UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FILIAL SULLANA

FACULTAD DE MINASCURSO: DISEO DE MINAS TEMA: GEOMCANICA APLICADA AL SOSTENIMIENTO DE LA MINA ATACOCHA PROFESOR: ING. PERCY VALDIVIEZO ALUMNA: PINEDO RAZURI MASSIEL

INTRODUCCION

La mina Atacocha ubicada a 15 Km. al NE. de la ciudad de Cerro de Pasco tiene 71 aos de Operacin continua, produciendo concentrados de Zn, Pb y Cu actualmente se viene aplicando el mtodo de explotacin de Corte y Relleno Ascendente utilizando equipos de limpieza cautivos y perforacin convencional, que progresivamente estn siendo reemplazados por tejeos mecanizados utilizando equipos de limpieza de mayor capacidad y jumbo electro hidrulicos.

El yacimiento est conformado por un sistema de vetas paralelas. El Mtodo de Explotacin empieza a partir del Subnivel de explotacin, donde se inicia los cortes de 1.5 m en toda potencia de la veta y a lo largo de todo el block, llegando a una altura de 3.5 m. El relleno de los tajos se hace con relleno hidrulico clasificado, la ventilacin es forzada mediante ventiladores elctricos.

METODO DE MINADO

La mina Atacocha es una mina subterrnea que tiene 10 niveles de produccin con un promedio de 60 m. entre niveles.A partir del ao 2004 se ha empezado a hacer niveles de 120 metros (Nv 3300 Nv 3180). Se a preparado stopes con 120 metros de nivel a nivel (Stope 300, Stope 28). Debido a que se deja 5 metros de puente entre niveles, se elevo la recuperacin de mineral del 91% al 96%.

En Atacocha actualmente se aplican los siguientes mtodos de explotacin: Sub-level stoping : 9% Corte y relleno ascendente (breasting) : 91% Se tiene un rendimiento de 20 TM/H-Gdia.

Las Contratas se ocupan de la rotura de mineral (9.80 $/m3) Costo de desarrollo y preparacin : $/TM = 0.94 Las reservas probadas y probables, ascienden a 8.1 millones de toneladas mtricas y se considera que existe un potencial aproximado de 17 millones de toneladas de mineral.

La Mina Atacocha, se caracteriza por poseer dos tipos de mineral, muy marcados en diferentes aspectos, ellos son: 1. Mineral Especial 2. Mineral Comn

Es de origen metasomtico de contacto, se ubica en la aureola de skarn que bordea el intrusito Santa Brbara y Atacocha. Los minerales de mena que se presentan son esfalerita con pequeas cantidades de galena. El contenido de bismuto es mayor a 0.05%. Desde el punto de vista geomecnico, el macizo es de buena calidad. Aporta el 20% de la produccin.

ASPECTOS GEOLOGICOS

Los yacimientos de plomo argentfero y esfalertico del asiento minero de Atacocha, se encuentran ubicados en la parte central de los Andes Peruanos, siendo sus coordenadas geogrficas: Latitud Sur 1035 y Longitud Oeste 7614. En Atacocha se presenta la mineralizacin en vetas y cuerpos irregulares desarrollados a lo largo de estructuras y prximas a las intersecciones estructurales, tambin se presenta mineralizacin en skarn; la mena consiste en galena argentfera, esfalerita, calcopirita y en menor proporcin oro y como ganga pirita, cuarzo, calcita, rodocrosita y fluorita; esta unidad tiene un control estructural y litolgico.

La Mina de Atacocha est conformada por dos yacimientos claramente diferenciados tanto en la gnesis como en la mineralizacin, Atacocha y Santa BrbaraEl yacimiento de Atacocha es polimetlico de origen hidrotermal y epigentico, formado por reemplazamiento y relleno de fracturas, que han originado cuerpos u ore bodies y vetas con mineralizacin econmica constituida principalmente por sulfuros de Pb, Zn y Cu, con contenidos de Ag y en menor cantidad de Au y Bi.

El yacimiento de Santa Brbara es originado por un metasomatismo de contacto en las calizas aledaas a las rocas gneas intrusivas, dando lugar a cuerpos con mineralizacin econmica de sulfuros de Zn y Cu y en menor cantidad contenidos de Pb, Ag, Au y Bi.

GEOLOGIA

La mina de Atacocha es un yacimiento polimetlico principalmente de Zn, Pb, Ag y Cu, que pertenece a un sistema de prfidos emplazado en las rocas carbonatas del Grupo Pucar, definido en 4 fases:

Primera fase cida, que se manifiesta como flujos hidrotermales silceos y con alteraciones de caolinita, sericita, illita y callosita. Esta fase se presenta principalmente en la zona de Atacocha y Curiajasha (brechas silceas), y como ltimas manifestaciones de esta fase se originaron las brechas calcreas por fluidos de menor temperatura.

Segunda fase, skarn progrado, en el yacimiento se manifiesta como la formacin de calcosilicatos emplazadas en las rocas calcreas formando una aureola alrededor de los intrusivos. Tercera fase, skarn retrogrado, que se sobrepone al skarn progrado y es la primera etapa de mineralizacin consistente en marmatita, pirita, calcopirita, pirrotina, magnetita, fluorita, molibdenita y un aporte posterior de blenda rubia en las aureolas del skarn. Esta etapa se manifiesta como cuerpos que se emplazan alrededor del intrusivo Santa Brbara y zona profunda de Atacocha.

Cuarta fase, relleno de fracturas y mineralizacin de brechas calcreas, la mineralizacin en esta fase consiste en esfalerita, galena, pirita rodocrosita, calcopirita, calcita, tetraedrita y cuarzo. Esta etapa forma las vetas y cuerpos de las zonas de Atacocha y San Gerardo.

METODOLOGIA DE EVALUACION GEOMECANICA

CONCEPTOS GENERALES DE GEOMECANICA

EFECTOS DE LA PRESION EN PROFUNDIDAD En las minas, la masa tpica de la roca esta alrededor de 2,7 toneladas por metro cbico. Esto representa una presin de 13,5 MPa (1,969 PSI.) A una profundidad de 500 metros. Normalmente, la presin horizontal iguala 1,5 a 2 veces la presin vertical para las minas de roca dura.

EFECTOS DE LA PRESION EN PROFUNDIDAD

GEOMECANICA

Es la conjuncin de varias disciplinas (geologa, mecnica de rocas, hidrogeologa, etc.) que se encarga del estudio del macizo rocoso y su aplicacin en resolver problemas constructivos en ese ambiente (minas subterrneas, superficiales, tneles, casa de fuerza, etc.). Las principales funciones de la geomcanica son:

1. Determinar el tipo de sostenimiento a instalar en una labor, para lo cual se determinan los ndices geomecnicos del macizo rocoso, tales como:

ndice q. ndice rmr. ndice gsi. 2. Definir los tiempos de auto soporte de la roca. 3. Definir las aberturas mximas que puede soportar el macizo rocoso

4. Realizar estudios geomecnicos orientados a mejorar o cambiar el mtodo de minado, para ello se utilizan diversos software, tales como: DIPS: este es un programa que plotea, analiza y presenta datos de estructuras geolgicas (sistemas de fracturas, fallas, estratificacin, etc) usando tcnicas de proyeccin estereogrficas. El anlisis principal que realiza se basa en el rumbo y buzamiento de las estructuras.

MAPEO GEOTECNICO

El mapeo geomecnico se realiza en base al ndice GSI (Geological Strength Index), teniendo como referencia las tablas geomecnicos de la mina Atacocha. Este ndice se relaciona con los ndices de Barton (Q) y el de Bieniawski (RMR). Se determinan reas con iguales caractersticas geomecnicas (dureza de la roca, nmero de fracturas por metro lineal, alteracin, zonas de falla, rugosidad de las fracturas, relleno de fracturas, etc.) tanto en las zonas mineralizadas como en las cajas. De esta manera se tiene el tajeo zonificado desde el punto de vista geomecnico, y para hacerlo comprensible se tienen diferentes colores para cada tipo de roca.

En base al mapeo se realizan los clculos de aberturas mximas, tiempos de autosoporte y tipo de sostenimiento recomendado.MAPEO GEOMECANICO

CALCULOS E INGRESOS DE INDICES GEOMECANICOS (Q, RMR Y MRMR)

ELABORACION DE BASE DE DATOS

Dimensionamiento de Stopes Secuencia de Minado Determinacin del sostenimiento adecuado Tiempo Mximo de Exposicin de una labor

ELABORACION DE PLANOS GEOMECANICOS

MODELAMIENTO DE LA CALIDAD DE ROCA

TABLAS GEOMECANICAS DE LA MINA ATACOCHA

DATOS DE TIPO DE SOSTENIMIENTO, TIEMPO DE AUTOSOPORTE, ABERTURAS MAXIMAS, ETC. PARA EL TAJEO 877-CUERPO 17

SOSTENIMIENTOEl rea de Geomecnica realiza mapeos y modelos geomecnicos de las labores de la mina.

Sugiere el tipo de sostenimiento a emplearse. Realiza el logueo geomecnico de testigos de perforacin diamantina para la proyeccin del comportamiento geomecnico en zonas an no exploradas. Participa en el desarrollo de proyectos y define parmetros que intervienen en el dimensionamiento de los tajeos.

En la explotacin se utiliza split sets de 7 pies y en las labores horizontales se usan los pernos helicoidales, cimbras y el shotcrete. Se ha logrado reducir los incidentes por cada de rocas. Se reemplazo totalmente la madera en el sostenimiento.

Colocado de split set en stopes: 8,000 ss / mes, Malla 1.20 m x 1.20 m Eficiencia : 25 ss / Guardia, malla : $14.50 / ss Precio del ss con

CONTROL DE CALIDAD PARA SPLIT SET:

Esta prueba se llama Prueba de Arranque y se realiza con un equipo denominado Pull Tets. El split set debe de soportar como mnimo 0.85 Tn/Pie de perno. Esta prueba consiste en tratar de arrancar el perno con el pull test.

SHOTCRETE

La aplicacin de shotcrete incrementa la calidad de soporte en el contorno de la excavacin, haciendo que el conjunto de bloques o cuas se comporte con uno solo. El espesor vara de 2 a 3, dependiendo de la calidad de roca. Caractersticas: Sistema de proyeccin: va hmeda Resistencia a la compresin: 210 Kg/cm2. Aditivos: Sigunit L-22, 5 Gal/m3 Rebote: 10 15 %

CARACTERISTICAS GEOMETRICAS DEL TAJO

Con la ayuda del mapeo geomecnico se determina la altura y ancho mximos permitido por el macizo rocoso, para lo cual se aplica las siguientes formulas:

Altura de la labor: H = 2xESRxQ0.4,Donde Q = ndice de Barton.

ESR = 1.7 a 5 para labores mineras provisionales. 1.6 para labores mineras permanentes, acueducto para plantas hidroelctricas (excepto tneles de alta presin). 1.0 Para casa de maquinas, tneles carreteros o para ferrocarriles, refugios de defensa civil. 0.8 Para Plantas nucleares subterrneas, fabricas, etc.

Para determinar el ancho se aplica: Ancho = K x altura. Donde K = 1.3 a 1.5 (caso de Atacocha)

ANALISIS DE FRACTURAS

Se realizan dos lneas de detalle, en las cuales se toman los siguientes datos:

CALCULO DE PARAMETROS GEOMECANICOSMETODO GARFICO DE ESTABILIDAD La versin actual de este mtodo, basado en el anlisis de ms de 350 casos de minas Canadienses y toma en cuenta los principales factores de influencia del diseo de tajeos: Informacin sobre la estructura y resistencia del macizo rocoso, los esfuerzos alrededor de la excavacin, y el tamao, forma y orientacin de la excavacin.

Es utilizado para determinar si el tajeo es estable sin sostenimiento, o con sostenimiento, o inestable an con sostenimiento. El mtodo tambin es adecuado para el dimensionamiento del sostenimiento con cablebolt. Las principales condiciones parta aplicar este mtodo son: Que la zona de estudio no est sujeta a altos esfuerzos; y Que no haya flujo de agua ni goteo en la zona en estudio. Los pasos a seguir para poner en prctica este mtodo son los siguientes:

CALCULO A: DEFINICION DEL NUMERO DE ESTABILIDAD (N)

Representa la habilidad del macizo para permanecer estable bajo unos determinados esfuerzos.

N= Q x A x B x CDonde: Q es el ndice de Calidad Tunelera Q modificado. A es el factor de esfuerzos en la roca. B es el factor por ajuste de orientacin de las juntas C es el factor de ajuste gravitacional.

Clculo de Q= (RQD/Jn) x (Jr/Ja).

Clculo de A: Es el factor de esfuerzos en la roca, y se calcula de la siguiente manera: Para c / 1 < 2 A = 0.1 Para 2 < c / 1 < 10 A = 0.1125x(c / 1 ) 0.125 Para c / 1 > 10 A = 1.0 Donde c: resistencia compresiva no confinada de la roca intacta. 1: el esfuerzo actuante paralelo a la cara expuesta.

CALCULO B:

Ajuste por orientacin de los sistemas de discontinuidades, toma en cuenta la influencia de stas sobre la estabilidad de las caras del tajeo. Orientacin de la discontinuidad crtica con respecto al la superficie de la excavacin (segn Potvin, 1988)

CALCULO DE C:

Es un ajuste por efecto de la gravedad. La falla del terreno puede ocurrir desde el techo debido a cadas inducida por la gravedad o, desde las paredes del stope, debido a lajamientos o deslizamientos. Se calcula teniendo en cuenta los siguientes grficos.

CALCULO DEL RADIO HIDRAULICO

Es la forma que tiene el tajeo, se calcula de la siguiente manera: S = rea de la sup. analizada / Permetro de la sup. analizada.

METODO DE ESTABILIDAD GRAFICO

Utilizando los valores del Nmero de Estabilidad N y el Radio Hidrulico S, se puede determinar la estabilidad de un tajeo a partir del grfico de estabilidad, el mismo que se observa a continuacin:

GRAFICO DE ESTABILIDAD

EJEMPLO

OPTIMIZACION DE LOS METODOS DE LOS METODOS DE EXPLOTACION ACTUALES

Como se sabe el tipo de sostenimiento juega un papel muy importante dentro del ciclo de explotacin tanto en su duracin como en el costo. Es dentro de este esquema que se ha iniciado una etapa de pruebas piloto para reemplazar el uso pernos + malla por el shotcrete + fibra. Entre las principales ventajas que se espera obtener de este proyecto figuran:

Incrementar altura de corte en Breasting (se incrementa la produccin) Reducir duracin del ciclo de minado Reducir exposicin al riesgo del personal que instala pernos + mallas

En la siguiente tabla se hace un resumen de los mtodos de explotacin, las aberturas actuales y el tipo de sostenimiento instalado vs. las aberturas que se podran obtener con la instalacin de shotcrete.

OPTIMIZACION DE REALCES VERTICALES

Este tipo de explotacin se realiza en rocas de buena calidad, y consiste en realizar perforaciones de 75 a 80, obtenindose una altura final (despus de la voladura) de 5.0 mts. Para mejorar los realces verticales, se ha propuesto el uso de pre-refuerzo mediante el Cable-Bolt en mineral, de tal manera que se vayan a mayores alturas.

Esto no elimina el uso de pernos split set en zonas puntuales y cajas, especialmente en reas en donde los sistemas de fracturas son verticales y paralelas/subparalelas a la estructura mineralizada.

Para realizar el clculo del uso de cable-bolt calculamos el tamao de los bloques (RQD/Jn) y el Radio Hidrulico (Area de la superficie analizada / Permetro de la superficie Analizada). El anlisis se observa en el siguiente grfico:

GRAFICO DEL DISEO DEL CABLE - BOLT

COMPARACION DE REALCE CON SPLIT SET Y REALCE CON CABLE BOLT

Proyecto de Mecanizacin del Stope 877

Stope inferido

Nv 3780

Rp de acceso con 10.3%

Rp de acceso con 15%

Ventanas de 15%

Nv 3720