El Rol de la Geotécnica en el desarrollo de proyectos de minería subterránea.

Transcripción

1 8ª Jornada Ibero-Americana Técnico-Científica de Medio Ambiente Subterráneo y Sustentabilidad MASyS Congreso Iberoamericano de Minería Sustentable Santiago Chile 13, 14 y 15 de noviembre de 2013 El Rol de la Geotécnica en el desarrollo de proyectos de minería subterránea. Un enfoque a la sustentabilidad. Edgardo Hernández Vicencio E-Mining Technology S.A. Viña del Mar, CHILE

2 Mas desafíos Algunos casos El rol de las condiciones tensionales El macizo rocoso y su respuesta El Proceso Geotécnico El rol de la Geotecnia Condiciones para la Minería Sostenible Escenario Minero y Desafíos

3 ESCENARIO MINERO MÉXICO CHILE

4 ESCENARIO MINERO - DESAFÍOS Integración de procesos Optimización de procesos para reducción de costos y optimización de insumos Desarrollo sustentable Medioambiente y comunidades Seguridad del recurso humano Robustecimiento de plataformas para desarrollo minero Desarrollo de ciencias de la tierra Innovación tecnológica Alianzas estratégicas

5 Rentabilidad Conservación de Recursos Protección de la Demanda Aceptación Pública Seguridad Operacional y Salud ocupacional CONDICIONES PARA LA MINERIA SOSTENIBLE Eco-Eficiencia Recursos Humanos Recursos Hídricos y Energéticos RECURSO RESERVA

6 Mas desafíos Algunos casos El rol de las condiciones tensionales El macizo rocoso y su respuesta El Proceso Geotécnico El rol de la Geotecnia Condiciones para la Minería Sostenible Escenario Minero y Desafíos

7 PARTE I: INTRODUCCIÓN GEOTÉCNIA DEFINICIÓN La geotecnia o geomecánica es una ciencia teórica y aplicada que se encarga del estudio del comportamiento mecánico de una infraestructura construida en un macizo rocoso o suelo. Considera las fuerzas naturales e inducidas como resultado del desarrollo de una excavación subterránea o a rajo abierto, dando solución al problema de potenciales inestabilidades en las labores mineras. Esta ciencia nos entrega las herramientas necesarias para diseñar y hacer seguimiento al proceso de explotación minera bajo riesgos controlados que permitan la continuidad operacional bajo un ambiente de seguridad para equipos y personas. OBJETIVO Encontrar y/o anticipar una solución segura y económica a la problemática de la estabilidad de excavaciones, compatible con todas las restricciones bajo las cuales se encuentra el escenario del proyecto.

8 Sulphide Plant Feed, Mt Fine Copper, kt ROL DE LA GEOTECNIA EN LA MINERÍA PROCESO DE INGENIERÍA DE MINAS: TRANSFORMA EL RECURSO MINERAL EN UN NEGOCIO PRODUCTIVO PROYECTO DE EXPLOTACIÓN MINERA DEFINE UNA PROMESA PRODUCTIVA DOCUMENTO BANCABLE Rentabilidad UG Rajo Extendido Slags YACIMIENTO MINERAL GEOTECNIA DEBE APOYAR MÉTODO DE EXPLOTACIÓN BASES DE DISEÑO RECURSO PARAMETROS DE DISEÑO PLANES DE PRODUCCIÓN Eco-Eficiencia RESERVA ESTRATEGIAS DE EXPLOTACIÓN APOYO A OTROS PROCESOS Recursos Humanos CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN Seguridad Operacional y Salud ocupacional GEOTECNIA DE PROYECTOS OPTIMIZACIÓN DE ESTRATEGIA DE NECOGIO GEOTECNIA DE RUTINA CONTINUIDAD OPERACIONAL SEGUIMIENTO Y CONTROL

9 GRADO DE COMPLEJIDAD ESCENARIO MINERO ROL DE LA GEOTECNIA EN LA MINERÍA UNA MIRADA A LA TENDENCIA MODELOS HÍBRIDOS INCORPORACIÓN DE TECNOLOGÍA INTEGRACIÓN DE PROCESOS APROVECHAMIENTO DE LA INFORMACIÓN DISPONIBLE GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO MODELOS NUMÉRICOS CONTINUOS ELEMENTOS FINITOS EXPERIENCIA APRENDIZAJE MODELO NUMÉRICOS MODELO CONTINUOS Y DISCONTINUOS METODOS EMPÍRICOS APRENDIZAJE & GANANDO EXPERIENCIA 80,s 2000,s GEOTECNIA

10 Mas desafíos Algunos casos El rol de las condiciones tensionales El macizo rocoso y su respuesta El Proceso Geotécnico El rol de la Geotecnia Condiciones para la Minería Sostenible Escenario Minero y Desafíos

11 PROCESO GEOTÉCNICO E5 BASES GEOTÉCNICAS PARA PLANIFICACIÓN PLATAFORMA INFORMATICA Y HERRAMIENTA DE GESTIÓN E6 PARÁMETROS DE CONTROL INGENIERÍA Y OPERACIÓN E1 E2 E3 Modelo Geológico Litología Alteración Mineralización Ambiente Geol. Min E4 Establecimiento de Normas y Estándares para: Mapeo Geotécnico Sondajes Mapeo Geotécnico Banco Mapeo Suelo Aspectos Potenciales Geológicos- Mecanismos de Geotécnico Inestabilidad relevante Entrega parámetros de diseño para Rajo, Botadero, túneles o cualquier infraestructura que necesite soporte geotécnico. Define consideraciones de drenaje, monitoreo, descarga, etc. Modelo de Calidad de Macizo Rocoso y Suelos Propiedad Mecánica y Elástica de la roca, Macizo Rocoso y Discontinuidades Roca Int. (Lab) Parámetro Par. Ïndices Cl Índice (RQD, FF, RMR etc) RQD Clas. Geot. GSI Macizo Rocoso (GSI, RMR, Índice Ens. In Situ) Q, etc) Mec. De Fall. Clasificación de Disc. Gran Esc. Suelos Disc Esc LaB Toma y descripción Muestras Ensayo Propiedad Resistentes e índices Ensayos Propiedades Suelos ANÁLISIS DE ESTABILIDAD Métodos de Análisis y selección de herramientas Criterio de Diseño y Aceptabilidad MODELO GEOTECNICO ACTUALIZADO Modelo Estructural Fallas Mayores Fallas Interm. Disc Menores Dominios Estruct. Fábrica de macizo rocoso Análisis de Estabilidad a Escalas Global, Intermedia, Local Modelo de Campo Esfuerzos y Sismicidad Gravitacional Inducido Tectónico Modelo Hidrogeológico Hidrológico (Superficie) Mod hidrogeológico (UG) Mod. Hidraúlico Canalización Drenaje INFORMACIÓN BASE ESTANDARES, PROCEDIMIENTO Y EVALUACIÓN DE SUFICIENCIA DE INFORMACIÓN Ensayos Propiedades Hidráulicas Roca y Suelo Perforación Sondajes Geotécnicos Perforación pozos y drenajes Hidrogeológicos Ensayos Uniaxial o de compresión simple REPORTABILIDAD Y TRAZABILIDAD Criterio de Diseño Estándares de la Industria Aspectos Legales Política medio ambiental Política Corporativa Ensayos Triaxial Informes Procedimientos Análisis Geot. Bases de Datos Control de Riesgo Mejoramiento Continuo Evaluación de prácticas operacionales INTEGRACIÓN DE PROCESOS Excelencia Operacional Geotecnia de Rutina Sistema de Instrumentación y vigilancia

12 Mas desafíos Algunos casos El rol de las condiciones tensionales El macizo rocoso y su respuesta El Proceso Geotécnico El rol de la Geotecnia Condiciones para la Minería Sostenible Escenario Minero y Desafíos

13 CONCEPTO DE MACIZO ROCOSO PROPIEDADES DE ROCA INTACTA GRADO DE FRACTURAMIENTO CONDICIÓN DE DISCONTINUIDADES

14 MECANISMOS DE INESTABILIDAD TIPOS DE MECANISMOS DE INESTABILIDAD EN MINERÍA SUBTERRÁNEA DESLIZAMIENTO O COLAPSO DE BLOQUES O CUÑAS Este potencial mecanismo esta controlado por la presencia de fallas intermedias, que en conjunto definen bloques o cuñas sensibles a desprenderse cuando se les genera cara libre. DERRUMBE PROGRESIVO Este mecanismo se gatilla por el alto grado de fracturamiento y cuando se sobrepasa el radio hidráulico máximo de una cavidad (Área/Perímetro). CONDICIONES TENSIÓN DEFORMACIÓN Considera deformaciones del macizo rocoso generadas por concentraciones de esfuerzos

15 MECANISMOS DE INESTABILIDAD ESCALA DE ANÁLISIS Y MECANISMOS DE INESTABILIDAD MECANISMOS DE INESTABILIDAD CONTROLADOS ESTRUCTURALMENTE TUNNEL DESLIZAMIENTO O COLAPSO DE BLOQUES O CUÑAS DERRUMBE PROGRESIVO STOPE

16 MECANISMOS DE INESTABILIDAD MECÁNICA DE INESTABILIDADES EN MACIZOS ROCOSOS CONDICIÓN COMPRESIVA CONDICIÓN TENSIONAL

17 MECANISMOS DE INESTABILIDAD MECÁNICA DE INESTABILIDADES EN MACIZOS ROCOSOS COMPRESIÓN UNIAXIAL

18 Mas desafíos Algunos casos El rol de las condiciones tensionales El macizo rocoso y su respuesta El Proceso Geotécnico El rol de la Geotecnia Condiciones para la Minería Sostenible Escenario Minero y Desafíos

19 MECANISMOS DE INESTABILIDAD MECÁNICA DE INESTABILIDADES EN MACIZOS ROCOSOS ESFUERZOS PRINCIPALES Y ENVOLVENTE DE RESISTENCIA σ 1 σ 3 σ 3 σ 1

20 MECANISMOS DE INESTABILIDAD MECÁNICA DE INESTABILIDADES EN MACIZOS ROCOSOS REDUCCIÓN DE ESFUERZOS Y CONDICIONES TENSIONALES STRESS PATH Y CONFIMAMIENTO σ 1 σ 3 ESTADO 2 σ 1 σ 3 ESTADO 1 El comportamiento del macizo rocoso es fuertemente controlado por el confinamiento. En un macizo rocoso fracturado, la pared de un caserón o el techo de una labor podría colapsar o deteriorarse si el confinamiento es anulado o disminuido.

21 REDUCCIÓN DE ESFUERZOS Y CONDICIONES TENSIONALES RUPTURA DE PUENTES DE ROCA Si bien el análisis estructural normalmente considera discontinuidades completamente persistentes (continuas), las fracturas no persistentes son las más comunes en los macizos rocosos competentes. Para que ocurra un fallamiento en este tipo de macizos, la reputa de puentes de roca debe darse, por lo tanto la estimación de la resistencia de los puentes de roca y su mayor o menor presencia es fundamental para la estimación de resistencia del macizo rocoso.

22 REDUCCIÓN DE ESFUERZOS Y CONDICIONES TENSIONALES REDISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS ESFUERZOS INDUCIDOS ENTORNO A UNA EXCAVACIÓN

23 REDUCCIÓN DE ESFUERZOS Y CONDICIONES TENSIONALES ZONAS SENSIBLES AL RUPTURA POR REDUCCIÓN DE ESFUERZOS

24 Mas desafíos Algunos casos El rol de las condiciones tensionales El macizo rocoso y su respuesta El Proceso Geotécnico El rol de la Geotecnia Condiciones para la Minería Sostenible Escenario Minero y Desafíos

25 CASO 1: EXPLOTACIÓN DE PILARES ETAPAS DE SIMULACIÓN Proyecto Explotación de pilares entre unidades de explotación Problemática Estimar redistribución de esfuerzos en pilares y evaluar comportamiento Método de Análisis Simulación de secuencia de explotación mediante un modelamiento numérico : N

26 CASO 1: EXPLOTACIÓN DE PILARES MODELAMIENTO NUMÉRICO - S - GRILLA DE VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS (SECCIÓN TRANVERSAL) - N - CASERONES EXPLOTADOS GRILLA DE VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS (PLANTA) LA ETAPA DE CALIBRACIÓN CONSIDERÓ LO SIGUIENTE: EVALUACIÓN DE ESTABILIDAD DE CAVIDADES ACTUALES. SENSIBILIZACIÓN PARA DISTINTAS CALIDADES DE MACIZO ROCOSO EN ELRANGO ESTABLECIDO EN LOS ESTUDIO DE CARACTERIZACIÓN IDENTIFICACIÓN DE PARÁMETROS RELEVANTES PARA LA EVALUACIÓN DE ESTABILIDAD

27 CASO 1: EXPLOTACIÓN DE PILARES COMPORTAMIENTO ESPERADO MODELO GEOTÉCNICO Y MECANISMOS DE INESTABILIDAD ESPERADOS LUTITA METASED. FRACTURADO ZONA EN TENSIÓN CAVIDAD CAVIDAD PILAR A EXPLOTAR CAVIDAD CARGA EN PILARES CAVIDAD MANTO

28 Major principal stress (MPa) Major principal stress (MPa) CASO 1: EXPLOTACIÓN DE PILARES RESULTADOS DEL ANÁLISIS 80 RESPUESTA DE PILARES Pilares se mantienen estables. Aumenta concentración de esfuerzos tanto en la carga como el confinamiento CAVIDAD LUTITA CAVIDAD PILAR A EXPLOTAR ZONA EN TENSIÓN CAVIDAD CARGA EN PILARES METASED. FRACTURADO CAVIDAD MANTO 10 ESTADO INICIAL ESTADO FINAL Minor principal stress (MPa) RESPUESTA DE TECHOS Los techos de las cavidades resultantes presentan condiciones de sensibilidad al derrumbe progresivo, dada la presencia de condiciones tensionales (σ3< 0) ESTADO INICIAL ESTADO FINAL Minor principal stress (MPa)

29 CASO 2: EXPLOTACIÓN CON SUBSIDENCIA CONTROLADA EXPLOTACIÓN VETA AURÍFERA -SW- -NW- INESTABILIDAD MAYOR POR DESARROLLO DE EXCAVACIÓN DE DIMENSIONES QUE EXCEDEN AL RADIO HIDRAÚLICO ADMISIBLE

30 CASO 2: EXPLOTACIÓN CON SUBSIDENCIA CONTROLADA MODELO GEOTÉCNCO PERFIL ESQUEMÁTICO -SW- -NE- UNIDAD RC: Relleno Clorítico RMR=40-50 ZONA MINERALIZADA SUPERIOR UNIDAD RC UNIDAD ES: Esquisto Seco RMR= UNIDAD ZM: Zona Mineralizada RMR=70-75 Sistemas discontinuidades dominantes paralelos a cuerpo mineralizado (foliación) UNIDAD ES UNIDAD ZM UNIDAD ES Sistema de discontinuidades secundario sub horizontal

31 ROCA CASO 2: EXPLOTACIÓN CON SUBSIDENCIA CONTROLADA MECANISMOS DE INESTABILIDAD ESCALA LOCAL ESCALA GLOBAL - SW - FALLA ESTE DERRUMBE ACTUAL - NE - BYPASS RAMPA FALLA OESTE POTENCIAL DERRUMBE PILAR HACIA FALLA PLACA 1 ZONA DE ESQUISTO ZONA DE ESQUISTO PLACA 2

32 18-25 m CASO 2: EXPLOTACIÓN CON SUBSIDENCIA CONTROLADA ANÁLSIS DE ESTABILIDAD AUMENTO DE PROBABILIDAD DE FALLA -EXPLOTACIÓN DE LONGITUDES MAYORES A 100 m -COLAPZO EN CADENA DE PLACAS ENTRE UNIDADES DE EXPLOTACIÓN -AUMENTO DE RADIO HIDRÁULICO -DERUMMBE PROGRESIVO DE PAREDES -SUBSIDENCIA

33 CASO 2: EXPLOTACIÓN CON SUBSIDENCIA CONTROLADA REDISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS

34 - SW - FALLA ESTE DERRUMBE ACTUAL - NE - BYPASS RAMPA FALLA OESTE POTENCIAL DERRUMBE SUBSIDENCIA PILAR HACIA FALLA PLACA 1 ZONA DE ESQUISTO ZONA DE ESQUISTO ROCA PLACA 2

35 45-50 m CASO 3 : GENERACIÓN DE GEOMETRÍAS DESFAVORABLES CONDICIÓN GEOTECNICA - W - - E - RMR=55-65 RMR=60-75 RMR=60-75 El proyecto de explotación considera la extracción de cuerpos mineralizados asociados a la falla de orientación N-S y manteo entre 55 y 65 E. Los cuerpos presentan geometrías tabulares de 2 a 6 m de espesor, con longitudes entre 50 y 150 m, y alturas mayores a 60 m.

36 CASO 3 : GENERACIÓN DE GEOMETRÍAS DESFAVORABLES PROYECTO DE EXPLOTACIÓN 120 La geometría de explotación mantiene un radio hidráulico (RH) en la pared del caserón menor a 8.0 m. El máximo RH admisible en la pared es de 10.0 m σ σ 3 σ 1 σ 3

37 CASO 3 : GENERACIÓN DE GEOMETRÍAS DESFAVORABLES APERTURA DE CARAS LIBRES O SLOTS 120 Por requerimientos de plan minero se requiere acelerar la explotación y se define construir las caras libres de ambos extremos de la unidad de explotación con una única chimenea de corte vertical en cada extremo. σ σ 3 σ 1 σ 3

38 CASO 3 : GENERACIÓN DE GEOMETRÍAS DESFAVORABLES COLAPSO DE PARED PENDIENTE Se informó de un derrumbe en el XX del sector XX, ocurrido la madrugada del domingo XX de mayo. El derrumbe fue violento, generando una onda expansiva que proyectó material rocoso de tamaño menor, impactando equipos que operaban en nivel base. La proyección de material causó daños menores en los equipos y lesiones leves a los operadores. El fenómeno de inestabilidad corresponde a un colapso violento de una masa colgante definida por la geometría de las explotaciones. σ σ 3 σ 1 σ 3

39 CASO 4 : COLAPSO DE PARED DE CAVIDAD

40 CASO 4 : COLAPSO DE PARED DE CAVIDAD Estado 0: Explotación previa (explotación antigua). Explotación de cavidades por método SLS. Estado 1: Sobrexcavación de cavidades controlada por las estructural y excesivo tamaño de cavidades. Estado 2: Proyecto para reapertura de la mina. Considera la recuperación de cuerpos en zona profunda de la mina. Diseño considera mantener pilares y puentes para acotar dimensiones de cavidades y mantener estabilidad global. Estado 3: Avance de explotación según proyecto.. Estado 4: Pilares o puentes removidos. Aumento de tamaño de la pared de la cavidad... Estado 5: Colapso de pared, con efectos sobre la infraestructura (rampa principal)

41 Para avanzar relajados, debemos mantener las tensiones

42 MÁS DESAFÍOS Integración de procesos Optimización de procesos para reducción de costos y optimización de insumos Desarrollo sustentable Medioambiente y comunidades Seguridad del recurso humano Robustecimiento de plataformas para desarrollo minero Desarrollo de ciencias de la tierra Innovación tecnológica Alianzas estratégicas

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