1. modelamiento geomecánico 3d software vulcan

5/21/2018 1. Modelamiento Geomecnico 3D Software Vulcan

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USO DE SOFTWARES EN EL MODELAMIENTOGEOLGICO Y GEOMECNICO.

MsC. Ing. Edmundo Campos Arzapalo

Email. [email protected]


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RESUMEN

Durante la ltima dcada la aplicacin de software

minero se ha generalizado en la mayora de minas del

Per, pero en todos los casos, aplicados directamente a

planeamiento de minado, trazado de proyectos,

modelamiento geolgico y cubicacin de reservas. Eneste trabajo se expone los pasos para utilizar esta

herramienta de la informtica creando un modelamiento

geomecnico, basado en logueos y mapeos

geomecnicos. Los resultados de esta aplicacin sernutilizados para definir el Mtodo de explotacin msconveniente, sus aberturas y el tipo de sostenimiento a

aplicar, si se diera el caso.


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INTRODUCCION

Compaa Minera Atacocha, compuesto por capitales

peruanos, ha decidido mejorar sus ndices de productividady Seguridad, para lo cual se ha considerado modificar sus

Mtodos de Explotacin, donde las condiciones geolgicas

y geomecnicas le permitan optimizar o cambiar el mtodo

de minado actual.


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Mina Atacocha extrae anualmente una produccin de

1240,000 t de minerales polimetlicos. Su litologa est

conformada por calizas negras, caliza silicificada, areniscay sills de dacita porfirtica. Atacocha es un yacimiento

polimetlico de origen hidrotermal y de contacto, con

mineralizacin de sulfuros y sulfosales primarios de Pb-Zn-

Ag-Cu, con bajo contenido de Au., Bi. y Mn.


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El presente, es el caso, del Ore Body 17, ste fue ubicado

en el ao 2001, sin conocerse el potencial real con que se

contaba. Durante el ao 2003 se ha conocido la verdadera

magnitud y dimensin, determinndose que tiene un rea

mineralizada aproximada a 5,000 m2 en el nivel 3660. El

Ore Body 17 se caracteriza por tener una calidad de roca

muy baja (RMR = 35 a 45); incluyendo las cajas, que en

algunos casos tienen ndices geomecnicos ms bajos

que el mineral.


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Es debido a este bajo ndice geomecnico que el minado

de este cuerpo se realiza a travs de cmaras y pilares,

lo cual afecta la recuperacin mineral y por ende reduce

la rentabilidad de su explotacin. Una alternativa para

incrementar la recuperacin de mineral es adaptar unminado por taladros largos con relleno cementado, que a

la vez se reduzca los costos de minado (el costo actual

de minado en el Ore Body 17 es de 12.07 US$/TM el

cual podra ser reducido a 9.0 US$ / TMS con laimplementacin de taladros largos).


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1. Geologa Local:

El distrito minero de Atacocha, se encuentra ubicado en el

Departamento Pasco y en la principal Provincia

Polimetlica Andina de la Regin Central del Per. Est

conformado por vetas de sulfuros polimetlicos y depsitos

de reemplazo (rumbo N-S) los cuales estn muycercanamente asociados en tiempo y espacio,

desarrollados en calizas con intercalaciones de lutitas

pizarrosas correspondientes al Grupo Pucar (Trisico

Sup.- Jursico Inf.), definida por las formacionesCondorsinga, Chambar y Aramachay. En menores

proporciones existe mineralizacin en estructuras de

extensin E-W en el Grupo Goyllarisquizga compuesta por

areniscas y cuarcitas.


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2. Geologa del Ore Body 17:

Las caractersticas geomtricas son:

Rumbo Buzamiento Potencia Plunge

N 20-30 W 80-85 NE 35 a 70 mts. 90

El cuerpo mineralizado se ubica en la zona central de la

mina, en la interseccin de falla regional Atacocha-Milpo

con la Falla 1, lo cual origina una brecha de falla de hasta

100 mt. de potencia. Los clastos son mayormente decaliza silificada y dacita. La mineralizacin presente se

halla a manera de clastos recubiertos por un cementante

arcilloso.


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Este cuerpo ha sido reconocido desde superficie (4300msnm) hasta el nivel 3600, encontrndose en forma de

ramales desde la cota 3750 hacia arriba y en forma masiva

desde el nivel 3750 al 3660. Se tienen las siguientes leyes

en promedio:

Zinc Plata Plomo Cobre Oro4.13% 225 g/t 4.84 % 0.39% 0.51 g/t

El departamento de geologa ha ejecutado el

modelamiento geolgico, se aprecia en la figura 1.


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Figura 1: Modelamiento geolgico

Nivel

3660

Nivel3720


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3. Geomecnica del Cuerpo Mineral Ore Body 17:

Para determinar las caractersticas geomecnicas de la

zona en estudio, se cuenta con labores en el nivel inferior ysuperior, y con sondajes diamantinos que han cortado el

macizo rocoso entre los niveles de estudio (ver figura 2).


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Nivel 3660

Nivel 3720

Sondajesdiamantinos

Figura 2: Sondajes diamantinos en St. 948


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Con la finalidad de tener una buena informacin del Ore

Body 17, entre los niveles de estudio, se realizaron 12

perforaciones diamantinas y se tomo informacin de los

stopes 948 y 985 (nivel 3660), 877 y 998 (nivel 3720) as

como de labores aledaas.


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3.1 Logueo geomecnico:

El logueo geomecnico de los taladros diamantinos serealiz a la par con el logueo geolgico, tomndose en

cuenta los datos que se presentan en la figura 3.

Los resultados obtenidos de este logueo son los

siguientes: Indice RMR (Rock Mass Rating)

Indice Q ( De Barton)

Indice GSI ( Geological Streing Index)

Indice RMi (Rock Mass index).Los tres primeros ndices son bastante conocidos, por lo

que nos centraremos en la descripcin del ltimo de ellos,

es decir el Indice RMi.


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3.2 Indice RMi (Rock Mass index):

El RMi, fue desarrollado para satisfacer la caracterizacin

de esfuerzos del macizo rocoso, usndose para diseos en

ingeniera de rocas. El mtodo se basa en multiplicar la

resistencia del macizo rocoso (c) con un parmetro

basado en el tamao del bloque y el parmetro de los

bloques que forman las fracturas del macizo rocoso. En el

siguiente cuadro 1se resume la metodologa de clculo.


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Esfuerzo a laCompresin Uniaxial

c

Volumen delBloque

Vb

Densidad defracturas

Factor decondicin de

fracturasjC

Rugosidad defracturas

jR

Alteracin de

fracturasjA

Tamao de fracturay terminacin

jL

Material Rocoso

ROCK MASS

INDEX

Parmetro defracturamiento

(jP)

Cuadro 1: Metodologa de aplicacin del Rmi


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El RMi, se basa principalmente en la reduccin de

esfuerzos de la roca causada por el fracturamiento y

se expresa como:

RMi = c XJP (1)Donde:c = Resistencia a la compresin uniaxial

JP = Parmetro de fracturamiento el cual es un

factor de reduccin de esfuerzos.


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Para calcular el parmetro JPse aplica:

jC = jL x (jR / jA) (3)Donde:

jL = Tamao de fracturara y terminacin

jR = Rugosidad de fracturas

jA = Alteracin de fracturas


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Vb = S1xS2xS3 / Sen1xSen 2xSen 3 (4)

Donde:

S1, S2 y S3 espaciamiento promedio de sistemas defracturas

Sen 1, Sen 2 y Sen 3 seno de los ngulos promedio

de los sistemas de fracturas.


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Los valores obtenidos de RMi se comparan con la tabla 1,para determinar la calidad del macizo rocoso. En el cuadro2se observan las aplicaciones del RMi.

Una vez ingresada la informacin de los logueos en unabase de datos (tal como la que se aprecia en la figura 3), lacual debe de ser compatible con el software minero a

utilizar, se importa la base de datos al software minero,

obtenindose una trama de sondajes con las diferentescalidades de roca (puede ser con RMR, Q, GSI o RMi).


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COMPARACION Valor de RMiPara RMi Dureza de la roca

Extremadamente bajo Extremadamente suave < 0.001

Muy bajo Muy suave 0.001 - 0.01

Bajo Suave 0.01 - 0.1Moderado Medio 0.1 - 1

Alto Duro 1 10

Muy alto Muy duro 10 100

Extremadamente alto Extremadamente duro > 100

Tabla 1: Rango de calidades de roca para el RMi.


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ROCK MASS INDEX

APLICACIN EN

INGENIERIA DEROCAS

Fragmentacin yvoladura

Clculos deestabilidad y

diseo desoporte

Evaluacin deavance en TBM

APLICACIN EN

DISEO DESOSTENIMIENTO

SistemaRMR

SistemaQ

NATM

INGRESO DE DATOSPARA MECANICA DEROCAS

Criterio de Falla

Modela mientonumrico

Mdulo deDeformacin del

macizo rocoso

Cuadro 2: Aplicaciones del RMi


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Figura 3 : Base de datos (TM-Thetys) compatible con software mineros


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3.3 Mapeo Geomecnico:El mapeo geomecnico se realiz en el stope 948-Nivel

3660, considerndose los ndices RMR, Q y GSI, para lo

cual se tom como base la tabla geomecnica de laMina Atacocha (ver figura 4).Adems, se han levantadolneas de detalle, con la finalidad de determinar los

principales sistemas de fracturas, alteracin, relleno,

rugosidad y humedad del macizo rocoso. El anlisis de

fracturas se ha evaluado con el software DIPS (figura5). Se han determinado 5 sistemas de fracturas.


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Figura 4 : Tablageomecnica desostenimientousada en MinaAtacocha,utilizada para elMapeogeomecnico.


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Figura 5: Principales sistemas de fracturas del Ore Body 17, Stope 948 ala norte.Nivel 3660


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3.4 Muestreo

De los sondajes diamantinos se realizaron 450 pruebas decarga puntual, para determinar la resistencia a la

compresin uniaxial en los diferentes tramos. Estos datos

se tomaron en cada tramo del logueo, en el cual la

recuperacin del core lo permita.

Adems se ha realizado dos perforaciones diamantinas

con el mtodo del triple tubo (este permite conservar mejor

la calidad del core), envindose muestras al laboratorio de

mecnica de rocas para determinar las propiedadesmecnicas (mdulo de elasticidad, relacin de Poisson,

ngulo de friccin y cohesin) de las diferentes calidades

de roca que se presentan en el macizo rocoso. Los

resultados se observan en el cuadro 3.


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MATERIAL RMR Q GSI c mi mb S a c Em

Caja piso (Brecha de falla) 36 - 44 0.4 - 1.0 MF/P 40 12 0.282 0.0001 0.514 0.778 19.27 1796

Mineral (brecha de fallamineralizada)

36 - 44 0.4 - 1.0 MF/P 40 14 0.292 0.0001 0.516 0.778 19.46 1600

Caja techo (Zona de falla) 15 - 25 0.04 0.9 IF/MP -IF/P 35 10 0.085 5.44e-6 0.544 0.357 10.90 631

Cuadro 3: Caractersticas mecnicas del Ore Body 17.


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4. ANALISIS DE LOS RESULTADOS

CON SOFTWARE MINEROCon la trama tridimensional de taladros y mapeo

geomecnico se realiza el modelamiento geomtrico

geomecnico (figura 6), para lograr esto se han realizadosecciones horizontales cada 20 m., en las que se aprecialos talaros diamantinos con la informacin geomecnica

de ellos, se interpola la informacin con el mapeo

geomecnico obtenindose slidos segn el tipo de

calidad y segn los ndices RMR, Q, GSI o RMi, tal comose observa en la figura 7.


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Estos slidos sirven para elaborar secciones para la

interpretacin geomecnica y tambin para la

interpolacin de los ndices numricos de calidades de

roca (RMR, Q, GSI o RMi), como ejemplo se tiene lafigura 8. Esta interpolacin de valores es un procesoque se viene desarrollando por mtodos

geoestadsticos, aunque la informacin es todava

escasa para este tipo de anlisis.


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Es ya posible describir cierta correlacin espacial de los

ndices geomecnicos usando variogramas en la

direccin referencial de los taladros. Cuando exista

mayor informacin para describir el comportamientoespacial de estos valores en diferentes direcciones se

ajustarn los modelos variogrficos que sern usados

para el krigeado de bloques en una malla tridimensional

de bloques de 3x3x3m que abarca todo el Ore Body 17.


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Nivel 3660

Nivel 3720

Sondajesdiamantinosy seccionesen planta

Figura 6: Trama tridimensional de taladros y secciones en planta cada 20 m.


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Figura 7: Modelo geomecnico del Ore Body 17. St. 948 entre niveles 3660 y 3720

Nivel 3660

Nivel 3720


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Otra opcin para incrementar la informacin para el

anlisis geoestadstico de los ndices geomecnicos es

utilizar los datos del mapeo geomecnico. Esto se logra

asignando un indicador numrico a cada nodo de una

malla que se superpone sobre el mapeo. Para cada nodo,

el valor discreto de la indicatriz depender de su ubicacin

dentro de los poligonos clasificacin de la calidad de roca

del plano de mapeo.


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Posteriormente se modelan los variogramas para cada

clasificacin que sern usados para un Kriging de

indicadores. El modelamiento as definido se interceptacon el modelamiento geolgico y se determina las

caractersticas de cada zona (caja techo, caja piso y

mineral).


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Figura 8: Seccin geomecnica trasversal del Ore Body 17, Nivel 3660 a 3720


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5. Aplicaciones del modelamiento Geomecnico

El modelamiento geomecnico realizado, tiene lassiguientes aplicaciones practicas:

1. Definicin de mtodo de explotacin ms adecuadopara el yacimiento (se utiliza el mtodo UBC), paraello se usa la geometra del Ore Body, sudistribucin en leyes y las caractersticas

geomecnicas.


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2. Se ingresa en el software PHASES las seccionestransversales, definidas por el modelo geomecnico,conteniendo las caractersticas mecnicas delmacizo rocoso, el sostenimiento a instalar, lasecuencia de minado, direccin y valor de los

esfuerzos in situ y el tipo de relleno a utilizar(hidrulico, cementado, mecnico, etc.). El programanos arroja principalmente como resultado, losesfuerzos principales alrededor de la labor, el factor

de seguridad de la estabilidad de la labor, eldesplazamiento del macizo, etc. El resultado sepuede observar en la figura 9.


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Figura 9 : Seccinlongitudinalmostrando el cuerpomineral y el factor deseguridad, para elmtodo de cmaras ypilares en breasting,

con pilares de 1.5 m.de espesor.


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3. Determinacin de las aberturas mximas utilizando

el Mtodo Grafico de Estabilidad, para lo cual seutiliza las caractersticas geomecnicas, lassecciones transversales geomecnicas, los sistemasde fracturas principales obtenidas con el programaDIPs, los esfuerzos obtenidos con el programaPHASES y las caractersticas mecnicas del macizorocoso.

4. Determinacin del tipo de sostenimiento, se utiliza

las caractersticas geomecnicas y la definicin delos principales sistemas de fracturas, ingresando losdatos en el software Rocsupport.


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6. CONCLUSIONES:

1. El modelo geolgico y geomecnico son losprimeros pasos que se debe de realizar pararealizar el estudio geomecnico respectivo.

2. La toma de muestras en brechas debe derealizarse con mtodos especiales de extraccin(como perforacin con triple tubo), ya que lamuestra sale menos disturbada siendo losresultados de las caractersticas mecnicas de laroca ms representativos.


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3. La interrelacin de los modelos geolgicos ygeomecnicos es obligatorio, ya que con ellose asegura que los contactos litolgicos seanlos correctos.

4. Luego de interrelacionar los modelosgeolgicos y geomecnicos, se debe derealizar un seccionamiento cada 10 m para

realizar los ajustes necesarios.


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5. Es de vital importancia que el logueo geomecnicoest bien realizado, ya que sin ello se cometernerrores en las conclusiones finales. La densidad de

los sondajes depende del tipo de yacimiento, esdecir debe de determinarse usando lasherramientas geoestadsticas, es decir se determinael variograma del rea de estudio, siendo el alcance

el espaciamiento entre taladros.


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6. El uso de software mineros minimiza el tiempo

necesario para crear un modelo geomecnico quepermita representar la distribucin espacial de lascaractersticas mecnicas, calidad de roca yubicacin de los diferentes materiales que se tieneen el macizo rocoso.

7. La definicin del modelo geomecnico es de vitalimportancia para definir las aberturas mximas, tipode minado, proyectar dilucin y ley de explotacin

segn el mtodo propuesto y finalmente nos ayuda adefinir el sostenimiento mas adecuado. Para ello sedebe de utilizar otros software tales como PHASES,Anlisis Grfico de estabilidad, etc.


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7. BIBLIOGRAFIA

1. P. Abril on Characterizing rock mass by the Rmifor use in practical rock engineering. Tunnellingand underground space technology, N2, Vol. 11.

1. modelamiento geomecánico 3d software vulcan

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