Versión Final PPT Exposición Ii Seminario 2016

Sociedad Peruana de Geoingeniería
Grupo Nacional del ISRM
LA GEOMECANICA EN EL PROCESO DE
DISEÑO DEL MINADO SUBTERRANEO
MSc. Ing. Néstor David Córdova Rojas
II SEMINARIO PERUANO DE GEOINGENIERIA

Lima 04 al 06 mayo 2016
DCR Ingenieros S.R.Ltda.

Geomecánica en Minería y Obras Civiles
1
PROCESO DE DISEÑO DEL MINADO SUBTERRANEO

Delineación
Geología
del mineral
Caracterización de
la masa rocosa Geología y Mecánica de Rocas
Selección del
Planeamiento del Minado
método de minado
Accesos e
Aspectos de Diseño Global

infraestructura
Dimensionamiento de tajeos y pilares

Planeamiento del Minado y Mecánica de Rocas
undercuts y niveles de producción
Secuenciamiento de minado
(análisis de esfuerzos) Planeamiento del Minado y Mecánica de Rocas
Análisis Planeamiento del Minado

Económico Global
NO Diseño
Global
Aceptable

2
PROCESO DE DISEÑO DEL MINADO SUBTERRANEO

Diseño
Global
Aceptable
SI
Perforaciones
Geología
de delineación
Diseño de la
Aspectos de Diseño de Detalle

perforación y voladura
Sostenimiento de la masa
Mecánica de Rocas
rocosa de la excavación
Análisis Económico
Detallado
Monitoreo de Operaciones, Planeamiento del Minado

la extracción Geología y Mecánica de Rocas
NO Diseño SI
Detallado Documento de
FIN
Aceptable Resultados
Ref: E. Villaescusa
Nov-2008

3
1 Caracterización de la masa rocosa.

2 Selección del método de minado.
3 Dimensionamiento del minado.
4 Secuenciamiento del minado.
5 Sostenimiento.
6 Monitoreo de la extracción.

4
1 Caracterización de la masa rocosa.

2
3
4
5
6

5
COMPONENTES Y LOGICA DE UN PROGRAMA GEOMECANICO

Caracterización del sitio
Definición de las condiciones geomecánicas de la masa rocosa del
yacimiento para el minado
Formulación del modelo de mina

Conceptualización de los datos de la caracterización del sitio
Análisis de diseño
Selección y aplicación de esquemas matemáticos y computacionales
para el estudio de las alternativas de esquemas y estrategias de
minado
Monitoreo del rendimiento de la roca

Mediciones de la respuesta operacional al minado de la masa rocosa
del yacimiento
Análisis retrospectivo
Cuantificación de las propiedades in-situ de la masa rocosa e
identificación de los modos de respuesta dominantes de la
estructura de la mina

6
CARACTERIZACION DE SITIO
• Definir las diferentes unidades litoestratigráficas asociadas al cuerpo

mineralizado.
• Determinación de las propiedades de resistencia y deformación de las

unidades lito-estratigráficas.
• Definición de las propiedades geométricas y mecánicas de los sistemas

de discontinuidades menores.
• Ubicación y descripción de las propiedades de las discontinuidades

mayores.
• Estimación de la resistencia in-situ del medio rocoso a partir de las

propiedades de sus elementos constituyentes.
• Determinación del estado de esfuerzos in-situ en el área de minado.
• Investigación de la hidrogeología del cuerpo mineralizado y su entorno.

7
FORMULACION DEL MODELO DE MINA
El objetivo es tomar en cuenta los principales rasgos geomecánicos que

serán considerados en el comportamiento del modelo. Por ejemplo:
• A las unidades litológicas se les asignará propiedades de resistencia y

deformación promedias “representativas”.
• A los rasgos estructurales mayores se les asignará una geometría

regular y propiedades de resistencia al corte promedias.
• Se dará una especificación representativa del estado de esfuerzos

del pre-minado.

8
PLANO GEOLOGICO
ESTRUCTURAL NIVEL +0

9
PLANO GEOMECANICO
NIVEL +0

10
PLANO DE ZONIFICACION
GEOMECANICA NIVEL +0

11
PLANO DE ZONIFICACIÓN
GEOMECÁNICA
SECCIÓN TRANSVERSAL 3
En la definición de los
dominios estructurales
se combinan aspectos:
• Litológicos
• Estructurales
• Alteraciones
• Calidad de la masa
rocosa
PLANO DE ZONIFICACION GEOMECANICA
SECCION TRANSVERSAL 3

12
ZONEAMIENTO DE CALIDADES DE
MASA ROCOSA EN SECCIONES

13
ZONEAMIENTO GEOMECANICA
ZONA HORIZONTES
VISTA 3D

14
ZONA HORIZONTES
NIVEL 3300

15
ZONA HORIZONTES
DETALLE SECCION 8711400

16
1
2 Selección del método de minado.
3
4
5
6

17
METODOS DE MINADO SUBTERRANEO

18
SELECCION DEL METODO DE MINADO
Factores que influyen en la selección

del método de explotación
Condiciones Parámetros Seguridad e Higiene y Factores

Naturales del Económicos Medio Ambiente Tecnológicos
Yacimiento

19
SELECCION DEL METODO DE MINADO
Condiciones naturales del yacimiento

–Geología
–Morfología de la mineralización
–Reservas y distribución de leyes
–Condiciones geomecánicas de la masa rocosa
–Condiciones hidrogeológicas
El método (o métodos) de minado debe(n) estar aparejado(s) a todas estas

condiciones naturales del yacimiento, de tal manera que el minado sea
técnicamente factible. La factibilidad técnica debe ser complementada con una
evaluación económica del método (o métodos) de minado, para asegurar una
factibilidad técnica – económica óptima. También se debe complementar con
una evaluación de los aspectos de Seguridad e Higiene y Medio Ambiente, y
Factores Tecnológicos.

20
Parámetros económicos
–Tasas de producción (t/h)
–Vida de la mina
–Productividad (t/hombre-hora)
–Costos de explotación de otros métodos posibles
–Costos de capital de otros métodos posibles
Seguridad y Medio Ambiente

–Facilidad para disponer de áreas de disposición de materiales
–Condiciones de seguridad de otros métodos posibles
–Subsidencia, o efectos que afectan a la superficie
Factores tecnológicos
–Recuperación
–Rendimientos mineros y mineralúrgicos
–Dilución
–Flexibilidad del método a condiciones cambiantes
–Selectividad del método
–Concentración o dispersión de los trabajos
–Facilidad para mecanizar y automatizar
–Intensidad de capital y mano de obra

21
METODOS DE MINADO EN ORDEN DE COSTOS
Orden Método de minado Abreviación
1 Block ó Panel Caving BC

2 Room and Pillar R&P
3 Sub Level Stoping SLS
4 Sub Level Caving SLC
5 Cut and Fill Stoping C&F
6 Vertical Crater Retreat VCR
7 Top Slicing TS
8 Shrinkage Stoping SHS
9 Square Set Stoping SQS

22
1
2
3 Dimensionamiento del minado.
4
5
6

23
Geomecánica en Minería y Obras Civiles • Establecer dimensiones y esquemas
adecuadas de los tajeos y de todos los
componentes estructurales asociados
al minado.
DIMENSIONAMIENTO DEL
MINADO
24
ANALISIS DE DISEÑO
• Representa el corazón de la práctica de la geomecánica.

• Aquí se puede predecir usando técnicas matemáticas o numéricas
apropiadas, el rendimiento mecánico de las configuraciones de minado
seleccionadas y de las geometrías de las excavaciones, para las
condiciones predominantes de la masa rocosa.
• Las herramientas analíticas pueden variar desde las más simples, como
por ejemplo la teoría del área tributaria para el diseño de pilares, hasta
las más avanzadas, como por ejemplo, los esquemas computacionales
que consideran modelos constitutivos bastante complejos del
comportamiento tanto de la masa rocosa como de sus elementos de
fábrica.
• Producto de recientes desarrollos en la capacidad de los esquemas
computacionales hoy en día disponibles, ha habido avances
significativos, y mejoramiento de la confiabilidad, en la calidad del
diseño estructural en roca.

25
DISEÑAR LA EXCAVACION SEGUN
A
REQUERIMIENTOS OPERACIONALES Sociedad Peruana de Geoingeniería
SOSTENIMIENTO PRELIMINAR
Clasificaciones Geomecánicas: RMR de Bieniawski, Q de Barton
Determinar del campo de esfuerzos naturales

Comparar  con c y t
  < c  > c

y
 > −t
ó
  < −t METODOLOGÍA DE DISEÑO
DE EXCAVACIONES
Análisis del papel de las
discontinuidades
Modificar el diseño para limitar la rotura
de roca en el entorno de la excavación
SUBTERRÁNEAS
(Brady & Brown, 1993)
Calcular los esfuerzos en el
B
No hay Hay interior del macizo
deslizamiento deslizamiento
No hay y/o separación
separación
Determinar la extensión de rotura
C
potencial y su importancia
Aceptar el Aceptar el
diseño diseño y
especificar
sostenimiento
o Tolerable Intolerable
Modificar el
diseño
Diseño del Modificar

E D
sostenimiento el diseño
Curvas Características
del terreno 26
METODOLOGÍA
DE DISEÑO
Ref: R. Pakalnis

27
ESTABILIDAD CONTROLADA POR ESTRUCTURAS

Análisis de cuñas – Programa UNWEDGE (Rocscience Inc. 2004)
Tajeo Intermedio Central (Tajeo 287). Sección de la excavación 85 m x 65 m.

28
ESTABILIDAD CONTROLADA POR ESTRUCTURAS
Discontinuidad crítica Tipo de Inestabilidad Potencial
Tajo Planta Excavación Falla Cuñas
Junta Lajamiento Pandeo Biplanar
Regional Colgada Desliza por:
Tajeo
Análisis de cuñas
Techo
– Programa
Sist 3 -
UNWEDGE
-
(Rocscience
- Sist 2, Sist 3
Inc.Sist2004)
1,2,3 -
Tajeo Intermedio Central (Tajeo 287). Sección de la excavación 85 m x 65 m.
Intermedio Pared NW Sist 1 F4: 70/120 Sist 1 - - - Sist 1, Sist 3
Central Pared NE Sist 2 - Sist 2 - - - Rota por Sist 1
Secc. 3,4,5y6 Pared SE Sist 1 F3: 75/115 Sist 1 Sist 1 - - Sist 2
Nvs. 0,-30,-46 Pared SW Sist 2 - Sist 3 Sist 3 - - Sist 3
Tajeo Techo Sist 3 - - Sist 3 Sist 2, Sist 3 Sist 1,2,3 -

Intermedio Pared SW Sist 2 - - - - - Rota por Sist 1
Norte Pared NW Sist 1 - Sist 1 - - - Sist 1, Sist 3
Secc. 10y11 Pared NE Sist 2 - Sist 2 - - - Sist 3, Sist 2
Nvs. 0,-30 Pared SE Sist 1 - Sist 1 - - - Sist 2
Tajeo 240 Techo Sist 3 - - Sist 3 Sist 2, Sist 3 Sist 1,2,3 -

Secc. 5y6 Pared W Sist 1 - - - - - Sist 1
Nvs. -46,-65 Pared NW Sist 1 - Sist 1 - - - Sist 1, Sist 3
Pared NE Sist 2 - Sist 2 - - - Sist 1, Sist 3
Pared SE Sist 1 - Sist 1 - - - Rota por Sist 3
Pared SW Sist 3 - Sist 3 - - - Sist 2

29
ESFUERZOS INDUCIDOS EN EL MINADO DEL YACIMIENTO

30
Contornos de desplazamiento total Fase 1

31
Contornos de desplazamiento total Fase 3

32
1
2
3
4 Secuenciamiento del minado.
5
6

33
SECUENCIAMIENTO DEL MINADO

• Establecer la dirección general del avance del minado a través del cuerpo
mineralizado.
• Establecer la secuencia de extracción de los blocks de mineral y de los pilares
remanentes, preservando la estabilidad estructural de la mina a nivel global y
local.
OBJETIVOS
➢ Maximizar la recuperación del mineral.
➢ Extracción temprana de bloques que tienen soporte natural.
➢ Lograr tasas de extracción uniformes espacialmente.
➢ Ordenar la retirada del minado hacia áreas sólidas y estables.
➢ Evitar dejar pilares remanentes dispersos.
➢ Minimizar áreas de altos esfuerzos inducidos.
➢ Controlar la estabilidad global de la mina y la sismicidad.
➢ Proteger las principales instalaciones de la mina.
➢ Limitar la cantidad de trabajo realizado en áreas altamente
esforzadas o potencialmente inestables.

34
SECUENCIA DE AVANCE DEL
MINADO
CASO MINA CHUPA

35
OBJETIVO:
Minimizar los riesgos a los recursos empleados. SECUENCIA DE AVANCE DEL
MINADO
Mantener mineral preparado.
CASO MINA ROSAURA
Mantener una distribución de leyes promedio.
NW SE
ARRIBA
Zona explotada
Nv. 4010 Explotació Pre
n
n Zona por minar
n
Nv. 3950 Desarrollo
ABAJO
Nivel Nº de draw point Desarrollos
Explotación Preparación
4,010 6 2
3,990 6 2
3,970 6 2
3,950 - - 1
Total 18 6 1

36
En retirada. SECUENCIA DE AVANCE DEL

De NW a SE. MINADO
CASO MINA ROSAURA
De caja piso a caja techo.
NW SE
CAJA
PISO
Zona por minar
Zona explotada Explotació Pre

n
CAJA
TECHO

37

MINADO
CASO MINA TINYAG

38
MINADO
CASO MINA YAULIYACU

39

40

MINADO
METODO SARC

41
1
2
3
4
5 Sostenimiento.
6

42
SOSTENIMIENTO CON ESTRUCTURAS

NATURALES Y ARTIFICIALES
• Estructuras naturales: efecto arco, pilares y escudos.
• Estructuras artificiales para sostenimiento activo y pasivo: pernos de roca,

cablebolt, malla, cintas, shotcrete, cimbras, gatas, madera, relleno y otras.
• Importante: Controles de calidad antes, durante y después de la instalación del

sostenimiento: materiales, equipos, procedimientos de instalación y rendimiento
del sostenimiento.

43
METODOS DE DISEÑO DEL SOSTENIMIENTO
• Utilización de los criterios de clasificación geomecánica de la masa rocosa: RMR,

Q, y otros.
• Análisis de equilibrio límite o de estabilidad estructuralmente controlada.
• Aproximación “Convergencia – Confinamiento” o RSI (Interacción Roca –

Sostenimiento).
• NATM (Nuevo Método Austriaco de Tunelería).
• Métodos numéricos: MEF, MEB, MED.
• Modelos físicos a escala reducida (maquetas).

44
CRITERIOS DE CLASIFICACION GEOMECANICA

45
CRITERIOS DE CLASIFICACION GEOMECANICA

46
ESTABILIDAD ESTRUCTURALMENTE CONTROLADA
Alternativa de estabilización con cablebolts de grandes cuñas potencialmente inestables formadas en el techo
de tajeos – Método de minado subniveles con taladros largos.

47
METODO GRAFICO DE ESTABILIDAD
GRAFICO DE ESTIMACION DEL

GRAFICO DE ESTABILIDAD
SOSTENIMIENTO CON CABLEBOLT

48
CONVERGENCIA – CONFINAMIENTO O RSI
fluencia del sistema

Presión del sostenimiento
de sostenimiento
Respuesta del sistema de
sostenimiento al desplazamiento
de la pared del túnel, resultante
equilibrio en el establecimiento del
equilibrio.
Desplazam. radial hacia el interior

49

50

51
NATM - NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA

METODOS DE DISEÑO
• El más común: Uso de la teoría de falla por corte (Rabcewicz and Golser, 1973).
Entrada: profundidad de la excavación, parámetros de resistencia de la masa
rocosa, dimensiones de la excavación. Salida: resistencia requerida incluyendo el
arco rocoso.
• Análisis del anillo de carga portante como un cilindro de pared gruesa (Egger,
1973).
• Método de elementos finitos, usando variables de profundidad, diferentes

relaciones de esfuerzos, parámetros de resistencia de la masa rocosa y de las
discontinuidades, zonas de plastificación, desplazamientos, cargas sobre el
revestimiento, momentos de pandeo y fuerzas axiales en el revestimiento y
deformación en el revestimiento (Egger, 1973 y Kovári, 1969).
• Algunas personas usan solo el sistema de clasificación geomecánica de la masa

rocosa. Pero esto no es generalmente recomendado y no reemplaza a los cálculos
de diseño detallado apropiado.

52

53

54

55
METODOS NUMERICOS
Sostenimiento de cámara de echadero con pernos, cablebolts y shotcrete estimado con el programa PHASE2.

56
SELECCIÓN DEL SOSTENIMIENTO

57
MODELOS FISICOS A ESCALA
REDUCIDA

58
1
2
3
4
5
6 Monitoreo de la extracción.

59
60
EJEMPLOS DE MONITOREO
DCR Ingenieros
SISMICO S.R.Ltda.

61
DCR Ingenieros S.R.Ltda. REGISTRADOR :Paladin de 6 canales
PC de recepcion de data de los Registradores (paladin)

subterraneo
PC de Proceso en Superficie

62
Projected
Heading
Extension
S - 12
S - 11
P3
Raise 799-1 to
Lv. 4,120
Alt. to Shaft
S - 10
P4
PC de
Adquisicion
S - 19
S - 20
S - 21
Projected
Heading
MASTER Extension
SHAFT
S - 22
S - 23
Projected
Heading
Extension
S - 24
LEYENDA Ubicaciones Preliminares A4
Registradores y Sensores
1/1 A
Ing. David Regalado P. 09/06/2006
Nivel 4,060
PALADIN (REGRISTRADOR)
Ing. David Pegalado P. Geomecánica
Ing. Daniel I. Briones A. Dibujo U
SENSOR (GEOFONO)

63
CN4
V3N

64

65
CONCLUSIONES
➢El control de la estabilidad de las excavaciones asociada a la explotación de un
yacimiento nace con el buen Planeamiento y Diseño del minado.
➢La caracterización de la masa rocosa para el minado es de suma importancia por lo que
en todo proyecto u operación minera se debe mantener actualizada esta información.
➢Si bien es cierto que la selección del método de minado es una tarea de Planeamiento, sin
embargo, en la decisión final los aspectos geomecánicos juegan un rol importante.
➢El dimensionamiento del minado tiene sus propias características según cada método de
explotación. Cada método tiene sus aspectos geomecánicos propios.
➢Una de las herramientas más importantes para controlar la estabilidad local y global de
la mina es el secuenciamiento del minado, por lo que se le debe prestar mucha atención.
➢Para el sostenimiento (incluyendo el relleno) se deben establecer estándares de control

de calidad antes, durante y después de su instalación para: materiales, equipos,
procedimiento y rendimiento.

66
Gracias
67

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1 Caracterización de la masa rocosa.

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Formulación del modelo de mina

Monitoreo del rendimiento de la roca

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• Definir las diferentes unidades litoestratigráficas asociadas al cuerpo

• Determinación de las propiedades de resistencia y deformación de las

• Definición de las propiedades geométricas y mecánicas de los sistemas

• Ubicación y descripción de las propiedades de las discontinuidades

• Estimación de la resistencia in-situ del medio rocoso a partir de las

• Determinación del estado de esfuerzos in-situ en el área de minado.

• Investigación de la hidrogeología del cuerpo mineralizado y su entorno.

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El objetivo es tomar en cuenta los principales rasgos geomecánicos que

• A las unidades litológicas se les asignará propiedades de resistencia y

• A los rasgos estructurales mayores se les asignará una geometría

• Se dará una especificación representativa del estado de esfuerzos

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METODOS DE MINADO SUBTERRANEO

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SELECCION DEL METODO DE MINADO

Factores que influyen en la selección

Condiciones Parámetros Seguridad e Higiene y Factores

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SELECCION DEL METODO DE MINADO

Condiciones naturales del yacimiento

El método (o métodos) de minado debe(n) estar aparejado(s) a todas estas

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Seguridad y Medio Ambiente

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METODOS DE MINADO EN ORDEN DE COSTOS

Orden Método de minado Abreviación