Departamento. Geomecánica
I NG NG.. LUI S M ALDONADO ZO ZO RRI LL A J ef efe e de Geom eomecá ecán i ca
Chungar, Septiembre2008 1
UBICACIÓN:
• Chungar esta ubicado en la Sierra Central del Perú; Flanco
Este de la Cordillera Occidental. Occidental. • Pertenece al distrito de Huayllay, provincia y departamento de Pasco a 4,600 4 ,600 m.s.n.m. minerales de: Zinc, Plomo, Plata y Cobre. •Explotación minerales ACCESIBILIDAD: • Lima
• Lima • Lima
Oroya Canta Huaral
Pasco Chungar 304 Km. 8 Hrs. Chungar 219 Km. 5 Hrs. Chungar 225 Km. 5 Hrs.
0º
4º
Lima - Oroya - Pasco - Animón Animón 304 Km. Lima - Huaral - Animón 225 Km. Lima - Canta - Animón 219 Km.
8º
12º
O C E LIMA MA A LI N O P A C I F I C O
16º
MILPO 81º
UCHUCCHACUA
77º
73º
69º
CERRO DE PASCO
ISCAYCRUZ 11º
Huayllay
HUARON
CHUNGAR
L a g o
J u n í n
JUNÍN m . K 5 2 2
HUARAL
SANTANDER
CANTA MOROCOCHA
. K m 9 2 1
LA OROYA LEYENDA
Area Urbana m. 4 K 0 3
SAN CRISTOBAL
12º
º 7 7
º 6 7
Distritos Minero Mineross Capital de Provincia Distritos Carretera Asfaltad Asfaltadaa Carretera Afirmad Afirmadaa Límite Departamental
PLANO DE UBICACIÓN Y ACCESIBILIDAD
Geología:
Esta emplazada en Rocas sedimentarias, conocidas como “Capas Rojas de la Formacion Casapalca” del Cretaceo Superior al Terciario Inferior, constituidas por intercalaciones de margas, areniscas, conglomerados, sedimentos calcareos, las cuales fueron plegadas y falladas por la orgenia andina del Eoceno – Plioceno en estructuras que se orientan en forma regional al N 25 W cuya manifestación principal es el anticlinal de Huarón. El relajamiento de fuerzas tectónicas compresivas pre intrusivas originaron zonas de debilidad y fallas geológicas en el anticlinal, las que sirvieron de canales de circulación de fluidos ígneos. La reactivación tectónica post – intrusiva y esfuerzos de compresión originaron fracturamiento pre – mineralización transversales E-W longitudinal al eje del anticlinal y al desplazamiento ascendente de la parte central del distrito. °
En forma discordante a las “Capas Rojas” y otras unidades del cretáceo se tiene una secuencia de rocas volcánicas sedimentarias pertenecientes al “Grupo Calipuy” con seudo estratificación.
Regionalmente ocurre los depósitos de rocas volcánicas ácidas tipo “Ignimbritas” tobas y conglomerados de composición ríolitica al W de la mina en Quimacocha, Islay. Completa el marco Geológico – Geomorfológico – una posterior erosión glaciar, que formó los recipientes lagunares.
Chungar es un yacimiento tipo Filoniano , conociéndose alrededor de 20 vetas con longitudes entre 100 a 1,000 metros y potencias de 0.50 m hasta 18.00 m de las cuales solo se trabajan en 07, siendo las más importantes Maria Rosa, Elva, Ramal 085, Lorena, Principal, Karina y Ofelia. Las vetas tienen un rumbo E-W y buzamientos entre 40 a 80 al Sur tendiendo a converger en profundidad con la veta Principal y complejo Andalucía que buzan 70 al Norte. °
°
°
También se presentan acumulaciones de mineral en formas irregulares en “Bolsonadas o Cuerpos” en los estratos calcáreos favorables Conglomerados – Areniscas – Calizas (dolomitización) en la intersección con las vetas del sistema E – W, con potencias hasta de 20.0 mts. Los principales minerales son: Esfalerita, Galena, Chalcopirita, en ensamble con Cuarzo, Pirita, Rodocrosita y Rodonita.
Plano Geológico:
Sección Geológica: Sección 4600 E
S
N
MIRANDO AL W
Cuerpos
1 2 -
0 2 H D D
Rpa. Mirko
4600m
5 1 a t e V
4550m
a i c u l a d n A a t e V
R o s a a r ia M V e t a
l a p i c n i r P a t e V
Unidad Superior Veta Inferida
n a r e o L t a e V
V e t a L u c ia
V e t a 8 5
Nv. 640 V e t a Nv. 610 R m Nv. 570 . C a b r il a s Nv. 465
Nv. 390 Nv. 355 Nv. 310
a a v l v l E E a a . k t s e u m i l V R M a t t a e V V e
Unidad Media
l a a o P a t e V
Esquema Estructural MIRANDO AL NORTE W
MODELO ESTRUCTURAL FORMACIÓN DE VETAS CIMOIDALES - MINA ANIMÓN
E
VE T A LOREN A
V ETA M. ROS A
V E TA PRINCIP AL
r e n a V . L o
V e ta 8 5
ETAPA 1
V . M a r i a R V . P o s r a i n c i p a l
Formación de falla sinestr al bajo efecto de la dirección de acortamiento E-W plegamiento y formación de fracturas.
W
E VE T A LOREN A
VETA M. ROSA
V ET A PRINCIPAL
Leyenda
FLUIDO
Veta MargasGrises
ETAPA 2
Conglomerado Argilitización -Mineral
Formación de estructuras y relleno de mineralización vetas - cuerpos.
Quimacocha
Esperanza LAGUNA NATICOCHA
Py. Qz. Rd-Mineral Cuerpos - diss.
Mineralización:
En el yacimiento minero de Chungar, la formación de los diferentes ciclos de mineralización se han distribuido en zonas concéntricas y asimétricas.
Minerales de mayor temperatura, correspondientes al primer ciclo de mineralización se ubican en la parte central (pirita, enargita, rodeados de pirita - tetraedrita); alteración asociada: silíca potasica y propilitica.
Minerales de mediana temperatura, correspondientes al segundo ciclo de mineralización, se ubican en la zona intermedia (minerales de Cu – Zn y Pb – marmatita – pirita – galena); alteración asociada: argílica con epidotización. Minerales de baja temperatura, correspondiente al tercer ciclo de mineralización, se ubican en la periferia del distrito (esfalerita –galena – siderita, baritina, rodocrosita); alteración: argilitica avanzada a intensa.
Composición Mineralógica
Mantos de mineral en roca muy alterada
Geomecánica en Chungar INGENIERÍA GEOLÓGICA MECÁNICA DE ROCAS
MECÁNICA DE SUELOS
HIDROGEOLOGÍA
GEODINÁMICA
Ciencia de la Tierra que trata sobre el comportamiento mecánico de la roca y su respuesta a los esfuerzos aplicados en su entorno físico. (Comité de Mecánica de Rocas de la Academia de Ciencias de los Estados Unidos, 1964)
Aplicaciones de la Geomecánica Su principal aplicación en la minería es optimizar el método de explotación y disminuir los riesgos por caída de rocas; para el cual se requiere de la utilización de los principios o metodologías de la geología y mecánica de rocas, para un adecuado diseño y ejecución de los proyectos desde: La investigación preliminar, análisis, diseño, planeamiento, control y ejecución en los trabajos de exploración, desarrollos y métodos de explotación minera; además, de la selección de equipos, maquinarias, explosivos y otros.
Criterios de Evaluación Geomecánica
Evaluación considerando las propiedades Físico Mecánicas de las Rocas.
Evaluación considerando las propiedades Geológico Ingenieriles.
Calificación mediante la aplicación de los sistemas de Clasificación Geomecánica.
Determinación del tipo de Sostenimiento.
Propiedades Físico Mecánicas
Sobre la base teórica definida por Hooke, y el criterio de ruptura de mohr-coulomb, la geomecánica establece parámetros intrínsicos para calificar las propiedades de resistencia y deformación de las rocas:
Módulo de Young Módulo de Poisson Cohesión Índice de Fricción Resistencia a la Compresión Resistencia a la Tracción
•
MODULO DE YOUNG (E) : Tendencia de deformación en dirección axial del esfuerzo solicitante. UNIDAD DE MEDIDA : ( Kg/cm² o Mpa)
E •
MODULO DE POISSON ( ) : Razón de deformación; deformación radial entre la deformación axial UNIDAD DE MEDIDA : adimensional
v
COHESIÓN ( C ) : Resistencia cohesiva o resistencia a la cizalla UNIDAD DE MEDIDA ( Kg/cm² ) (Mpa)
C
ANGULO DE FRICCIÓN INTERNA ( ) : Angulo de rozamiento interno UNIDAD DE MEDIDA (°)
Propiedades Físico-Mecánicos RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ( Rc )
•
Rc = P / A
,
A =
D²/4
P(+)
UNIDADES DE MEDIDA •
•
•
•
•
•
•
( Kg/cm² ) ( Ton/m² ) ( PSI ) ( lb/pulg²) ( bar ) ( Atm ) ( Mpa )
A
P(+)
Propiedades Físico-Mecánicos RESISTENCIA A LA TRACCIÓN ( Rt )
•
Rc = P / A
,
A =
D²/4
P(-)
UNIDADES DE MEDIDA •
•
•
•
•
•
•
( Kg/cm² ) ( Ton/m² ) ( PSI ) ( lb/pulg²) ( bar ) ( Atm ) ( Mpa)
A
P(-)
EVALUACIÓN GEOLOGICO INGENIERIL
Las propiedades geológicas requeridas para caracterizar el macizo rocoso, debe tener en cuenta la composición heterogénea de la roca producto de su génesis y procesos naturales que la han afectado; esta caracterización geológica consiste en definir: Los distintos tipos de roca presentes en el área investigada y su distribución espacial; primero la evaluación es a nivel de fragmento rocoso. Posteriormente, la evaluación del macizo rocoso, in situ donde se contempla la magnitud y orientación de las discontinuidades, la alteración, las aguas subterráneas y los efectos geodinámicos, que influyen a la labor subterránea.
Geología Ingenieril
Es muy importante el amplio conocimiento de la geología para la realización de la geomecánica; ya que esta es la base para los estudios previos y la toma de decisiones; por lo tanto, considero que no se puede hacer geomecánica sin el conocimiento geológico previo.
Descripción del Fragmento de Roca
El fragmento de roca es una mezcla de varias especies de minerales, que fue formada por eventos múltiples de la naturaleza. En una roca compacta, masiva, estos minerales están firmemente unidos; la matriz, fábrica, formas y orientación, establecen la resistencia o consistencia de la roca; mientras que en una roca débil pierde toda sus propiedades.
Propiedades del Fragmento de Roca
Para la Evaluación Geomecánica se debe evaluar los siguientes índices: color, raya, crucero, fractura, tenacidad, forma cristalina, brillo, peso específico, diafaneidad, tamaño del grano, textura, factor de textura, estructura, dureza, grado de alteración, resistencia, durabilidad, porosidad, relación de poros, permeabilidad primaria y secundaria, entre otos:
Descripción del macizo rocoso
Un macizo rocoso puede estar compuesto por una serie de rocas, con una estructura y textura variable y con una composición mineralógica, petrográfica o litológica diferente. Este medio en general, está afectado por deformaciones tectónicas y en función de su ocurrencia presenta aspectos ondulados, plegados, cortados por discontinuidades; y en muchos con alteración.
Propiedades de Macizos Rocosos Dentro de los índices principales del macizo tenemos a las discontinuidades, el grado de fracturamiento, el grado de alteración y la presencia de aguas subterráneas. Los discontinuidades son las fallas geológicas, diaclasas, planos de estratificación, pliegues, discordancias, contacto litológico, hiatus, oquedades y otros. A estas discontinuidades se le debe evaluar el espaciamiento, la separación, persistencia, ondulación, rugosidad, relleno y el número de familias.
Clasificaciones Geomecánicas 1.- Clasificación de Terzaghi 2.- Clasificación de Rabcewicz 3.- Clasificación de Protodyakonov 4.- Clasificación de Stini y Lauffer 5.- Clasificación de Deere 6.- Clasificación (RSR) de Wickman, Tiedemann y Skinner 7.- Clasificación de Louis 8.- Clasificación de la AFTES. 9.- Clasificación Bieniawski (CSIR). 10.- Clasificación de Barton (NGI). 11.- Clasificación de Hoek y Brown. 12.- Clasificación de Laubscher. 13.- Clasificación Dudek y Galcznski. 14.- Clasificación del N.A.T.M. 15.- Clasificación GSI.
Diseño de las Labores Mineras y el Sistema de Explotación
En un inicio se realizó la valuación de las rocas de la mina de Chungar con todos los sistemas de clasificación geomecánica mencionados; en base a esto se determinó el sistema de explotación y el diseño de sostenimiento que actualmente rigen en la operación. Una de las Clasificaciones Geomecánicas que reforzó la toma de decisión fue el N.A.T.M. Para el control y seguimiento diario se trabaja con las clasificaciones NGI, CSIR y GSI, que son indicados en los reportes diarios.
Chungar con el sistema de explotación basados en NAMT OBJETIVO PRINCIPAL El empleo de la roca circundante de la labor subterránea como un miembro activo del sistema de sostenimiento (auto-soporte con la propia roca).
PRINCIPIOS BASICOS DEL N.A.T.M. 1.
Consideramos que la parte mas importante de la estructura de la labor minera es el macizo rocoso circundante.
2.
Tratar de mantener la resistencia original de la roca tanto como sea posible; por que, esta es el elemento de resistencia inicial.
3.
Se previene la desintegración o alteración de la roca, tanto como sea posible, por que esto, nos conduce a una considerable perdida de resistencia del macizo.
4.
Se evita en lo posible la presión por esfuerzos uniaxiales o biaxiales, mediante el confinamiento del arco circundante a la excavación.
5.
Se controla la relajación o deformaciones prematuras del macizo; para prevenir el realce o inestabilidad de la roca.
6.
El revestimiento con shotcrete es dentro del tiempo establecido, cuya resistencia presenta una dosificación de acuerdo al diseño elaborado en la mina en base a muchos ensayos.
7.
El shotcrete aplicado es el que evita la relajación inicial del macizo, es decir evita la deformación de la excavación.
8.
El sistema de sostenimiento considerado permite ajustes en cuanto a espesores de shotcrete y distribución de pernos de anclaje. En algunos casos cuando la roca necesita se considera la adición de malla electrosoldada.
9.
Se considera el efecto de las etapas de construcción de la labor y el efecto del tiempo en el comportamiento de la excavación, conocido como tiempo de auto-soporte. El planeamiento de construcción es una buena herramienta para controlar el comportamiento de la roca.
10. Para prevenir la concentración de esfuerzos que empujan la roca, deben evitarse las ángulos y ejecutarse las secciones de contornos redondeados. 11. La excavación y la primera etapa del soporte, conocida como soporte temporal, es considerada como parte importante del control de excavación de la labor, porque ella evita la relajación inicial y tiene una influencia significativa sobre la acción del soporte final. En realidad el soporte temporal es el principal elemento de control de las deformaciones y permite alcanzar equilibrios definitivos. 12. La estabilidad total se logra mediante el soporte definitivo que es con anclajes. El soporte definitivo sirve para confinar el macizo rocoso formando el arco de auto-soporte. Estas técnicas de soporte son las últimas del mercado mundial que aseguran la estabilidad definitiva.
13. En caso de presencia de flujos de agua subterránea, se considera drenajes mediante la perforación de taladros y pernos huecos.
Diseño y Recomendación de Sostenimiento
El diseño y recomendaciones de sostenimiento es de acuerdo al requerimiento de la labor. Se tiene patrones de sostenimiento con alternativas para cada labor que se emite en el planeamiento diario y mensual. De acuerdo a la evaluación geomecánica in situ se determina el tipo de soporte a emplear. Se realiza el control de las instalaciones del sostenimiento y mediciones.
Concreto Lanzado (Shotcrete)
Se da el nombre de concreto lanzado o Shotcrete, al mortero transportado, a través de una manguera y proyectado neumáticamente a gran velocidad contra una superficie de la roca. Se le conoce también como concreto neumático o proyectado. Básicamente el principio del Concreto lanzado o Shotcrete consiste en lanzar o disparar neumáticamente por un tubo una mezcla de concreto a la que se añade un aditivo acelerante de fragua que produce un endurecimiento muy veloz, mientras esta mezcla va impactada sobre la superficie de terreno a recubrir.
Planta de Concreto para Preparado de Mezcla para Shotcrete
Diseño de Mezcla Vía Seca
Shotcrete para 210 Kg/cm2 a los 7 días: (Humedad de 5%) INSUMO
CANTIDAD
Cemento Andino Arena gradación 2 Fibra metálica Aditivo acelerante V-Lox Agua
400.00 1675.00 20.00 3.00 164.20
Costo por m3
Kg. Kg Kg. Gl. Lt.
US $ 150.
Abastecimiento Mezcla para Shotcrete Vía Seca
EPP adecuado para el Lanzado Vía Seca
Diseño Vía Húmeda
Shotcrete de 210 Kg/cm2 a los 7 días:
INSUMO
CANTIDAD
Cemento Andino Arena gradación 2 Fibra Metálica Estabilizador Acelerante V-Lox Agua
360.00 1670.00 20.00 6.10 3.50 159.59
Costo m3
US $ 240
Kg. Kg. Kg. Kg. Gl. Lt.
Abastecimiento Mezcla para Shotcrete Vía Húmeda
Lanzado de Shotcrete vía húmeda
Anclaje mecánico radial y por fricción axial
Consiste en pernos de anclaje de acero tubular que han sido comprimidos para reducir su diámetro y una bomba de agua a alta presión. Los pernos se introducen en un barreno, expandiéndose mediante agua a alta presión. Durante el proceso de expansión el perno Hydrabolt comprime el material que rodea al barreno, adaptando su forma a las irregularidades de las paredes del hueco en toda su longitud del perno.
MECANISMO DE ANCLAJE DE LOS PERNOS a) Barreno y perno sin expansión. b) Confinamiento de la roca al expandir el perno c) Reacción de esfuerzos de la roca hacia el perno
TRABAJABILIDAD DE LOS ANCLAJES DE EXPANSIÓN a) Confinamiento de discontinuidades en rocas. b) Confinamiento de partículas en suelos.
Pernos de compresión y fricción axial (Hydrabolt)
Anclaje de fricción o tubo partido
Los estabilizadores ‘Split set’ fueron originalmente desarrollados por Scott (1976, 1983) y son fabricados y distribuidos por Ingersoll - Rand. El sistema ilustrado en la Figura siguiente, consiste de un tubo de acero de alta resistencia ranurado y una platina. Este es instalado empujándolo dentro de un taladro de dimensiones ligeramente menores y la fuerza radial de recuperación de la deformación generada por la compresión de tubo de forma de una C, proporciona un anclaje friccional a lo largo de la longitud entera del taladro.
Pernos de Fricción (Split Set)
Malla Electro-soldada
La malla soldada es la que se utilizaba para reforzar el concreto lanzado y consiste en una cuadrícula de alambres de acero que están soldados en sus puntos de intersección. Una malla soldada típica para usarse en excavaciones, tiene alambres de 4.2 mm colocados en cuadros de 100mm (se llama malla de 100x100x4.2) y se entrega en secciones que pueden ser manejadas por uno o dos hombres. Generalmente la malla soldada se fija a la roca mediante una segunda placa de retén y tuerca o arandelas colocadas sobre los anclajes ya instaladas. El anclaje intermedio lo aseguran anclas cortas cementadas por anclas con casquillo expansor. Se necesita una cantidad suficiente de anclas intermedias para que la malla sea colocada pegada a la superficie de la roca.
Malla Electro-soldada
JACKPOT
Jackpot
JACK PAT
Jackpat
Controles Geomecánicos 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Reconocimiento de la zona Mapeos Geomecánicos Calificación Geomecánica Evaluación y verificación in situ Sugerencias o Recomendaciones Escritas Diseño y recomendación de sostenimiento Reporte de Labores de Riesgo Geomecánica en el Planeamiento Mediciones e Instrumentación Análisis de costos y Resultados
Jefe de Geomecánica
Asistente
Geomecánico Zona I
Geomecánico Zona II
Ing. Civil control Calidad Concreto
Ingeniero de Planta De Concreto
Asistente de Planta
Geomecánico de Control de Sost.
Asistente de Control
Conclusiones Con las aplicaciones geomecánicas se cambio el método de explotación. Se bajó lo índices de accidentes principalmente por caída de rocas. Se mejoró la producción de 1300 TMD a 3500 TMD en los últimos cuatro años. Se creo un ambiente adecuado de trabajo, que dio confianza a los trabajadores. Chungar pasó a ser de oveja negra de la minería a modelo de minería. Actualmente es una de las minas más visitadas por sus estándares de sostenimiento.
