HECTOR SALAZAR BONILLA INGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D. EN TÚNELES

Transcripción

1 RETOS DE LA MINERÍA SUBTERRÁNEA EN COLOMBIA Bogotá, 28 de Agosto, 2017 HECTOR SALAZAR BONILLA INGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D. EN TÚNELES

2 Grupo Geoandina 1. EMPRESAS Las empresas del grupo en el año 2017 han continuado creciendo y participando en varios de los mas importantes proyectos de Colombia. Su Experiencia e Innovación en Ingeniería para un Mundo Sostenible las ha posicionado en proyectos de túneles, puentes, autopistas, generación eléctrica, minería y afines. Tamaño de Empresa Nivel de Contratación consolidada 2016 No. De Empleados Área Típica de Actuación DATOS CORPORATIVOS GENERALES GRUPO GEOANDINA Mediana $13,834,418, directos y 50 en prestación de servicios Consultoría, Diseño e Ingeniería, geología, geotecnia, geofísica, hidrogeología, generación eléctrica y afines, especialmente en proyectos que incluyan Túneles y autopistas. Soluciones de ingeniería especializada, investigación, instrumentación y ensayos in situ. Sistemas inteligentes de transporte ITS, sistemas de control y electromecánicos para proyectos de vías y túneles.

3 Contenido 1. Introducción - Historia 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea 3. Innovación en Minería Subterránea 4. Conclusiones.

4 1. Introducción - Historia La Ingeniería Subterránea ha acompañado a la humanidad durante todas sus eras de desarrollo

5 1. Introducción - Historia 1. INTRODUCCIÓN 1. El conocimiento es la base del desarrollo de

8 1. Introducción - Historia TÚNELES CARRETEROS MÁS LARGOS DEL CONTINENTE AMERICANO San Jeronimo L=4.600m Buenavista, L=4.540m Renacer, L=4.333m Sumapaz, L=4.000m El Toyo, L=9.750m La Línea, L=8.800m Santa Elena, L=8.200m

9 1. Introducción - Historia 1. INTRODUCCIÓN

10 1. Introducción - Historia Las eras del conocimiento de la humanidad también se reflejan en la historia de las obras subterráneas: 1. Conocimiento empírico 2. Conocimiento científico Analítico Numérico 3. Conocimiento digital

11 1. Introducción - Historia Las eras del conocimiento de la humanidad también hacen parte de la historia de las obras y minería subterráneas: 1. Conocimiento empírico (RMR) Beniawski, (Q) Barton, RMi 2. Conocimiento científico Analítico Curvas Características (CC), Bloque Critico (BC) Numérico Métodos numéricos: MEF, MDF, MED 3. Conocimiento digital Sistema Experto o Inteligencia artificial???

12 1. Introducción - Historia Paul Mayne, 2006

13 1. Introducción - Historia Paul Mayne, 2006

14 NIVEL DE CONFIANZA PARA DISEÑO MINERO 1. Introducción - Historia SE, IA?? DTR CC, BC RMR, Q, RMi, GSI Paul Mayne, 2006

15 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Del Conocimiento Empírico al Conocimiento Científico (Para Minería Subterránea): Mayor y mejor investigación del subsuelo con nuevos métodos: geológicos, geotécnicos, geofísicos, geo eléctricos, geo sísmicos Entendimiento qué a un mejor conocimiento serán menores los riesgos de sobrecostos de explotación, mejor conocimiento de la cantidad y calidad del mineral y mejor estimación de metodología y plazos de producción. Mejor comprensión de la mecánica de rocas Modelación numérica bidimensional y tridimensional de estados de esfuerzos y deformaciones con elementos y procesos reales Monitoreo geotécnico permanente y transmisión instantánea Diseño en Tiempo Real de las minas subterráneas Menores costos, menores plazos y riesgos, más producción y más seguridad

16 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Se utiliza para yacimientos de mediana y alta ley Volúmenes de producción tpd Más selectivo que el método de cielo abierto excepto por los métodos por hundimiento Retos de diseño: Geometría de la mina subterránea Estabilidad y soporte Ubicación de los accesos Logística para el transporte y movimiento de mineral subterráneo

17 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Acceso horizontal (adit, Drift) Excavación horizontal de acceso a la mina Pozos (shafts) Excavación vertical de acceso a la mina Chimenea (Ore passes) Excavaciones sub-verticales dedicadas al traspaso de mineral, personas y en algunas ocasiones utilizadas como cara libre Rampas (Declines or ramps) Son excavaciones horizontales orientadas en espiral con el propósito de conectar dos niveles o acceder a la mina Escalones (Stopes) Corresponden a unidades básicas de explotación de las cuales se extrae mineral. En algunos casos estos escalones son rellenados con material estéril.

18 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Parámetros Utilizados en el Diseño de Minas Subterráneas GEOLOGIA Geotecnia e Hidrogeología Geometría Macizo rocoso Estructuras de debilidad Continuidad Estabilidad: Hundibilidad / Estabilidad Distribución de la ley Dilución planeada y no planeada Restricciones externas e internas Ritmo de explotación deseado

19 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Métodos de Explotación Subterránea Soportado Por Pilares Artificialmente Soportado con Relleno Sin soporte o Hundimiento Cámaras y Pilares Cámaras por Subniveles Lonwall Mining Sublevel Caving Block Caving Bench and Fill stoping Cut and Fill Stoping Shrinkage Stoping VCR Stoping Desplazamiento de la roca de caja Energía de deformación almacenada en las proximidades de una excavación

20 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Cuerpos mineralizados mantiformes y de baja potencia La calidad de la roca de caja y mineral deben ser competentes (2B) Se dejan pilares para mantener el techo y las paredes estables Se deben diseñar los pilares y los escalones para maximizar la recuperación de mineral Cuerpos mineralizados con potencias mayores a 10m y menores a 30 m se explotan por sub-niveles desde el techo al piso. Baja dilución menor a 5% Recuperación baja menor a 75% Costo de producción 10-20$-t Cámaras y Pilares

21 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Explotación por subniveles con barrenos largos Longhole Open Stoping Sublevel Open Stoping

22 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Barrenos Largos en Crater con Relleno VCR Escalón Primario VCR Escalón Secundario

23 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Cuerpos mineralizados con orientación vertical y potencias de 3 a 10 m La roca de caja es generalmente de baja competencia (4A) y la roca mineral de baja a media (3B). Se realiza por subniveles de manera ascendente Los escalones en explotación se pueden separar por muros y losas de modo de aumentar la estabilidad del sistema minero Rellenos: hidráulicos colas de relave, material estéril, ambos más cemento, etc. Método altamente selectivo, por lo tanto permite explotar cuerpos de baja regularidad y continuidad espacial Baja dilución menor a 2% Alta recuperación mayor a 90% Alto costo de producción $/t Baja productividad 200 a 4500 tpd Corte y relleno

24 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Hundimiento por Bloques Cuerpos masivos con una proyección en planta suficiente para inducir el hundimiento de la roca La roca mineralizada a hundir debe ser medianamente competente 3A-4A La roca estéril de techo debe ser hundible La roca de caja puede ser competente como en el caso de pipas diamantiferas Se induce el hundimiento de la roca a través del corte basal 4-12 m. El hundimiento se propaga en la medida que la roca es extraída del hundimiento utilizando la infraestructura de producción Productividad a tpd Dilución 20% Recuperación 75% Costo 2.1-5$/t

25 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Parámetros a considerar al seleccionar método Tamaño y forma del yacimiento Inclinación del depósito Características físicas del mineral y roca de caja Selección inicial Ley media Precios de metal Costo mina Caving A Sub level caving 2A Caserones 3A Refinamiento del método de explotación Estimación del retorno sobre la inversión Decisión final

26 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea ESTUDIO CONCEPTUAL (FASE 0) El alcance del diseño conceptual es seleccionar o confirmar la forma, etapas y metodología de explotación de la mina y suministrar al cliente la información necesaria para el proceso de toma de decisiones. Los aspectos relacionados con la forma y etapas de desarrollo particular de la mina y su construcción son resaltados e investigados en detalle. Análisis Geotécnicos con métodos empíricos

27 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea PREFACTIBILIDAD (FASE I) Se refina el diseño conceptual de la mina con base en un detallado estudio geológico, geotécnico e hidrogeológico. Se elabora el Estudio de Impacto Ambiental. Se focaliza el estudio en los aspectos legales de los recursos de agua, forestales, sociales, prediales, ambientales. El objetivo es obtener la aprobación de las autoridades competentes para desarrollar la mina. Análisis Geotécnicos con métodos empíricos

28 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea FACTIBILIDAD (FASE II - DISEÑO BASICO) El objetivo de este diseño es detallar los trabajos con el fin de que sea factible tener el presupuesto de cada actividad del trabajo y estimar la rentabilidad de la mina. Se elaboran los documentos contractuales, planos, especificaciones, cantidades de obra y presupuesto. Análisis Geotécnicos con métodos analíticos

29 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea DISEÑO PARA EXPLOTACION (FASE III) El alcance es detallar los trabajos descritos en los documentos del diseño básico de tal forma que pueda desarrollarse la mina de una manera optima en la explotación del mineral, económica, estructuralmente segura, bien dimensionada y funcional. Se elaboran planos de accesos, explotación y planos de taller. Se ajustan los presupuestos y cantidades finales. Este diseño de la mina se ajusta durante construcción con los datos reales de terreno y medición de su comportamiento. (DTR Diseño en Tiempo Real). Análisis y Diseños Geotécnicos con métodos numéricos

30 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Estudios de Topografía (con sensores remotos y SIG) Características especiales para túneles viales Topografía con imágenes satelitales, SAR Interferometria Topografía Lidar Terrestre o Aérea, Radar, Modelos digitales tridimensionales del terreno (DTM)

31 2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea Estudios de Geología, Geotecnia e Hidrogeología Fotogeología de detalle Cartografía geológica, geotécnica e hidrogeológica de gran cubrimiento Levantamiento detallado de estaciones geo mecánicas Levantamiento detallado de procesos morfo dinámicos Análisis y medición de variables hidrogeológicas Generación de modelos geológicos tridimensionales del terreno Generación de modelos geotécnicos e hidrogeológicos tridimensionales detallados

32 3. Innovación en Minería Subterránea Geología, Geotecnia, Hidrogeología

33 3. Innovación en Minería Subterránea

34 3. Innovación en Minería Subterránea Extracción y Flujo Modelo con Extracción Continua Modelo con Extracción Descontinuada PFC2D 2.00 Step :11:01 Wed Jun Job Title: Idealized PFC2D 2.00 Step :04:48 Wed Jun Job Title: Idealized View Title: consolidation state View Size: X: e+002 <=> 7.425e+001 Y: e+001 <=> 2.132e+002 View Size: X: e+002 <=> 7.983e+001 Y: e+001 <=> 2.129e+002 Ball Contact Displacement Maximum = 7.474e+001 Linestyle Wall Ball Contact Displacement Maximum = 7.242e+001 Linestyle Wall Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, Minnesota USA Minneapo Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, Minnesota USA Minneapolis, Minnesota USA Cuando se interrumpe el flujo desde uno de los ptos. de extracción se generan un mayor número de colgaduras Rubio E et al, Massmin 2004

35 3. Innovación en Minería Subterránea Modelo Númerico Para el Análisis de Estabilidad de Pilares Caserones Losa

36 3. Innovación en Minería Subterránea Análisis de Esfuerzo Después de Excavación de Escalones 15 MPa 52 MPa

44 3. Innovación en Minería Subterránea Medición de Hundibilidad a partir de TDRs Instalados en DOZ (T. Szwedzicki, 2004)

45 3. Innovación en Minería Subterránea MONITOREO ACTUAL DEFORMACIONES, ESFUERZOS, SISMICA, GEOELECTRICA

46 3. Innovación en Minería Subterránea MONITOREO DEL FUTURO PREDICCIÓN SÍSMICA

47 3. Innovación en Minería Subterránea MONITOREO DEL FUTURO PREDICCIÓN SÍSMICA

49 4. Conclusiones 1. La historia de las obras subterráneas, del uso del espacio subterráneo y de la minería subterránea en Colombia tienen varios siglos. 2. La Ingenieria Colombia ha desarrollado en los últimos años proyectos de túneles con estándares mundiales y de los más importantes del continente americano. 3. Para el diseño y desarrollo de la minería subterránea, los estudios geológicos, geotécnicos e hidrogeológicos deben ser exhaustivos para controlar y disminuir los riesgos del laboreo minero, optimizar la rentabilidad y determinar las etapas de desarrollo de la mina. 4. Los diseños de las minas subterráneas se deben basar en modelos 3D del terreno, de la geología, geotecnia e hidrogeología. Existen las herramientas computacionales para el diseño y seguimiento en 3D. 5. El seguimiento de las condiciones realmente encontradas, la realidad de las etapas del laboreo minero, el comportamiento del macizo rocoso debe realizarse en tiempo real. DTR Diseño en Tiempo Real es una metodología aplicada en muchos túneles y en algunas minas subterráneas.

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