guerrero, 2003).

En correspondencia con lo antes expuesto, el presente trabajo esta encaminado a encontrar una solución a los problemas surgidos durante la aplicación incorrecta de las variantes de explotación por Cámaras y Pilaras, utilizadas en el yacimiento “Las Merceditas”, (que en estos momentos se encuentra en proceso de cierre) , ubicado en el nordeste de la provincia de Holguín, de la República de Cuba.

Este flujo es bidireccional, fluyendo materias primas y servicios desde el

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2. INFORMACIÓN GENERAL SOBRE EL YACIMIENTO El macizo hiperbásico Moa - Baracoa está ubicado en la parte nororiental de la antigua provincia de Oriente y comprende la mayor parte del territorio de los municipios Sagua de Tánamo y Moa de la provincia de Holguín, y Baracoa de la provincia Guantánamo. La región está limitada al norte por el Océano Atlántico, al este por el río Yumurí, al oeste por el curso medio del río Castro y su límite sur está incluido en la provincia Guantánamo.

GOLFO DE MEXICO CUB

MEXIC O LA ESPAÑOL A

CUENCA DE YUCATAN BELICE

FOSA CAYMAN

PUERT O RICO

JAMAICA

GUATELAMA

HONDURA

NICARAG

Figura 1. Ubicación geográfica del yacimiento “Las Merceditas”, (Guerrero, 2004).

La región es de clima tropical y no se caracteriza por la división existente de seca y de lluvia. Las lluvias en general caen durante todo el año, las precipitaciones alcanzan niveles entre 1700-2500 mm al año, reconociéndose la mayor cantidad de estas en los meses de abril - junio y octubre - diciembre. En el invierno tienen carácter prolongado y poca intensidad, estas lluvias son más abundantes en las zonas montañosas que en el litoral y la humedad relativa es muy alta. La región posee un régimen de temperatura muy variado en las partes montañosas y costeras de la región.

El yacimiento “Las Merceditas” se encuentra ubicado dentro de los límites del municipio Moa, provincia Holguín, (ver Figura 1). El poblado mayor, más cercano al yacimiento es Punta Gorda, donde se encuentra la planta de beneficio de cromita “Rafael Fausto Orejón”, la cual procesaba las menas del yacimiento en cuestión. Se une a la plata de beneficio por medio de un camino minero de 25 Km.

El área se encuentra ubicada dentro del parque nacional “Alejandro de Humbolt”, y la misma es de un alto interés de conservación florística y faunística del país. La vegetación de la región es tropical y depende de la capa de vegetación y la orografía. Crecen pinos, matorrales de plantas

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punto de vista agrícola (se utilizan fundamentalmente como forestal), pues son pobres en cuanto a la fertilidad.

tóxicas y otras variedades de especies leñosas. En las montañas (tanto sobre de las pendientes como sobre las divisiones de las aguas) se caracteriza por la presencia de densas malezas tropicales trenzada por liana, ortigas, etc., por lo que el transitar por estos lugares sin previas aperturas de trochas se hace muy difícil (Noa, 1996).

Según estudios geológicos realizados anteriormente en la zona, las menas del yacimiento analizado se encuentran en forma de 7 lentes la mayoría de los cuales afloran a la superficie a ambos lados del río Jaragua (excepto el 7), y cuyas potencias varían entre 2 y 25 m y su buzamiento oscila entre 100 – 400, (aunque se han encontrado casos de pequeños cuerpos que superan esta variación promedio alcanzando valores entre 500-700). Los cuerpos de cromitas presentan un color gris oscuro, la granulometría es de media a gruesa, se encuentran muy agrietados y las grietas rellenas por dunitas y carbonatos. Dichos cuerpos están relacionados con las harzburgitas. Alrededor de estos, entre las menas y las harzburgitas, generalmente se desarrolla un cuerpo dunítico de poca potencia.

El relieve de la zona es muy variado, alrededor del 80 % desarticulado, compuesto por montañas de laderas abruptas, y el resto está ocupado por altiplanos. Todo el territorio está en los límites de la cuchilla de Moa, macizo montañoso de la sierra de Sagua. Montañas bajas aplanadas ligeramente diseminada es la forma de relieve que adquieren estas montañas, en ellas se encuentra la mayor cota que corresponde a la elevación del “Toldo” con 1174 m de altura, alrededor del cual se han desarrollado numerosas formas de relieve cárstico. Es muy frecuente dentro del territorio encontrar la formación de barrancos en la parte alta y media de los ríos que atraviesa el complejo ofiolítico y que tiene un fuerte control estructural.

Las rocas que componen este yacimiento están completamente serpentinizadas, cuyos contenidos de espinela cromíferas son de (80 – 95) %, (60 –85) % y del 50 % respectivamente (Cartaya, 2000).

Los suelos se presentan con un característico color rojo, de vegetación muy propia con alto contenido de hierro y aluminio, lo que hacen que se cataloguen como fersialíticos. Desde el punto de vista minero presentan gran importancia ya que son grandes fuentes económicas no siendo así desde el

Están representadas por peridotitas, dunitas, y diques de gabro pegmatitas clasificándose como rocas duras y semiduras. Su composición mineralógica, es variable; de acuerdo a las relaciones cuantitativas del

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ligeramente básicas, con mineralización de 0.1 g/l. Las rocas son poco permeables y aumenta la afluencia de agua en las zonas de mayor agrietamiento causado por grandes fallas, (Guerrero, 2005). Gran parte del yacimiento se encuentra por debajo del nivel del río, por lo que en épocas de lluvia esta tiende a inundarse por la penetración del agua a través de las grietas y cámaras abiertas que dan a la superficie.

mineral metálico y no metálico que las componen. Las menas más características son las masivas y las de impregnación densa de los granos medios y gruesos, llegando a alcanzar desde 1 hasta (5 – 7) mm. Presentan, además, estructuras locales masivas nodulares raramente cataclásticas microbrechosas y muy raramente corroídas y bateadas. La mena está compuesta fundamentalmente por: Cr2O3, SiO2, CaO, Al2O, FeO, MgO (Falero, 1996).

El suministro de la energía eléctrica a la mina se realiza a través de una planta diesel de energía. Anteriormente la fuente de alimentación era una minihidroeléctrica ubicada en la cota 240, cerca de la residencia de los trabajadores. En la actualidad la mina es abastecida del agua proveniente de la micropresa ubicada aproximadamente a un kilómetro de la misma, en la cota 321. El agua es enviada a la mina a través de turbinas utilizando para su transportación la propia fuerza de gravedad.

Desde el punto de vista ingeniero geológico tanto el mineral como las rocas anteriormente descritas son rocas agrietadas, con Resistencia a la Compresión que varía de 605 a 739 Mpa, su Coeficiente de Fortaleza varía de 6.05 a 7.39; según Protodiákonov se clasifican como rocas fuertes o suficientemente fuertes y según Lomtadse como rocas duras. El macizo se encuentra afectado por varios sistemas de grietas de rumbos e inclinaciones variables, se pueden encontrar dislocaciones primarias y secundarias que se interceptan, provocando en los puntos de intersección, zonas de debilitamiento tectónico, (Cartaya, 2000).

La red hidrográfica de la zona está bien desarrollada, representada por el río Jaragua y algunas cañadas, las que drenan el agua en épocas de extensas lluvias, aunque permanecen secas en épocas del año de escasas precipitaciones, y a su vez este río es el afluente del río Jiguaní.

La circulación del agua es por las grietas, el coeficiente de filtración es bajo, según Kurlov son aguas hidrocarbonatadas cloruradasmagnesianas, por su PH son

El área donde se realizan los trabajos mineros se encuentra alejada totalmente de la influencia del río, ya

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por un socavón ubicado en el costado yacente por debajo del cuerpo mineral a unos 6-8 m.

que la cota del mismo es inferior a la cota de la base de explotación, sin embargo, en el interior de la mina se puede encontrar áreas de intenso agrietamiento por donde fluye abundante agua en épocas de lluvias, no siendo así en épocas de seca.

La distribución de los socavones para la apertura de los lentes fue la siguiente: el M-1 sirvió para aperturar para los lentes No 1, 3, 4, y 7, el M-2 para la apertura del lente No 2 y el M-3 para la exploración del lente No 3. Los lentes 5 y 6 se proyectaron extraerlos de forma independiente del complejo principal de la mina por su lejanía y altura con respecto al socavón M-1 o principal.

Esta mina se encuentra en fase de cierre y forma parte del grupo construidas para la explotación de los yacimientos de cromo anclados en la región de Moa– Baracoa, las cuales están formados por complejos metamórficos anteriores al cretácico. Los productos extraídos, una vez procesados en la planta de beneficio; se vendían a diferentes piases del resto del mundo; entre los que se destacaron Suecia, Brasil y México. En el consumo nacional se destacaron las empresas Antillana de Acero, Planta Mecánica de Santa Clara y el Laminador de las Tunas (Guerrero, 2004).

3. 2 Métodos de explotación aplicados El yacimiento se explotó desde el año 1981 por el modo subterráneo con perspectivas de continuar su uso. Para su explotación se han utilizado diferentes métodos pertenecientes a la clase I (zona de arranque abierta, según la clasificación de Agoshkov).

3. PARTICULARIDADES SOBRE LA EXPLOTACIÓN MINERA

De dicha clase se utiliza desde sus inicios, el método de explotación por Cámaras y Pilares perteneciente al grupo 4. Este método se comenzó de forma experimental inicialmente y hasta la actualidad permanece. De este se han utilizado 2 variantes: Cámaras y Pilares con arranque por subnivel y con arrastre de la mena a los contrapozos de colada y Cámaras y Pilares con arrastre de la mena a través del contrapozo de colada con winche scraper con galería de corte inferior, (Guerrero, 2004). Este

3. 1 Apertura del yacimiento Durante la etapa de exploración geológica, el yacimiento fue aperturado por medio de tres socavones, (denominados M-1, M-2 y M-3 respectivamente), que fueron contribuyendo inicialmente a las labores de exploración geológica y después a la explotación de los cuerpos minerales, tal como sucedió con el Lente 1, que fue aperturado

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galería de ventilación, (galería de tráfico) que se erige previamente por todo el pilar de corona.

último es el que se describe a continuación en la Figura 2

Comenzando en de la galería de transporte y cada 10 m se construyen los recortes de 5 m. Más adelante se construyen las piqueras o coladeros que van hasta el colgante del Lente para poseer una mayor información geológica. Posteriormente desde la galería de ventilación y por el centro de la cámara se construye una galería de corte, (trinchera de corte) ubicada en le piso de la cámara, hasta el coladero por donde se inicia la explotación de la cámara.

Figura 2. Variante de método de explotación por Cámaras y Pilares, aplicado en la mina “Las Merceditas”. 1- contrapozo de colada; 2- contrapozo de tráfico; 3- cuerpo mineral; 4barrenos de arranque; 5- trinchera de corte.

La separación de la mena se realiza por perforación y voladura, perforando barrenos con la perforadora PR-22 desde el interior de la galería de corte hacia la galería de ventilación, dispuestos los barrenos en forma de abanico. En los últimos tiempos se ha utilizado el método de “Tumba y Deja”. Este método consiste en ir arrancando el mineral desde uno de los hastíales de la galería de corte hasta llegar a los límites proyectados de la cámara y luego para alcanzar la altura proyectada de la cámara, el minero se sube sobre el montón de mena explosionada y perfora la otra parte del techo. Esto se realiza en ambos lados de la galería de corte y finalmente se procede al arrastre del mineral (Guillermo, 1996).

Desde del socavón de exploración se realizó una galería transversal maestra por la roca siguiendo el rumbo del cuerpo mineral. Luego, cada 10 m se construyeron recortes perpendiculares a dicha galería. Estos recortes son de aproximadamente 5 m de largo. A partir del primer recorte se erige el contrapozo de un compartimiento, que sirve para el traslado del personal y los equipos. Este contrapozo llega hasta el mineral pudiendo continuar hasta el colgante. Posteriormente, comenzando en este contrapozo y por todo el centro del pilar proyectado de la cámara es construida una galería de minas que llega hasta el pilar de corona de la cámara. Esta galería se construye entre las cámaras y se une con la

El arrastre en las cámaras se realiza con ayuda de un winche-scraper que

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3- Altura: En dependencia de la potencia de los cuerpos minerales, como promedio oscilaba entre los 2 y 20 m.

se coloca en una pequeña cámara de 2 - 4 m situada en el yacente, detrás de la piquera. El mineral arrastrado cae por gravedad a través de la piquera hasta el recorte donde se encuentra ubicada la cargadora frontal PNZ-2 de fabricación checa, la que carga el tren de vagonetas que traslada el mineral hasta la estación de descarga situada en la roca y que está en la misma cota de forma paralela al socavón M-1 (Cartaya, 2000).

b) Obras horizontales subterráneas • Galerías de transporte, ramales de carga y de tráfico. Sección de 2.35 x 2.46 y 5.78 m2. • Trinchera de corte. Sección de 2.35 x 2.46 y 5.78 m2. • Galería de tráfico inferior y superior. Sección de 1.8 x 1.8 y 3.24 m2.

La aplicación en el yacimiento de este método de explotación dio dado buenos resultados dado que generalmente se trataba de lentes con buzamientos horizontales y poco inclinados, con una potencia que varían de 3 - 5 m hasta 20 m, así como la presencia de una mena homogénea, sin zonas de intercalaciones de estéril y tanto las rocas encajantes como el mineral son estables.

c) Obras verticales subterráneas Están formadas por los contrapozos que unen las galerías y ramales con el cuerpo mineral (contrapozo de tráfico, contrapozo de carga y contrapozo de unión de tráfico), la sección y longitud se determinaron a partir de su función, la distancia a que se encuentra el cuerpo mineral y a la potencia del mineral. Las dimensiones de estas obras oscilaban entre 2 x 2 y 4 m2.

3. 3 Parámetros de las excavaciones

Las galerías de transporte y los ramales de carga y de tráfico, se ejecutaron en el estéril y tienen la finalidad de acceder a la zona mineralizada por el yacente, no son fortificadas, excepto en las zonas afectadas por la tectónica. Todos los trabajos de laboreo de las obras horizontales, como verticales e inclinadas son realizados con el método de barrenación y voladura.

Por las condiciones de yacencia del mineral, las rocas de caja y el equipamiento a utilizar, para la explotación del yacimiento las excavaciones principales se proyectaron con los siguientes parámetros técnicos: a) Cámaras 1- Longitud: menor de 30 m 2- Ancho: menor de 20 m

3. 4 Preparación de las cámaras

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La preparación de las cámaras, consta de una serie de obras que de acuerdo a su uso se denominan de la forma siguiente: • Contrapozo de tráfico. • Contrapozo de colada. • Galería de tráfico inferior y superior. • Cámara de winche. • Galería de explotación (trinchera). A continuación se explica cómo se preparaba cada una de ellas en la mina

3. 4. c Galerías de tráfico inferior y superior Se ubicaban dentro de los pilares de protección que rodean las cámaras cerca del yacente y del colgante, tienen una sección transversal de 1.8 x 1.8 m y 3.24 m2 sin fortificación. Su objetivo es permitir el tráfico de personal, equipos y materiales, así como facilitar el acceso a los contrapozos de carga y tráfico y la explotación de los pilares donde se ubican.

3. 4. a Contrapozos de tráfico

3. 4. d Cámara de winche

Estos se ubicaban a partir de los ramales de tráfico hasta el colgante del mineral y se unían a la galería de tráfico, ubicándose protegidos por los pilares intercamerales. Tienen una sección transversal de 2 x 2 m y 4 m2 sin fortificar, pero con las divisiones de plataformas y escaleras. Su función es permitir el tráfico de personal y materiales. Se ejecutaron con la utilización de la Plataforma Trepadora de la firma Alimack.

En ella se trabaja desde los contrapozos de carga frente a las trincheras, se fortifican y tienen la finalidad de colocar el winche de arrastre para acarrear el mineral durante el laboreo de la trinchera y la explotación de la cámara. Su sección es de 2.2 x 2.3 y 5.06 m2. 3. 4. e Galerías de explotación (trincheras de corte) S e ubican en el centro de cada sección de la cámara a partir de los contrapozos de carga hasta la galería de tráfico del pilar transversal superior, se ejecutaron por el yacente. Tienen como finalidad la explotación de la cámara y permitir el tráfico del personal, equipos y materiales. Su sección es de 2.35 x 2.46 y 5.781 m2.

3. 4. b Contrapozos de colada Estos se ubicaban al final de los ramales de carga de tal forma que salen al centro de cada sección de cámara al borde del pilar inferior, tienen una sección transversal de 2 x 2 m y 4 m2 sin fortificar, su objetivo es el transporte de mineral desde las cámaras hasta el ramal de carga. Se ejecutaron con la utilización de la Plataforma Trepadora de la firma Alimack.

3. 5 Determinación de los parámetros de las cámaras

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Los parámetros constructivos de las cámaras con arrastre del mineral arrancado, por winche scraper fueron determinados por el análisis de las cámaras explotadas en otros yacimientos análogos como “Cromitas” y “Cayo Guam”, (Rodríguez, 2000). Se tomó en cuenta también el equipamiento con que se disponía para la explotación de los mismos, la menor cantidad de obras de preparación posible, así como su flexibilidad de adaptarse a distintas variantes de explotación basándose en las potencias de los cuerpos minerales.

Figura 3. Vista de planta del método de explotación por cámaras abiertas y pilares intercamerales. 1.- contrapozos de tráfico; 2.- pilares intercamerales; 3.- contrapozos de colada; 4.- galerías intercamerales; 5.- mineral arrancado, 6.- barrenos de arranque en abanicos.

Cada cámara está limitada, tanto en longitud como en ancho por pilares continuos de 6 a 8 m de espesor respectivamente, y dividida en dos tramos de explotación por medio de pilares aislados de 5 m de espesor, estos pueden ser cuadrados o circulares según se estime más conveniente. A cada tramo le corresponde un contrapozo de extracción de mineral (colada).

3. 6 Determinación de los parámetros de de los pilares de las cámaras Las dimensiones de los pilares son las mismas aplicadas en otras minas de similares características, así como durante la explotación de los primeros cuerpos del yacimiento, es decir: • Pilar intercameral transversal: 8 m • Pilar intercameral longitudinal: 8 m. • Pilar aislados centrales: 5 m

El ancho total de las cámaras entre pilares continuos, es de 20 m y entre los ejes de los pilares continuos intercamerales es de 30 m. El largo total de las cámaras entre los pilares continuos, es de 30 m y entre los ejes de los pilares continuos es de 40 m. La altura de las cámaras va en dependencia de la potencia de los cuerpos minerales, la cual se promedia entre los 2 y 20 m, (ver Figura 3).

3. 7 Liquidación de pilares y espacios abiertos Durante la explotación del yacimiento no se proyectó la liquidación de los pilares, ni la liquidación de espacios abiertos. Esto

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carga, transporte, compresores de aire comprimido, plantas eléctricas, etc.; que se unen a las aguas de drenaje de la mina y contaminan el manto freático y las corrientes superficiales de la región.

se justifica por las características del mineral y las condiciones de estabilidad del macizo. La liquidación de pilares se hará posterior a la explotación y cierre de la mina, siempre y cuando las condiciones lo permitan.

Teniendo en cuenta estos elementos así como que el yacimiento se encuentra situado dentro del parque nacional “Alejandro de Humboldt”, declarado por la UNESCO como Patrimonio de la Humanidad y de las reservas de la biosfera “Cuchillas del Toa”, y atendiendo a la política de nuestro estado de luchar contra la degradación del medio ambiente y cumplir las regulaciones aprobadas sobre el tema, en la mina se tomaron un conjunto de acciones para contrarrestar dichos efectos negativos. A continuación se explican las soluciones que se dieron.

4. IMPACTOS PRODUCIDOS POR EL MÉTODO DE EXPLOTACIÓN Al realizar un estudio y evaluación del impacto ambiental ocasionado por el empleo de este método de explotación en la mina, se comprobó que si bien no se producen grandes afectaciones al medio circundante pues tanto las labores mineras como su influencia, no transcienden a la superficie del terreno donde está enclavada la mina, si existen otras afectaciones generadas por la propia actividad y entre las cuales podemos nombrar las siguientes:

4. 1 Solución al estéril de las excavaciones de obras mineras y colas de la planta de beneficio

1. Gran cantidad de volumen de estéril, producto de la excavación de las obras mineras de preparación y beneficio del mineral que tienen que ser extraídas y depositadas en escombreras fuera de la mina.

Para resolver el primer problema se realizó un estudio de mercado en todo el municipio de Moa y poblaciones aledañas. Como resultado de este, se obtuvo que las colas de la planta de beneficio, constituyen un árido compuesto por dunitas, peridotitas y gabros con una granulometría de 12 mm obtenidas por el proceso de trituración y beneficio, las cueles resultaron ser un magnífico material para la producción de hormigón asfáltico.

2. Emisión de CO2 a la atmósfera, como resultado del trabajo de Plantas eléctricas para proveer de energía a la mina y a los compresores de aire comprimido. 3. Derrame de líquidos contaminantes (aceites y lubricantes), generados por el trabajo de los equipos mineros de

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altiplanos siendo que las cotas absolutas van de 180 a 900 m con diferencia promedio de 500 m, y existiendo en la zona ríos de caudal permanente que permitían aprovechar los desniveles para la obtención de energía hidráulica, se realizó un proyecto de construcción de una pequeña hidroeléctrica (400 Kw de potencia) que si bien no suministraba toda la energía necesaria, si permitía dejar de quemar unas 420 t de diesel al año, con la consiguiente disminución del 75 % de las emisiones a la atmósfera, (Figuerrero, 1986).

El resto de los materiales de hasta 200 mm de diámetro se vendieron a las empresas constructoras del municipio para la construcción de caminos y hormigones ciclópeos. De igual manera, las arenas se comenzaron a utilizar en la construcción de viviendas, fabricación de bloques y otros. Para incrementar las potencialidades de comercialización de estos productos fue necesario una pequeña inversión que consistió en un molino de quijadas, una zaranda de tres paños y varias bandas transportadoras con lo cual se comenzó el suministro de materiales de construcción a las obras del municipio y otras pequeñas ciudades, convirtiéndose el problema medio ambiental en una fuente más de ingreso para la empresa minera.

La hidroeléctrica está constituida por un Baso o un muro que cerraba el río Jaragua, 1 400 m de tuberías de 600 mm de diámetro, una sala de máquinas con 4 turbinas, 2 generadores y dos compresores Beticos de 28 m3/min, (estos últimos acoplados directamente a las turbinas logrando convertir la energía hidráulica directamente en energía neumática). La diferencia de altura entre la Obra de Toma y la Casa de Máquinas es de 79 m, (Figuerrero, 1986).

Por otra parte, y en cooperación con el ISMM de Moa, se realizaron investigaciones para la utilización de la dunita en la fabricación de ladrillos refractarios, convirtiendo así un estéril producto de las operaciones mineras en un producto altamente demandado por otros clientes.

Con la construcción y explotación de la mencionada obra, se logró además de suministrar H2O por gravedad a todos los frentes de trabajo de la mina, tanto a los de desarrollo, extracción y a las instalaciones hidrosanitarias del campamento minero; minimizar los efectos ambientales negativos provocados por la emisión a la atmósfera de

4. 2 Solución a la emisión de gases de efecto invernadero Teniendo en cuenta que la región donde se encuentra la mina es el macizo montañoso Moa-Baracoa, donde el relieve es variado, encontrando montañas de laderas abruptas, el resto está ocupado por

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En la Figura 4 se aprecia un esquema de una trampa de grasa muy sencilla de las utilizadas en la mina, la cual en dependencia del caudal a recibir puede ser mayor o menor, pudiendo ser construidas de hormigón como una piscina si es única para toda la mina, o hasta del tamaño de un bidón de 200 l, o una vagoneta de mina para un equipo en específico, o pueden ser además estáticas o móviles y trasladarse junto con el equipo en cuestión.

gases nocivos provenientes de las plantas eléctricas (termoeléctricas), ubicadas en la mina. 4. 3 Solución al derrame de líquidos (aceites y lubricantes) Los vertimientos de líquidos contaminantes, (aceites y lubricantes) se producen involuntariamente al operar equipos mineros que pueden en ocasiones sufrir averías o que liberan estos con el aire comprimido utilizado como energía. Estos equipos pueden ser: palas neumáticas, martillos barrenadores, locomotoras, compresores, plantas eléctricas o aquellos que utilizan aceites hidráulicos para mover sus elementos móviles como cargadores frontales, perforadoras hidráulicas para sondeos geológicos, etc., siendo estos últimos los más contaminantes, pues son propensos a sufrir averías en sus mangueras por donde circula el fluido hidráulico.

Figura 4. Esquema de una trampa de grasa. 1.- Entrada de H2O contaminada con aceites y grasas lubricantes. 2.Salida de H2O limpia. 3.- Válvula de limpieza del recipiente. 4.- Capa de aceites y grasa acumulada en el recipiente.

Para solucionar este problema se construyeron trampas de grasas muy efectivas, dispuestas en lugares estratégicos, determinados luego de un estudio de la circulación de los drenajes de la mina. Estas trampas impedían que dichos vertimientos llegaran a la cuenca del río Jaragua, afluente del Jaguaní que a su vez tributa al Toa, río más caudaloso de Cuba y artería principal del parque nacional “Alejandro de Humboldt”.

Estas trampas se colocan en el curso de la corriente de las zanjas de desagüe enterradas de tal forma que permitan la entrada del flujo del H2O contaminada de la zanja sin impedimentos (1). Al caer en el recipiente, las grasas y lubricantes afloran a la superficie (4) y el H2O limpia sale por el conducto (2).

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El conducto (3), sirve para la limpieza del recipiente el que está provisto de una válvula, por la que se extraen los contaminantes y se conducen a un colector donde son almacenados hasta su venta para la recuperación. Este último conducto (3) debe ser lo suficientemente ancho para permitir la salida de las arenas y otros sólidos que son arrastrados por las aguas. De esta manera se eliminaban todo tipo de impurezas generadas durante la explotación de los equipos mineros.

5. CONCLUCIONES 1- Con la aplicación del método de explotación de cámaras y pilares en el yacimiento “Las Merceditas”, se produjo además de la explotación de gran parte de los lentes de cromo refractario ubicados en la zona, un grupo de afectaciones al medio ambiente. Entre estas las más notables se destacan: vertimiento al exterior de gran cantidad de volumen de estéril, emisión de CO2 a la atmósfera y el derrame de líquidos contaminantes (aceites y lubricantes). 2- La aplicación en la mina de las medidas correctoras permitió, transformar en beneficios económicos lo que antes eran fuentes de contaminación para el medio ambiente.

REFERENCIAS GUERRERO ALMEIDA D., R. GUARDADO LACABA Y R. BLANCO TORRENS. Propuesta metodológica para el diseño de Sistemas de Indicadores de Sostenibilidad (SIS), en regiones mineras de iberoamérica. En: Agua, minería y medio ambiente. Libro Homenaje al Profesor Rafael Fernández Rubio. [ISBN: 847840-574-7]. Editado en: Instituto Geológico y Minero de España. Madrid, España. 2005. Pág.: 781-790.

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GUERRERO ALMEIDA D., A. GRIMÓN HERNÁNDEZ, P. LAURENCIO CALAS. Propuesta de variante de explotación sostenible para el yacimiento Merceditas. Minería y Geología. 14(1). [ISSN: 02585979]. 2004. GUERRERO ALMEIDA D. Sistema de indicadores mineros para la explotación sostenible de los yacimientos minerales. Tesis presentada en opción al título de Doctor en Ciencias Técnicas. Facultad de Geología y Minería del ISMMM. Centro de Información Científico Técnica, 2003. 257 P. CARTAYA, P. M. Caracterización geomecánica de los macizos rocosos en obras subterráneas de la región oriental del país. Tesis Doctoral. Facultad de Geología y Minería. ISMM. Moa. Cuba. 2000. 100 P. FALERO, SALADO, R. Geometría del agrietamiento el macizo rocoso de mina Merceditas y su estabilidad. ISMMANJ, Moa. Cuba. Tesis de Maestría. 1996. 84p FIGUEREDO, O. Proyecto Mini hidroeléctrica “Las Merceditas”. Empresa CROMOMOA, Holguín, Cuba. 1986. 50 P. RODRÍGUEZ, G. Proyecto de Exploración Detallada Flanco suroccidental Cromo Subterráneo Merceditas. Lentes 1 y 7. Nivel + 285. Empresa CROMOMOA, Holguín, Cuba. 2000. 50 P.

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Evaluación de la Estabilidad Física para el Cierre de Labores Mineras Subterráneas Hugo Aduvire Dr. Ing. de Minas AMEC (Perú) S.A.

Especialista en Cierre de Minas y Medioambiente e-mail : [email protected]

RESUMEN: En la actualidad la minería cumple un papel importante en la economía de un país. Sin embargo, la explotación de minas subterráneas, afectan en mayor o menor medida a su entorno circundante, especialmente cuando se desarrollan las operaciones mineras y no se realizan actividades de cierre de las instalaciones tras finalizar el ciclo productivo. Esto es lamentable porque actualmente existe la tecnología y las herramientas adecuadas que permiten mitigar los daños ocasionados al medio ambiente. Por otra parte, el desarrollo de cualquier proyecto minero, para poder mantener su nivel de competitividad, debe adecuarse al cumplimiento de la normativa medioambiental vigente, la cual considera que las labores mineras que son objeto de cierre, deben alcanzar la estabilidad física, geoquímica, hidrológica y biológica a largo plazo. Para poder cumplir con estos objetivos se debe evaluar aspectos geotécnicos, geoquímicos, hidrológicos y biológicos, con el propósito de adoptar medidas de cierre adecuadas. Las aprobaciones de permisos ambientales son un requisito ineludible, y los planes de cierre están orientados a predecir, evaluar y mitigar los efectos que pueden generarse sobre el ecosistema del lugar. Por tanto, el cierre de una labor minera planificado desde la concepción del proyecto, dará como resultado un beneficio medioambiental, económico y social del entorno. En este trabajo se describe el análisis de la estabilidad física aplicada a las labores subterráneas para efectuar el cierre adecuado de las estructuras en operación o en situación de abandono (pasivo ambiental). La experiencia demuestra que no sólo es viable desarrollar actividades mineras cuidando el medioambiente y cumpliendo una normativa existente, sino que, la excelencia ambiental constituye un imperativo ético imprescindible de solidaridad con las futuras generaciones.

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y no requerir grandes desembolsos al final de la vida de la instalación.

1. INTRODUCCIÓN La normativa de cierre de minas aprobada en los últimos años en Perú, contempla que todas las actividades de explotación y beneficio, más la labores de exploración catalogadas como de tipo II (antes categoría C), deben tener su Plan de Cierre y éstos deben estar elaborados según lo estipulado en el reglamento aprobado mediante DS 033-2005-EM del 15/08/2005 y que es de obligado cumplimiento para los titulares de actividades mineras.

En caso de suspensión temporal de operaciones motivado por un descenso del precio de los metales o debido a un peligro inminente para la salud y seguridad pública o riesgo de afección al ambiente, así como por la paralización impuesta por la autoridad competente en ejercicio de sus funciones, u otros motivos de fuerza mayor, se implementará el cierre temporal, en ningún caso esta paralización debe ser mayor a los tres años, de lo contrario se procederá a implementar las medidas de cierre final.

Según este reglamento y teniendo en cuenta los aspectos técnicofinancieros y el período de ejecución, se consideran tres escenarios de cierre: uno definitivo (cierre final) que se realiza al final de la vida de la instalación y que requiere la constitución de una garantía (fianza) que el titular de la actividad minera debe depositar en los primeros 12 días hábiles del año siguiente a la fecha de aprobación del plan de cierre, cuyo monto se estima en función al presupuesto de cierre y la vida de la instalación, para estimar la vida se tienen en cuenta las reservas probadas y probables además del ritmo anual de producción; otro tipo de cierre que no requiere fianza y que se puede ejecutar simultáneamente durante el desarrollo de la actividad productiva, denominado cierre progresivo, permite reducir los costos de cierre al cagarlos en forma conjunta a las actividades operativas

El cierre de labores en operación o abandono supone la asignación de significativas cantidades de dinero y la dedicación de grandes esfuerzos para lograr su estabilización física y química principalmente, esto hace que se busque su viabilidad de un nuevo aprovechamiento lo cual permitirá reducir el costo de cierre, mediante el empleo de técnicas innovadoras a fin de mejorar la rehabilitación de las áreas ocupadas por las labores mineras. 2. PROBLEMÁTICA DE LOS TERRENOS MINEROS Las actividades mineras pueden generar la alteración del entorno en mayor o menor medida, además de producir cambios en la calidad de los suelos y las aguas, creación de cavidades como: bocaminas, galerías,

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cámaras y chimeneas que requieren su rehabilitación y/o su cierre al final de su vida operativa.

estándar en el diseño de los dispositivos de cierre, como: compuertas, muros, tapones y otros

La experiencia de la industria minera a nivel internacional ha demostrado que la mejor manera de asegurar la estabilidad física y química a largo plazo de las labores mineras, es implantar el cierre durante la etapa productiva del proyecto de las labores que hayan cumplido su ciclo operativo, aplicando las mejores técnicas de ingeniería en el diseño de los esquemas de cierre.

3. REQUERIMIENTOS DE ESTUDIOS Desde el punto de vista de la estabilidad física, los requerimientos necesarios para construir un tapón o muro para el cierre de una labor subterránea (bocamina o chimenea), son los estudios geotécnicos y estructurales adecuados para determinar la estabilidad de la estructura a largo plazo. Entre los cometidos del diseño de los esquemas de cierre, se pueden considerar: • La razón por la cual se construye la infraestructura. • El tipo de excavación donde se va a instalar el tapón o muro (bocaminas, galería). • El área y perímetro de la sección de la galería donde se va a instalar el tapón o muro. • Infraestructuras de la mina en riesgo, incluyendo detalles de la proximidad del lugar del tapón (piques, tajos, chimeneas operativas). • La geometría del tapón (lados paralelos o de cuña, monolítico o de núcleo hueco) y sus dimensiones. • El tipo, las características y la carga de presión de control del fluido que se retiene (con indicación de si existe o no drenaje ácido).

En tal sentido, el diseño adecuado de muros, tapones y tabiques utilizados para sellar bocaminas, en especial cuando éstos deben retener el agua de mina, constituyen una labor muy importante y delicada para las empresas implicadas y los organismos fiscalizadores. De otro modo, la falla de un muro o tapón en una bocamina podría resultar en un serio problema ambiental y afectar la salud y seguridad de las personas que puede tener consecuencias económicas y sociales importantes, incluyendo la pérdida de reservas de mineral y/o la interrupción de la producción de la mina. Actualmente, se han desarrollado diversos enfoques o buenas prácticas en muchos países para abordar estos requerimientos, muchas veces específicamente para asegurar el cumplimiento de requisitos legales sobre salud y seguridad, y otras con el propósito de mantener un alto

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la construcción de un muro, tapón o tabique, pueden ser:

El potencial para cargas dinámicas y su probable magnitud debido a una falla del pilar de corona o de la cobertura. La actividad sísmica de la zona. La geología de la zona donde se pondrá la estructura de cierre. La calidad del macizo rocoso y los esfuerzos in situ en la roca que rodea a la estructura. La resistencia del material de construcción y los esfuerzos sobre éste (el concreto). Todos los supuestos pertinentes al enfoque de diseño que se usará en el diseño de la estructura de cierre. Esto deberá incluir las hipótesis sobre fallas y las decisiones respecto a las mejores metodologías que serán usadas para preparar la evaluación de la estabilidad y cálculos para el diseño de las dimensiones del tapón. El método de construcción de la estructura. Preparación de los planos de obra y las especificaciones de la geometría de la estructura, el concreto, encofrados, refuerzos de acero, inyecciones e instrumentación.

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En un área donde la roca sea competente y libre de características geológicas, significativas tales como fallas, zonas de corte. En un área libre de esfuerzos o solicitaciones geotécnicas y que esté lo más alejada posible de otras aberturas de minas. Aguas abajo de cualquier fuga, de modo que retenga toda el agua que ingresa. En una zona donde la resistencia in situ sea mayor a las que aplicará la presión hidrostática, de otro modo la presión hidráulica puede abrir las fracturas y generar fugas incontroladas. En un área donde la permeabilidad general de la roca circundante sea tan baja como sea posible. A una distancia adecuada de cualquier cámara de explotación o tajeo, punto de carga de mineral o zona de minado activo.

4. COMETIDOS DEL PLAN DE CIERRE Considerando que un plan de cierre es un conjunto de acciones y medidas que se realizan para proteger a las personas y el medio ambiente, durante y después de finalizada la

Los aspectos a considerarse en la elección del lugar adecuado para

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meteorización y macizo rocoso.

actividad minera, éste debe cumplir como mínimo con los siguientes cometidos: • • • • • • • • •

resistencia

del

La evaluación de la estabilidad física de las labores subterráneas se realiza mediante la caracterización del macizo rocoso utilizando una serie de índices y sistemas de clasificación geomecánica, como: RQD (Deere, 1967), Q (Barton, 1974), RMR (Bieniawski, 1989), GSI(Hoek & Brown, 1994), RMi (Palmstrom, 1996), con los que se obtienen valores de la capacidad portante de la roca y el requerimiento de sostenimiento en cada caso, como paso previa a la elección del esquema de cierre para cada labor minera.

Lograr la estabilidad física y química de terrenos e instalaciones. Permitir la recuperación ambiental de los ecosistemas alterados en el menor tiempo. Controlar la emisión de residuos y descargas de efluentes contaminantes. Permitir el aprovechamiento y reciclado de equipos e instalaciones. Reducir los impactos ambientales antes, durante y después de cierre. Permitir nuevos usos en los terrenos que ocuparon las instalaciones mineras. Minimizar los requerimientos de mantenimiento y control de los trabajos de cierre. Mantener un equilibrio entre la actividad minera y el medio ambiente. Mejorar la imagen de la minería frente a los vecinos, la comunidad y la opinión pública.

Las clasificaciones geomecánicas se han convertido en una herramienta universal para el prediseño y cierre de obras subterráneas y de todo tipo de excavaciones. Los datos necesarios para la estimación de los índices de valoración se recogen en campo tanto en rocas, como en rocas blandas, e incluso en suelos. 5.1. Indice RQD (Rock Quality Designation Index) El índice de designación de la calidad de la roca RQD (Deere, 1967) proporciona un valor estimado cuantitativo de la calidad de la masa rocosa a partir de testigos de perforación diamantina principalmente y de afloramientos en superficie. Aunque tiene algunas limitaciones, el uso más importante

5. DETERMINACION DE LA ESTABILIDAD FISICA DE LABORES SUBTERRANEAS En general, para una rápida caracterización del macizo rocoso se recurre a una clasificación en donde, principalmente se tiene en cuenta parámetros como tamaño de bloques e intensidad de fracturación, grado de

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del RQD es como componente de los sistemas de clasificación RMR y Q.

discontinuidades (L), con la siguiente expresión:

Para el cálculo del RQD en porcentaje se consideran todos los trozos inalterados de testigo de longitud mayor a 10 cm y la longitud total de maniobra. Según los resultados obtenidos de RQD la calidad del macizo rocoso se clasifica en:

RQD = 100 e-0,1 L (0,1L + 1) El tamaño de bloque suele determinarse por dos vías: una en función a la estratificación y discontinuidades en una dimensión media de bloque (Ib = (S1 + S2 + S3) / 3), otra mediante el número de familias de discontinuidades que interceptan una unidad volumétrica del macizo rocoso definido por el parámetro Jv (discontinuidades/m3), que a su vez se determina por el número de discontinuidades por unidad de longitud considerando las diferentes familias presentes en el ámbito medido.

Tabla 1. Calidad de roca según el Indice RQD. RQD (%) < 25 25 – 50 50 – 75 75 - 90 90 -100

Calidad Muy pobre Pobre Aceptable Buena Muy buena

Aunque el RQD es un índice muy útil, solo no es suficiente para describir las características de la fracturación de los macizos rocosos, al no considerar la orientación, separación, relleno y otras condiciones de las discontinuidades.

Aunque no hay buena correlación entre el RQD y el volumen del bloque (Jv), pero, cuando el RQD es el único dato disponible (no hay sondeos), es probablemente la mejor transición simple desde el RQD a través de Jv para llegar al volumen de bloque. Palmstrom (1982) elaboro una relación con la que se puede estimar el RQD a partir del parámetro Jv:

5.2. Sistema de Clasificación RMR (Rock Mass Rating System) El sistema de clasificación geomecánica de Bieniawski RMR (1989), valora al macizo rocoso en tipos, en cada dominio estructural. En la valoración este sistema considera cinco parámetros: resistencia a la compresión uniaxial, RQD, espaciamiento de las discontinuidades, condición de las

RQD = 115 – 3,3 Jv Esta estimación teórica también se puede realizar a partir de la densidad de discontinuidades (Hudson, 1989), considerando el inverso del espaciamiento medio entre

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discontinuidades agua.

y

condición

alteración (Ja), factor de reducción de agua (Jw) y factor de reducción de los esfuerzos (SRF).

de

Una vez obtenidas las puntuaciones, resultado de aplicar los cinco parámetros de clasificación, se efectúa la corrección por orientación de discontinuidades y se obtiene un valor numérico que se considera en la clasificación. Esta Clasificación distingue cinco clases de roca con sus correspondientes índices RMR (Tabla 2). Existen una serie de propuestas sobre correlaciones entre RMR y Q, las más utilizadas son: RMR= 9 Ln Q + 44 (Bieniawski, 1979 Sudáfrica) RMR= 5,9 Ln Q + 43 (RutledgePreston, 1980 Nueva Zelanda) RMR= 5,4 Ln Q + 55,2 (Moreno, 1981 España) RMR= 8,5 Ln Q + 35 (Kaiser-Gale, 1985). El valor de RMR también es utilizado como una forma de estimar los factores m y s del criterio de rotura de Hoek-Brown, así como en el valor del GSI para evaluar la resistencia el macizo rocoso. Tal es así, que para un macizo de buena calidad se ha obtenido la siguiente relación: GSI = RMR89 – 5.

Q = RQD/Jn x Jr/Ja x Jw/SRF El cociente RQD/Jn representa el tamaño de bloque, Jr/Ja describe las características de resistencia al corte y Jw/SRF representa la situación actual de tensiones. El sistema Q es utilizado como un sistema de clasificación del macizo rocoso y se le emplea como método empírico de diseño de sostenimiento. Comparando las escalas de valoración entre los sistemas Q y RMR, ambas clasificaciones tendrían las siguientes equivalencias: Tabla 2. Escalas de los sistemas Q y RMR. Clases RMR I II III IV V

Valores RMR Calidad 80Muy 100 buena 60 - Buena 80 40 - Regula 60 r 20 - Mala 40 < 20 Muy mala

Clases Q Extremadament eo excep. buena Buena a muy buena Muy mala a buena Extremadament e mala Excepcionalmente mala

Valore sQ > 200 20 200 0,3 20 0,0030,3 < 0,003

5.3. Sistema de Clasificación Q (Rock Quality Index) 5.4. Indice de resistencia geológica GSI (Geological Strength Index)

El índice de clasificación de Barton Q (1974), considera seis parámetro: RQD, número de sistemas de juntas (Jn), rugosidad de las juntas (Jr),

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JP = parámetro del diaclasado; Vb = volumen del bloque medido en m3 o expresado en diámetro equivalente del bloque en m.

El índice GSI de Hoek & Brown (1994), modificado varias veces, sirve para evaluar al macizo rocoso en función a las características de fracturación, estructura geológica, tamaño de bloques y alteración de las discontinuidades.

Muchas veces no es posible observar el bloque completamente en el afloramiento o en la superficie excavada, en tales casos puede utilizarse un espaciamiento aleatorio para las diaclasas de 5 a 10 veces el espaciamiento de la familia principal de diaclasas:

En la caracterización del macizo rocoso considera la combinación entre la impresión visual de la estructura rocosa en términos de bloques con las condiciones de superficie de las discontinuidades indicadas por la rugosidad y alteración de las juntas. El GSI es más útil para macizos rocosos blandos (RMR