GEOMECANICA APLICADA A LA PREVENCION DE CAIDA DE ROCAS EN LA OPERACIÓN MINERA YAULIYACU - GLENCORE 1. Alcances.El presente estudio investigara la aplicación de la geomecanica para la prevención de caída de rocas en minería subterránea. La investigación no solo buscará la aplicación de geomecanica sino también la seguridad de los trabajadores dentro de mina y evitar la pérdida de materiales o daño en los equipos, que pudieran llevar el aumento de costos en la empresa minera.
2. Justificación.El tema prevención de caída de rocas es de gran importancia en el desarrollo de las actividad minera debido al número de accidentes fatales y al gran impacto que genera en la minería. Los accidentes por desprendimiento de rocas durante décadas mantienen una media de 40% del total de accidentes fatales en minería subterránea y superficial a nivel nacional. Hoy en día con la ayuda de la Ingeniería de la mecánica de rocas se puede predecir el comportamiento del macizo rocoso realizando la caracterización geomecánica del yacimiento, zoneamiento de la mina en dominios geotécnicos de comportamiento singular, así poder diseñar un adecuada aplicación de elementos de sostenimiento para poder disminuir los accidentes por caída de rocas. 3. Objetivos.Reducir los accidentes por caída de rocas, utilizando las herramientas necesarias, a fin de controlar la estabilidad estabilidad de las rocas rocas utilizando tipos de sostenimiento en las diferentes labores mineras. Garantizar la estabilidad del macizo rocoso, con el fin de brindar una operación segura y de calidad. Difundir la ciencia de la mecánica de rocas con el fin de mejorar la cultura de prevención, y así controlar la caída de rocas.
4. Supuestos.Los supuestos del presente trabajo de investigación es que a través de análisis continuos e inspecciones In situ los factores que causan la caída caí da de rocas en minería subterránea, y medidas de control adecuadas se puede prevenir los accidentes por caída de rocas y por ende la reducción de este tipo de accidentes. Con el aporte de la ciencia c iencia de la Geomecánica se podido determinar muchas fallas entre las más importantes lo que corresponde a la practicas incorrectas en perforación y voladura, a los efectos de las vibraciones en el terreno, asimismo a la inadecuada e inoportuna instalación de los elementos de sostenimiento son las principales causas de accidente por caída de rocas. La geomecánica aplicada permite dar soluciones con respecto a la inestabilidad de las rocas. - Asegura la estabilidad total de toda la estructura de la mina. - Formular soluciones y garantizar los accesos seguros a las zonas de trabajo y alrededores de las labores. - Proteger las principales aberturas de los servicios en el interior o exterior de la mina.
5. Cronograma
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Septiembre Actividades Formación de grupos de investigación Selección de Proyecto Lluvia de ideas Formación de la estructura de trabajo Recolección de información Marco Teórico Planteamiento del Problema Diseño de la Solución Desarrollo de la S olución Revisión y Validación Análisis de resultados Conclusiones Exposición
1 al 6 7 al 15
15 al 22
Octubre 22 al 30 1 al 7 8 al 16
17 al 24
Noviembre 25 al 31 1 al 6 7 al 15
15 al 22
Diciembre 22 al 30 1 al 7 8 al 13
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6. Diagrama de actividades.a) Recopilación de datos bibliográficas utilizando como fuente de información: libros especializados en geomecanica, seguridad, revistas mineras e i nternet. 7. Presupuesto.Vamos a requerir dos tipos de pernos:
Un perno de anclaje de 20mm mas una rosca, que está alrededor de US$ 800 – 1,200/Tn Y un perno de anclaje galvanizado enroscado, cuyo valor oscila entre US$ 100 – 500/Tn (cabe recalcar que el menor pedido es de 1TN para ambos)
También vamos a requerir hacer viaje, donde poder probar qué suministro es mejor. Para todos los participantes será alrededor de S/. 50.00 y la estadía también aproximadamente el mismo valor por día. Contando tres días de estadía, más los viajes, sería un total de S/. 1,000.00 y en comidas S/. 600.00 Esto sólo sería la primera parte del presupuesto, para poder realizar la prueba de estos pernos hechos en china, si son de buena calidad.
8. Marco teórico.8.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS: A nivel nacional: Se tiene las siguientes investigaciones. Tesis: APLICACIÓN DE LA GEOMECÁNICA EN LOS FRENTES DE AVANCES DE CARBÓN PARA PREVENIR ACCIDENTES POR DESPRENDIMIENTOS DE ROCAS EN L A CIA. MINERA
– ANCASH” - Bach. FABIÁN FLORES, Edwin Ricardo, Bach. GUERRERO PORRAS, Jhoel Paúl, Huancavelica -2017 Resumen: objetivo principal del presente trabajo es determinar los beneficios de la aplicación de la geomecánica para prevenir los accidentes en los frentes de avances por desprendimientos de rocas en la explotación de carbón. REYNA CRISTINA
Tesis: “PREVENCION DE CAIDA DE ROCAS COMO MEDIDA DE SEGURIDAD EN MINA SAN CRISTOBAL” – Bach. LUIS ALEX PARDO FERRER – UNI - 2014 Resumen: el tema de investigación del proyecto concibe eventos que pueden desencadenar una sucesión de Accidentes en labores de producción y desarrollo en minería subterránea, como si ocurriese modificaciones en el sistema de minado, características del terreno, instalación de soportes y supervisión es posible un cambio en la ocurrencia de eventos por lo tanto es necesario conocer las características condicionantes e intrínsecas en el terreno para explicar la distribución espacial de los desprendimientos y delimitar las zonas de mayor potencial a la ocurrencia de estos eventos.
“DESPRENDIMIENTO DE ROCAS QUE GENERAN ACCIDENTES FATALES EN LA MINERÍA PERUANA” Elaborado por: Bach. Ewes Blas, Luis Alejandro; Huaraz – Perú, 2011. El objetivo del presente trabajo de investigación fue en presentar sus resultados obtenidos en la caracterización del macizo rocoso, frente a la problemática de muertes prematura de trabajadores en la minería peruana, así como también en la Mina Huanzalá y sabiendo que estos eventos significan daños a la salud y afectación a la producción y su crecimiento y que asimismo se podrá aplicar a otras minas subterráneas a nivel regional y nacional. Llegando a una conclusión en reducir los accidentes usando las herramientas adecuadas de la geomecánica como establecer dimensiones adecuadas de las labores mineras, establecer la dirección general de avance del minado a través del cuerpo mineralizado, especificar el sostenimiento adecuado, asegurar el rendimiento adecuado de la masa rocosa involucrada con las operaciones, etc. “Geomecánica aplicada al control de las labores mineras para la minimización de caída de rocas” – Elaborado por: Luis Alberto Torres Yupanqui, Arnaldo Alejandro Ruiz Castro, José Daga Huaricancha , Jesús Gerardo Vizcarra Arana. - Universidad Nacional Santiago Antúnez de Mayolo – 2009 Resumen: El presente trabajo de investigación descriptivo, analítico y cuasiexperimental tiene por objetivo aplicar la geomecánica al Yacimiento Minero Madrugada, toda vez que la UEA (Unidad Económica Administrativa) Admirada Atila aplica métodos subterráneos para la explotación de su yacimiento polimetálico con contenidos de minerales de plomo, plata, zinc y cobre y a la fecha no tiene un conocimiento real de las consideraciones cualitativas y cuantitativas del macizo rocoso en el cual viene aplicando sus operaciones de minado, tan necesario en la actualidad para realizar trabajos que optimicen los resultados técnicos de operación y por ende consideraciones económicas que optimicen los resultados. 8.2 Bases teóricas.CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO Mediante la clasificación geomecánica de roca en áreas subterráneas, se pueden establecer los planes a seguir para garantizar la instalación adecuada de las fortificaciones. Existen diferentes tipos de roca, cada una de las cuales tienen sus propias características y propiedades físicas. Existen también, diferentes situaciones que requieren el uso de fortificación adicional para consolidar los estratos de la roca, afirmar los bloques y prevenir la caída de roca. Es físicamente imposible detectar completamente las condiciones en que se encuentran los diversos elementos de un cuerpo tan complicado como es el macizo rocoso. En la mayoría de los casos, el macizo rocoso aparece como un conjunto ensamblado de bloques irregulares, separados por discontinuidades geológicas como fracturas o fallas. En resumen, el diseño de una excavación subterránea, que es una estructura de gran complejidad, es en gran medida el diseño de los sistemas de fortificación. Por lo tanto, el objetivo principal del diseño de los sistemas de refuerzo para las excavaciones subterráneas, es de ayudar al macizo rocoso a soportarse.
a) RQD (Rock Quality Designation) – Designación de la calidad de roca Proceso que utiliza la calidad de las muestras de perforación (sondajes) diamantina para determinar la calidad de la roca masiva in situ. Normalmente muestras de 54,7 mm x 1,5 m, resultando en un porcentaje como el siguiente:
0 – 25 % Muy Malo 25 – 50 % Malo 50 – 75 % Regular 75 – 90 % Bueno 90 – 100 % Muy Bueno
Clasificación geomecánica de roca y tipos de terrenos A. Masivo, duro B. Laminado, por estratos C. Fracturado, alterado.
b) CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA RMR Desarrollado por Bieniawski, (1989) constituye un sistema de clasificación de macizos rocosos que permite a su vez relacionar índices de calidad con parámetros de diseño y de sostenimiento de túneles. El parámetro que define la clasificación es el denominado índice RMR ( ROCK MASS RATING), que indica la calidad del macizo rocoso en cada dominio estructural a partir de los siguientes parámetros: 1. 2. 3. 4.
Resistencia a la compresión simple de la matriz rocosa. R.Q.D. Grado de fracturación del macizo rocoso. Espaciado de las discontinuidades. Condiciones de las discontinuidades, el cual consiste en considerar los siguientes parámetros: Abertura de las caras de la discontinuidad. Continuidad o persistencia de la discontinuidad. Rugosidad. Alteración de la discontinuidad. Relleno de las discontinuidades 5. Presencia del Agua, en un macizo rocoso, el agua tiene gran influencia sobre su comportamiento, la descripción utilizada para este criterio son: completamente seco, húmedo, agua a presión moderada y agua a presión fuerte.
6.-Orientación de las discontinuidades. Para obtener el Índice RMR de Bieniawski se realiza lo siguiente:
1. Se suma los 5 variables o parámetros calculados, eso da como resultado un valor índice (RMR básico). 2.-El parámetro 6 que se refiere a la orientación de las discontinuidades respecto a la excavación. El valor del RMR varía entre 0 a 100
c) SISTEMA Q Desarrollado por Barton, Lien y Lunde en 1974, constituye un sistema de clasificación de macizos rocosos que permite establecer sistemas de sostenimientos para túneles y cavernas. El sistema Q esta basado en al evaluación numérica de seis parámetros que definen el índice Q. Este índice viene dado por la siguiente expresión. Como se analiza, la Clasificación de Barton et al, se basa en 6 parámetros:
R.Q.D: Índice de calidad de la roca. Jn: Índice de diaclasado que indica el grado de fracturación. Jr: Índice de que contempla la rugosidad, relleno y continuidad de las discontinuidades. Ja: Índice de alteración de las discontinuidades. Jw: Coeficiente reductor por la presencia de Agua. SRF: (Stress reduction factor) Coeficiente que tiene en cuenta la influencia del estado tensional sobre el macizo rocoso.
El primer coeficiente (R.Q.D./Jn) representa el tamaño de los Bloques. El segundo coeficiente (Jr/Ja) representa la resistencia al corte entre los bloques. El tercer y último coeficiente (Jw/SRF) representa el estado tensional del macizo rocoso. El
rango de Variación de los parámetros es el siguiente:
RQD: entre 0 y 100 Jn: entre 0,5 y 20 Jr: entre 0,5 y 4 Ja: entre 0,75 y 20 Jw: entre 0,05 y 1 SRF: entre 0,5 y 20
d) SISTEMAS DE SOPORTE El sostenimiento en los procesos de la minería subterránea es muy importante, por su naturaleza, toda labor minera se hace en el interior de estas, confiando en la estabilidad de la masa rocosa, ya que al extraer el mineral se crean vacíos, produciendo inestabilidad en las labores subterráneas. Para realizar un buen sostenimiento se realizan diferentes acciones:
Investigación del medio geológico. Determinación de las propiedades de la roca intacta. Investigación del comportamiento de la masa rocosa. Recopilación e información sistemática sobre problemas de altos esfuerzos. Técnicas para estimar el patrón de esfuerzo in-situ.
Análisis conceptual del problema. Establecimiento e implementación de medidas para el control. Manejo de la información para el control y seguimiento de recomendaciones.
A todo esto se puede decir que el Refuerzo es un sistema Activo y el soporte uno pasivo. i.
Sostenimiento de apoyo activo Siendo los refuerzos de la roca, donde los elementos se sostenimiento son una parte integral de la masa rocosa. Estos pueden ser la barra helicoidal, los pernos de anclaje y los pernos de resina. -
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ii.
La Barra Helicoidal , son barras laminadas en caliente con resaltes en forma
de rosca helicoidal de amplio paso, el diseño de hilo permite colocar una tuerca que puede rodar longitudinalmente por los resaltes a lo largo de la barra. Pernos con Anclaje, la función de estos pernos es resistir el movimiento o el disloque del terreno, como resultado de fallas y fracturas. Pernos con resina, son pernos de acero corrugado instalados con una lechada de resina o cemento resistente al movimiento del terreno debido a los puntos de contacto del enclavamiento mecánico del perno. Swellex , este es un perno de anclaje hecho de un tubo doblado sobre si y sellado en un extremo. Se expande utilizando un flujo de agua de alta presión entregado por una bomba especial. Split set , estos son estabilizadores de fricción. Están constituidos por un trozo de tubo de acero más ancho que el diámetro de la perforación y que es partido a lo largo por el centro. Cables, estos son usados cuando los pilares son inestables, utilizándose el método de enzunchado de pilares, de tal forma que se estabiliza con los cables de refuerzo que van enrollando todo el pilar. Sostenimiento de apoyo pasivo
Los elementos de sostenimiento son externos a la roca y dependen del movimiento interno de la roca que está en contacto con el perímetro excavado. -
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Malla electro soldada, esta se usa en combinación con el split set, tanto en
labores temporales como en stopes. Cimbras, este tipo de sostenimiento pasivo es utilizado cuando la masa rocosa esta intensamente fracturada o es débil. Cintas metálicas, estos se usan con los pernos de barra o los splitset, cuando se requiere un soporte adicional. Shotcrete, es hormigón lanzado a presión, este material se coloca y compacta mediante impulsión neumática proyectándose a gran velocidad sobre la superficie o paredes de la mina. Cuadros de madera, son estructuras de sostenimiento de madera, tiene por objeto mantener abiertas las labores mineras durante la explotación.
e)
Condición Geomecánica del Macizo Rocoso Mediante la clasificación geomecánica de roca en áreas subterráneas, se pueden establecer los planes a seguir para garantizar la instalación adecuada de las fortificaciones. Existen diferentes tipos de roca, cada una de las cuales tienen sus propias características y propiedades físicas. Existen también, diferentes situaciones que requieren el uso de fortificación adicional para consolidar los estratos de la roca, afirmar los bloques y prevenir la caída de roca. Es físicamente imposible detectar completamente las condiciones en que se encuentran los diversos elementos de un cuerpo tan complicado como es el macizo rocoso. En la mayoría de los casos, el macizo rocoso aparece como un conjunto ensamblado de bloques irregulares, separados por discontinuidades geológicas como fracturas o fallas. En resumen, el diseño de una excavación subterránea, que es una estructura de gran complejidad, es en gran medida el diseño de los sistemas de fortificación. Por lo tanto, el objetivo principal del diseño de los sistemas de refuerzo para las excavaciones subterráneas, es de ayudar al macizo rocoso a soportarse. El diseño de sostenimiento de terrenos es un campo especializado, y es fundamentalmente diferente del diseño de otras estructuras civiles. El procedimiento de diseño para el sostenimiento de terrenos por lo tanto tiene que ser adaptado a cada situación. Las razones son los hechos siguientes: 1. Los “materiales utilizados” es altamente variable. 2. Hay limitaciones severas en lo que se puede proporcionar la información por medio de Investigaciones Geológicas. 3. Existen limitaciones en exactitud y la importancia de parámetros probados del material de la roca. 4. Existen limitaciones severas en el cálculo y los métodos para modelar el sistema de sostenimiento. 5. El comportamiento de aberturas es dependiente del tiempo, y también influenciado por los cambios en filtraciones de agua. 6. Incompatibilidad entre el tiempo necesario para las pruebas de los parámetros, para los cálculos y modelos, comparados al tiempo disponible.
9. Metodología.a) Tipo de investigación: transversal y longitudinal ya que se describirá y analizara los datos y muestras en un determinado periodo de tiempo, así como también mientras siga la explotación de la mina se busca que se continúe con dicha investigación de inferencias, causas y efectos que puedan ocurrir en el avance de la mina, en este caso la evaluación será periódica del macizo rocoso para así evitar las posibles caída de rocas que afecte al personal y equipos de la mina. b) Tipo de la investigación: cuantitativa ya que a través procedimientos usando magnitudes numéricas (datos y muestras de la mina), podemos señalar entre ciertas alternativas que nos ayudaran a buscar soluciones para el problema dado en este caso. Mediante el análisis y clasificación del macizo rocoso en la minera Yauriyacu – Glencore podremos tomar posibles decisiones en el tipo de sostenimiento que se usara en el avance de dicha operación para así a futuro prevenir accidentes por
deslizamiento de rocas que afectan en la producción de la mina, así como también disminuir costos elevados que pueda existir en el sostenimiento de las bóvedas. c) Nivel de investigación: Descriptiva
Recolección, medición, evaluación Realizar las diversas aplicaciones geomecánicas en el desarrollo de la investigación, usando los datos de muestras y aplicando diversos métodos de cálculo para evaluar varios esquemas y estrategias de sostenimiento. Establecer estándares de los parámetros geomecánicos y los procedimientos de control de calidad de los mismos.
d) Población.En el caso de nuestra investigación, la población estará conformada por todo el personal que se encuentra trabajando en la operación minera de Yauliyacu – Glencore (Lima).
e) Muestra.Por lo tanto la muestra estará conformada por la operación minera Yauliyacu que se encuentra ubicada a una altura de 4,200 m.s.n.m. en el distrito de Chicla, provincia de Huarochirí, Departamento de Lima, desde el acceso principal, instalaciones dentro de la mina, hasta el lugar donde se desarrolla la explotación del mineral. f) Recolección de datos.Los procedimientos de recolección de datos serán mediante la observación indirecta y según el último reporte de datos y muestras que obtendremos en internet. g) Fuentes de información.Recopilación de datos de campo de la operación minera Yauliyacu – Glencore y la toma de datos: geológicos, copias de planos de la operación minera, sistema de sostenimiento, sondeos, etc. Analizar y evaluar los posibles factores causantes de desprendimiento de rocas material necesario para el presente trabajo de investigación.
h) Aplicación de un método analítico Los recurrentes indicios de caída de rocas en la mina Yauliyacu, es uno de los mayores riesgos en el minado subterráneo. Por esta razón, para que las operaciones mineras sean seguras, es esencial que el personal de la mina identifique los problemas de inestabilidad de la masa rocosa, que pueden conducir a la falla potencial de la misma. De esta manera, se podrá adoptar medidas adecuadas para prevenir los accidentes ocasionados por la caída de rocas.
Los factores que influyen en la caída de rocas en esta minera son: la litología y los recurrentes movimientos sísmicos sumados a la intemperización y la alteración, estos factores se han medido en base a la clasificación de macizos rocosos ya sea RMR, GSI Y Q DE BARTON. En la mina Yauliyacu hay la presenta de rocas en su mayoría de tipo metamórficas e intrusivas y poseen macizos rocosos de tipo dúctil y suave lo que genera una alta convergencia por paso del tiempo, además también presentan macizos rocosos duros y frágiles que a su vez generan riesgos de estallido de roca por la sismicidad inducida en las operaciones de mina. Estos problemas son directamente ocasionados por:
La litología Movimientos sísmicos Movimientos microsísmicos
Lo que buscamos es la prevención de la caída de rocas. Una vez identificado los orígenes de los problemas que se han determinado podemos aplicar una solución para cada uno de ellos: a. Para los problemas con la litología La adecuada selección de sostenimiento por pernos y mallas La adecuada instalación del mismo b) Movimientos microsismos
El monitoreo de los eventos microsismicos mediante el software “SMTI”
(Seismic tensor inversión) c) Movimientos Sísmicos Monitoreo del evento sísmico mediante los datos microsismicos y si es de gran magnitud de aplica la paralización de 48 horas.
Definición de soluciones. 1. La caída de rocas en la mina Yauliyacu: Para la prevención de caída de las rocas, se tiene que usar softwares como el Unwedge para la detección de cuñas en cualquier parte de la labor. Haciendo todos los procedimientos que se requieran como hallar el RMR, Barton, etc., se puede llegar a una solución para esta misma. 2. Los movimientos sísmicos y microsísmicos: sabemos que en cualquier momento puede haber presencia de sismos, pero siempre tenemos los mircosismos, ya sea mayor a 0 y menor a 2 en la escala de Richter, igual nuestro macizo se deformará y esto podría perjudicar a nuestra labor y prevenir accidentes mortales; para esto usaremos un software llamado SMTI para el análisis de microsismisidad. Este nos ayudará a detectar y prevenir los accidentes. Verificación de las soluciones. 1. Para la prevención de la caída se dará de forma efectiva, si y sólo sí, sabemos aplicar y manejar muy bien el software para hallar las cuñas, también los cálculos que sean necesarios para determinar los datos que debemos proporcionar a este. 2. La microsismisidad es un problema que a todas las minas subterráneas afecta más, para esto necesitamos un especialista en geotecnia y también en SMTI para que junto
con la solución anterior se cree una sinergia de ambos softwares para evitar cualquier siniestro en la labor.
10. Análisis y resultados.-
11. 12. 13. 14.
Conclusiones.Bibliografía.Anexos.Glosario de términos.-
