Capacitación minera en pernos de anclaje para actividades subterráneas

La Cámara Minera del Perú, en su objetivo de promover la seguridad en las operaciones mineras, fomenta programas de capacitación en elementos de refuerzo, como los pernos de anclaje.

En el desarrollo de las operaciones mineras subterráneas es importante realizar una evaluación de las condiciones geomecánicas y la operatividad de la zona inestable. Ello con el fin de seleccionar la utilización de los sistemas de sostenimiento adecuados.

Más aún si tenemos en cuenta que el desprendimiento de rocas es una de las mayores causales de accidentes en las unidades mineras. Por eso, la optimización en el diseño de elementos de refuerzo, como los pernos de anclaje, resulta importante para mantener la integridad de los trabajadores y de los equipos; fijando cualquier tipo de roca suelta o mejorando la fricción entre las discontinuidades.

La seguridad es un ingrediente sustancial en el desarrollo de los proyectos extractivos. La utilización de los métodos de fortificación debe otorgarle mayor estabilidad a la roca, pero sin alterar la capacidad de resistencia del macizo rocoso en el entorno cercano a la excavación realizada.

Por este motivo, la Cámara Minera del Perú continúa desarrollando sus programas de capacitación para que los profesionales, técnicos y personal operativo, tengan la capacidad de analizar todas la variables para utilizar los elementos de refuerzo más adecuados, según lo que se requiera al interior del yacimiento minero.

Capacitación minera en pernos de anclaje: Consideraciones importantes

"Generalmente, cuando se evalúa la utilización de una alternativa de sostenimiento, entre las que están los pernos de anclaje, muchas veces se opta por analizar las condiciones geomecánicas del macizo rocoso y se dejan de lado las características operativas de la zona inestable", comenta el especialista de la Cámara Minera del Perú, Fernando Fernández Lagazio.

"Hay que tener presente que es necesario que exista una interacción entre estas dos variables, para realizar una adecuada selección de sostenimiento; salvaguardando los intereses de seguridad, productividad y de costos para la compañía minera. La selección de los pernos de anclaje a utilizar, se sostendrá en la evaluación del tiempo de exposición, asociada al grado de seguridad requerida en la labor minera y la capacidad de carga que ofrece el dispositivo de anclaje”.

Las rocas se pueden fracturar en distinto grado o nivel de intensidad y dependiendo de eso, el principio de acción de los pernos es distinto. Por ejemplo, en la roca masiva o levemente fracturada, la tarea de estos elementos será el control de la estabilidad de los bloques y cuñas rocosas potencialmente inestables, esto es lo que se llama “efecto cuña”. Cuando los bloques o cuñas son aislados, solo amerita su estabilización utilizando pernos aislados, en lo que se denomina sostenimiento aislado o esporádico. De lo contrario, lo usual será el empleo del sostenimiento sistemático en todo el techo y/o paredes de la excavación, según sea requerido.

El "efecto viga"

En la capacitación minera de pernos de anclaje, se considera que, en un tipo de roca estratificada sub horizontal y roca no estratificada con un sistema dominante de discontinuidades sub horizontales, los pernos ayudan a resistir el desplazamiento relativo entre los estratos. Es decir, aumentan la rigidez de la viga estructural que forman y crean ligazón entre los bloques tabulares para minimizar la deflexión del techo. Esto es lo que se llama “efecto viga”. Este concepto puede extenderse al caso de paredes paralelas o discontinuidades sub verticales, generando el dominado "efecto columna".

En roca fracturada e intensamente fracturada, los pernos confieren nuevas propiedades a la roca que rodea la excavación. Instalados en forma radial, cada perno crea un bulbo de resistencia, que al interactuar con los bulbos de los pernos adyacentes, forman un arco rocoso que trabaja a compresión, denominado "efecto arco". De esa manera, le otorga estabilidad a la excavación.

Clasificación y uso de cada tipo de pernos de roca

Actualmente existen diversos tipos de pernos de roca que se diferencian por particularidades en su diseño, pero que, básicamente, son variedades de un mismo concepto. En la capacitación de la Cámara Minera del Perú, los alumnos conocerán que las técnicas de anclaje que se utilizan, se pueden agrupar de la siguiente manera: pernos anclados mecánicamente, pernos de varillas cementados o con resina y pernos anclados por fricción.

Los pernos anclados mecánicamente son relativamente baratos y su acción de refuerzo sobre la roca es inmediata después de su instalación. Su uso se limita a rocas moderadamente duras, masivas, con boques o estratificadas, sin presencia de agua. Su empleo no resulta muy recomendable en rocas muy duras, fracturadas y débiles, tampoco en aquellas que están sometidas a alto esfuerzos. Solo pueden ser usados para reforzamiento temporal; ya que si son utilizados para fortificación permanente, deben ser protegidos de la corrosión, en caso de presencia de agua. Asimismo, se debe complementar su uso con pasta de cemento entre la varilla y la pared del taladro.

En cuanto a los pernos de varilla o cementados con resina, su eficacia está en función de la adherencia entre el fierro y la roca, proporcionada por el agente cementante, que a su vez cumple una función de protección contra la corrosión, aumentando la vida útil del perno. En presencia de agua ácida, el agente cementante recomendado será la resina, en ausencia del recurso hídrico, se empleará el cemento. Estos elementos son usados, generalmente, como refuerzo permanente, pero también se pueden emplear como temporal en varias condiciones de roca.

Los pernos anclados por fricción (split sets y swellex)

Los split sets se utilizan mayormente para el reforzamiento temporal. Usualmente, forman sistemas combinados de refuerzo en terrenos que van desde una calidad regular hasta una mala. No se recomiendan en casos de roca intensamente fracturada y débil. Proporcionan acción de refuerzo inmediato después de su instalación. Son susceptibles a la corrosión en presencia de agua, a menos que sean galvanizados. Estos elementos resultan relativamente costosos, en comparación con el resto.

Mientras que, en la capacitación de la Cámara Minera del Perú, los alumnos aprenderán que los pernos Swellex proporcionan un anclaje repartido; ya que el mecanismo se establece por fricción y ajuste mecánico. Se constituyen como un sistema alternativo a los split sets; pero generan un mejor rendimiento, en lo que a calidad se refiere, como elemento de refuerzo temporal. Debido a la existencia de distintos tipos en el mercado, cubren un amplio rango de aplicación; desde las rocas duras hasta las suaves, y en terrenos muy fracturados. Su instalación resulta sencilla y rápida, dando el efecto de refuerzo inmediato; además, están provistos de arandelas para colocar la malla en cualquier momento. El principal problema es la corrosión (aunque los nuevos modelos han sido complementados con una capa elástica protectora o son elaborados con acero inoxidable). Finalmente, resultan más costosos que los split sets.

Caso práctico

Como ejemplo de la aplicación práctica de los pernos de anclaje podemos citar el caso de la mina de sal, Halita Borth, operada por Esco (European Salt Company), en la ciudad de Rheinberg, Alemania. Al interior de este yacimiento se identificó una larga zona de fallas que requería un reforzamiento de manera exhaustiva. Con el aporte de la empresa española Dywidag – Sistemas Constructivos, S.A. (DSI) se elaboró un sistema que incluyó pernos de anclaje cementados con resina, lo que terminó asegurando la estabilidad del yacimiento alemán.

El aporte de las empresas especializadas resulta importante; ya que con la elaboración de nuevos productos, terminan contribuyendo a mejorar las condiciones de seguridad en el desarrollo de las operaciones mineras.

Capacitación minera en pernos de anclaje: Empresas y su tecnología

Así podemos mencionar el perno de anclaje por fricción, Splitbolt, elaborado por la empresa peruana Corporación Aceros Arequipa y presentado en el Primer Congreso Internacional de diseño de Mina por Métodos Empíricos, organizado por la Sociedad Peruana de Geoingeniería (2014). Se trata de un perno que se fija en la roca por efecto de deformación mecánica y que genera fuerzas radiales a lo largo de su longitud inserta en la roca, aumentando así la resistencia del macizo rocoso.

También se puede mencionar a la empresa Prodac Bekaert que ha desarrollado una serie de alternativas de soporte. Así ternemos el perno helicoidal, que actúa o transfiere su carga por adherencia. Entre sus principales ventajas, destacan su gran capacidad de transferencia en el macizo rocoso, además de una instalación sencilla y rápida; lo que provoca que no requiera de equipo sofisticado para el ajuste.

Por último, podemos mencionar el perno Frirock, que transfiere su carga por fricción. Dentro de sus características destaca la capacidad que tiene para drenar el agua que proviene de las paredes y techos de las labores mineras; y actúa sobre el macizo rocoso inmediatamente después de su instalación.

La correcta selección de los elementos de reforzamiento, en este caso los pernos de anclaje, contribuye a mejorar las condiciones de estabilidad al interior de las operaciones mineras. Para esto es necesario que los trabajadores cuenten con la preparación necesaria para analizar y reconocer las condiciones del macizo rocoso y las características de operatividad para terminar utilizando los mejores sistemas existentes.