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COMPAÑÍA DE MINAS BUENAVENTURA S.A.A.

CMBSA

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ASESORAMIENTO GEOMECANICO

MINA CHACUA

INFORME JUNIO 2001

ELABORADO POR:

Ing. David Córdova RojasConsultor Geomecánico

JUNIO 2001LIMA - PERU

ASESORAMIENTO GEOMECANICO EN MINA CHACUA

INFORME JUNIO 2001

1. INTRODUCCIÓN

Se pone a consideración de Compañía de Minas Buenaventura S.A.A. el presente informe, correspondiente a los trabajos de asesoramiento geomecánico en Mina Chacua llevados a cabo durante la visita efectuada del 18 al 22 de Junio del presente año.

En esta oportunidad los trabajos estuvieron orientados a lo siguiente:

Hacer un seguimiento de los trabajos anteriores y de la implementación de las recomendaciones dadas.

Evaluar geomecánicamente la utilización de los woodpacks como elementos de sostenimiento de techos.

Evaluar la aplicación de la geomecánica a la perforación y voladura en la mina Chacua.

Realizar observaciones preliminares sobre una posible inestabilidad del talud natural ubicado al oeste de la laguna Patón.

Evaluar el avance del programa geomecánico en la Mina Chacua.

En seguida el detalle de cada uno de estos trabajos.

2. TRABAJOS DE SEGUIMIENTO

2.1 Tajeos

A fin de hacer un seguimiento sobre las condiciones de estabilidad de las excavaciones, se visitaron los siguientes tajeos de la Mina Carmen:

Nv. 300 Tajeo 217 – Rosalía Nv. 300 Tajeo 037 – Rita y Liza Nv. 180 Tajeo 021 – Liza, Tajeo 043 – Allison, Tajeo 055 – Rita y Tajeo

050 –Alexandra Nv. 180 Tajeo 058 - Rita Nv. 180 Tajeo 023 – Rubí Nv. 120 Zona de Reconocimiento – Allison

Tajeo 217 – Rosalía (Nv. 300):

Se ha observado que la roca esta en el límite de los Tipos R-II y R-IIIA y el pilar central de 4 m x 6 m ha sido recuperado. La cámara que ha quedado tiene algo mas de 20 m de

ancho. Se ha simulado en el programa PHASES esta situación de minado, para evaluar el sostenimiento del techo con woodpacks. El resultado ha sido que es necesario utilizar woodpacks espaciados cada 9.5 m. En la parte Oeste del tajeo el techo tiene buen arco por lo que las condiciones de estabilidad son mejores. En la parte Este del tajeo no hay arco de techo, siendo las condiciones de estabilidad algo inferiores respecto al Oeste; en esta zona se deben colocar woodpacks. Para el futuro es recomendable practicar el efecto arco en el techo, a fin de mejorar las condiciones de estabilidad.

Tajeo 037- Rita y Liza (Nv. 300):

Durante la visita pasada, se observó en este tajeo, particularmente en el cuerpo Rita, condiciones precarias de estabilidad, recomendando dar mayor fuerza al control de la estabilidad de este tajeo: desatando permanentemente los techos, practicando el breasting y el efecto arco en el techo, y utilizando sostenimiento con split sets, complementado con malla en los lugares de mayor fracturamiento de la roca.

Durante la presente visita se ha constatado que la zona de Liza se encontraba rellenada y el techo mostraba signos de inestabilidad. En la zona de Rita, la masa rocosa se presentaba muy fallada y perturbada.

De todos los tajeos visitados, este Tajeo 037 aun sigue siendo uno de los mas críticos, al cual hay que brindarle mas atención. Se han comenzado ha tomar las medidas recomendadas pero hay que reforzarlas en el tiempo.

Tajeo 021 – Liza, Tajeo 043 – Allison, Tajeo 055 – Rita y Tajeo 050 –Alexandra Nv. 180:

En estos tajeos, respecto a la visita anterior, se mantienen las condiciones geomecánicas generales de la masa rocosa. Por ser estos tajeos muy importantes en el minado del yacimiento, se está brindando especial atención al control de la estabilidad. Es en estos tajeos donde se observa mayores progresos en el programa geomecánico implementado en la Mina Chacua.

Tajeo 058 – Rita (Nv. 180):

Respecto a los niveles superiores, en este tajeo de Rita, las condiciones de la masa rocosa mejoran significativamente. Se observa que la voladura controlada que se viene utilizando (breasting) está dando buenos resultados, lo cual incide favorablemente en la estabilidad de las excavaciones, principalmente en los techos. Es recomendable dar continuidad a este tipo de trabajos.

Tajeo 023 – Rubí (Nv. 180):

El avance del minado en este tajeo no ha sido significativo. Se mantienen las condiciones geomecánicas generales de la masa rocosa y se han adoptado medidas adicionales de control de la estabilidad, como la colocación de nuevos woodpacks.

Se está proyectando en este tajeo colocar tapones para el relleno. Los tapones que dan hacia el By Pass 023SE serán de concreto, lo cual es una medida adecuada, desde que estos al mismo tiempo servirán de sostenimiento de techos adyacentes a una labor

permanente. Por otro lado aun no se ha tomado una decisión sobre el tapón ubicado adyacente al ingreso de la rampa positiva; en este caso el ancho de la labor es de 7 m, siendo necesario un diseño apropiado del tapón. Se ha sugerido colocar en la parte central de la labor una columna de concreto empotrado en piso y techo, de tal manera de crear una equivalencia de dos tapones, los cuales podrían ser de madera. Alternativamente, se podría construir un solo tapón de madera con apuntalamiento de la madera. Se ha dejado al personal de la mina un diseño de tapón de madera utilizado en otras minas peruanas con buenos resultados. Esta es una alternativa a considerar.

Con respecto a los tapones se deben señalar los siguientes aspectos:

Si se trata solo de relleno de desmonte, no sería necesario utilizar tapones, siempre y cuando se coloquen bancos (bloques) rocosos. Estos forman un talud natural estable que cumple con la función de tapón.

Si se trata de relleno hidráulico, sí es necesario utilizar tapón, ya sea de madera o de concreto. Estos tapones cumplen su función durante el proceso de rellenado y un tiempo adicional, hasta que el relleno esté completamente drenado y consolidado.

Un relleno hidráulico drenado y consolidado normalmente tiene capacidad de autosostenimiento hasta una altura de aproximadamente 3 m. este hecho puede ser aprovechado para recuperar tapones de madera antiguos.

Se ha observado en algunos lugares de la mina tapones ligeros con rieles y madera que han dado buenos resultados, siendo recomendable su utilización en función de una evaluación de costos.

Una práctica útil de evitar fallas en los tapones de madera es no rellenar en forma continua el tajeo, sino en etapas de aproximadamente 1 a 1.5 m de altura, hasta que el nivel del relleno sobrepase la altura del tapón. Entre etapa y etapa es necesario esperar que el relleno esté drenado.

Zona de Reconocimiento - Allison (Nv. 120):

Las condiciones geomecánicas de esta zona no han variado significativamente respecto a la visita anterior. Las excavaciones que se vienen realizando están dentro del rango de abiertos máximos permisibles, por lo que las condiciones de estabilidad son adecuadas. Es recomendable continuar con esta práctica, puesto que esta zona es propensa al sobreesforzamiento. En el informe del mes de Marzo se dieron las recomendaciones sobre los estándares geomecánicos que deben servir de guía para el minado.

2.2 Labores permanentes

Nv. 120 – Crucero 757 – Area Pique Luz:

En la situación actual de avance del Crucero 757 se ha observado una mejora en las condiciones geomecánicas de la masa rocosa, sin embargo, en la galería transversal al crucero que se viene construyendo, las condiciones de estabilidad no son adecuadas, debido al alineamiento desfavorable (paralelo al rumbo) del principal sistema de

discontinuidades. En este caso, se viene utilizando sostenimiento con pernos cementados, pero se ha observado que este sostenimiento no es el suficiente, siendo necesario complementar con pernos adicionales o shotcrete.

Queda pendiente el registro geomecánico de los testigos de las perforaciones diamantinas exploratorias del Pique Luz. Se recomienda avanzar con este registro para que en la próxima visita pueda realizar el suscrito un chequeo del mismo. La geóloga Jenny Trujillo está capacitada para realizar este tipo de registros.

Ampliación de sección de rampas entre los Nvs. 180 – 050:

A fin de que transiten volquetes para el transporte de mineral, en algunos tramos de la rampa entre los Nvs. 180 y 050 se ampliará la sección de la misma. Para esto se ha realizado una señalización (con pintura) del desquinche que se efectuará.

Entre los Nvs. 180 y 120, es recomendable que el desquinche se efectúe en el hastial izquierdo pendiente abajo, desde que este presenta condiciones geomecánicas mas favorables; y por otro lado, en el hastial derecho se ubica la canaleta de drenaje construida en tramos considerables con estructura de concreto. Durante las observaciones de campo, realizadas con el Ing. Regalado, se han identificado las zonas que requieren sostenimiento y estas han sido marcadas en los planos respectivos que obran en poder del citado ingeniero. No son muy significativos los tramos que requieren de sostenimiento.

Entre los Nvs. 120 y 050, igualmente se han identificado los tramos que requieren de sostenimiento, que en este caso es mas significativo que el caso de los Nvs. 180 – 120. Muy particularmente se deberá poner atención al tramo final de la rampa cercano al Nv. 050, en donde se observan condiciones de sobreesfuerzos muy significativos. Durante las observaciones de campo se ha constatado en forma muy clara la emisión de sonidos de la roca por el estado de sobreesfuerzos y reacomodo de los mismos. Aquí será necesario utilizar sostenimiento con pernos cementados y malla.

Nv. 450 – Area Pique Luz – Sala de Winches y Galería de Acceso

Durante su visita a la mina Chacua, el Ing. Cahuana, conjuntamente con el Ing. Regalado, han realizado un mapeo geomecánico detallado de esta zona, con miras a llevar a cabo una evaluación geomecánica de las excavaciones que se realizarán como parte de la construcción del Pique Luz. La información levantada se encuentra a nivel de borrador y el Ing. Regalado está avocado a la tarea de preparar la información definitiva. Esta información, y los registros geomecánicos de los testigos de las perforaciones diamantinas exploratorias que se vienen realizando desde el Nv. 120, constituirán la base de datos para la ejecución de la evaluación geomecánica del Pique luz.

3. SOSTENIMIENTO CON WOODPACKS

En anteriores oportunidades se han hecho cálculos aislados sobre el dimensionamiento de los woodpacks como elementos de sostenimiento de techos. En los informes respectivos se indicó que este dimensionamiento dependía de una serie de variables,

entre las cuales principalmente se encontraban: el tipo de roca, el tamaño de la excavación y las dimensiones de los woodpacks. A fin de racionalizar el uso de este elemento de sostenimiento y garantizar su efectividad, en esta oportunidad se han ampliado los cálculos de diseño, considerando: diferentes tipos de roca, tamaños de las excavaciones, y las dimensiones estándares de los woodpacks que actualmente se vienen utilizando.

En primer lugar se ha realizado un cálculo estructural de la resistencia o capacidad de carga de un woodpack, para lo cual se han tomado los siguientes datos:

Según la disposición de la estructura del woodpack, la madera está sometida a esfuerzos perpendiculares de compresión.

La resistencia compresiva del eucalipto perpendicular a las fibras es de 15 Kg/cm2, dato obtenido de las publicaciones del Grupo Andino para maderas del Grupo C, dentro de las cuales está el eucalipto.

El área efectiva sobre el cual el woodpack asume la carga del techo = 0.63 m2.

Para las condiciones de servicio, los esfuerzos últimos han sido reducidos también a estas condiciones, para ello se ha considerado un factor de seguridad de 1.3 por tratarse de una estructura temporal.

Con estos datos, la carga de techo que puede soportar un woodpack es de 75 TM. Debido a que experiencias anteriores indican que los parámetros brindados por el Grupo Andino son conservadores, asumimos que la carga máxima podría ser 90 TM. Con ensayos de laboratorio que podrían realizarse en el futuro, estas cifras podrían afinarse.

En segundo lugar, se ha realizado el cálculo del espaciamiento de los woodpacks en función del tipo de roca y tamaño de la excavación. Para ello se han utilizado los siguientes criterios:

Los criterios de clasificación geomecánica de Bienawski (1989) y Barton et.al. (1974) para el cálculo de los anchos máximos permisibles de las excavaciones (tajeos en este caso), según calidades de roca.

El criterio de clasificación geomecánica de Barton et.al. (1974), que proporciona la presión del techo sobre el elemento de sostenimiento (en este caso sobre el woodpack), en función de la calidad de la roca.

El criterio de clasificación de la roca de Terzaghi, modificado por Deere et.al. (1970) y Rose (1982), el cual proporciona la carga rocosa del techo para diferentes condiciones de roca.

El análisis numérico esfuerzo/deformación utilizando el programa de cómputo PHASES de la Universidad de Toronto – Canadá, para el cálculo de las cargas del techo.

La teoría del área tributaria para el cálculo del espaciamiento de pilares (woodpacks en este caso).

Los resultados de estos cálculos se presentan en los Cuadros 1A, 1B y 1C, y un resumen de los mismos en el Cuadro 1D.

Cuadro 1Espaciamientos de woodpacks según tipos de roca y anchos de tajeos

A.- Criterio BartonTipo de Rango RMR Q Ancho tajeo Presión techo Espaciam.

Roca RMR promedio promedio ESR = 5 Barton Woodpacks        (m) (MPa) (m)| 51 - 60 55 3.4 16 0.1 9.3

III B 41 - 50 45 1.1 10 0.15 5.6IV A 31 - 40 35 0.4 7 0.2 3.9IV B 21 - 30 25 0.1 4 0.25 2.9

B.- Criterio Terzaghi

Tipo de Rango RMR Q Ancho tajeo hp Esfuerzo Espaciam.Roca RMR promedio promedio ESR = 5 Terzaghi Vertical Woodpacks

        (m) (m) (MPa) (m)III A 51 - 60 55 3.4 16 2.9 0.086 10.1III B 41 - 50 45 1.1 10 4.3 0.130 6.4IV A 31 - 40 35 0.4 7 5.4 0.161 5.0IV B 21 - 30 25 0.1 4 7.5 0.224 3.4

C.- Criterio PhasesTipo de Rango RMR Q Ancho tajeo Alt.Zona Plast. Esfuerzo Espaciam.

Roca RMR promedio promedio ESR = 5 Phases Vertical Woodpacks        (m) (m) (MPa) (m)

III A 51 - 60 55 3.4 16 3.0 0.090 9.6III B 41 - 50 45 1.1 10 4.5 0.135 6.1IV A 31 - 40 35 0.4 7 6.5 0.195 4.0IV B 21 - 30 25 0.1 4 8.5 0.255 2.9

D.- ResumenTipo de Rango RMR Q Ancho tajeo Espaciamiento de woodpacks (m)

Roca RMR promedio promedio ESR = 5 Criterio Criterio Criterio        (m) Terzaghi Barton Phases

III A 51 - 60 55 3.4 16 10.1 9.3 9.6III B 41 - 50 45 1.1 10 6.4 5.6 6.1IV A 31 - 40 35 0.4 7 5.0 3.9 4.0IV B 21 - 30 25 0.1 4 3.4 2.9 2.9

A manera de conclusión podemos señalar lo siguiente:

En rocas del Tipo II generalmente no se requerirá el uso de woodpacks.

En rocas del Tipo IIIA, cuando el ancho del tajeo sobrepase los 16 m, deberá utilizarse woodpacks espaciados cada 9 – 10 m.

En rocas del Tipo IIIB, cuando el ancho del tajeo sobrepase los 10 m, deberá utilizarse woodpacks espaciados cada 6 m.

En rocas del Tipo IVA, cuando el ancho del tajeo sobrepase los 7 m, deberá utilizarse woodpacks espaciados cada 4 – 5 m.

En rocas del Tipo IVB, cuando el ancho del tajeo sobrepase los 4 m, deberá utilizarse woodpacks espaciados cada 3 m.

Rocas del Tipo V no son encontradas en Chacua, por lo que no ha sido introducido en los cálculos.

En tercer lugar se han realizado estimaciones de la relación de esbeltez (altura/ancho) de los woodpacks. Para ello se han utilizado relaciones de semejanzas con otras estructuras de madera, como puntales por ejemplo. De este modo se ha llegado a determinar la siguiente relación lineal entre la resistencia del woodpack (Rw) y la relación de esbeltez (re): Rw = 106.6 + 16.6re . Aplicando esta relación observamos que la resistencia decrece con la relación de esbeltez, a mayor esbeltez menor resistencia: para re

respectivamente 1, 2 y 3, las correspondientes resistencias del woodpack son 90, 73 y 57 TM. Desde luego que el ancho de la estructura juega un rol importante en la resistencia, sin embargo la relación estimada es un indicativo de que los woodpacks trabajarán mejor con menores relaciones de esbeltez.

Finalmente, las memorias de cálculo detallado obran en poder del suscrito y están disponibles para cualquier lector interesado en el tema. Todos los cálculos realizados aquí y las conclusiones que se desprendieron de los mismos pueden ser considerados como una primera aproximación coherente de la utilización de los woodpacks como elementos de sostenimiento de techos de tajeos. El uso de woodpacks no solamente es de interés en el sostenimiento, sino también es atractivo en el sentido de mejorar la recuperación del yacimiento, extrayendo pilares de mineral valioso

4. GEOMECÁNICA APLICADA A LA PERFORACIÓN Y VOLADURA

Se ha observado en Chacua que en la mayoría de casos (no en todos) se utilizan los mismos trazos de perforación y la misma cantidad de explosivos para los diferentes tipos de rocas. Normalmente, en rocas de mejor calidad el espaciamiento de los taladros debería ser menor y la cantidad de explosivos mayor, y lo contrario, en rocas de calidad pobre el espaciamiento de los taladros debería ser mayor y el consumo de explosivos menor.

A fin de tratar de mejorar la eficiencia de las operaciones de perforación y voladura, la Oficina de Minas ha solicitado al suscrito su apoyo desde el punto de vista geomecánico.

Desde el punto de vista práctico, los mayores avances que ha habido en los últimos años en la aplicación de la geomecánica a la perforación y voladura, ha sido en el minado a

cielo abierto. Se ha dejado al Ing. David Regalado literatura técnica de ejemplos que avalan esta afirmación.

En el minado subterráneo, el estado de avance actual de aplicaciones prácticas de la geomecánica a la perforación y voladura, está rezagada con respecto al minado a cielo abierto, por lo que será necesario orientar investigaciones sobre el respecto en la Mina Chacua, basadas en trabajos que se vienen llevando a cabo en otros sitios y en la literatura disponible. En este sentido, se presenta en el Anexo 1 los diferentes aspectos que estarían involucrados con estas investigaciones. 5. POSIBLE INESTABILIDAD DE TALUD NATURAL - LAGUNA PATON

Siguiendo instrucciones del Ing. Mario Santillán, se ha visitado en compañía del Ing.Victor Rodríguez la zona de la laguna Patón, a fin de realizar observaciones preliminares sobre una posible inestabilidad del talud natural ubicado en la parte Oeste de la laguna.

Lo que se ha observado en el citado talud es un aparente deslizamiento antiguo, el cual podría haberse reactivado, por la información que se tiene sobre el progreso de las grietas en la parte superior del talud, en los últimos años.

Debido al ajustado tiempo de la visita, no fue posible en esta oportunidad realizar constataciones detalladas de campo sobre las características del agrietamiento y su posible progreso. Se ha coordinado con el Ing. Rodríguez, para realizar estas constataciones durante la próxima visita a Chacua. A la luz de los resultados que se tengan, se diseñará un programa de evaluación geomecánica orientado a identificar el grado del problema y los posibles riesgos. Se adelanta que un componente importante del citado programa será la implementación del monitoreo de desplazamientos, en base a un control topográfico con equipo de estación total.

6. AVANCES EN EL PROGRAMA GEOMECANICO

Con respecto a los avances del programa geomecánico, en esta oportunidad, se indica lo siguiente:

a. Manejo de la información básica

Mapeo geoestructuralMapeo geomecánico y caracterización de la masa rocosaZonificación geomecánica de una labor

Con la visita del Ing. Cahuana, se ha reforzado el entrenamiento del Ing. Regalado y también del Ing. Angel Ríos, quien viene apoyando en el levantamiento de la información geoestructural.

Hay avances importantes en las labores de manejo de la información básica. Para reforzar estos avances es necesario mantener actualizada esta información. El minado es una actividad muy dinámica y la información debe estar a la par con el progreso del minado, de tal manera que se constituya en una herramienta útil para el planeamiento, diseño y operación de la mina.

b. Aplicaciones de la información básica

Durante los dos últimos meses se ha trabajado en la capacitación del personal de la mina en el uso y aplicación de los estándares de sostenimiento, observándose progresos importantes. Este tarea deberá continuarse hasta lograr una plena concientización de todos los trabajadores de la mina.

También se está trabajando en aspectos relacionados al dimensionamiento geomecánico de los tajeos con resultados que vienen siendo favorables. Para esto se está haciendo uso de herramientas de cálculo simples y de software especializado, en los cuales se entrena al Ing. Regalado cada visita que se realiza a la mina.

A partir de la presente visita se ha entrado a una nueva aplicación: la geomecánica aplicada a la perforación y voladura.

c. Control de calidad del sostenimiento.

Es recomendable que en este aspecto se refuerce el trabajo que se viene realizando. Al respecto, es necesario: la capacitación in-situ al personal de la mina para mejorar las técnicas y procedimientos de instalación de los sostenimientos; y las pruebas de rutina de resistencia de los pernos; en el futuro estas pruebas deberán ser ampliadas a otros sistemas de sostenimiento.

d. Organización del trabajo.

Se reitera que es necesario el trabajo en equipo (Oficina de Minas y los Departamentos de Seguridad, Planeamiento y Geología) en la capacitación del personal, para un mayor avance en el programa geomecánico de la mina Chacua.

Ya se tiene implementado el reporte de sostenimiento, esto es una buena medida que está incidiendo en el cumplimiento de los estándares de sostenimiento.

Lima, 28 de Junio del 2001

Ing. David Córdova Rojas Asesor Geomecánico.

ANEXO 1

GEOMECANICA APLICADA A LA PERFORACION Y VOLADURA