Geomecanica Aplicada a to de Minado

8/6/2019 Geomecanica Aplicada a to de Minado

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INTRODUCCION



La mina Atacocha ubicada a 15 Km. Al NE. de laciudad de Cerro de Pasco tiene 66 años de

operación continua produciendo concentradosde Zn, Pb y Cu, el método de explotación quese aplica es Corte y Relleno Ascendente,mecanizándose progresivamente utilizandoequipos de limpieza de mayor capacidad y

jumbos electro hidráulicos. La producción de mineral se incrementa

gradualmente a través de los últimos años,proyectando para el presente año un programade tratamiento de 1,140,000 TM.

Los retos planteados para lograr una operaciónlíder dentro de la minería peruana nos condujo adesarrollar planes de optimización dentro de unnuevo enfoque en la Gestión de Operaciones.



Bajo este nuevo enfoque se trazaron los siguientes objetivos:Reducción de Costos.Ordenamiento de Gestión de Contratas.

Control en el Gasto.Optimización de las Operaciones.Ordenamiento de la Información.Lograr rentabilidad a pesar de bajos precios internacionales.

Para ello se tomaron las siguientes decisiones: Modernización del Departamento de Sistemas y Comunicaciones.Modernización del Departamento de Geología.Modernización del Area de Topografía.Creación del Area de Costos Operativos.Desarrollo e Implementación de Sistema de Gestión de Riesgos.

Creación del Departamento de Planeamiento, Ingeniería yProyectos.Creación del Área de Geomecánica.



Permitiendo resultados como:

Incremento en la producción de mineral yconcentrados.

Reducción de Costos. Mejoras en la Productividad.

Mejoras en las condiciones de estabilidad de

las áreas de explotación.



GEOMECANICA APLICADA

A PLANEAMIENTO DE

MINADO

SUPERINTENDENCIA DE PLANEAMIENTOAREA DE GEOMECANICA

COMPAÑIA MINERA ATACOCHA S. A.



1. METODOLOGIA DE EVALUACION

GEOMECANICA



CONCEPTOS GENERALES DE

GEOMECANICAEfectos de la Presión en Profundidad

En las minas, la masa típica de la roca esta alrededor de 2,7 toneladas pormetro cúbico. Esto representa una presión de 13,5 MPa (1,969 PSI.) A unaprofundidad de 500 metros.Normalmente, la presión horizontal iguala 1,5 a 2 veces la presión vertical paralas minas de roca dura.



GEOMECANICA Es la conjunción de varias disciplinas (geología,

mecánica de rocas, hidrogeología, etc.) que seencarga del estudio del macizo rocoso y suaplicación en resolver problemas constructivos enese ambiente (minas subterráneas, superficiales,túneles, casa de fuerza, etc.).

Las principales funciones de la geomecánica son:1. Determinar el tipo de sostenimiento a instalar en unlabor, para lo cual se determinan los ÍndicesGeomecánicos del macizo rocoso, tales como:- Índice Q.

- Índice RMR.- Índice MRMR.- Índice GSI.



2. Definir los tiempos de auto soporte de la roca.



3. Definir las aberturas máximas que puede soportar el macizo rocoso. Esto se

realiza con la siguiente formula:

4. Realizar estudios geomecánicos orientados a mejorar o cambiar el método de

minado, para ello se utilizan diversos Software, tales como:

DIPS: Este es un programa que plotea, analiza y presenta datos de estructuras

geológicas (sistemas de fracturas, fallas, estratificación, etc) usando técnicas de

proyección estereográficas. El análisis principal que realiza se basa en el rumbo y

buzamiento de las estructuras. El resultado que arroja el DIPS nos permite

realizar los siguientes análisis:

- Determinar los sistemas principales de fracturas.

- Definir la orientación preferencial de las labores para instalar el menor tipo de

sostenimiento.

- Definir la orientación de los pernos a instalar.

- Realiza un análisis estadístico de la abertura, rugosidad, alteración, etc de los

sistemas de fracturas.- Define la formación y ubicación de las cuñas que se puedan presentar en las

labores.

A continuación se presenta un grafico del diseño final del DIPS.



3. PHASES: Es un programa que usa los elementos finitos para realizar análisis deestabilidad de excavaciones subterráneas. El programa permite determinar lasdirecciones de esfuerzos en dos dimensiones y deformaciones del macizo rocoso. Elresultado que arroja el PHASES permite realizar los siguientes análisis:

- Permite determinar las aberturas máximas que soporta una excavación subterránea,simulándola en dos dimensiones.- Nos da información del tipo de sostenimiento que se debe de aplicar en unadeterminada labor.

- Da información de la resistencia de los pilares y el tipo de relleno que se debe deutilizar para que estos se soporten.

- Determina el factor de seguridad de la excavación subterránea analizada.A continuación se presenta un grafico del diseño final del PHASES-



1.1 MAPEO GEOMECANICO

El mapeo geomecánico se realiza en base al Índice GSI (GeologicalStrength Index), teniendo como referencia las tablas geomecánicasde la mina Atacocha. Este índice se relaciona con los Índices deBarton (Q) y el de Bieniawski (RMR).

Se determinan áreas con iguales características geomecánicas(dureza de la roca, número de fracturas por metro lineal, alteración,zonas de falla, rugosidad de las fracturas, relleno de fracturas, etc.)

tanto en las zonas mineralizadas como en las cajas. De esta manerase tiene el tajeo zonificado desde el punto de vista geomecánico, ypara hacerlo comprensible se tienen diferentes colores para cadatipo de roca.

En base al mapeo se realizan los cálculos de aberturas máximas,tiempos de autosoporte y tipo de sostenimiento recomendado.

MAPEO GEOMECANICO DEL CUERPO



MAPEO GEOMECANICO DEL CUERPO 17-Nv. 3720



1.2 ANALISIS DE FRACTURAS Se realizan dos líneas de detalle, en las cuales se toman

los siguientes datos:HOJA DE DATOS PARA EL MAPEO DE LINEA DE DETALLE

Area Geomecanica

D DIP DIP1 6 0 0 0 LINEA No: 1 LONGITUD (m): 8 COTA: E. Cardenas HOJA No: 0 1

TIPO DIP M.DIP P LARGO (m) C R

P D R H R2 MF/P BX 0 9

P C L H R2 MF/P 1 1

O D R H R2 MF/P BX 1 5

P D R H R2 MF/P 1 0

O D R H R2 MF/P 1 8

P D L H R2 MF/P 0 9

P D L H R2 MF/P 1 1

P C L H R2 MF/P 1 7

P C L H R2 MF/P 1 0

P D L H R2 MF/P 1 0

P D R H R2 MF/P 0 7

A MINERAL D DIACLASA C CONTACTO LITOLOGICOB SD SET DE DIACLASAS BX BRECHA P PLANAR R RUGOSA L LISAC FT FALLA VN VETA O ONDULADAD ZC ZONA CIZALLE DX DIQUE I IRREGULAR C CONTINUA D DISCONTINUA

R6 EXTREMADAMENTE DURA > 250N SIN RELLENO S SECO LF LEVEMENTE FRACTURADO MB R5 MUY DURA 100 - 250Ca CALCITA H HUMEDO F FRACTURADO B R4 DURA 50 - 100O OXIDOS Gs GOTEO SUAVE MF MUY FRACTURADO R R3 MODERADAMENTE DURA 25 - 50S SULFURO T FLUJO CONSTANTE IF INTENSAMENTE FRACTURADO P R2 BLANDA 5 - 25

A ARCILLA T TRITURADO MP R1 MUY BLANDA 1 - 5Py PIRITA No D = CANTIDAD DE DISCONTINUIDADES DEL MISMO TIPO ENTRE LOS ESPACIOS MEDIDOS. R0 EXTREMADAMENTE BLANDA 0.25 - 1

3745

BUENAREGULAR

POBRE

MUY POBRE

DIST. (m)TIPODE

ROCA

ESTRUCTURA GEOMETRIA

D DIP

No DRS OBSERVACIONESESTRUCTURA DELMACIZO ROCOSO(CRIT. GENR. H-B)

GEOMETRIA

ABERTURA(mm)

RELLENO A (w)

5

(C) CONTINUIDAD

( RS ) RESISTENCIA ESTIMADA (Mpa)RELLENO AGUA CRITERIO GENERALIZADO DE HOEK - BROWN

TIPO DE ESTRUCTURATIPO DE ROCA GEOMETRIA(R) RUGOSIDAD

334

248

20

10

143

79

40

195

125

97

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

A

SD

SD

SD

SD

SD

SD

SD

SD

SD

SD

SD

57

70

45

57

55

77

70

78

60

80

15

1

2

0,5

0,4

1,5

0,4

1,5

2

2

1

0,5

0

1

1

1

1

1

1

1

2

A

PY

PY

A

PY

A

A

PY

A

A

A

0,00-2,00

2,00-4,00

4,00-6,00

MUY BUENA

BX

BX

BX

BX

BX

BX

BX

REALIZADO POR: FECHA: 21/08/02UBICACIÓN: Stope 877 Niv. 3720 Sta Barbara

BX

1

2

BX



Continuación ... Con los datos obtenidos de buzamiento y dirección de buzamiento

se realiza el análisis de fracturas con el software Dips,obteniéndose el siguiente resultado:



1.3 Tablas Geomecánicas de la Mina Atacocha

Estas tablas tienen las siguientes características: Definición sencilla y rápida del tipo de sostenimiento a aplicar. Puede ser utilizada por cualquier trabajador, ya que solo se necesita

una picota y un flexo metro. Definición del tiempo de autosoporte en forma inmediata. Definición de las aberturas máximas en el mismo terreno. Todo trabajador debe de estar en condiciones de definir el

sostenimiento. Estandarizar los tipos de sostenimiento. Continuar creando conciencia en la instalación de sostenimiento. Hacer sencilla la definición del sostenimiento a aplicar en las labores

mineras.



TABLAS GEOMECANICAS



1.4 DEFINICION DE LAS CARATERISTICASGEOMETRICAS DEL TAJEO

Con la ayuda del mapeo geomecánico se determina la altura y

ancho máximos permitido por el macizo rocoso, para lo cual seaplica las siguientes formulas:Altura de la labor: H = 2xESRxQ0.4 ,

donde Q = Indice de Barton.ESR = 1.7 a 5 para labores mineras provisionales.

1.6 para labores mineras permanentes,acueducto para plantas hidroeléctricas(excepto túneles de alta presión).

1.0 Para casa de maquinas, túnelescarreteros o para ferrocarriles, refugiosde defensa civil.

0.8 Para Plantas nucleares subterráneas,fabricas, etc.

Para determinar el ancho se aplica:Ancho = K x altura. Donde K = 1.3 a 1.5 (caso de Atacocha).



1.5 DEFINICION DEL TIEMPO DEAUTOSOPORTE

El tiempo de autosoporte es el tiempo en el cual laexcavación se mantiene estable (no se aprecian

deformaciones del macizo rocoso). Depende de lacalidad del macizo rocoso y la abertura de excavación.Este se calcula aplicando la Tabla de Tiempos deAutosoporte Vs Abertura, propuesta por Bieniawski.

Para su aplicación se necesita conocer el Indice “Q” o“RMR” y la abertura de la labor.



Tiempo de Autosoporte, Hrs

A l t

u r a d e l t e c h o ,

m t .

TABLA PARA CALCULAR EL TIEMPO DE AUTOSOPORTE1 dia 1 semana 1 mes 1 año 10 años

TABLA PARA EL CALCULO DE TIEMPOSDE AUTOSOPORTE



1.6 DETERMINACION DEL SOSTENIMIENTO



DATOS DE TIPO DE SOSTENIMIENTO, TIEMPO DEAUTOSOPORTE, ABERTURAS MAXIMAS, ETC. PARA

EL TAJEO 877-CUERPO 17.



CONTROL DE CALIDAD DE INSTALACIÓN DE SOSTENIMIENTO

CONTROL DE CALIDAD PARA SPLIT SET: Esta prueba se llama “Prueba deArranque” y se realiza con un equipo denominado “Pull Tets”. El split set debe desoportar como mínimo 0.85 Tn/Pie de perno. Esta prueba consiste en tratar dearrancar el perno con el pull test, tal como se observa abajo.



1.7 DEFINICIÓN DEL TRAZO PARA LABORESPERMANENTES

Al igual que en el caso de los tajeos, las labores permanentesdeben de tener un estudio geomecánico que concluya en lasiguiente información:- Definición de sección de labor, y que se adapte las necesidades

operativas de la mina.

- Definición del tipo de sostenimiento. Su calculo es similar al quese realiza para tajeos, usando la tabla geomecánica paralabores permanentes.

- Definición de la dirección mas favorable para realizar los cruceros,accesos, rampas, etc. Esto se realiza con el análisis desistemas de fracturas principales (software Dips).

- Definir un espacio, el cual contenga la mejor calidad del macizorocoso y este lo mas cercano posible a la zona que se deseeminar o explorar.



1.8 MODELAMIENTO GEOMECANICO DELCUERPO 17

Procedimiento:Se realizo el mapeo Geomecánico del cuerpo en todos los niveles

reconocidos.Se ingresa la información a la base de datos del software Datamine.

La interpolación de la información se realiza tanto para la zonamineralizada como para las cajas. Luego del análisis se ha llegado a las siguientes conclusiones:

1. Las características geomecánicas de cajas y mineral mejoran a partirdel nivel 3840 hacia arriba.

2. En todos los niveles la zona con peores condiciones geomecánicas,se encuentra en la parte central del cuerpo mineralizado.3. Todas las labores de infraestructura se deben de realizar en la cajatecho entre 30 y 35 mts del contacto con el mineral, ello porque la rocaen la caja piso esta triturada/muy pobre con un ancho de hasta 50 mts.



LEVANTAMIENTO EN 3D DE LA

GEOMECANICA DEL CUERPO 17



2. APLICACION DE LA GEOMECANICAAL PLANEAMIENTO DE MINADO



2.1 DEFINICION DEL METODO DEEXPLOTACIÓN MAS CONVENIENTE

La principal aplicación de la Geomecánica en planeamiento deminado, es determinar el tamaño máximo de las aberturas que seemplearán durante el minado, para lo cual se utilizan diversasherramientas de campo, de laboratorio e informáticas.

Desde el punto de vista Geomecánico, la determinación de las

aberturas máximas está basado en las siguientes características delmacizo rocoso:- Geometría del yacimiento: potencia, longitud, buzamiento,

dirección, plunge.- Características geomecánicas del mineral.- Características geomecánicas de las cajas.- Tiempo de permanencia abierto.

Toda esta información se evalúa, siguiendo la siguientemetodología:



Metodo Gráficode Estabilidad

Recolección deinformación de

campo

Cálculo deparámetros

geomecánicos

Dimensiones deminado

¿Dentro rangoestable con

sostenimiento?

SI

NO

¿Abertura deminado mayor ala potencia del

cuerpo?

Determinación del

sostenimiento másadecuado: PHASES

Dimensionamientode pilares:CPILLAR

SI

NO

DETERMINACION DE LASABERTURAS MAXIMAS +SOSTENIMIENTO REQUERIDO



2.1.1 CALCULO DE PARAMETROS GEOMECANICOS

SOFTWARE ROCLAB



2.1.2 METODO GRAFICO DE ESTABILIDAD

La versión actual de este método, basado en el análisis de más de350 casos de minas Canadienses y toma en cuenta los principalesfactores de influencia del diseño de tajeos: Información sobre laestructura y resistencia del macizo rocoso, los esfuerzos alrededorde la excavación, y el tamaño, forma y orientación de la excavación.

Es utilizado para determinar si el tajeo es estable sin sostenimiento,o con sostenimiento, o inestable aún con sostenimiento. El métodotambién es adecuado para el dimensionamiento del sostenimientocon cablebolt.

Las principales condiciones parta aplicar este método son: Que la

zona de estudio no esté sujeta a altos esfuerzos; y Que no hayaflujo de agua ni goteo en la zona en estudio. Los pasos a seguir para poner en práctica este método son los

siguientes:



CONTINUACION...

Definición del Número de Estabilidad (N’ ): Representa la habilidad delmacizo para permanecer estable bajo unos determinados esfuerzos

N’= Q’ x A x B x C Donde: Q’ es el Indice de Calidad Tunelera Q modificado.

A es el factor de esfuerzos en la roca. B es el factor por ajuste de orientación de las juntas

C es el factor de ajuste gravitacional. Cálculo de Q’= (RQD/Jn)x(Jr/Ja). Cálculo de A: Es el factor de esfuerzos en la roca, y se calcula de

la siguiente manera:Para σc / σ1 < 2 A = 0.1Para 2 < σc / σ1 < 10 A = 0.1125x(σc / σ1 ) – 0.125Para σc / σ1 > 10 A = 1.0Donde σc: resistencia compresiva no confinada de la roca intacta. σ1: el esfuerzo actuante paralelo a la cara expuesta.



CONTINUACION Calculo de B: ajuste por orientación de los sistemas de

discontinuidades, toma en cuenta la influencia de éstas sobre la

estabilidad de las caras del tajeo,

Orientación de la discontinuidad crítica con respecto al la superficiede la excavación (según Potvin, 1988)



CONTINUACION



Cálculo de C: E s un ajuste por efecto de la gravedad. La falla delterreno puede ocurrir desde el techo debido a caídas inducida por lagravedad o, desde las paredes del stope, debido a lajamientos o

deslizamientos. Se calcula teniendo en cuenta los siguientes gráficos.

Inclinación de la superficie del tajeo α



CONTINUACION



CALCULO DEL RADIO HIDRAULICO

Es la forma que tiene el tajeo, se calcula de la siguiente manera:

S = Area de la sup. analizada / Perímetro de la sup. analizada.

METODO DE ESTABILIDAD GRAFICO

Utilizando los valores del Número de Estabilidad N’ y el RadioHidráulico S , se puede determinar la estabilidad de un tajeo a

partir del gráfico de estabilidad , el mismo que se observa acontinuación:



GRAFICO DE ESTABILIDAD



Ejemplo:



2.1.3 SOFTWARE PHASES Es un programa que usa los elementos finitos para realizar

análisis de estabilidad de excavaciones subterráneas. Elprograma permite determinar las direcciones de esfuerzos en dosdimensiones y deformaciones del macizo rocoso. El resultadoque arroja el PHASES permite realizar los siguientes análisis:

Permite determinar las aberturas máximas que soportauna excavación subterránea, simulándola en dos

dimensiones. Nos da información del tipo de sostenimiento

que se debe de aplicar en una determinadalabor.

Da información de la resistencia de los pilares y el tipo de

relleno que se debe de utilizar para que estos se soporten. Determina el factor de seguridad de la excavación

subterránea analizada.

A continuación se presenta un grafico del diseño final del

PHASES



Finite Element Analysis for Excavations



2.2 OPTIMIZACION DE LOS METODOS DEEXPLOTACION ACTUALES

OPTIMIZACION DE BREASTING:Como se sabe el tipo de sostenimiento juega un papel muy

importante dentro del ciclo de explotación tanto en su duración comoen el costo. Es dentro de este esquema que se ha iniciado unaetapa de pruebas piloto para reemplazar el uso pernos + malla por

el shotcrete + fibra.Entre las principales ventajas que se espera obtener de este

proyecto figuran:

Incrementar altura de corte en Breasting (se incrementa la

producción) Reducir duración del ciclo de minado Reducir exposición al riesgo del personal que instala pernos +

mallas



OPTIMIZACION DEL BREASTING



Continuación...

En la siguiente tabla se hace un resumen de los métodos

de explotación, las aberturas actuales y el tipo desostenimiento instalado vs. las aberturas que se podríanobtener con la instalación de shotcrete.

METODO DEEXPLOTACION

Tipo desostenimiento empleado

AberturasActualesmáximas

(mt)

Aberturascon

aplicaciónde

Shotcrete(mt)

Ahorro quese lograracon el uso

deshotcrete

(USD/TMS)

Toneladasde mineral a

producircon

shotcrete(TMS/mes)

Ahorromensual

(USD)

Avancehorizontal

(Breasting)

Split Set ymalla

electrosoldada4.0 6.0 0.9 30,000 27,000



CONTINUACION...

OPTIMIZACIÓN DE REALCES VERTICALES:Este tipo de explotación se realiza en rocas de buena calidad,y consiste en realizar perforaciones de 75º a 80º, obteniéndose unaaltura final (después de la voladura) de 5.0 mts. Para mejorar losrealces verticales, se ha propuesto el uso de pre-refuerzo mediante elCable-Bolt en mineral, de tal manera que se vayan a mayoresalturas. Esto no elimina el uso de pernos split set en zonas puntualesy cajas, especialmente en áreas en donde los sistemas de fracturasson verticales y paralelas/sub-paralelas a la estructura mineralizada.

Para realizar el cálculo del uso de cable-bolt calculamos eltamaño de los bloques (RQD/Jn) y el Radio Hidráulico (Area de lasuperficie analizada / Perímetro de la superficie Analizada). Elanálisis se observa en el siguiente gráfico:



Grafico del diseño del Cable-bolt



En general la secuencia de explotación es la siguiente:



COMPARACIÓN DE REALCE CON SPLITSET Y REALCE CON CABLE BOLT

METODO DEEXPLOTACION

Tipo desostenimiento

empleado

Longitud deRealcesactuales

(mt)

Longitud derealces conCable bolt

(mt)

Ahorro que selograra con eluso de cable

bolt(USD/TMS)

Toneladas demineral a

producir concable bolt(TMS/mes)

Ahorromensualdirecto(USD)

REALCEVERTICAL

Split Setsistemático y

malla ocasional

3.0 5.0 0.21 15,000 3,150



MUCHAS GRACIAS……

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