La Compañía Minera Casapalca S.A. es una mina polimetalico del centro del Perú, la cúal tiene una reserva probada de 8´256,000 TM de mineral con una ley promedio de 3.44% de Zn; 0.32% de Cu; 0.31% de Pb y 1.36 Oz/tc de plata, Casapalca es una mina subterranea perteneciente al grupo de mediana mineria, como una empresa moderna hace uso intensivo de tecnologia de punta en sus diferentes actividades. El método de explotación depende del tipo de yacimiento y las condiciones geológicas y geomecánicas, es por ello que en la zona de vetas (Oroya y Esperanza) el método de explotación es Corte y Relleno Ascendente Convencional en la zona de cuerpos es con Corte y Relleno Ascendente Mecanizado con la perforación de Taladros Largos paralelos y en abanicos. Con el mapeo geomecánico se determinó el estado de las discontinuidades, las condiciones generales de la labor minera y para determinar las familias y la orientación de las discontinuidades con respecto al eje de la labor minera se utilizó el programa Dips. Posteriormente se clasifica al macizo rocoso con el clasificación RMR de Bieniawski 1989 que serán útiles en los cálculos de perforación y voladura, la clasificación Q de Barton para p ara determinar el tiempo de autosostimiento y el tipo de sostenimiento. DELIMITACION GEOGRAFICA Políticamente las operaciones de la CMCSA se ubican en el distrito de Chicla, provincia de Huarochiri, departamento de Lima. Geográficamente se localiza en la zona central, flanco Oeste de la Cordillera Occidental de los Andes a una altura promedio de 4,400 m.s.n.m. en las coordenadas UTM: N: 8710455,60 E: 366761,70 TEORIA GEOMECANICA Al hablar de la geomecánica se hace referencia a los fluidos, tipo de mineral o roca en un yacimiento los cuales modifica los esfuerzos de la roca y el entorno geomecánico: inducen potencialmente la compactación y subsidencia, afectan la integridad del pozo p ozo y de la terminación, alteran la integridad de la capa de roca y la falla, modifican el comportamiento de la fractura y la recuperación térmica, y afectan la disposición del dióxido de carbono y el almacenamiento de gas. Es la disciplina que está basada en los conceptos y teorías de mecánica de rocas y mecánica de suelos, un modelado geomecánico adecuado permite prevenir estos problemas, cuya resolución podría ser costosa. La geomecánica estudia las presiones en el yacimiento y rocas adyacentes. Esto a su vez altera las propiedades (porosidad, permeabilidad, etc.) que afectan el rendimiento del reservorio y de los pozos individuales ESTUDIO GEOMECANICO DE LA MATRIZ DE ROCA DE CASAPALCA Segun los estudios geomecanicos que realizó el departamento de geomecanica en los laboratorios del Pontifice Universidad Catolica de Perú, la roca intacta tiene los siguientes valores mecánicos y físicos.
RESITENCIA DE LA ROCA Resistencia a compression simple Se calculó mediante ensayos con el martillo de Schmidt
R=los rebotes
CRITERIOS DE ROTURA DE LA MATRIZ ROCOSA DEL CRUCERO 300 La resistencia de la matriz rocosa se evalúa mediante los criterios de rotura de Mohr-Coulomb y de Hoek Brown.
a. Criterio de Mohr-Coulomb Si se calcula los valores de los esfuerzos usando los siguientes modelos matemáticos, donde cohesion c = 28.90 ángulo de friccion interna Φ = 51.30 y θ = 45°
b. Criterio de Hoek y Brown Utilizando los siguientes modelos matemáticos calculamos
ESTUDIO GEOMECANICO DEL MACIZO ROCOSO DEL CRUCERO 300 Es el conjunto de bloques de matriz rocosa y de las discontinuidades de diverso tipo que afectan al medio rocoso. Mecánicamente los macizos rocosos son medios discontinuos, anisótropos y heterogéneos.
Procedimiento del MAPEO. Para la caracterización de la masa rocosa de la mina Casapalca, se registraron los datos a partir del mapeo geomecanico de las labores subterráneas, utilizando el “método directo por celdas de detalle”.
Los parámetros que se tomaron en cuenta fueron: tipo de roca, sistema de discontinuidades, orientación, espaciado, rugosidad, tipo de relleno, intemperización y presencia de agua.
DISCONTINUIDADES Las superficies o planos de discontinuidad de los macizos rocosos condicionan de una forma definitiva de sus propiedades y comportamiento resistentes. a. Tipos de discontinuidades En el Crucero 300 las discontinuidades son juntas, fallas y fracturas. b. Orientación de las discontinuidades La orientación y buzamiento de familia de las discontinuidades son: Rumbo de Crucero 300: N49°W •
• • •
Familia 1m: Rumbo N30°E, buzamiento 67°NW Familia 2m: Rumbo N76°W, buzamiento 65°SW Familia 3m: Rumbo N8°W, buzamiento 65° NE
c. Análisis y distribución de discontinuidades mediante aplicación del programa Dips Con la ayuda del programa Dips se visualiza las discontinuidades agrupados en familias de las mismas se puede ver el rumbo y buzamiento.
ALTERACIONES La principal alteración en la zona estudiada es la silicificacion, puesto que la arenisca por dicho efecto dio como resultado a las rocas llamados areniscas silíceas o silicificadas. Clasificación geomecánica del macizo rocoso CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO A partir de mapeo geomecanico y las propiedades físicas y geomecánicas de la roca del macizo rocoso ya podemos proceder con la clasificación a. Indice de calidad de la roca RQD Para el mapeo geomecanico que se hizo podemos sacar el valor del RQD, siendo una frecuencia de fracturamiento de 7.80
b. Clasificación RMR de Bieniawski Después de haber caracterizado las propiedades físicas, mecánicas de las rocas, el mapeo geomecanico y el análisis mediante la aplicación del programa Dips, ya se puede hacer la puntuación RMR.
c. Clasificación Q de Barton La clasificación del índice Q se halló indirectamente a partir de la clasificación de RMR con la siguiente ecuación.
Clasificándose como roca buena a muy buena ZONIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO En el transcurso del avance de excavación existe la probabilidad de que la roca cambie. Pero hasta la progresiva E+30 el comportamiento es uniforme. PRESENCIA DE AGUAS SUBTERRÁNEAS En el área que es el nivel 16 de la veta la esperanza la presencia agua subterráneas son muy erráticos; existen tramos secos y húmedos y como también tramos donde el agua fluye y gotea. Según el estudio preliminar que se hizo casi siempre los cruceros son secos a húmidos y en las galerías hay presencia de agua desde que gotea hasta que en ciertos tramos fluye, éste es a causa que las aguas filtran por las fracturas de las vetas. RESISTENCIA A LA ROTURA DEL MACIZO ROCOSO DEL CRUCERO 300 Para saber los criterios de rotura se tiene que calcular los valores de ángulo de fricción interna y cohesión, estos valores se pueden estimar a partir del valor RMR.
Haciendo la interpolación para un valor de RMR=77 se tiene cohesión= 0.38 MPa, ángulo de rozamiento interno = 43° a. Criterio de hoek y Brown Como ya se tiene el valor de compresión simple uniaxial σci , los valores de m= 1.231 y s=
0.00293, siendo la roca arenisca de calidad buena; o también se puede calcular usando la tabla nº 4.2 siendo el valor mi = 18.19 para la roca arenisca de la mina Casapalca.
El valor del GSI es: GSI = RMR 89 – 5; GSI = 77-5 = 72 Con estos valores se calcula la resistencia a la tracción:
Para calcular los esfuerzos mayor y menor de la matriz rocosa los constantes del material m= 3.158; s = 0.0216, α=0.5 y la resistencia de la matriz rocosa es σci = 148.5 MPa.
b. Módulo de Young o elasticidad para el macizo rocoso (E) Con el Hoek et al (en Hoek y Brown, 1997) modifica la expresión de Serafim y Pereira.
ESFUERZOS NATURALES EN EL CRUCERO 300 a. Esfuerzo insitu Para saber los esfuerzos en el crucero 300 del nivel 16, se tendrá que hallar la profundidad a que se encuentra dicha labor.
La densidad es igual 2.78 g/cm3 y la profundidad aproximada es 755 metros, el esfuerzo vertical será:
TABLA GSI Tenemos un RQD de 80% por lo que según el GSI esta en LEVEMENTE FRACTURADA, el GSI es de 72 por lo que la resistencia superficial es BUENA con un tipo de soporte A con una abertura maxima de 15 metros, SIN SOPORTE O PERNO OCACIONAL.
METODOLOGIA DE APLICACION
) ) , R M A ( , ) M ) D ) S ) A . A A ( A B H M S D R D ( ( R ) L A A E E . ) C B S ) A N R A T T N ) R A A I O E L E E A a L O CASAPALC A LABORES MINERAS DE DESARR OLLO Y C M D C T T A M P A C I ( G O A N T , M ) . L Y F ) U ) E L R A A R R A A D U a 0 A R T M EXPLOTACION (2.50 a 4.50 m. de Luz) E D E A E T Y P 5 ) O . M L ) R E C T A T D 2 ) O U E ) , M D A A E L M R C P S N a I A T SIN SOPORTE O P ERNO OCASIONAL S I 5 M a I S T A E P A E P C A N E B U E P O 2 O A I (CONTROL DE B LOQUES I NESTABLES) S T 0 M E M M N M A < F T S R E C L 0 E E I E F D A M 0 O 1 R E N 0 ) T A D ) Y I c P V 0 A E R 5 A N . c D N , A E U 1 A R C PERNO SISTEMATI CO. (1.8 x 1.8 m.) E 2 T E P T ( D E E A S R V M O D A M B E D ( D L A U X , . N R I T I > O E I G (CINTA METALICA O MALLA OCASIONAL) P , E 0 A S E S U N U c C M L . S . R C A L A A I E , E F A I E D 5 N T A , D R T R O R I T O ( P V S O c E D S D T P S F T A A T . E E G T R PERNO SISTEMATI CO. (1.5 x 1.5 m.) R A L I M S E N D I N R N I S B1 N E N P S D L A R I O S , ( S L E (CINTA METALICA O MALLA OBLIGATORIA) O S O N N A . O L S O A T G E A B D S , O O S E C D A C G B C S A A D S A T E E N S R C A PERNO SISTEMATI CO. (1.20 x 1.20 m.) I L R S Y O E U . O . I I P T N S O U T R R I L O E B E R D L R A SHOTCRETE CON FIBRA (0.05 m.) O Y C Y R R N O / R O M O E L D S Y S E A S E S ( E T A CUADROS DE MADERA. L Y U A G E G I N , D N E E I A I C C D I T V D B U A I ) U D I M L , L D C N A L a ( S O I S PERNOS SISTEMAT ICOS (1.0 x 1.0 m.) L R O O A A A , M N A N P D E I U P ( U D D1 N A SHOTCRETE CON FIBRA (0.10 m.) O D O A E S M C A P I O N M P A C D ( I T D M A C A O G CUADROS DE MADERA. U I C E U A E E E E N N A N E I I 0 L R L I D N C E R E L C N E R ( I I E E C L C 5 A C R P A P B A CIMBRAS METALICAS O I U I E I O T I O T G M ( T D A M E F M L M F T A F N T N N B N I A S CUADROS DE MADERA. S R L S N O U O A I R R 5 E E I O O X R E A E A E R R L L 2 Y E L D C O C E S Y G P P L c U P L N S S E E E A E I G E U U E I E I I S E E U S U U S R S ESTRUCTURA R M S E ( B D D ( R D L ( M S R ( M S R (
MINA CASAPALCA SOSTENIMIENTO SEGUN GSI MODIFICADO
EL DESPREN DIMIEN TO D E RO CA SE EVITA COLOC ANDO EL SOPORTE ADECUADO EN EL MOMENTO OPORTUNO.
PROCESO DE MAPEO GEOMECANICO
COMPAÑIAMI NERA
LA TABLA DE SOSTENIMI ENTO SEGUN EL G. S. I., SE APLICA DE ACUERDO A LAS CONDICIONESGEOMECANICAS DEL MA CIZO ROCOSO Y SE SU BDIVI DEN D E ACUERDO AL ANCHO DE LA EXCAVACION O MINADO: 1. PARA L A UTI LIZACI ON D E ESTA TA BLA SE DETERMINAINSITU LO SIGUIENTE: A) ESTRUCTURA : SEGUN LA CANTID AD DE FRACTUR AS POR METRO LINEAL DEFINIDAS CON EL FLEXOMETRO. B) RESISTENCIA O CON DICI ON SUPERFICI AL: DEFINI DA POR LA CANTIDAD DE GOLPES DE LA PICOTAO BARRETILLA CON QUE SE ROMPE O LA PRO FUNDIDAD DEINDENTACION. PARA HAL LAR " G .S.I." DEBE LAVAR SE LA ZONA , DIFERENCIANDO FRACTURASNATURALES YDE VOLADURA. C) CUAND O HAY LA PRESENCIA DE ALTERACI ON EN L AS PAREDES, DE LAS FRACTURASO ELTIPODE RELLENO: (GRAN ULAR, LIMOSO O AR CILLO SO); LA FORMA DE LA S FRACTURAS(LISA, ESTRIADA, ONDULADA, RUGOSA, LIGERAMENTE RUG OSA) Y ESPACIAMI ENTO DE LAS FALL AS; SE PROC EDE A DETERMINAR EL TIPO DESOPORTEDE ACUERDO AL ANCHO DEL MINADO. 2. EN EXCAVA CION ES QUE NO REQUI ERAN SOPO RTE SEGUN LA CLASIFICACION GEOMECANICA, PERO PRESENTAN FRACTUR AS PARAL ELAS, VERTICAL ES Y HOR IZONTAL ES A FAV OR O EN CONTRA DELA EXCAVACION. EN LABORES PRINCI PALES EL SOSTENIMI ENTO SERA EN FORMA SISTEMATICO. 3. LA CLASIFI CACIO N Y EL TI PO DE SOPOR TE; DEBE REALIZA RSE DE INMEDIATO, COLOCANDO EL SOPORTE ADECUADO EN EL TI EMPO INDIC ADO; DE COLO CARSE EL SO PORTE A DESTIEMPO ES PROBABLEMENTE SE REQUIERA DEUN SOPORTE MA S PESADO DEL QUE SE INDICO. 4. FACTORES I NFLUYENTES: A) EN EXCA VACIO NES REALI ZADAS SOB RE EL MA CIZO R OCOSO PROPENSO ACRUJIDOS DE ROCA (POPPING ROCK) O ESTALLIDO DE RO CA ( ROCKB URST), EL SOSTEN IMIENTO DETERMINADO CON LA TABLA GSI SUFRIRA MODIFICACION AL INMEDI ATO I NFERIO R, ES D ECIR SI EL SOSTENIMI ENTO ES TIPO "B" PASARAA UN TIPO "C". B) EN LA EVALUAC ION D EL SOSTENIMI ENTO SE TENDRA EN CUENTA:FLUJO DEAGUA; EL RELAJAMIENTO DE LA ROCA; VOLADU RA DEFICIEN TE; PRESENC IA DE FA LLAS; ZO NAS D E INTERSECCION. EL SOSTENIMIENTO DETERMINADO CON LA TABLA GSI SUFRIRA UNA MODIFICACION AL INMEDIATO INFERIOR PARA SU SOSTENIMIENTO. LA TAB LA GSI ., SE H A RELA CIONA DO C ON EL IN DICE D E MASA ROCOSA (RMR) BIENIAWSKI; ASI MISMO EL TIPO DEROCA, SOSTENIMI ENTO A APLICAR SE; RELACIO NADO AL TIEMPO DE AUTO SOPORTE YABERTURAMAXIMA.
INDICE RMR
INDICE G.S.I.
TIPO DE SOPORTE
LF/ MB (LEVEM ENTE FRACTURADA / MUY BUENA) LF/ B (LEVEMENTE FRACTURADA / BUENA) LF/ R (LEVEM ENTE FRACTURADA /REGULAR) F/ MB (FRACTUR ADA / MUY BUENA)
85-95 75-85 65-75 75-85
A
F/ B (FRACTURADA / BUENA) F/ R (FRACTURADA / REGULAR)
65-75 55-65 45-55 55-65 45-55 35-45 25-35 45-55 35-45 25-35 15-25
F/ M (FRACTURADA / MALA) MF/ B (MUY FRACTURADA / BUENA) MF/ R (MUY FRACTURADA / REGULAR) MF/ M (MUY FRACTURADA / MALA) MF/ MM (MUY FRACTURA / MUY MALA) IF/ B (INTEN SAMEN TE FRACTURADA / BUENA) IF/ R (INTEN SAMEN TE FRACTURADA / REGULAR) IF/ M (INTEN SAME NTE FRACTURADA / MALA) IF/ MM (INTEN SAME NTE FRACTURADA/MUY MALA)
TIEMPO DE AUTOSOPORTE LABORES 2.1 - 3.0 Mts. 10 AÑOS
LABORES 3.5 - 5.0 Mts. 5 AÑOS
A
5 AÑOS
3 AÑOS
A A
2 AÑOS 5 AÑOS
1 AÑO 3 AÑOS
A
2 AÑOS 6 MESES
1 AÑO 3 MESES
B B1 A B1 - C D - D1 E B1 - C D-E D1 - E E
2 SEMANAS 6 MESES 2 SEMANAS 5 DIAS 8 HORAS(INMEDIATO) 4 2 SEMANAS 5 DIAS 8HORAS(INMEDIATO) 4 ( PRESOPORTE )
1 SEMANA 3 MESES 1 SEMANA 2 DIAS HORAS(INMEDIATO) 1 SEMANAS 2 DIAS HORAS(INMEDIATO) ( PRESOPORTE )
ABERTURA
Abaco de relacion c on RMR.
95 90
LEVEMENTE FRACTURADA. TRES A MENOS SISTEMAS DE D ISCONTINUIDADES MUY ESPACIADAS ENTRE SI. (2 A 6 FRACT. P OR METRO) (RQD 75 - 90) (RQD = 115 - 3.3 Jn.)
A
(LF)
LF/MB
85
A
A
LF/R
LF/B
80
B
75
MAXIMA 20 mts. 15 mts. 10 mts. 15 mts. 10 mts. 7.0 mts. 4.5 mts. 7.0 mts. 4.5 mts. 3.0 mts. 2.0 mts. 4.5 mts. 3.0 mts. 2.0 mts. 1.0 mts.
5. LA PERFORAC ION DEL TALADR O PARA SOSTENIMI ENTO SERA PERPENDICULARESA LAS PAREDESY TECHO,SALVO CUAND O SE COLOQ UEN PA RA ASEG URAR BLOQU ES SUELTOS, SIENDO NECESARIO PARA ESTE CASO EL USODE LAS DE LAS GATAS MECANIC AS O PUNTALESDE SEGURIDAD. 6. EN LA COLOCA CION DE MALLA SE DEBE REALIZAR DE GRADI ENTE A GRADIENTE, ASEGURANDOSEESTAS AL TECHO MEDIAN TE EL USO DE G ATAS M ECANICA S, Y LUEGO SE ASEGU RAN CON LOS PERNOS DE ANCLAJE,ESTA OPERACION EVITARA LA CAI DA DE F RAGMENTO S DE ROCA AL PERFORISTA. 7. EN LA COLOCA CION DEL SHOTCRETE SE REA LIZA DESPUES DE LAVAR LA LABOR CON AGUA A PRESION, SE REQUI ERE EL USO DE CALI BRADO RES, LA DISTAN CIA PARA EVI TAR EL EXCESODE REBOTEES DE 1.5 mts., DISEÑO Y LA PREPARACI ON DE LA MEZCLA ADECUAD A, LA ILUM INACION DE LA ZONA, USO DELOS MANOMETROS EN LOS EQUIPO S, EQUI PO DE PROTECCI ON PERSO NAL, USO D E DRENES SI HAY PRESENCIA DE AGUA. 8. EN LA COLOC ACION DE CI MBRAS M ETALICAS O CU ADRO DE MAD ERA,SE DEBECONSIDERAR EL CORRECTO ALINIAMIENTO Y PERPEND ICULAR IDAD DEBEN ESTAR BI EN AN CLADAS Y TOPADAS ALA SUPERFICIEDE LA SECCION.
MEDIDAS PREVENTIVAS Y DE CONTROL LA VOLADU RA C ONTROL ADA: EN ESPECIAL EN LAS CO RONAS, PARA LO CUAL SEDEBERA ESPACIAR ADECUADAMENTE LOS TAL ADROS Y DI STRIBUI R MEJOR LA CARGA EXPLOSIVA. NO ACUMUL AR TA LADROS PARA LA C OLOCA CION DE PERNOS. "TALADRO PERFORADO, PERNO COLOCADO". NUNC A PERFO RAR TA LADROS EN LA DIRECCION DE LA FRACTURA O FALLA. LA CA LIDAD DEL SOSTEN IMIENTO VA EN FUNCI ON A LOS ESTAN DARESY PETS PARA SU EJECUCION, CAPACITACION PERMANENTE AL PERSO NAL EN L A APLI CACIO N D E LA TABLA GSI., Y EL COLOCADO DEL SOSTENIMIENTO.
70
MODERADAMENTE FRACTURADA. MUY BIEN TRABADA, NO DISTURBADA, BLOQUES CUBICOS FORMADOS POR TRES SISTEMAS DE DISCONTINUIDADES ORTOGONALES. (RQD 50 - 75) (6 A 12 FRACT. POR METRO)
A (F)
A A (MF)
MF/MB
MF/B
B
B
65
F/R
60 B
F/M
B1
B
55
C
D
50 MF/R B1
B
45
MF/M
D1
( IF )
35 B
C
D
IF/B
IF/R
IF/M
B1
30 D1
D
E IF/MM
25 20
TRITURADA O BRECHADA. LIGERAMENTE TRABADA, MASA ROCOSA EXTREMADAMENTE ROTA CON UNA MEZCLA DE FRAGMENTOS FACILMENTE DISGREGABLES, A NGULOSOS Y REDONDEADOS. (SIN RQD)
MF/MM
D
40
INTENSAMENTE FRACTURADA. PLEGAMIENTO Y FALLAMIENTO, CON MUCHAS DI SCONTINUIDADES INTERCEPTADAS FORMAND O BLOQUES ANGULOSOS O IRREGULARES. (RQD 0 - 25) (MAS DE 20 FRACT. POR METRO)
F/B
B
MUY FRACTURADA. MODERADAMENTE TRABADA, PARCIALMENTE DISTURBADA, BLOQUES ANGULOSOS FORMADOS POR CUATRO O MAS SISTEMAS DE DISCONTINUIDADES. ( RQD 25 - 50) (12 A 20 FRAC T. POR METRO)
F/MB
A
15 E (T) T/M
E T/MM
10 5
