GEOMECANICA: HERRAMIENTA DE GESTIÓN OPERATIVA EN LA MINA ROSAURA Ing. Jaime G. Tapia Aguirre Jefe Dpto. Geomecánica Rosaura – Grupo Glencore
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[email protected] RESUMEN La Geomecánica es una ciencia empírica que trata el tema de Mecánica de Rocas y el comportamiento de los materiales cohesivos en procesos de esfuerzos y deformaciones. La aplicación correcta de la Geomecánica sirve como herramienta estratégica de gestión en minería. Su importancia radica en la toma de decisiones en las operaciones mineras, buscando lograr labores estables y seguras. El presente trabajo nos ilustra la contribución de la División de Geomecánica (Superintendencia Técnica) en el logro de los resultados operativos de nuestra unidad minera. Desde el inicio de las operaciones en Rosaura (2003), la estabilidad de la mina fue pasando a un estado bastante critico debido a la influencia del método de minado (Sub-level Caving) en los últimos niveles y la subsidencia generada, esto nos obligo a efectuar constantes cambios en las actividades operacionales y estos giran en torno a los trabajos de Geomecánicos. Las variables que condicionan estos cambios son: mala calidad de la roca, ángulo de subsidencia, acercamiento de la mineralización al depósito de relaves YN y finalmente la velocidad con que la subsidencia afecta el minado; consecuentemente se tuvo que adaptar nuevos tipos y formas de soporte de roca. Dada la complejidad del yacimiento y las condiciones geomecánicas cambiantes, nos obligaron a innovar nuevos elementos de sostenimientos de tipo portantes, como: • Cimbras deslizantes (tres cuerpos) • Wood packs, para pilares artificiales • Inverts y arriostres, para formar bloques de soporte • Uso de puntales como reforzamiento complementario
Después de los análisis correspondientes, estos son instalados de acuerdo a la vida útil de las labores; los refuerzos son en forma proactiva (adelantándose a los eventos). A su vez, los controles de convergencias de cimbras nos determina la variable “TIEMPO vs. DEFORMACION”, muy importante para cálculos de reforzamiento, seguridad y planeamiento de minado. Damos hincapié a querer justificar el método aplicado en Rosaura que tiene consideraciones muy diferentes al del método tradicional, para llamarlo Método SLC Mejorado Tipo Rosaura. Por ultimo, el Dpto. de Geomecánica contribuye a lograr elevar el valor agregado del personal minero al aplicar el concepto de “conocer al enemigo para combatirlo”. Con la capacitación continua, el personal de Rosaura esta capacitado en reconocer la calidad de roca de su labor, recomendar su sostenimiento y aplicar el TAS para beneficio propio, contribuyendo así a lograr cero accidentes por caída de roca. Con el presente trabajo basado en la mejora continua, queremos contribuir al engrandecimiento de la minería peruana. INTRODUCCION: El presente trabajo técnico, fue preparado por el Departamento de Geomecánica Rosaura para la presentación del 7º Congreso Nacional de Minería y en ella se resume toda la experiencia ganada al cabo de mas de 3 años de labor en el minado de Rosaura. La Mina Rosaura esta siendo explotada con el método SLC pero con consideraciones y condiciones muy alejadas a lo propuesto por la teoría. Es por ese motivo que la Geomecánica juega un papel importante en la solución de los problemas de estabilidad de las labores.
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El trabajo consiste en: Ü Conocimiento del método teórico y su aplicación y adaptación al minado de Rosaura. Ü Determinación del entorno Geomecánico para las soluciones futuras de estabilidad. Ü Definición de los ángulos de Subsidencia. Ü Controles de Convergencia de deformación y agua subterráneas. Ü Innovación y aplicación de nuevos elementos de sostenimientos portantes. Ü Solución a problemas operacionales derivado de la Subsidencia. Esperamos con el presente trabajo, contribuir al engrandecimiento y prestigio de la minería peruana. El trabajo tiene como objetivo: Promover la importancia de la Geomecánica en las operaciones mineras. Difundir el SLC tipo Rosaura como alternativa de minado para futuras operaciones mineras con ambientes geomecánicos similares. MÉTODO DE EXPLOTACIÓN SLC El método Sub Level Caving nació originalmente como un método aplicable a roca incompetente que colapsaba inmediatamente después de retirar la fortificación. Se construían galerías fuertemente sostenidas a través del cuerpo mineralizado, se retiraba la fortificación y el mineral se hundía espontáneamente para luego ser transportado fuera de la mina. Cuando la dilución llegaba a un punto excesivo, se retiraba otra corrida de fortificación y se repetía el proceso. Este método tenía alta dilución y poca recuperación, pero fue el único aplicable a ese tipo de roca en esos tiempos dada la tecnología involucrada. En épocas recientes, con el crecimiento de la tecnología, el método ha sido adaptado para rocas de mayor competencia que requieren Perforación y voladura, dejando de tratarse de un método de hundimiento en referencia al mineral, pero el nombre original ha perdurado. METODO SUB LEVEL CAVING
El SLC se adapta a cuerpos masivos, amplios y subverticales. El uso del SLC en cuerpos pocos amplios implica una gran dilución.
CONSIDERACIONES DEL METODO SLC Ángulos de subsidencia: El método al generar hundimiento durante el minado, genera unos ángulos de subsidencia que son conocidos como ángulos de fracturamiento (β) y ángulos de desplome (α). El ángulo de fracturamiento (β) esta dado por el agrietamiento de la roca encajonante que esta siendo afectado por el hundimiento del método y su valor esta relacionado a su calidad de roca. El ángulo de desplome (α) se origina cuando la roca agrietada dentro del ángulo de fracturamiento, sufre desplazamiento vertical. En estas condiciones, toda roca encima del ángulo de desplome se encuentra suelta y se comporta como carga muerta generando presiones verticales que se incrementan con la profundidad de la excavación. La Fig. 1 muestra el efecto del fenómeno de subsidencia cuando se extrae el mineral y la Fig. 2 muestra los ángulos de subsidencia. ANGULOS DE SUBSIDENCIA
Operación del Método: La operación consiste básicamente en la perforación de tiros en abanico desde los subniveles hacia arriba, atravesando el pilar superior, la posterior voladura de las perforaciones, el carguío y transporte secundario del mineral tronado hasta los piques de traspaso y su posterior transporte desde los buzones de descarga del nivel de transporte principal hacia su lugar de destino. En la Fig. 3 se aprecian las distintas etapas involucradas. Desde el comienzo de la explotación, se debe producir el hundimiento desde el nivel superior.
El empleo de este método recomienda abrir las operaciones por la caja piso.
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Lo que significa que la geometría básica tiene una forma de cuadrado o se desvía ligeramente de ella.
F Fig. 3: Operación del método SLC Disposición de las galerías en función del ancho del elipsoide: Se necesita determinar el ancho del elipsoide de desprendimiento (W) en una sección horizontal justo al nivel donde el elipsoide de extracción tiene su máximo Wt. El ancho del elipsoide de desprendimiento en este nivel indica el espaciamiento horizontal aproximado de las galerías (Sd) (Figura N° 4). Asumiendo que las relaciones y principios del flujo gravitacional son aplicadas al Sub Level Caving, el ancho total del elipsoide de extracción Wt es un 60 a 65% del ancho del elipsoide de desprendimiento, en el nivel donde el elipsoide de extracción tiene su máximo ancho Wt. El ancho es de alrededor de un 60% para distancias verticales entre subniveles (hs), cercanas a los 18 m; sobre 18 m el ancho Wt es cerca del 65%. De este modo el espaciamiento horizontal Sd es: Para extracciones con: hs < 18 m Sd< Wt / 0,6 Para extracciones con: hs > 18 m Sd < Wt / 0,65 En Sub Level Caving convencionales se tiene la siguiente relación: Sd < hs
Fig. 4: Disposición de las galerías en función al ancho del elipsoide
Características del flujo gravitacional en función de la movilidad de las partículas: El comportamiento del flujo gravitacional de partículas o fragmentos, tienen relación con la velocidad de escurrimiento o relajación (Fig. N°5). Estas son: 1. Partículas más finas y redondeadas, fluyen más rápidamente. 2. Partículas más gruesas y angulosas, fluyen más lentamente. 3. Partículas más finas conforman elipsoides más esbeltos. 4. Partículas más gruesas y angulares conforman elipsoides más anchos. Por lo tanto, si existe una disposición de fragmentos cuya parte superior es de partículas gruesas y angulosas y en su parte inferior partículas finas y redondeadas, entonces, la parte inferior fluirá más rápidamente, es decir, con mayor movilidad que la parte superior y viceversa.
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•
CONDICIONES DEL METODO SLC Las condiciones ideales para la aplicación del método dependen de la Geometría del Yacimiento, Aspectos Geotécnicos y Aspectos Económicos. Además el método exige considerar el ingreso de las operaciones por la caja piso , controlar la expansión de la zona de subsidencia para proteger rampas, chimeneas, reservas no excavadas y en superficie se debe proteger toda infraestructura como carreteras, lagos, ríos y poblados. El presente cuadro resume las condiciones óptimas para la ejecución del método Sub Level Caving.
1. Geometría del Yacimiento
Aceptable
Optimo
Forma
Tabular
Tabular
Potencia
Media
Grande
Buzamiento
Cualquiera
Vertical
Tamaño
Medio
Grande
Regularidad
Media
Alta
2. Aspectos Geotécnico
Aceptable
Optimo
Resistencia (Techo)
>100 MPa
>50 MPa
Resistencia (Mena)
>50 MPa
>50 MPa
Facturación (Techo)
Media-Alta
Alta
Facturación (Mena)
Media
Baja
Campo Tensional Insitu (Profundidad)
< 1000 m
< 500 m
Comportamiento Elástico Tenso-Deformacional 3. Aspectos Económicos
Elástico
Aceptable
Optimo
Valor Unitario de la Mena
Bajo
Alto
Productividad y ritmo de explotación
Alto
Alto
ENTORNO GEOMECÁNICO DE ROSAURA El cuerpo mineralizado de Rosaura se encuentra emplazado dentro de una brecha de falla tectónica. Esta brecha tenia un espesor que variaba entre 25 a 30 metros en los niveles superiores (NV. 3990) e incrementándose hasta 70 metros aproximadamente en los niveles inferiores, producto de una gran falla regional. La roca encajonarte es un derrame lavico de origen andesitico, intercaladas con lentes calcáreos de calizas margosas. Por indicios de campo, se puede afirmar que la mineralización se introdujo por la caja piso de la brecha, reemplazándola con una potencia de 20 metros de promedio, espesor que comenzó a crecer a partir del nivel 3950 hasta aproximadamente 40 metros. Por levantamientos tectónicos regionales, la falla entro en reactivación deformando y alterando el cuerpo mineralizado dándole una forma irregular con potencias variables. Se aprecia que en el contacto de la brecha de falla y la roca caja techo (donde se desarrollan los accesos y rampa), la alteración es muy fuerte llegando a reducir considerablemente su calidad hasta los 15 primeros metros de contacto. La brecha de falla que se encuentra entre el tope de la roca caja techo y la mineralización, tiene propiedades expansivas, en este tramo se registran las mayores deformaciones por presiones laterales. Estas deformaciones se dan en los Draw Point que todavía no se explotan, por lo tanto se tendrá que controlar estas deformaciones por medio de descargue de los hastíales. En la zona mineralizada, la mayor deformación se da por presiones verticales, producto de la carga muerta que se produce por el método de minado. Esta deformación recién se da cuando se empieza con la explotación, por lo que requiere una adecuada velocidad de minado. No se aprecia mucha alteración en la caja piso y tampoco se observa una zona panizada en el contacto, por lo que presume que la intrusión del mineral se dio por la caja piso. Se ha zonificado en cinco zonas considerando la calidad de roca que se presentan a continuación.
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Rosaura, los cuales permiten aplicar para cálculos de sostenimiento de acuerdo al mapeo geomecánico al detalle. ?
A
B
C
D
E
Se ha determinado cinco zonas en el entorno a la mineralización: Zona A: Corresponde a la caja techo propiamente dicha, se trata de derrames lavicos andesiticos, de regular RQD y condición húmeda. Geomecanicamente tiene valores RMR > 30; Q > 0.2 y GSI = MF/R. Zona B: Corresponde a la zona de alteración de la caja techo. La fuerte alteración se debe a su cercanía con la brecha mineralizada. Tiene pobre RQD y en contacto con la brecha se presentan goteras de agua. Su calidad de roca disminuye conforme se acerca al contacto con la brecha de falla. Geomecanicamente tiene valores RMR < 25; Q < 0.2 y GSI = IF/P-MP. Su espesor varía de 15 a 20 metros y se vuelve muy irregular en los niveles inferiores. Zona C: Brecha de falla tectónica, se encuentra muy alterada y se disgrega fácilmente. Su calidad se reduce considerablemente por la presencia de agua. Tiene propiedades expansivas y en esta zona se registran las mayores deformaciones de cimbras. Geomecanicamente presenta valores RMR < 10; Q = 0.004 y GSI = T/MP. Presenta diseminado cerca al mineral masivo y en ella se registraban flujos de agua que originan los soplados, los que fueron reducidos por la campaña de taladros de drenaje realizados. Su espesor es variable. Zona D: Mineral masivo a diseminado por movimiento tectónico, se presenta poco dura a friable. En contacto con el piso se presenta diseminado con brecha. Zona E: Zona de alteración de la caja piso. Se presenta muy alterada, poco dura y extremadamente fracturada. Valor GSI = IF/P. Sus valores geomecánicos son similares al de la zona B, mejorando su calidad conforme se aleja de la brecha mineralizada. •
ZONA A B C D E
DESCRIPCION Techo alejado Techo inmediato Brecha de falla Mineral Piso inmediato
RMR 30 - 40 20 - 30 < 20 < 20 20 - 30
Q 0,21 - 0,64 0,07 - 0,21 < 0,07 < 0,07 0,07 - 0,21
GSI MF/R IF/P T/MP T/P-MP IF/P
Rc 37 15 3 3 15
mi 25,19 12,8 10 10 12,8
ZONA A B C D E
DESCRIPCION Techo alejado Techo inmediato Brecha de falla Mineral Piso inmediato
RMR 30 - 40 20 - 30 < 20 < 20 20 - 30
Q 0,21 - 0,64 0,07 - 0,21 < 0,07 < 0,07 0,07 - 0,21
GSI MF/R IF/P T/MP T/P-MP IF/P
Rc 37 15 3 3 15
mi 25,19 12,8 10 10 12,8
TIPO DE ROCA
ZONA
IV-A IV-B V
A B C-D
Rc (Mpa) 0,843 0,166 0,010
PROPIEDADES DE LA MASA ROCOSA Rt (Mpa) C (Mpa) phi ( º ) Em (Mpa) 0,015 0,004 0,0003
0,286 0,145 0,020
22 12 8
2500 870 190
Rosaura presenta condiciones especiales en su masa rocosa, con características de expansión (swelling rock) en presencia de agua y características de alta deformabilidad (squeezing rock) en las rocas encajonantes del yacimiento. Las muestras de laboratorio indicaron que el hinchamiento en las muestras del mineral (zona D) llegan a valores de 0.44% de expansión libre y 1 KPa para la presión de control de la expansión. Las muestras de la caja (zona C), presentaron valores de 7.8% y 9KPa respectivamente. Esto explica el porque la zona “C” es la que presenta mayor deformación durante la etapa de minado. Las rocas de alta deformabilidad (sqeezing rock), son las rocas circundantes a la excavación que muestran deformaciones en función del tiempo, donde los esfuerzos son superiores a la resistencia de la masa rocosa (limite de fluencia), ocurriendo que se deforme plásticamente.
GEOMECANICA DE ROSAURA Los cuadros adjuntos nos resumen los parámetros geomecánicos que se tiene en
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ζ 0,28 0,3 0,35
•
Fotografía que muestra roca de la zona “B” donde se aprecia que la deformación se incremento en función al tiempo, agrietándose y llegando a deformarse en forma plástica. Valor inicial GSI = IF/P
Fotografía que muestra roca de la zona “C” donde se aprecia que la deformación plástica y que en presencia de agua tiene propiedades expansivas que afectan severamente a las cimbras. Valor inicial GSI = T/MP
PROBLEMAS INICIALES EN INTERIOR MINA Los problemas se iniciaron desde el primer momento de la explotación. El desconocimiento inicial de la aplicación del método y las condiciones muy propias de Rosaura que no encajaban con las consideraciones de un SLC tradicional, ayudaron a incrementar los problemas de estabilidad en las labores. La experiencia ganada con el transcurso de las operaciones nos llevó a improvisar soluciones que se fueron afinando hasta llegar a controlar los problemas. En las fotografías se muestran los problemas iniciales y se explicaran como se solucionaron: Deformación severa de cimbras La roca circundante con propiedades expansivas y la carga portante originada por el método superaban ampliamente la capacidad admisible de carga que tenían las cimbras. El primer paso fue desentablar los hastíales para descargar y desfogar las presiones, luego seleccionar el tipo de cimbras adecuadas e incrementar el reforzamiento y por ultimo considerar el tiempo de vida de la labor mediante mediciones de convergencia.
Fotografía que muestra roca de la zona “A”. Esta compuesta por roca andesita y se encuentra alejada de la zona de mineralización. Valor inicial GSI = MF/R
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Soplos Las filtraciones de agua se daban en el contacto con la estructura del mineral. El agua saturaba la brecha (zona C) a tal punto que permitía el flujo continuo del material con características de huayco. Un soplo podía cerrar labores en extracción con personal y equipos. Se soluciono realizando un estudio del nivel freático y ubicando la dirección del flujo de agua, luego, mediante una serie de taladros de trasvase, se logro modificar el nivel freático, permitiendo trabajar en condiciones más seguras. •
Desplome en interior mina El método genera ángulos de subsidencia, los cuales afectan la estabilidad de las labores. En las fotografías inferiores se muestra el efecto del ángulo de desplome en interior mina, donde se observa como en una labor de se cierra por desplome del material dentro del ángulo (α) desplome y la rampa superior sufre asentamiento de tipo escalonado. Por este motivo, se debe planificar desde el inicio la expansión de la zona de subsidencia para proteger rampas, chimeneas y reservas no excavadas.
EFECTOS DE LA SUBSIDENCIA La subsidencia es el efecto que causan los ángulos de fracturamiento y desplome y estos se incrementan conforme se va profundizando las operaciones mineras. Las consecuencias de la subsidencia son grandes, por lo que se tiene que llevar un control progresivo del área de influencia de la subsidencia en superficie y deben estar centradas en proteger infraestructuras como carreteras, lagos, ríos y poblados.
APLICACIÓN DE LA GEOMECÁNICA EN ROSAURA Zonificación Geomecánica Toda aplicación de la Geomecánica debe comenzar con una zonificación de la calidad de roca para conocer el entorno y tomar decisiones oportunas.
E D C B
A
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Se deben conocer cuales son las fortalezas y debilidades de cada operación, en Rosaura tenemos lo siguiente: FORTALEZAS: 1. El trasporte del mineral es por gravedad. 2. Veta subvertical. 3. Se cuenta con la técnica del bolsillo. 4. Buena distancia entre niveles. 5. Perfeccionamiento en la técnica de sostenimiento. 6. Recuperación y dilución por encima del promedio del método. 7. Personal staff competente y comprometido.
CALCULOS DE PARAMETROS GEOMECANICOS De los parámetros de campo hallados por el mapeo geomecánico al detalle, se pueden calcular esfuerzos y presiones que afectan a las labores y son de mucha importancia para definir el sostenimiento. CASO 1: CALCULO DE CARGA EN ROSAURA Se requiere conocer el espaciamiento apropiado para las cimbras utilizadas para cada tipo de roca en Rosaura. Se debe emplear el calculo de carga de Terzaghi para determinar el calculo de carga portante de roca.
DEBILIDADES: 1. Roca de mala a muy mala calidad en mineral y rocas encajonantes. 2. Problema de filtración continúa de agua subterránea. 3. Tener la rampa y accesos por la caja piso. 4. Mayor desarrollo en estéril vs. desarrollo en mineral. La zonificación geomecánica se elabora con el mapeo de campo al detalle y se aprovechan los taladros DDH de exploración geológica para realizar logeos geomecánicos para con ello anticiparnos al sostenimiento que deberán tener las labores futuras mediante la elaboración de secciones geomecánicas. El logeo geomecánico se realiza en función al RMR.
Conociendo el cálculo de carga y la capacidad admisible de las cimbras a utilizar, se procede a calcular el espaciamiento máximo para la zona “A”.
SECCIONES GEOMECANICAS
El mismo procedimiento para el cálculo en la zona “B” y “C”.
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Calculo del Qt ̈
Se puede obtener mediante la relación:
̈
Qt =
е (RMR – 44 /9)
̈ Luego el Qt se reemplaza por Q abertura de ̈ Obtenido el valor de ESR y el Q se determina el MAA (máxima abertura autosoporte) ̈
MAA = 2 x ESR x Q 0.4
APLICACIÓN Se desea calcular la estabilidad de la chimenea OPOP- 3 del nivel 3950. Parámetros Geomecánicos: ̈
Calidad de roca
̈
Q ≈ Qt =
̈
ESR = 3 (categoría de excavación A, chimenea)
е
GSI = IIF/ F/ RR-P
(RMR – 44 /9)
RMR = 30
= 0,21
Calculo del MAA: MAA = 2 x ESR x Q 0.4 Reemplazandoî Reemplazandoî
MAA = 2 x 3 x 0.21 0.4 = 3,2 m.
La máxima abertura de autosoporte de la chimenea es de 3,2 metros. metros. Una abertura mayor, la labor será inestable.
Cabe indicar que estos cálculos resultan para esfuerzos “estáticos” que son los que actúan durante la etapa de preparación, antes que la labor ingrese dentro del ángulo de subsidencia, donde los esfuerzos pasan a ser “dinámicos” incrementándose la carga en forma proporcional al avance del minado con la inevitable deformación y perdida de cimbras. CASO 2: CALCULO DE ESTABILIDAD DE LABORES Se desea conocer hasta que sección una chimenea puede ser estable para su sostenimiento posterior. CALCULO DE ESTABILIDAD DE LABORES
CASO 3: CALCULO DE PRESIONES LATERALES Se desea estimar cuanto es la presión lateral que afectan a las cimbras para definir el reforzamiento necesario. Para los cálculos nos valemos de la clasificación Geomecánica de Protodyakonov que se adecua mejor a rocas con propiedades expansivas como en el caso del BP SE 3930. El resultado nos dio 28.6 tn de presión lateral y esto se puede reducir con ayuda de inverts en las cimbras, ayudado de descargue de hastíales continuamente.
PRESIONES LATERALES EN BP SE 3930
(Por medio del RMR) ̈
̈ ̈ 1. 2. 3.
Obj et ivo: OBJETIVO: Determinar la estabilidad de una labor de acuerdo al valor RMR.
Calcular el sost enim ient o adecuado para el BP considerando la vida út il de la labor.
Calculo: CALCULO: Se deberá conocer ESR (Ratio de soporte de excavación de la labor). Valor del Q teórico ( Qt) en base al RMR. Se calcula el MAA (Máxima abertura de autosoporte). En el siguiente cuadro se obtiene los valores del ESR de acuerdo a la categoría de la labor.
El calculo lo har em os según la clasificación harem Geom ecánica de Prot odyakonov Protodyakonov clasifica los terrenos asignándoles un factor “f” llamado coeficiente de resistencia, a partir del cual y de las dimensiones dimensiones de la excavación, define las cargas de calculo para dimensionar el sostenimiento. En el caso del BP SE 3930, el factor “f” es igual a 1, puesto que que la resistencia a la compresion simple (σc) tomada del campo es aprox. 10 ( MPa, por lo tanto: σc = 10 î f = 1.0 PARA ROCAS: f = σc/10
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CLASIFICACION DE PROTODYAKONOV D A UN AS REGLAS PARA LA D ETERM I N ACI ON D E “f” EN FUN CI ON DE DE LA RESI STEN CI A A LA COM PRESI ON SI M PLE, EL AN GULO D E ROZAM I EN TO I N TERN O Y LA COH ESI ON , ESTAS SON : PARA ROCAS: f =
σc/ 1 0
PARA SUELOS: f = t g ϕ + C/ D ON D E:
σc
σc = Re sist e ncia com pr e sion sim ple ( M pa) ϕ = Angulo de r oza m ie nt o int e r no a la r go pla zo C = Cohe Coh e sió sió n a la rgo r go pla zo ( M pa ) .
SOFTWARE UNWEDGE UTILIZADO EN LABORES CON RMR MAYORES DE 40. DETERMINAN SOSTENIMIENTOS CON PERNOS.
GRADO DE RESISTENCIA
TIPO DE ROCA O SUELO
m Kg/m3
q uc Kg/m²
FACTOR ƒ
MUY ALTO
Granitos masivos. Cuarcitas o basaltos sanos y en general, rocas duras sanas y muy resistentes.
2800-3000
2000
20
MUL ALTO
Granitos prácticamente masivos, porfidos, pizarras, arenisca y calizas sanas.
2600-2700
1500
15
2500-2600
1000
10
2500
800
8
ALTO
ALTO
Granitos y formaciones similares, areniscas y calizas prácticamente sanas conglomerados muy resistente, limolitas resistente. Calizas en general, granitos meteorizados, limolitas, areniscas relativamente resistes, mármoles, pirita.
MODERADAMENTE ALTO
Areniscas normales
2400
600
6
MODERADAMENTE ALTO
Pizarras
2300
500
5 4
MEDIO
Lutitas, calizas y areniscas de baja resistencia, conglomerado no muy duros
2400-2800
400
MEDIO
Lutitas, pizarras arcillosas, margas
2400-2600
300
3
MODERADAMENTE BAJO
Lutitas blandas, calizas muy fracturadas, yesos, areniscas en bloques, gravas cementadas.
2200-2600
200150
2-1.5
MODERADAMENTE BAJO
Gravas, lutitas y pizarras fragmentadas, depósitos de talud duros, arcillas duras.
2000
--
1.5
BAJO
Arcilla firme, suelos arcillosos
1700-2000
--
1.0
BAJO
Loes, formaciones de arena y grava, suelos arenoarcillosos o limo-arcillosos
1700-1900
--
0.8
Suelos con vegetación, turba, arenas húmedas.
1600-1800
--
0.6
Arenas y gravas
1400-1600
--
0.5
SUELOS SUELOS GRANULARES SUELOS PLASTICOS
Limos y arcillas blandos.
ayuda para la interpretación de los parámetros geomecánicos y definir el tipo de sostenimiento adecuado considerando el factor de seguridad que en Rosaura debe ser de 1,5. UNWEDGE: Utilizado en forma ocasional para sostenimiento con pernos. En Rosaura su aplicación esta limitado a sostenimiento de cámaras que se encuentran en roca Tipo de la zona “A” y con valores RMR > 40.
PROTODYAKONOV
0.3
Angulo de rozamiento interno (φ (φ) = 18º 18º
DIP’S: Al igual que el Unwedge, su utilización esta limitado a definir la forma y tipo de cuña de roca.
SOFTWARE DIP`S QUE DETERMINAN CUÑAS EN LAS LABORES
Caso BP SE nv. 3930 b = a n ch u r a de la la bor m = a lt u urr a del t ú n el f = coef icie nt e de r e sist e ncia ϕ = a ngulo de r oza m ient ie nt o int e r no γ = de n sida d de l t er r e no no B = b + 2 m .t g ( 4 5 - ϕ/ 2 ) h = B/ 2 f
= = = =
3 .3 m 3 .2 m 1 .0 1 8 º ( se g ú n
rocLa b )
= 2 .7 Tn/ Tn / m ³ = 8 = 4
ROCK LAB: Utilizado para determinar parámetros geomecánicos que solo se podrían obtener de laboratorio y su principio radica en pruebas estadísticas en base a la calidad de roca (GSI), resistencia compresión de roca (Rc), mi y la profundidad de la labor.
Ree m pla zza a ndo va lor e s e n Re em n:: Pl = γ ( h + 0 .5 m ) t g ² ( 4 5 + ϕ/ 2 ) Pl = 28.6 Tn de presión lateral
UTILIZACION DE SOFTWARE GEOMECANICOS En Rosaura contamos con software del Roscience, los cuales son una herramienta de
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SOFTWARE ROCK LAB PARA DETERMINAR PARAMETROS GEOMECANICOS
topográfico, determinaron ángulos subsidencia del siguiente orden: Angulo de fracturamiento (β) = 52º Angulo de desplome (α) = 64º
de
PHASES 2 V6.: Es un programa que usa los elementos finitos para realizar análisis de estabilidad de excavaciones subterráneas y permite determinar las direcciones de esfuerzos en 2 dimensiones y deformaciones del macizo rocoso. Utilizado para determinar los ángulos de subsidencia en base al factor de seguridad y su desplazamiento total de la masa rocosa.
DETERMINACION DE LOS ANGULOS DE SUBSIDENCIA Los ángulos de subsidencia se determinan mediante simulaciones de secciones con el programa Phases, seguimiento de campo tanto en interior mina como en superficie. El Dpto. de Geomecánica simulo diferentes secciones con la calidad de roca existente en el entorno, relacionando el factor de seguridad con el desplazamiento total. El seguimiento en interior mina sobre los agrietamientos formados también se tienen que relacionar para el ajuste respectivo. En superficie, el área de Topografía lleva un control semanal sobre los agrietamientos creados, indicando su velocidad de subsidencia. La correlación de los resultados de las simulaciones con Phases y el control
INNOVACION DE NUEVOS ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTOS PORTANTES CIMBRAS DESLIZANTES Actualmente en la mina Rosaura se ha implementado el uso de las cimbras deslizantes de viga omega. La necesidad de la cimbra omega se incrementa a medida que avanzamos en profundidad. El principio básico de este tipo de sostenimiento es la capacidad de deslizar amortiguando los esfuerzos de las deformaciones iniciales de las excavaciones. Todas las excavaciones subterráneas muestran deformaciones causadas por la remoción del material de soporte natural. En
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terrenos de calidad Buena, tales deformaciones son normalmente pequeñas y raras veces se puede notar a simple vista. Sin embargo en materiales muy pobres la deformaciones son muy grandes y raras veces el soporte puede contrarrestar estas deformaciones, tal como en el caso de la mina Rosaura, la deformación es tan grande que compromete la abertura mínimo necesario para la operación de los equipos, en estos casos la excavación debe ser más grande que el mínimo necesario, de tal manera que después de la deformación haya aun espacio suficiente para la operación y el soporte haya sufrido el mínimo daño posible. Las cimbras omegas nos ayudan a lograr estos objetivos a diferencia de las cimbras rígidas que quedarán fatigadas después de las primeras deformaciones. La ventaja de las cimbras deslizantes en comparación con las cimbras rígidas es que tienen alta resistencia a la flexión y al pandeo, además, son ideales para zonas plásticas y se adaptan mejor a las deformaciones de tipo multidireccionales, como en zonas de propiedades expansivas como son la zona “C” de Rosaura. El tiempo de deformación es mayor que en las rígidas, permitiendo tener mayor tiempo efectivo para la extracción de las galerías.
El uso apropiado de la cimbras TH deslizantes usadas en la mina Rosaura fueron analizadas usando el programa basado en elementos finitos PHASES 2 de ROCSCIENCE (Versión 6.0)
Reacción del terreno y reacción del soporte
Figura A
Galería de 3 x 3 m: Factor de seguridad/zonas plásticas
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Figura B
Galería de 3 x 3 m: Factor de seguridad/zonas plásticas. Note que la falla de la cimbra metálica rígida se muestra en color rojo a diferencia de la figura A en la que se muestra la cimbra deslizante en color celeste, que aun no ha llegado al punto de falla. A pesar de estar sometidos a las mis mas condiciones de carga.
Consecuencias: Cimbras sin Invert
INVERT Una de las debilidades de las cimbras omega es la limitada capacidad para controlar los esfuerzos laterales (cuando estos son predominantes) producto de las deformaciones iniciales de las excavaciones y/o esponjamiento de rocas expansivas (calcáreos y arcillas). La necesidad de uso de los invert nace frente a esta limitante de las cimbras El soldado de rieles como invert ha logrado reducir las deformaciones en magnitud y velocidad dando mayor holgura o tiempo para la explotación de los Draw Point. A continuación se muestra la capacidad de los rieles de 75 y 90 lb/yd a los esfuerzos flectores con los cuales se trabaja en la mina Rosaura. Cabe resaltar que la causa de ruptura de los invert son los esfuerzos flectores como consecuencia del esponjamiento del piso. Tipo (lb/yd)
Rieles
Longitud (m)
75
90
3
12
16
2
18
24
1
30
40
* La capacidad está indicada en toneladas.
Cimbras con Invert
CONTROL DE LAS FILTRACIONES DE AGUA SUBTERRANEA Se sabe que el agua es desde todo punto de vista dañina para las condiciones de estabilidad de las labores mineras. Las zonas con mayor presencia de agua son más inestables. La mina Rosaura es una mina con gran presencia de agua. Esta agua fluye principalmente por los contactos mineral - cajas y se percola por las zonas altamente fracturadas ya sea Rampas, By Pass, Zonas minadas o en proceso de minado, etc. Según el balance Hídrico realizado en el año 2006 en los meses de julio-agosto se llego a algunas conclusiones dentro de las cuales se determino que las principales fuentes del agua de mina son: Filtraciones del agua de escorrentía de la quebrada Santa Rosa, que aporta mas de 100 litros de los 140 litros drenados por en nivel 3890 (nivel más bajo). Agua de escorrentía durante el periodo de lluvias en el área de subsidencia. El control y reducción de los efectos negativos del agua en el macizo rocoso se controlan en interior mina y en superficie en el área de subsidencia mediante:
A - A'
B
B
INVERT
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Ü
Taladros de Drenaje y taladros de trasvase en zonas estratégicas de la mina que fueron reduciendo el nivel freático. Ü Impermeabilizar área de subsidencia (Dique Norte) Cunetas de coronación al área de subsidencia Control del agua en interior mina
OPEN PIT
ZONA DE SUBSIDENCIA
OPEN PIT
Nv 4210
Nv 4210
Nv 4190
Nv 4190
Nv 4170
Nv 4170
Nv 4150
Nv 4150 N v 4150
Op 3
Nv 4130
Nv 4130
Nv 4110 Op 2
Nv 4110
Nv 4090
Nv 4090
Nv 4070
Nv 4070
Nv 4030 Nv 4010
Nv 3990
Nv 3990
Nv 3970
Op 1
Nv 4050
Nv 4010 Op 2
Nv 4050 Nv 4030
CANCHA DE RELAVE ANTIGUO
Nv 3970 Nv 3950 Nv 3930 Nv 3910
Nivel Freático 2005 (Sin taladros de trasvase)
mineral de un Draw Point, determinar velocidades de deformación, cimbras con ancho crítico, cimbras próximas al ancho crítico, se llama monitoreo de convergencias. Este monitoreo de convergencias consiste en la toma de medidas del ancho de las cimbras de manera periódica (1 vez por semana). Luego de dos mediciones podremos tener información del estado y del comportamiento de nuestras cimbras bajo la influencia del minado. Tanto las cimbras rígidas como deslizante llegado a su limite de soporte muestran deformaciones laterales t/o verticales. El monitoreo y seguimiento de estas deformaciones en Rosaura se llama “Control de Convergencias”. Esta técnica nos sirve para predecir con el periodo de tiempo que se tiene para que los equipos puedan opera sin que tengan problemas por secciones reducidas, velocidades de deformación, cimbras con ancho crítico, cimbras próximas al ancho crítico, etc. Este monitoreo de convergencias consiste en la toma de medidas del ancho de las cimbras y/o con ayuda de un distanciómetro láser de manera periódica (1 vez por semana) y registrarlo en un formato de hoja Excel. Luego de dos mediciones podremos tener información del estado y del comportamiento de nuestras cimbras. A continuación se muestra un formato de convergencias en excel el cual se procede a explicar:
CONTROL DE CONVERGENCIAS La técnica para poder predecir la duración de las cimbras o el período de tolerancia que se tiene para terminar con la extracción de
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A continuación se detalla la leyenda del formato de medición de convergencias. Cimbra con ancho crítico Cimbra nueva velocidad máxima Deformación acelerada Invert Próximos al ancho crítico Los valores de la ultima medición luego de ser registrados serán inmediatamente graficados en un diagrama de ejes coordenados ID vs última medición. Todas las cimbras que se encuentren por debajo de los 2.5m de ancho en las mediciones horizontales estarán dentro del ancho crítico. Se considera cimbra nueva a aquella que se instalo como reforzamiento, para intermediar o reemplazar una cimbra fatigada o dañada. Se considera deformación acelerada a aquellas cimbras en las que la velocidad de deformación supere 1 cm/día. Una cimbra con velocidad máxima es aquella que presenta la mayor velocidad de deformación. Se dice que una cimbra esta próxima al ancho crítico cuando se predice que esta llegara al ancho critico antes de que se haya terminado de extraer el mineral programado de un Draw Point. BP SE - I Nv 3930 (Al 31 OCTUBRE)
380.0 370.0 360.0 350.0 340.0
ANCHO DE CIMBRA (cm)
330.0 320.0 310.0
DP 599
300.0 290.0 280.0 270.0 260.0 250.0 240.0 230.0 220.0 FINAL
1
5
6
7
8
8A
9
10
11
11-A
12
13
13-A
14
14-A
15
15-A
325.8
242.6
309.0
278.4
306.7
303.9
247.1
267.7
297.9
309.0
299.0
298.5
302.9
293.9
309.1
294.1
305.5
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
47
272.1
279.0
262.1
233.2
228.7
234.6
260.3
247.9
268.1
252.7
253.3
263.7
247.1
248.4
280.3
273.4
286.5
297.4
291.0
293.4
Nº CIMBRAS
El control de convergencias es una técnica que nos ayudan a lograr nuestro objetivo. Sostener lo necesario para un periodo de tiempo establecido de acuerdo a la vida útil de la labor. CAPACITACION En abril del 2005 se realizo una Convención de Caída de Rocas organizado por el ISEM con la participación de Geomecánicos y Jefes de Seguridad a nivel Nacional.
En dicha Convención se elaboro un análisis de Causa – Efecto y luego un diagrama de Ishikawa en (grafico 1) donde se refleja que las causas de accidentes por caída de roca en minería subterránea se agrupa en seis grupos (grafico 2).
Grafico 1 : Diagrama de Causa – Efecto Del grafico 2 se puede observar que la Geomecánica interviene directamente en 5 de los 6 grupos establecidos. La Misión del Dpto. de Geomecánica Rosaura es trabajar en función a los 5 grupos mencionados en la siguiente forma: 1. Factor Humano: Capacitando al personal en conceptos geomecánicos, el entrenamiento de campo no tiene limite de tiempo, los cursos de geomecánica deben ser de acuerdo a la realidad de la mina. 2. Calidad de la masa rocosa: La calidad de la roca es determinante para la selección del soporte y del tiempo oportuno de colocación, por esta razón se realiza la capacitación, difusión, aplicación y seguimiento de los conceptos de geomecánica a los Supervisores. 3. Perforación y voladura: Caracterización del macizo rocoso para propósitos de voladura. 4. Sostenimiento: La buena selección del sostenimiento es determinante para obtener labores seguras y estables, para lo cual se deben realizar pruebas de monitoreo de calidad de los elementos de sostenimiento, además de contar con equipos de control. 5. Método de Minado: Los parámetros geomecánicos nos determinan el método mas seguro para labores subterráneas.
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CAUSAS DE ACCIDENTES POR CAIDA DE ROCA EN MINERIA SUBTERRANEA
El concepto que manejamos en el Dpto. de Geomecánica Rosaura es conocer al enemigo para combatirlo. Con la capacitación constante en temas de geomecánica, logramos aumentar el valor agregado del personal con el objetivo que sean ellos mismos los que reconozcan los riesgos que trae trabajar en rocas de mala calidad, por esta razón el Dpto. de Geomecánica tiene programado cursos mensuales de capacitación en geomecánica dirigido a los trabajadores y supervisores en general, además, el entrenamiento de campo es diario y sin limites de tiempo. La aplicación de la tabla geomecánica GSI implantada desde el año 2005 ha dado sus frutos, al punto de asegurar el conocimiento y dominio del personal minero en su aplicación. La tabla GSI es una buena herramienta de gestión, con su aplicación el personal minero es capaz de definir la calidad de roca en la que trabaja, recomendar el tipo de sostenimiento adecuado y determinar el tiempo oportuno de colocación de sostenimiento (TAS). Además, las capacitaciones continúas de sostenimiento y calidad del macizo rocoso son en base a la realidad de Rosaura. La próxima tarea en capacitación será el dominio de la tabla GSI modificado, para el personal minero y el RMR para la Supervisión de mina.
Estandarización del tamaño de roca Dentro del programa de capacitación al personal, se estandarizo la denominación del tamaño de roca con el objetivo de uniformizar criterio para su definición y evitar confusiones. Esta denominación es muy importante al momento de reportar incidentes por caída de roca, puesto que el termino roca es muy amplio. Presentamos el siguiente análisis:
Trozo de roca Fragmento de roca que puede ser levantado fácilmente con una sola mano.
Bloque de roca Fragmento de roca necesita de las dos manos para ser levantado.
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BIBLIOGRAFIAS
Banco de roca Requiere uso de equipo mecánico para ser levantado.
CONCLUSIONES
1. HOEK & BROWN : “ESCAVACIONES SUBTERRANEAS EN ROCA” Ed. McGraw-Hill, 2º Edición, México, 1986 2. BIENIAWSKI Z.T. “ENGINEERING ROCK MASS CLASIFICATION” Interscience Publication, 1989. 3. HOEK, KAISER & BAWDEN: “SUPPORT OF UNDERGROUND EXCAVATIONS IN HARD ROCK” Ed. Balkema, 1995. 4. DIVERSOS INFORMES Y ESTUDIOS SOBRE ROSAURA DE BVP ENGENHARIA, GEOMECANICA LATINA, DCR INGENIEROS , METALICA CONSULTORES, GOLDER Y GWI, los cuales fueron analizados e interpretados por el Dpto. de Geomecánica para su aplicación.
El presente trabajo, elaborado en base a las condiciones cambiantes propias del método, al concepto de prueba error y a los conocimientos elevados de la Geomecánica y la Ingeniería Geológica, concluimos en lo siguiente: 1. Las debilidades de Rosaura para la aplicación del método tradicional, pasaron a ser fortalezas con las innovaciones realizadas considerando las condiciones adversas para la aplicación del método. Por lo tanto, dada las condiciones y características geomecánicas propias de Rosaura, justifica ser considerado una variante del método, llamándolo Sub Level Caving Mejorado Tipo Rosaura. 2. La aplicación de conocimientos geomecánicos a todo el personal de mina, sirve como una herramienta de gestión en seguridad, logrando aumentar el valor agregado del personal y ayudando a lograr el objetivo de cero accidentes por caída de roca. Por ultimo, no debemos olvidar que el mejor sostenimiento no es el más caro ni el que mejor acero tenga, sino el que más se adecua a las condiciones presentes del terreno y debe responder a variables técnicas y económicas, garantizando la vida útil que le ha sido asignado a la labor minera. Es decir, el necesario y suficiente para obtener una labor segura y confiable considerando todos los parámetros que originan nuestro método de explotación.
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