SEMINARIOS DE MINAS Y CANTERAS Antofagasta Chile 29 de Septiembre 2016

Transcripción

1 Ingeniería al Servicio del Medio Ambiente SEMINARIOS DE MINAS Y CANTERAS Antofagasta Chile 29 de Septiembre 2016 La geotecnia y su relación con los depósitos de relave Dr. Raúl Espinace A. Director Geotecnia Ambiental; Grupo de Geotecnia PUCV

2 Indice 1. Qué está pasando hoy con los depósitos de relaves en Chile y el mundo?. 2. Los relaves hoy en el mundo: ultimas fallas, lecciones y acciones. 3. La geotecnia y sus problemas asociados a los depósitos de relaves. 4. El Control de Operación y Nuevas Técnicas en Aplicación. 5. Fallas observadas en Chile en depósitos de relaves y lecciones aprendidas.

3 Noticias de los últimos dos meses

4 Qué pasa hoy en Chile con los relaves? 23 de las mayores empresas de minería y metales del mundo pertenecientes al Consejo Internacional de Minería y Metales (ICMM) inició revisión global de normas de instalaciones de almacenamiento y controles críticos de relaves. Programas Tecnológicos Estratégicos de Corfo Innova: Desarrollo de Herramientas Tecnológicas para el Monitoreo de Depósitos de Relaves" y Recuperación de Elementos de Valor en Depósitos de Relaves Los depósitos de relaves en el mundo, se encuentran bajo el síndrome post-fallas 2014, 2015 y Experiencia en compañías mineras en Chile lleva años. Situación actual es de aumento de estándares.

5 Qué pasa hoy en Chile con los relaves? El Programa Nacional de Minería

6 Desafíos de innovación en minería generados por el programa de Minería de Alta Ley y recogidos por Geotecnia Ambiental

7 Qué está Industria? pasando actualmente en la Hoy no es evidente qué tipo de depósito hay que implementar en Chile. Los de pasta pueden ser buenos en casos como proyectos en zonas de climas secos y Tailings cálidos, Seminar con áreas planas y en necesario uso de aguas salada Gestión decaso Depósitos de Relaves Antofagasta,

8 Porqué las acciones anteriores?

9 Depósito de relaves Mount Polley, Canadá, 4 de Agosto 2014 El incidente hizo temblar al sector minero y planteó preguntas sobre la supervisión y regulación de los tranques de relaves en Columbia Británica y otras partes del país. El sector minero, ha pasado las últimas dos décadas trabajando en programas, incluida la iniciativa Hacia una Minería Sustentable (HMS) iniciativa de la Asociación Minera de Canadá (AMC), fundada el año 2004, diseñada para mejorar la reputación de la industria al potenciar su desempeño (mejorar las relaciones con la comunidad y evitar rupturas de presas, entre otras acciones). Uno de los 5 indicadores de desempeño es el operación, mantenimiento y vigilancia (OMS) Manual de Dirk Van Zyl, profesor de la Universidad de British Columbia y miembro del panel de expertos, dijo Mount Polley fue "un día negro, no sólo para la minería en BC, sino a nivel mundial."

10 Investigación Ingenieril experta independiente y panel de revisión: Reporte sobre el incumplimiento de la instalación de almacenamiento de relaves de Mont Polley. El Panel concluyó que la evidencia indicaquelarupturafueelresultado de una falla en la fundación del terraplén, que ocurrió en una capa glaciolacustre (GLU) del suelo de fundación. Sección usada para análisis de equilibrio límite Gentileza Panel de Expertos

11 Falla de Samarco (05 Noviembre de 2015) Propiedad: Compañía Samarco Mineração S.A. (Vale S.A. y BHP Billiton) Ubicación: Bento Rodrigues, Municipio de Mariana, Estado de Minas Gerais, Brasil. Costo a la fecha para la minera: Sobre los millones de dólares. Fatalidades: 16 personas. 60 millones de metros cúbicos. Falla por extrusión lateral

12 Falla en China (08 Agosto de 2016) Depósito de Xiangjiang Wanji de alúmina, refinería privada de aluminio. Deslizan 2 millones de m3 de lodo rojo y 1,5 km de longitud

13 Tranque Las Palmas, Chile (27 de Febrero 2010) Fotografía antes del terremoto Los relaves recorrieron una distancia de 400 m. Se produjo la muerte de 4 personas La ruptura se habría provocado por napas provenientes de los cerros colindantes con los costados del tranque, que saturaron el muro Conclusión: un depósito cerrado y seco, no es necesariamente seguro Fotografía después del terremoto Producto del terremoto de febrero, tranques de relaves unificados. Relaves provenientes de minería de oro, cobre y zinc Superficie total = 10 Ha. Cobertura completa con material arcilloso Común denominador: Los fenómenos geotécnicos

14 Historia de la Geotecnia en Chile y Desafíos para el Sector Minero Sismo 1960 Inicios de la Mecánica de Suelos Sismo Decreto 86 Tranques de Relaves GEOTECNIA Sismo 2010 y Accidente Minero Sismo 1985 NCh 433 El conocimiento de la ingeniería sismo resistente y la adopción por Chile de normas de diseño, construcción y operación, destinadas a reducir riesgos y pérdida de vidas humanas, han generado importantes beneficios, pero dependemos principalmente de una adecuada operación. Nuevos desafíos en el sector minero

15 Tipos de actuaciones geotécnicas Análisis de brechas geotécnicas entre el proyecto y la operación Logística requerida en la ITO de construcción Control de operación geotécnico Levantamiento oportuno de riesgos Capacitaciones al personal técnico del depósito. Geotecnia de Construcción y Operación Principalmente análisis dinámico para obtener las deformaciones sísmicas del depósito (acumulación deformaciones y desplazamientos plásticos debidas al efecto de inercia de las fuerzas sísmicas y la compactación dinámica del material) Modelación Geotécnica Geotecnia Clásica Gestión Geotécnica Exploración y Laboratorio Requerimientos geotécnicos para la ejecución de un determinado proyecto. Elaboración del proyecto y documentos como: bases técnicas para contratación de prospecciones, procesamiento y análisis de resultados de campaña de terreno, Plan de contingencias, otros. Apoyo en modelaciones y su contratación Asesoramiento en presentaciones de proyecto a las autoridades sectoriales. Ejecución de auditorias para evaluar el cumplimiento de especificaciones del proyecto y compromisos ambientales/sectoriales. Definición de cantidad y tipo de investigaciones geotécnicas a realizar para el diagnóstico. Visitas técnicas a terreno para validar información existente y planificar exploraciones. Determinación requerimientos de ensayos de laboratorio, terreno o prospecciones. Control ejecución prospecciones y ensayos específicos.

16 Línea de tiempo legislativo y de acciones en el Sector Minero Creación del Ministerio de Minería Decreto 3.525: Crea el Servicio Nacional de Geología y Minería Decreto 1: Reglamento del Código de Minería Decreto 248: Reglamento para la aprobación de Proyectos de Diseño, Construcción, Operación y Cierre de los Depósitos de Relaves. Decreto 132: Reglamento de Seguridad Minera Decreto 41: Reglamento de la ley de Cierre de Faenas e Instalaciones Mineras Fin régimen transitorio Cierre Creación Dpto Relaves Sernageomin Incremento considerable de fiscalizadores Road map de la Minería Terremoto y Decreto 86: Reglamento Construccion y Operación Tranques de Relaves Ley : Ley Orgánica Constitucional sobre concesiones mineras Ley : Código de Minería Ley : Regula el Cierre de Faenas e Instalaciones Mineras 16

17 Origen normativa de depósitos de relaves Colapso Mina El Soldado: 28 de Marzo, 1965, Terremoto de La Ligua, M= 7,1 Richter. Colapso de tranque El Cobre 1 (a esa fecha operativo y de H= 30 m. aprox.) Vaciado de cerca de m3 de relaves licuados. Destrucción total del tranque el Cobre 3 (operativo y de H= 25 m. aprox.). Flujo vertido llegó al poblado de El Cobre, con más de 200 víctimas fatales (Aliste, 1966). Esto dio origen al D.S. Nº 86 vigente entre 1970 y 2007, actual D.S. N 248/2007 Reglamento para la Aprobación de Depósitos de Relave. Luego se publicó el DS Nº 72/1985 hoy DS Nº 132/2004 Reglamento de Seguridad Minera.

18 Organigrama Resumido SERNAGEOMIN-Chile Dirección Nacional Gabinete Direcciones Regionales Subdirección Nacional de Geología Subdirección Nacional de Minería Depto Jurídico Depto de Admin y Finanzas Depto Planificación, Control de Gestión y Estudios Depto de Desarrollo de las personas Organigrama Resumido Subdirección Nacional de Minería Subdirección Nacional de Minería Dirección Zonal Norte Dirección Zonal Centro/Sur Agrupa las tareas de permisos y fiscalización de materias como la estabilidad física, química, geomecánica e hidráulica. Depto. De Depósitos de Relaves Depto. de Propiedad Minera Depto. De Seguridad Minera y Fiscalización Depto. de Gestión Ambiental y Cierre de Faenas Mineras 18

19 Principales fallas en Depósitos de Relave Overtopping. Erosión interna (Piping/tubificación). Falla del suelo de fundación. Inestabilidad bajo condición sísmica (inestabilidad de talud; licuación; deformación superficial; overtopping). Licuación estática. Planos de falla por precipitaciones o erosión eólica Otros

20 Factores claves a considerar en el control de operación y reducir riesgos de inestabilidad. Adecuado suelo de fundación Pendiente de taludes adecuada, en dirección aguas abajo Granulometría y Nivel de Compactación adecuado Contar con Parámetros resistentes adecuados Bajas presiones intersticiales al interior del prisma resistente Altura de revancha y ancho de coronamiento suficientes Eficiente Sistema de Drenaje Control sobre el balance de aguas Compatibilizar Acciones Destinadas a Seguridad Minera con aquellas para el Control Ambiental Monitoreo y Control de Operación

21 El Control de Operación y Nuevas Técnicas en Aplicación.

22 Algunos objetivos específicos del diagnóstico y control de operación Reducción de riesgos Cumplimiento con compromisos ambientales y sectoriales: muchas veces con diferencias de aprobación Cumplimiento con la estabilidad física proyectada Aumento o mantención de la vida útil proyectada para el depósito: diferencias en las aprobaciones entre lo aprobado (volumen; tonelaje; altura muro; tiempo) Disminución de riesgos de contaminación de aguas subterráneas y cauces naturales. Reducción en las garantías del Plan de Cierre

23 Factores a tener presente en el Control de Operación de un Tranque de Relaves 1. Factores Asociados a la geometría del depósito (pendiente, altura, revancha, talud, otros) 2. Factores Asociados a presencia de Aguas (posición N.F.; laguna aguas claras, drenajes) 3. Factores Asociados a la colocación de los relaves; método compactación (si procede), segregación, ensayos control de calidad (%P.N; S; w; qd, otros) 4. Sistemas de monitoreo y control (Presiones de poros, desplazamientos, asentamientos, aceleraciones sísmicas, otros) 5. Factores Asociados a la Gestión y al Control de Calidad del Tranque

24 Factores asociados a la geometría y presencia de aguas Altura del tranque Angulo del talud aguas abajo Perfiles topográficos representativos del período Altura de la revancha ( debe ser como mínimo un metro, sin perjuicio de considerar los fenómenos climáticos que exigieren una mayor revancha ). Ancho del coronamiento ( debe tener un ancho que asegure la estabilidad del muro, de a lo menos dos metros ). Relación volumen cubeta versus volumen del muro ( la cubeta sea a lo menos 3 veces el volumen del muro total de contención ). Posición nivel freático en piezómetros del muro Funcionamiento de drenes del muro; fosas de inspección; canales de contorno, piezómetros; Indicar posición de la laguna de aguas claras ( lo mas alejada del muro ). Indicar presencia de aguas en pozos de monitoreo

25 Factores asociados a la colocación de las arenas Cumplimiento granulometrías o PS en espesados Método de compactación y maquinaria empleada Ensayos de Referencia Proctor ( Revisar concepto de Densidad Relativa en Artículo 5, Dcto 248 ) Ensayos de control de compactación (densidad in situ) Otros ensayos como penetración estática o dinámica. MÉTODOS CLÁSICOS E INNOVACIONES DE CONTROL

26 El Control de la Instrumentación e Inspecciones Asociadas a los Depósitos de Relaves Acciones de Monitoreo Caudales de Infiltración (pozos monitoreo) Niveles piezométricos (presiones de poros) Movimientos y deformaciones del muro (inclinómetros) Desplazamientos Aceleraciones inducidas por sismo (acelerógrafos) Otras Inspecciones (cuando proceda) Vertederos Piscinas de decantación Sistemas de drenaje Tuberías y canaletas de transporte Estructuras de contención Túneles de desvío de aguas

27 Decreto 248, Artículos 30 y 31 Informe sobre Operación. E-700 FORMULARIO E-700- INFORME TRIMESTRAL DE DEPÓSITOS DE RELAVES. Periodo Año I IDENTIFICACIÓN DE FAENAS MINERAS Propia Arrendada Otro a) Nombre de la Empresa Rut de la Empresa Dirección Faena Comuna Provincia Región b) Nombre del Representante Legal Rut c) Nombre de la Faena Ubicación geográfica (UTM): N orte Este C ota m.s.n.m. d ) Profesional Responsable Cargo II INFORME TÉCNICO DEPÓSITO DE RELAVE a) Nombre del depósito b) Tipo del Depósito Tranque Embalse R. Espesado R. en Pasta R. Filtrado Otro Tipo c) Método de construcción del muro en el caso de un Tranque c.1) Aguas abajo c.2) Eje central d) Cantidad de relaves d.1) Autorizado (total) Ton. ó m 3 d.2) Actual (total) Ton. d.3) Arenas en muro Trimestral Acumulada Ton. d.4) Lamas en la cubeta Trimestral Acumulada Ton. e) Altura del muro o depósito m. f) Largo de berma de coronamiento m. g) Ancho de berma de coronamiento m. h) Distancia borde laguna-borde muro de arenas m i) Ancho aprox. sector "playa" en la cubeta m j) Revancha operacional mínima m. k) Área ocupada (aproximada) m 2 l) Ángulo (β ) del talud externo del muro grados m) Ángulo (β ') del talud interno del muro grados n) Razón "arenas/ lamas" en el periodo ñ) % de sólido en peso del relave total % o) % de humedad relave filtrado y/o espesado % p) Método de compactación del muro (equipo) s) Granulometría del relave total M allas N Tyler Total Peso Retenido (grs) % Retenido % Acumulado bajo t) Piezom etría Cota del nivel de coronamiento del muro de partida m.s.n.m. Cota de niveles freáticos en los piezómetros: P1 m.s.n.m. P2 m.s.n.m. P3 m.s.n.m. P4 m.s.n.m. P5 m.s.n.m. P6 m.s.n.m. q) Densidades de las arenas del muro Sector 1 Muestra In-Situ Mín. Seca Máx. Seca Relativa Proctor (A ltura de m uro) (grs/cc) (grs/cc) (grs/cc) (%) (%) 1/3 2/3 Este formulario se encuentra en proceso de revisión por parte de Sernageomin, para hacerlo mas acorde con la realidad actual. III.- IN FO R M A C IÓ N ANEXA a) Detalles de los trabajos de mantención mensual y durante el periodo realizado en el deposito b) Detalles de los trabajos de operación mensual y durante el periodo realizado en el deposito c) Informacion de controles y estadisticas sobre monitoreos especiales realizados en al deposito durante el periodo si se dispone de los equipos: Acelerógrafos. Celdas de asentamientos. Placas de corrimiento y nivelación. Inclinómetros. Otros.

28 Norma Chilena NCh Depósitos de relave - Control de compactación con penetrómetro dinámico ligero. Tailings deposits - Control of compaction with light dynamic penetrometer

29 La tecnología PANDA 2 Sencillo, rápido, portable y no destructivo Resultados inmediatos. Aplicable para prospecciones de suelos, control de compactación y control postconstructivo. Normado para control de compactación de tranque de relaves Amigable con el medio ambiente. Alcanza hasta 7m de profundidad app. Correlaciones existentes con otros ensayos geotécnicos Puntas 2 cm 2 ;4cm 2 y10cm 2 Aplicación formula holandesa. Comportamiento perfectamente plástico del suelo durante la penetración. El rozamiento lateral sobre el tren de barras es despreciable. Toda la energía dada se transmite a la punta gracias al equipo de hinca. La presión intersticial en el suelo deberá ser despreciable.

30 Aplicaciones de la tecnología Panda Cancha 1: Depositado sin compactar Cancha 2: Planchado sin compactar Cancha 3: Compactación 1 Ciclo Cancha 4: Compactación 2 Ciclos Cancha 5: Compactación 3 Ciclos Resultados evolución del grado de compactación en canchas de prueba aplicando la tecnología Panda comparada

31 Aplicaciones de Panda en Tranques de Relaves Base de datos histórica de arenas de depósitos de relaves. Correlaciones para estimar el potencial de licuefacción en depósitos de relaves. Lemus, Espinace Tailings 2014, modificaciones Bandas de Compacidad Propuestas por Geotecnia Ambiental Variación de resistencia en el tiempo. Deposito relaves espesados

32 Control de la erosión eólica en depósitos de relaves Cercanía con terrenos Agrícolas y Ciudades Erosión eólica Cárcavas

33 Alternativas de mitigación de material particulado por viento Cubierta de suelo Plantaciones Enrocado Supresores de polvo Relaves espesados Relaves filtrados Cortinas corta vientos Riego por un período Relaves con agua de mar? Ripios de lixiviación

34 NCh Depósitos de relaves - Caracterización del producto supresor de material particulado - Evaluación de propiedades de desempeño de los relaves tratados con supresor de material particulado.

35 Mitigación de los efectos de la erosión eólica durante la Operación

36 Relaves Espesados. Resumen Panel Implementación TTD Existen muchas incertidumbres y su impactos en los costos. Es una tecnología en pleno desarrollo. Equipos necesitan un proceso de evolución, al igual que el nivel de manejo de los relaves. Los depósitos de Relaves convencionales están en plena vigencia. Es difícil encontrar consultoras que manejen todas las áreas y diseñen espesadores. Son los fabricantes quienes saben. Se analizaron las incertidumbre de pastas y espesados. Variabilidad y análisis probabilísticos Se debe incorporar más antecedentes en el proyecto, sobretodo información de arcillas para evaluar comportamiento de los relaves. Confiabilidad de balances de agua; importancia variabilidad minerales Cp y reducción Y Stress. Falta desarrollar instrumentación Se debe ser más realistas y no enfocarse en el número mágico. Por Ej solo 65% así se evitan multas y problemas porque está considerado el riesgo Honestidad es muy importante al igual que los análisis de riegos ( que pasa si (if)? 36

37 La Solución de Depósitos de Relaves Espesados (DRE) Actualmente es uno de los métodos mas atractivos para la industria y autoridades, y está siendo implementado en proyectos de Chile, junto a los de pasta y filtrados. En diciembre 2015, el nuevo Reglamento de Obras Mayores del MOP-DGA (Dcto. 50) estableció que se exceptúan de su alcance, y por tanto no les será aplicable a los depósitos de relaves en pasta y los otros que contengan como valor mínimo, al momento de depositarse, un 65% o más de concentración en peso de sólidos.

38 DRE en el mundo Papua New Guinea Portugal Tanzania Iran Proyectos en operación Ireland South Africa En construcción y no operando U.S. of America Canada Peru Chile /////// // Proyectos sometidos a evaluación ambiental Proyectos sometidos a evaluación de viabilidad Australia Número de DRE por país.

39 El Diagnóstico y Control en DRE SERNAGEOMIN obliga a todos los depósitos de relaves que informe trimestralmente su control (principalmente geotécnico) (formulario E-700), que informa al menos ciertos parámetros. Sin embargo, los organismos reguladores han solicitado más información especificada en el diseño o la operación: humedad de los relaves (superficial y profunda) o propiedades geotécnicas determinadas por ensayos in situ. El control operacional de los depósitos de relaves espesados en Chile integra aspectos claves, es decir, geotécnicos, geométricos, y controles de agua o del balance hídrico. Una alternativa a ensayos de diagnóstico específicos, difíciles de realizar y costosos, como SPT, CPTu y veleta de corte, ha sido utilizar penetrómetros dinámicos portátiles, como el ensayo Panda.

40 Contexto Estas herramientas permiten la caracterización de los suelos in situ mediante la determinación de la resistencia de la punta (qd) frente a la profundidad. Las principales ventajas del penetrómetro PANDA en comparación con otras pruebas de penetración son: permite mediciones continuas, el proceso de control se lleva a cabo con mayor rapidez y simplicidad, es más barato y permite la recolección de más información en menos tiempo. Experiencias en la aplicación de la metodología utilizada por la empresa Geotecnia Ambiental en el monitoreo geotécnico durante la fase operativa en TTD, la determinación de la variación de las propiedades geotécnicas en relación con los valores adoptados en el proyecto de diseño se describe.

41 Metodología: Caracterización física La metodología geotécnica aplicada se basa en ensayos de caracterización físicos convencionales, con la extracción de muestras representativas (en superficie y en profundidad) y pruebas de penetración dinámica portátil. En la caracterización se consideran los requisitos mínimos establecidos en el formulario E-700 por SERNAGEOMIN y aquellos establecidos en el proyecto, Manual de Operación y compromisos ambientales y sectoriales. Las muestras para pruebas de laboratorio y de campo, de superficie y profundidad, se obtienen con taladro helicoidal. Las pruebas básicas son: porcentaje de sólidos, granulometría (usando técnicas mecánicas y sedimentación), Límites de Atterberg y el peso específico de las partículas. Los parámetros de estado son la determinación de la densidad y del contenido de humedad situ.

42 Resultados y Discusión: Variación de Propiedades Índice

43 Result and Discussion: Index properties and liquefaction potential Las características físicas (tamaño de grano y límites de Atterberg) y el estado in situ (densidad y contenido de humedad) se utilizan para estimar el potencial de licuefacción debido a la alta actividad sísmica en Chile. El MOP, 2015 y la práctica internacional (Seed et al. 2003, Bray y Sancio, 2004, Boulanger y Idriss, 2006) sugieren una simple y práctica primera aproximación que estima el potencial de licuefacción en suelos finos de plasticidad baja y bajo 80 micras y su contenido de humedad in-situ.

44 Algunos Resultados La resistencia de punta de relaves similares varía debido principalmente al estado de humedad. Teniendo en cuenta el secado progresivo de los relaves espesados, se hicieron ensayos PANDA en un mismo sector, considerando diferentes edades del DRE. Los resultados muestran un aumento importante en la resistencia de punta (qd) con el tiempo. De los análisis de datos, se propusieron rangos de qd asociados a un contenido de humedad y el índice de liquidez. Esto define la situación in situ de los relaves. Luego, es posible estimar el contenido adecuado de humedad in-situ (es decir el límite de contracción) y el potencial de licuefacción asociada a la deposición de capas posteriores de relaves

45 Conclusiones Sernageomin considera incluir requisitos específicos en el Decreto 248 respecto a DRE. No ha habido un proceso de aprendizaje suficiente con respecto a las brechas entre el diseño y la operación de estos depósitos. Las diferencias observadas en las propiedades geotécnicas medidas en DRE y los valores de diseño, muestra la necesidad de hacer ajustes en los proyectos y la operación (ej. tiempo de secado y espesores de capa). Es importante, teniendo en cuenta los factores Pontificia que desencadenan U. Católica una de falla Valparaíso sísmica de licuefacción inducida. Con el fin de minimizar el riesgo de overtopping como consecuencia de los grandes eventos de lluvia, el proyecto debe considerar la construcción de diques internos y externos para la acumulación de agua, nuevos sistemas de conducción de agua de lluvia, entre otros. Hay pocos cursos de formación para el personal técnico a cargo de la gestión de relaves, y se requiere un mayor intercambio de experiencias. El control operativo de DRE debe ser considerado como un aspecto fundamental de los procesos mineros, dado las experiencias nacionales hasta el momento.

46 Ingeniería al Servicio del Medio Ambiente GRACIAS! SEMINARIOS DE MINAS Y CANTERAS Antofagasta, Chile, 29 de Septiembre, 2016 La geotecnia y su relación con los depósitos de relave Dr. Raúl Espinace A. Director Geotecnia Ambiental; Grupo de Geotecnia PUCV respinace@geotecniaambiental.cl

47 Ingeniería al Servicio del Medio Ambiente SEMINARIOS DE MINAS Y CANTERAS Antofagasta Chile 29 de Septiembre 2016 La geotecnia y su relación con los depósitos de relave Dr. Raúl Espinace A. Director Geotecnia Ambiental; Grupo de Geotecnia PUCV