Evaluación técnico-económico del cambio de sostenimiento para mejorar la productividad y reducir costos en avances de explotación en minería subterránea convencional

Abstract

La presente investigación tuvo como finalidad evaluar la viabilidad técnica y económica de reemplazar el sostenimiento convencional con cuadros de madera por un sistema estructural basado en shotcrete, pernos helicoidales y malla electrosoldada en labores de explotación de una mina subterránea sometida a altos esfuerzos inducidos. El objetivo central consistió en determinar si el sostenimiento estructural permite mejorar la productividad de los avances lineales y reducir las limitaciones operativas asociadas al sostenimiento tradicional, caracterizado por deformaciones, pandeo, degradación acelerada y colapsos parciales del macizo rocoso. Para sustentar este análisis, se desarrolló una caracterización geomecánica integral empleando los sistemas RMR, Q y GSI, la cual evidenció que gran parte de las labores se ubican en dominios de baja calidad de roca (GSI < 25, Q < 1), condiciones que exceden la capacidad estructural de los cuadros de madera. Asimismo, se comparó el comportamiento técnico y operativo de ambos sistemas, analizando el avance por disparo, la oportunidad de disparo por guardia y la productividad mensual estimada. Los resultados evidenciaron que el sostenimiento estructural mejora significativamente la eficiencia operativa, alcanzando avances de 54 a 74 m/mes, frente a los 22–28 m/mes del sostenimiento convencional. El análisis económico, basado en un avance simulado de 100 m, mostró una reducción del 54% en el tiempo total requerido, lo que se traduce en una disminución aproximada del 8% en el costo por metro avanzado. La prueba t de dos muestras (p = 0.000 < 0.05) confirmó que la mejora en productividad y el ahorro económico no son producto del azar. En conjunto, la investigación demuestra que el sostenimiento estructural constituye una alternativa superior y económicamente viable, capaz de mejorar la estabilidad, seguridad y productividad de los avances de explotación en minería subterránea.

This research aimed to evaluate the technical and economic feasibility of replacing the conventional timber support system with a structural support composed of shotcrete, rock bolts, and welded wire mesh in exploration drifts of an underground mine operating under high induced-stress conditions. The main objective was to determine whether the structural support system significantly improves linear advance productivity and mitigates operational limitations associated with timber sets, which commonly exhibit deformation, buckling, rapid deterioration, and partial collapses in poor-quality rock masses. A comprehensive geomechanical characterization was conducted using the RMR, Q, and GSI classification systems, revealing that most development areas fall within low-quality rock domains (GSI < 25, Q < 1), where timber support is structurally inadequate. Technical and operational performance was compared between both systems, focusing on advance per blast, blast frequency per shift, and estimated monthly productivity. The results showed that structural ground support significantly improves operational efficiency, achieving advance rates of 54 to 74 m/month, compared to 22–28 m/month with conventional ground support. The economic analysis, based on a simulated 100 m advance, indicated a 54% reduction in total required time, which translates into an approximate 8% decrease in cost per meter advanced. The two-sample t-test (p = 0.000 < 0.05) statistically confirmed that the improvements in productivity and economic savings are not due to random variation. Overall, the study demonstrates that the structural support system is a technically superior and economically viable alternative, providing improved stability, safety, and productivity for exploration drifts in underground mining operations.