Informe Final Mina San Juan de Arequipa

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EMPRESA MINERA CENTURY MINING -----------------------------------------------------------------------------------------------

ESTUDIO GEOMECÁN G EOMECÁNICO ICO

MINA SAN JUAN DE AREQUIPA INFORME TECNICO PREPARADO PREPARADO PARA: P ARA: EMPRESA MINERA CENTURY MINING

PREPARADO PREPARADO POR:

ENERO 2011, 2011, LIMA PERU

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CONTENIDO ETAPA I: PRESENTA PRESENTACION CION Y ANTECEDENTES

5

1.0 GENERALIDADES

5

1.1 Introducción

5

1.2 Ubicación y Acceso

5

1.3 Fisiografía y Clima

7

1.4 Geomorfología y Topografía

8

1.5 Objetivos y Alcance

8

1.6 Desarr Desarrollo ollo de la información geomecánica básica:

9

1.6.1 Caracterización geomecánica de la masa rocosa: 1.6.2 Clasificación geomecánica de la masa rocosa: 1.6.3 Propiedades y comportamiento del terreno: 1.6.4 Otros factores de influencia: 1.6.5 Análisis de estabilidad de las excavaciones asociados al minado: 1.6.6 Estrategias de control en el minado: 1.7 Actividades Realizadas en Campo

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2.0 UNIDAD MINERA SAN JUAN DE AREQUIPA

11

2.1 Marco Geológico Geológic o

11

Geología general Geología local Geología Regional Geología estructural 2.2 Explotación de minas

14

2.2.1 Marco Teórico 2.2.2 Planeamiento 2.2.3 Métodos de Minado

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ETAPA II: LEVANTAMIENTO DE INFORMACION DE CAMPO

17

3.0 INVESTIGACIONES BASICAS

17

3.1 Caracterización del macizo rocoso

17

3.1.1 Identificación: 3.1.2 El grado de meteorización de la roca 3.1.3 La resistencia de la matriz rocosa: 3.1.4 La rugosidad: 3.1.5 La apertura entre las discontinuidades: 3.1.6 Presencia de agua en las excavaciones subterráneas: 3.1.7 El parámetro RQD: 3.1.8 Los parámetros de espaciado y persistencia: 3.2 Resistencia de la Roca Intacta

21

3.2.1 Resumen de ensayos de resistencias: 3.3 Registro de datos

25

3.4 Esfuerzos Iniciales Inici ales Alrededor de las Excavaciones

33

ETAPA III: PROCESAM PROCESAMIENTO IENTO E INTER INTERPRETACION PRETACION DE LA DATA

40

3.5 Clasificación Geomecánica de la masa rocosa

40

3.5.1Clasificación Geomecánica RMR: 3.5.2Indice 3.5.2Indice de calidad Tunelera de la Roca “Q” 3.5.3Indice de Resistencia Geológica GSI (Hoek y Marinos 2,000) 3.6 Uso de los sistemas de Clasificación, Clasificación , Cálculos Geomecánicos

50

3.6.1 Aberturas Máximas de las Excavaciones 3.6.2 Tiempo de Auto Sostenimiento 3.7 Análisis Computacional

53

3.7.1Dips, Unwedge 3.7.2Análisis Computacional PHASES 3.8 Sostenimiento

67


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ETAPA IV: IMPLEMENTACIÓN DE CONTROLES

71

4. MEDICION DE DEFORMACIONES DEL MACIZO ROCOSO

71

5. CONTROL DEL SOSTENIMIENTO SOSTENIMIE NTO INSTALADO

72

6. MAPEOS Y PLANOS GEOMECÁNICOS

74

7. CONTROL DE VOLADURA

77

8. CAPACITACIÓN

79

ETAPA V: CONCLUSIONE CONCLUSIONES, S, RECOMENDACIONE RECOMENDACIONES S

81

9.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

81

9.1 Bibliografía

83


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ESTUDIO GEOMECÁNICO DE LA UNIDAD MINERA SAN JUAN DE AREQUIPA CONTENIDO ETAPA I: PRESENTACION Y ANTECEDENTES 1.0 GENERALIDADES 1.1 Introducción. La mecánica de rocas se encarga del estudio teórico y práctico de las propiedades y comportamiento mecánico de los materiales rocosos, y su respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su entorno físico. La mecánica de rocas guarda una estrecha relación con otras disciplinas; como la geología estructural, para el estudio de los procesos y estructuras tectónicas que afectan a las rocas y la mecánica de suelos para abordar el estudio de rocas alteradas y meteorizadas en superficie. Las masas rocosas aparecen en la mayoría de los casos afectadas por discontinuidades o superficies de debilidad que separan rocas de matriz rocosa o roca intacta constituyendo en conjunto los macizos rocosos, ambos son objeto de estudio de la mecánica de rocas, siendo los planos de discontinuidades los responsables que la mecánica del medio rocoso presente un carácter discontinuo y anisotrópico. La finalidad de la mecánica de rocas es conocer y predecir el comportamiento de los materiales rocosos ante la actuación de las fuerzas internas y externas que se ejercen sobre ellos. Cuando se excava un macizo rocoso o se construyen estructuras sobre las rocas se modifican las condiciones iniciales del medio rocoso, el cual responde a estos cambios; deformándose y/o rompiéndose. A fin de realizar el estudio geomecánico de base de la Mina San Juan de Arequipa la Empresa Century Mining contrató los servicios de Ximena Mining para realizar este trabajo. En este informe se documenta el desarrollo de los trabajos realizados y los resultados de los mismos, así como información proporcionada por la Mina para complementar los aspectos más relevantes del yacimiento, con las recomendaciones del caso sobre las mejores estrategias de control durante el minado.

1.2 Ubicación y Acceso San Juan de Arequipa, esta ubicado en el flanco occidental de los Andes, el Gran Batolito Costanero del Sur del Perú, en el extremo sur de la “Franja Aurífera”, Nazca – Ocoña, ubicado en el paraje San Juan, Distrito de Río Grande, Provincia de Condesuyos, Región Arequipa.

___________________________________________________________________________ Estudio Geomecánico Mina San Juan de Arequipa 5

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a.- Coordenadas Geográficas Longitud oeste

: 73º 02´ 06”

Latitud sur

: 16º 54´ 07”

b.- Coordenadas UTM (punto centro del campamento) 8’241.180 Norte 709.114 Este Su ubicación promedio con respecto al nivel del mar es de 800 m.s.n.m. El acceso desde la ciudad de Lima es por la panamericana Sur, hasta la localidad de Ocoña en el Km., 775 de donde se ingresa hacia el Este, por la quebrada del mismo nombre, siguiendo la carretera afirmada hasta llegar al poblado de Alto Molino, de dónde se ingresa por la quebrada Chorunga hasta el campamento San Juan Pampa. Lima

-

Arequipa

1082 Km.

Vía aérea

Arequipa -

Camana

100 Km.

Asfaltada

Km., 775 -

San Juan

82 Km.

Afirmada

fi g. 1: ubi cación de la M ina San Juan de Chor unga, distr ito de San Juan en la provi ncia de Condesuyos


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1.3 Fisiografía y Clima La mina esta emplazada en la unidad geomorfológica denominada “Meseta Costanera”. Esta unidad se caracteriza por tener un relieve suavemente ondulado formando una altiplanicie con algunas elevaciones pequeñas comprendidas entre las altitudes de 1,200 y 2,400 m.s.n.m.; se extienden paralelamente a la mina, de la costa y han sido cortadas por profundas quebradas hacia el Este por la quebrada seca de Chorunga y al Oeste por el río Ocoña. En el lugar de las labores mineras la topografía es moderadamente accidentada debido a que ha sido disectada por una quebrada poco profunda y de gran pendiente que baja en dirección SE hasta desembocar a la quebrada de Chorunga; las laderas de esta quebrada secundaria presenta superficies de erosión perfectamente delineada y llegan a formar pequeños acantilados bien pronunciados. Ofrece los mismos elementos del valle y quebradas con la diferencia de que en el valle no es triangular sino alargado e interrumpido por cañones que las aguas han abierto en el corazón de la roca que sustentan a las montañas. El clima es pre-árido y semi-cálido, propio del clima sub-tropical costanero, cuyas características meteorológicas son las siguientes: La variación de la temperatura es: Máxima en Verano

: 25ºC

Mínima en Verano

: 15ºC

Máxima en Invierno : 18ºC Mínima en Invierno

: 6ºC

La precipitación durante el año varía de la siguiente manera: Precipitación mensual máxima extremo: 4

mm

Precipitación promedio mensual

: 2

mm

Precipitación mensual mínima

: 0.3 mm

Precipitación anual

: 24

mm

La humedad relativa promedio mensual es: 75% La evaporación varía en rangos de: Evaporación mensual máxima

: 141.4 mm

Evaporación mensual mínima

: 107.9 mm

Evaporación promedio mensual

: 123.2 mm

1.4 Geomorfología y Topografía


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El yacimiento de San Juan Pampa se encuentra ubicado, en la unidad geomorfológica Meseta Costanera formado por altiplanicies, elevaciones que van desde 1200 a 2400 metros de altura, con profundos valles tipo V y valles maduros. Esta unidad geomorfológica es el resultado de la etapa de erosión, las que durante su actividad han originado, quebradas y valles profundos presentes en las partes altas por donde discurren en forma impetuosa corrientes de agua, durante el período de lluvias hacia la costa. La quebrada de Chorunga, es una geoforma negativa que constituye la cuenca del Ocoña, forma uno de los principales valles amplio, que presenta gradiente suave y lecho amplio. El drenaje de la quebrada se efectúa por el valle y la quebrada de Chorunga que disecta al río Ocoña como afluente secundario por la localidad de Alto Molino, en épocas lluviosas. La quebrada Chorunga es seca durante el año, en los meses de Enero a Marzo suele bajar moderados caudales de aguas, producto de las fuertes precipitaciones en las partes altas, que alimenta al río Ocoña, la quebrada está formada por pequeños valles con un lecho amplio en la parte baja y estrecho a 6 kilómetros aguas arriba del Campamento San Juan Pampa, los desmoronamientos y asentamientos son moderados, debido a una moderada actividad erosiva por ser su gradiente moderado a fuerte en algunas partes y porque los flancos de los valles están constituidos por rocas intrusivas y metamórficas. La infraestructura del proyecto se encuentra instalada en la falda del Cerro san Juancito, margen derecha de la quebrada Chorunga, cuyo relieve presenta una pendiente suave elevándose bruscamente, manteniendo un ancho del valle de 500 metros aproximadamente, las quebradas presenta pequeñas terrazas que son los resultados de grandes huaycos que se sedimentaron y que han sido arrojados por el torrente de las aguas, tanto en el valle y las quebradas aguas arriba, todas las superficies de los cerros son resecos pétreos rocallosos y completamente desprovistas de condiciones para la agricultura debido a la falta de agua superficial.

1.5 Objetivos y Alcance El objetivo es realizar el estudio geomecánico de base de la Mina San Juan de Arequipa en donde se correlacione la calidad del macizo rocoso, el yacimiento mineralizado y la geometría de las vetas con respecto al método de minado desarrollado en la actualidad y establecer los parámetros geomecánicos del macizo rocoso y los parámetros geomecánicos de estabilidad con la finalidad de estimar y recomendar el sostenimiento adecuado al método de minado desarrollado, mejoras en el proceso de sostenimiento, sugerencias de optimización de ciclos operativos del método de minado que conlleve a conservar la estabilidad de la Mina y recomendar los controles necesarios que conminen a prevenir eventos no deseado y que puedan afectar la estabilidad de la Mina. Los alcances relacionados con el objetivo planteado fueron: Caracterizar geomecánicamente la masa rocosa Clasificar geomecánicamente la masa rocosa Determinar las propiedades y comportamiento del terreno


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Establecer otros factores de influencia (agua, esfuerzos y voladura) Ejecutar análisis de diseño, estabilidad de excavaciones asociadas al minado Recomendar estrategias de minado, dimensionamiento, sostenimiento y relleno. 1.6 Desarrollo de la información geomecánica básica: 1.6.1 Caracterización geomecánica de la masa rocosa: se caracterizó la masa rocosa del yacimiento, desde e punto de vista litológico y estructural, en la información estructural se ha considerado a las estructuras mayores, principalmente fallas, y a las estructuras menores principalmente diaclasas. En cuanto a las estructuras menores, sus características geomecánicas han sido establecidas mediante mapeo geomecánico de labores subterráneas, hubiese sido conveniente que la Mina conserve los testigos de los sondajes diamantinos ya que hubiésemos determinado las características de la masa rocosa en profundidad o su estado inicial en la zona actual de minado, para esta caracterización se han utilizado normas de la ISRM (International Society for Rock Mechanics). El análisis de la distribución de las discontinuidades, se realizó procesando los datos de orientación de las discontinuidades con técnicas estereográficas y las características estructurales de los sistemas de discontinuidades se establecieron mediante tratamiento estadístico convencional de la data del mapeo geomecánico. 1.6.2 Clasificación geomecánica de la masa rocosa: se ha clasificado al masa rocosa del área de estudio mediante la utilización del criterio RMR (Rock Mass Rating – Valoración de la masa rocosa) de Bieniawski (1989) y del sistema Q de Barton (1974) también se utilizado el criterio GSI de Hoek et.al. (1994-2002). Estas clasificaciones se han realizado utilizando la data de la caracterización geomecánica de la masa rocosa. 1.6.3 Propiedades y comportamiento del terreno: se han evaluado las propiedades físicomecánicas de la roca intacta, de las discontinuidades y de la masa rocosa, utilizando para ello procedimientos alternativos, según normas de la ISRM, ejecución de ensayos con el martillo de geólogo, ejecución de ensayos de impacto con el martillo de Schmidt y la utilización del criterio de falla de Hoek & Brown para estimar los parámetros de resistencia de la roca intacta y de la masa rocosa, determinadas para cada tipo de roca. 1.6.4 Otros factores de influencia: se han evaluado otros factores como el agua subterránea, los esfuerzos y la voladura, que podrían influir en las condiciones de estabilidad de las excavaciones asociadas al minado del yacimiento. 1.6.5 Análisis de estabilidad de las excavaciones asociados al minado: dirección preferencial de avance de las excavaciones, abiertos máximos, tiempos de auto sostenimiento, y la influencia de las discontinuidades estructurales y de los esfuerzos en las condiciones de estabilidad de las excavaciones asociadas al minado, los modelamientos numéricos efectuados constituyeron un componente importante en esta evaluación. 1.6.6 Estrategias de control en el minado: se ha analizado si el método de minado que actualmente se utiliza es el adecuado y las posibilidades que se tiene de utilizar métodos de minado alternativos, sin alterar el nivel de producción actual de la mina, en cualquier caso se dan recomendaciones sobre las dimensiones de las excavaciones, los esquemas y las secuencias de avance de minado, el sostenimiento y el relleno. 1.7 Actividades Realizadas en Campo ___________________________________________________________________________ Estudio Geomecánico Mina San Juan de Arequipa 9

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La presente evaluación comprendió la ejecución de investigaciones de campo y trabajos de gabinete, utilizando técnicas adecuadas seleccionadas de las alternativas disponibles. Las actividades relacionadas con el desarrollo de las investigaciones de campo fueron: Revisión de la información disponible Reconocimiento geológico. Mapeo geomecánico de la masa rocosa de las labores subterráneas Ejecución de pruebas de campo Monitoreo geomecánico visual. En una primera etapa de trabajos en gabinete se ha desarrollado la información geomecánica básica, comprendiendo las siguientes actividades: Procesamiento y análisis de la data desarrollada en campo Caracterización geomecánica de la masa rocosa Clasificación geomecánica de la masa rocosa Determinación de las propiedades de comportamiento de la roca Evaluar otros factores de influencia (agua, esfuerzos y voladura). En una segunda etapa de trabajos de gabinete se realizará los análisis de diseño, comprendiendo las siguientes actividades: Análisis de estabilidad de las excavaciones asociadas al minado Dimensionamiento de componentes estructurales asociados al minado Recomendaciones sobre las estrategias de minado: métodos de minado, dimensiones de las excavaciones, esquemas y secuencias de avance del minado, sostenimiento y relleno. Finalmente se elaborará el estudio técnico, en donde se presentará el desarrollo y los resultados de la evaluación geomecánica llevada a cabo.

2.0 UNIDAD MINERA SAN JUAN DE AREQUIPA ___________________________________________________________________________ Estudio Geomecánico Mina San Juan de Arequipa 10

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2.1 Marco Geológico 2.1.1 Geología general La mineralización en San Juan Pampa se presenta en vetas y son de origen hidrotermal asociado al magmatismo calco alcalino, las vetas son filones de rellenos en grietas, de ruptura que pertenecen a un sistema de fallas WNW -ESE ó E-W emplazados en el intrusivo tonalítico Incahuasi del Segmento Arequipa (Batolito Costanero). La mineralización corresponde a facie mesotermal inferior a hipotermal superior, por lo que define que son depósitos epigenéticos primarios e hipógenos. En las vetas, la mineralización esta constituido por un filón de cuarzo lechoso, ferruginoso de color pardo rojizo y cuarzo que contiene micro venillas y agregados escamosos de clorita y limonita, asociado a concentraciones de pirita, calcopirita y galena, pirrotita y oro nativo que se presentan como inclusiones en la pirita, en el cuarzo como granos localizados en los contactos de pirita - cuarzo.

2.1.2 Geología local En la zona de san Juan Pampa afloran rocas ígneas intrusivas de composición variable debido a diferentes momentos de inyección magmática dando origen a dioritas, granodioritas, tonalitas que pertenecen a la formación del Batolito de la costa. Segmento Arequipa de edad Cretáceo superior - Terciario inferior. En el cauce del rió Chorunga se aprecian rocas conglomeráticas inconsolidadas, perteneciente al cuaternario, con formación de depósitos fluvioaluviales con presencia de fragmentos rocosos, heterogéneos, angulares y subangulares, gravas, arenas y arcillas sin estratificación definida.

2.1.3

Geología Regional

Se ha analizado y evaluado las características geotécnicas y geodinámicos de las unidades litológicas que afloran en el unidad minera de San Juan Pampa y alrededores, teniendo como rocas más antiguas a las rocas del Complejo Basal, rocas sedimentarias, rocas volcánicas y rocas intrusivas pertenecientes al Batolito de la costa del Cretáceo Superior y rocas volcánicas del Terciario Superior y depósitos Cuaternarios. a) COMPLEJO BASAL (Pe – gn) Con este nombre Bellido y Narváez (1960) designaron a las rocas que constituyen el basamento de la cadena Costanera en el Sur del Perú. Las rocas metamórficas que conforman el basamento de la secuencia estratigráfica de esta región, afloran en ambos flancos del rió Chorunga, así como en la concesión de Santa Clarita. Los gneises son de composición granítica, esquistos de color gris, verde oscuro con bandas claras, estas rocas gnéisicas de edad Pre-Cámbrica, así como a granitos rojos y magmatitas de edad Paleozoico Inferior, están cortadas por rocas intrusivas del Batolito de la costa.


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Las rocas metamórficas se encuentran intensamente deformadas y fracturadas producto de varias etapas de actividad tectónica. La secuencia sedimentaria se encuentra sobre-yaciendo en discordancia angular al Complejo Basal y esta conformada por rocas principalmente del Jurasico superior – Cretácico inferior, caracterizados por afloramiento de cuarcitas, lutitas, areniscas y calizas que conforman las diferentes unidades litológicas del Mesozoico (Formación Guaneros, Grupo Yura, Grupo Copara, Formación Caravelí, Formación Paracas y Formación Camaná) que van desde el Jurasico Superior, Paleoceno, Eoceno inferior, Eoceno medio superior al Oligoceno superior – Mioceno inferior. Como parte del grupo de rocas ígneas se han reconocido cuerpos sub-volcánicos emplazados en forma de stock, diques y sills, resultado de las manifestaciones tardías del volcanismo Cretácico, las que a su vez son las precursoras del emplazamiento de rocas ígneas plutónicas, que en conjunto forma parte del Batolito de la costa, que se describe seguidamente. b) ROCAS INTRUSIVAS El Batolito de la costa ha sido dividido en 5 grandes segmentos que son: Piura, Trujillo, Lima, Arequipa y Toquepala. En el segmento de Arequipa se ha diferenciado 5 superunidades: Patap, Pampahuasi, Incahuasi, Linga y Tiabaya. Superunidad Incahuasi (Ks – gd / di - in): La superunidad Incahuasi esta integrada por intrusivos tonalíticos, granodioríticos y dioríticos, originados por fases de pulsaciones magmáticas con contactos gradacionales. La granodiorita es de color gris claro, se le observa en la quebrada Chorunga. Superunidad Tiabaya (Ks – gd - Ti): Corresponde a las últimas manifestaciones plutónicas del Batolito de la costa, su composición es granodiorítica, caracterizada por sus cristales bien formados de biotita, hornblenda y xenolitos microdioriticos. Presenta afloramientos en la parte alta de los cerros Santa Clarita y en la base del cerro San Juan En el Paraje denominado San Juan Pampa, la granodiorita presenta un color gris a gris claro, de grano medio a grueso, constituida por cuarzo, feldespato y abundante ferromagnesianos bien desarrollados de hornblenda y biotita. Así mismo se presentan xenolitos microdioríticos redondeados con diámetros de 5 a 15 cms., y abundantes diques de composición microdiorítica. Hacia el techo de toda la secuencia litológica descrita se emplazan discordantemente rocas volcánicas de edad terciaria, siendo sus afloramientos mas conspicuos hacia los contrafuertes andinos. c) DEPOSITOS CUATERNARIOS (Q - al) Depósitos aluviales: los depósitos aluviales se ubican en los valles donde el río se ensancha formando terrazas en ambas márgenes, están conformadas por clastos sub-redondeados de diversos tamaños, diorita, granodioritas, tonalitas, volcánicos englobados en una matriz de arena limo arcillosa (conglomerados) y alteran con capas de arcilla y arena.


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Depósitos coluviales: los depósitos coluviales son fragmentos angulosos de roca intrusiva de diversos tamaños, englobados en material areno arcilloso suelto, transportado y acumulado por acción de la gravedad en las laderas de los cerros Depósitos fluviales: los depósitos fluviales lo constituye el actual lecho del río Ocoña y quebrada Chorunga y están formados por cantos rodados, gravas y arenas 2.1.4 Geología estructural El emplazamiento del Batolito Costanero esta controlado por estructuras pre-existentes como fallas y fracturas orientadas hacia el patrón estructural Andino. El batolito de la costa en el proyecto y los alrededores, esta representada por tres sistemas de fallas NW – SE, NE – SE y Norte – Sur que no afectan significativamente la topografía del terreno.

fig.2 Geología Region al, columna estrat igráfica


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2.2 Explotación de minas 2.2.1 Marco Teórico Cuando se crea una excavación en un macizo rocoso se perturban las tensiones originales y las condiciones de equilibrio, de tal forma que estas nuevas tensiones pueden superar la resistencia del material, produciéndose fenómenos que implican deformaciones permanentes o colapso de las paredes de la excavación. El concepto de estabilidad de un túnel implica que la excavación ha de preservar su forma y dimensiones y permanecer durante un periodo de tiempo definido en condiciones de plena operatividad. Se considera entonces que la excavación es estable cuando, durante su uso, su periferia (con o sin sostenimiento) está sujeto a desplazamientos menores de los permitidos por motivos técnicos, económicos o de seguridad. El significado de inestabilidad esta relacionado con el uso de la excavación, de forma que en excavaciones que han de tener una corta vida (como algunos frentes de mina) no es trascendente que exista una completa inestabilidad después de un tiempo, mientras que una excavación para una central hidroeléctrica o un túnel, incluso una pequeña inestabilidad es muy importante. La inestabilidad de una excavación está relacionado con el comportamiento del medio en que se practica, pues si una excavación es realizada en: Un medio elástico, sólo aparecen grandes deformaciones elásticas para niveles de tensión muy grandes. Medio elástico-plástico (perfecto o con reblandecimiento) pueden aparecer deformaciones muy grandes (y permanentes) a niveles de tensión relativamente moderados Un medio figurado puede haber deslizamiento y separación de bloques.

. fig3. Relaci ón entr e la geometría y fun cionalidad de las excavacion es


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fig.4 ti pos de rotura en diferentes macizos rocosos bajo dif erentes ni veles de tensión

2.2.2 Planeamiento San Juan de Arequipa es una mina de oro, con una producción aproximada de 120tn /día, la extracción se produce por medio de winches ubicados en un pique inclinado por donde también se transporta materiales y suministros, que luego es trasladado a planta de tratamiento por medio de locomotoras. Las rocas encajonantes primordialmente son granodioritas. La mina se divide en tres zonas de producción, estos son veta San Juan, veta Mercedes y veta Yesica. Anteriormente el método consistía en la construcción de galerías en los niveles principales los cuales servían como labor de extracción para los tajeos en la parte superior, se dejaba un puente con el primer corte de 3 metros aproximadamente, el acceso a estas galerías como a los tajeos eran por chimeneas. El relleno que se emplea es el detrítico por transferencia y las secciones de las galerías es al ancho de las vetas, que podría ser 1.8m a 2.4m en ancho y de alto 1.8m, el ancho de explotación en los tajeos varía desde 1.8m hasta 3 metros. Actualmente se están realizando bypass a las vetas en los niveles principales, los cuales comunican a los tajeos por medio de cruceros de 7m a 12 metros, las secciones de estos bypass es de 2.4m. de ancho y 1.8m de alto.


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2.2.3 Métodos de Minado La Mina San Juan de Arequipa viene siendo explotada por el método de minado corte y relleno ascendente por breasting y realce, la extracción es realizada por medio de winches ubicados en un pique inclinado que además se utiliza para traslado de servicios y suministros varios, el mineral es posteriormente ubicado en locomotoras y finalmente transportado hacia la planta de tratamiento. Fundamentalmente se trabaja en roca de tipo granodiorita, las operaciones en la Mina están distribuidas en las tres vetas principales; veta San Juan, veta Mercedes y veta Yesica, es importante destacar que el método de minado en breasting se realiza en terrenos de roca de tipo malo a regular y el método de minado con realce en terreno de roca de tipo regular a bueno.

fig.5 E squema típi co del mé todo de minado por corte y rell eno ascendente


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ETAPA II: LEVANTAMIENTO DE INFORMACION DE CAMPO 3.0 INVESTIGACIONES BASICAS 3.1 Caracterización del macizo rocoso Los aspectos que deben describirse en campo son: 3.1.1 Identificación: se establece a partir de su composición y de su textura, a estos criterios descriptivos se unen las características genéticas, las observaciones más prácticas son: composición mineralógica, forma y tamaño de los granos, color y transparencia, dureza. Para la correcta observación de estas propiedades es necesario limpiar la roca, eliminando la capa superficial de alteración. La dureza es una propiedad directamente relacionada con la resistencia, que depende de la composición mineralógica y del grado de alteración que afecte a la roca. 3.1.2 El grado de meteorización de la roca: es una observación muy importante por cuanto condiciona de forma definitiva sus propiedades mecánicas, según avanza el proceso de meteorización aumenta la porosidad, la permeabilidad y deformabilidad del material rocoso, al tiempo que disminuye su resistencia.

fi g.6 Meteori zación de la roca

3.1.3 La resistencia de la matriz rocosa: puede ser estimada en el afloramiento mediante índices de campo o por correlaciones a partir de datos proporcionados por sencillos ensayos de campo, como el ensayo de carga puntual o el martillo de Schmidt. Los índices de campo permiten una estimación del rango de resistencia de la roca, y deben ser aplicados sobre la roca una vez limpiada la capa de alteración superficial.


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Mediante el martillo de Schmidt o esclerómetro se mide la resistencia al rebote de una superficie rocosa, que se correlaciona con la resistencia a compresión simple, es recomendable tomar un número elevado de medidas y realizar análisis estadísticos, con los valores de resistencia obtenidos con estos métodos se puede clasificar la resistencia de la matriz rocosa, en muchos casos también se utiliza la picota de geólogo para determinar la resistencia de un material en el momento que se fractura la muestra de roca por tantos golpes aplicados en la superficie de la roca.

fi g.7 Herramientas para establecer resistencia de la r oca

3.1.4 La rugosidad: es importante para determinar el grado de aspereza de las superficies de las discontinuidades y en base a ello indicar que tan rugoso es la roca, lo cual es un indicador muy importante de la capacidad de soporte, es decir, en la medida de que una superficie sea más rugosa o menos rugosa o lisa diremos que es muy favorable para la estabilidad en el primer caso y desfavorable para la estabilidad en el segundo respectivamente.

fi g.8 I nterpretación de la r ugosidad


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3.1.5 La apertura entre las discontinuidades: este aspecto es importante para determinar el grado de cohesión entre los bloques de roca, por lo tanto en la medida en que esté unidos los bloques de roca sin demasiada apertura significará una mejor estabilidad del macizo rocoso, en caso contrario si estas aperturas son amplias significará una estabilidad inadecuada, este parámetro está bastante relacionado también al relleno que existe entre las discontinuidades, por lo tanto el hecho de tener rellenos duros o suaves también establecerá estabilidades del macizo rocoso.

fi g.9 Apert ur a y rell eno en las disconti nui dades

3.1.6 Presencia de agua en las excavaciones subterráneas: el agua como agente erosivo de los materiales rocosos modifica de forma especial el contenido mineralógico de la roca, transformándola y debilitándola a corto, mediano y largo plazo, dependiendo de la composición de la roca los resultados pueden variar en cuanto a intensidad, por mayor o menor contenido de arcillas por citar una característica, no obstante en general siempre se dará una variación importante en la resistencia del macizo rocoso, el cual disminuirá y será negativo para la estabilidad de las labores, en este parámetro tenemos varios escenarios de evaluación que van desde la humedad misma de la roca hasta el flujo de agua que envuelve a las excavaciones subterráneas.

fi g.10 pr esenci a de agua subterr ánea


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3.1.7 El parámetro RQD: es la capacidad de recuperar la mayor cantidad de los bloques de roca si hablamos de testigos de sondajes diamantinos, se refiere a la recuperación de la roca perforada, por lo que al establecer los rangos de esta recuperación hablaremos también de tipos de roca que van desde una roca mala hasta una roca muy buena, refiriéndonos a los extremos, en el caso de no tener sondajes diamantinos se realiza una equivalencia en la evaluación de este parámetro para aplicarlo en las excavaciones subterráneas. Mediante fórmulas empíricas y criterios prácticos para el levantamiento en campo, en el caso de la Mina San Juan de Arequipa no hemos encontrado sondajes diamantinos guardados por lo que hemos realizado sólo un muestreo de este valor en las labores de la MIna, sugerimos en lo futuro tener o tratar de almacenar esta información para estudiarla.

fi g.11 levantamiento de valores de RQD

3.1.8 Los parámetros de espaciado y persistencia: son conceptos importantes en la estabilidad de las excavaciones, el espaciado está referido básicamente a la distancia existente entre discontinuidades de la misma familia espacial, por lo que encontrar espaciados de fracturas paralelas de corta distancia indicará tamaños de roca más pequeños, y viceversa espaciados amplios indicará bloques mayores. Del mismo modo la persistencia de las discontinuidades está asociado directamente al tamaño de los bloque, este parámetro es un indicativo de que familia es más importante entre las existentes, donde empieza y acaba una discontinuidad, diferenciar si estamos ante una falla o un fractura, por lo que la persistencia puede ser corta o larga, finalmente el sostenimiento, el soporte de las excavaciones variará dependiendo del tamaño del bloque, si es falla o fractura, así mismo debemos asociarlos también a los demás parámetros descritos anteriormente.


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fi g.12 Signi fi cado de espaciado y persistencia

3.2 Resistencia de la Roca Intacta Se han realizado ensayos en campo usando un equipo especializado para ello, el esclerómetro o martillo de Scmith, es un instrumento usado para conocer la dureza de una roca, estimando la resistencia compresiva de la misma en un proceso no destructivo de ensayos que consiste en aplicar la mayor cantidad de rebotes en la superficie de la roca que permitirá un mejor grado de confiabilidad de los resultados, a continuación los ensayos y resultados en la Mina San Juan de Arequipa obtenidos son los siguientes: Zona Esperanza


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Los resultados muestran una roca con resistencias media alta, aspecto muy favorable para la estabilidad del macizo rocoso, el mayor rango obtenido en esta zona es de 78mpa a la compresión uni-axial simple y el mínimo valor es de 42mpa. El muestreo fue realizado en una zona de preparación, acceso principal hacia la zona mineralizada, en la roca encajonante, y en ambos sentidos horizontales, podemos concluir que la roca en esta zona es competente, habrá que analizar los demás parámetros de evaluación. Así mismo podemos concluir que la resistencia obtenida de este muestreo representa la resistencia de las paredes de la roca en una zona lejana a la estructura y en la medida en que nos acerquemos a la estructura es muy probable que esta resistencia vaya disminuyendo por efecto de la aureola de alteración producida por la presencia de la estructura mineralizada, muchas veces afecta a la caja en la zona de explotación en varios metros debilitándola, en otros casos la alteración y su efecto es menor incluso unos centímetros.

Esperanza Zona de falla

Los resultados obtenidos indican resistencias bajas, en el mejor de los casos estamos con 20mpa en un solo escenarios, y el resultado más bajo es de 6mpa, luego existe diferentes resultados pero en ese rango, este resultado se alinea a la falla presente en el lugar de ensayo, por lo que los valores son bajos debido a la influencia de esta discontinuidad. Adicionalmente es importante mencionar que en zonas de falla las características del macizo rocoso varía fuertemente con respecto a la litología que la engloba, por lo que el tratamiento de estabilidad en este tipo de zonas es diferente y especial, se debe incrementar


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el Factor de Seguridad (F.S.), sosteniendo un poco más, así mismo se debe sostener al menos 2 a 3m antes y después de la falla, de tal forma de estabilizar esta zona de debilidad. No obstante un resultado de 20mpa en un punto cercano a la falla indica que la influencia de la falla no es amplia, que afecta sólo unos pocos metros inmediatos a su ubicación, lo que encontramos en estas zonas son rocas más alteradas, aperturas con rellenos arcillosos, un mayor grado de fractura y planos de discontinuidades cercanos, la calidad de la roca es baja incluso de Mala calidad en la zona de influencia de la falla y hacia los límites de esta mejora gradualmente hasta una roca de regular calidad.

NV. 520

En la zona del Nv. 520 los resultados de los ensayos mostraron resultados interesantes de resistencias medias altas, hasta de 77mpa en una de las pruebas y de 53mpa la más baja, algo característico explicado anteriormente en zonas de accesos principales, alejadas de la estructura mineralizada. Este valor es importante y conveniente para la estabilidad de la roca al interpretarlo en conjunto con los demás parámetros del macizo rocoso.


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Labor 519 caja piso y caja techo

También se realizó ensayos en zonas de explotación con la estructura cercana a las rocas encajonantes, se encontró resultados de resistencias medias, con valores de 40-45mpa en varios puntos, uno de 55mpa y el más bajo 24mpa, valores interesentes que a pesar de estar cerca de la estructura mineralizada mantienen su dureza individual alta, sin embargo si comparamos con los resultados de las labores principales de acceso, se evidencia una disminución en cuanto a la resistencia. Nv. 660


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Los resultados en el caso del Nv. 660 arrojaron resultados similares a los anteriores ensayos, resultados de hasta 65mpa y el más bajo obtuvo 45mpa, confiriéndole a esta zona una resistencia media alta de las muestras de roca. Los resultados como en los anteriores son bastante buenos y positivos para la estabilidad de las labores, no obstante insistimos en observar y analizar la evaluación de las otras condiciones del macizo rocoso.

3.2.1 Resumen de ensayos de resistencias:

3.3 Registro de datos Ahora realizaremos el levantamiento de campo de los demás parámetros del macizo rocoso explicados en el punto 3.1, de tal forma que juntemos toda la información y establezcamos en que tipo de roca del macizo rocoso nos encontramos, en la parte de la compresión uniaxial simple colocaremos los resultados obtenidos de los ensayos de campo con el martillo de schmidt. El peor problema que puede enfrentar un ingeniero de excavaciones subterráneas es el no previsto, dentro del espacio confinado del túnel es difícil y peligroso dar soluciones a problemas de estabilidad que se presentan de forma inesperada, por lo general las soluciones están orientadas a cambiar geometrías de excavación, reubicación de labores, sostenimientos o drenes de desviación para problemas con presencia de agua subterránea. Está bien claro que no hay que ahorrar esfuerzos razonables para obtener una idea clara de las características del macizo en los inicios de cualquier proyecto, concediendo la cantidad suficiente de recursos, económicos, de trabajo, y el tiempo necesario para la recolección de datos y la investigación de campo y gabinete. Por lo que es muy importante guardar toda la información realizada durante las etapas de exploración y preparación, como los núcleos de los sondajes diamantinos, estos testigos almacenan una información de primer orden para poder estimar y calcular parámetros del macizo rocoso que aún no vemos ya que la excavación está en etapas iniciales.


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El resultado de la evaluación geomecánica nos da como resultado roca de Mala calidad, observemos que a pesar de tener una resistencia de la roca media como muestra individual correspondiente quizás a una roca regular, los demás valores evaluados han disminuido esta primera impresión de macizo rocoso competente a uno de Mala calidad.


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Para esta labor el resultado de la calidad del macizo rocoso ha resultado en el límite de una roca Mala a Regular, el rango corresponde a una roca Regular, no obstante se debe tener especial cuidado con los parámetros de la roca obtenidos, por ejemplo la presencia de agua, la alteración de la roca y la ligera rugosidad son aspectos negativos y que se debe estar monitoreando. Existe una equivalencia entre los valores de roca para cada clasificación geomecánica, en el presente informe estamos también evaluando y clasificando usando también el criterio de Barton y el GSI, ya que es importante tener diferentes puntos de vista al momento de designar la calidad de un macizo rocoso.


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Esta labor tiene una calidad de macizo rocoso de Regular calidad, así como en el anterior resultado se encuentra en el límite de calidad hacia una roca de Mala calidad, de igual forma monitorear los valores bajos de rugosidad, alteración y presencia de agua. Así mismo observar que la roca unitariamente como muestra ha obtenido un interesante valor de resistencia, sin embargo al sumarla con los demás valores del macizo rocoso el resultado es diferente de esa impresión de tener una roca muy resistente, y esto debido a que estos bajos valores de alteración rugosidad y presencia de agua hacen que el macizo rocoso disminuya su capacidad de resistencia a esfuerzos del entorno.


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El macizo rocoso de esta zona ha resultado de calidad Regular, con valor de RMR 43, los aspectos a tener en cuanta y monitorear son los bajos valores de alteración y de rugosidad que debilitan al macizo rocoso, la roca unitariamente tiene buena resistencia, sin embargo las discontinuidades están aperturadas, asociado al relleno suave de las fracturas con una baja capacidad de fricción puede generar condiciones inestables en la labor. El valor de 1mpa equivale a la capacidad que tiene un material a resistir un peso o esfuerzo de aproximadamente 10kg/cm2, a manera de comparar con otros materiales y tener una idea de estos valores, el shotcrete a 28 días está llegando a 21mpa, una roca volcánica inalterada está llegando a resistir más de 100mpa, todo lo anterior referido sólo a la resistencia de la muestra de roca.


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Con un RMR de 48 el macizo rocoso en esta zona es de regular calidad, existe un mayor comportamiento de la rugosidad, la alteración es ligera, y la presencia de agua es prácticamente nula por lo que estos aspectos condicionan a que la roca se comporte más estable, adicionalmente a la resistencia media alta de la roca como muestra. El índice Q de Barton evalúa a diferencia del RMR otros aspectos importantes del macizo rocoso como el factor de reducción de esfuerzos en función a los problemas de tensión en la roca asociado a la profundidad de excavación, en cambio el RMR considera en su evaluación la resistencia unitaria de la roca como muestra.


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El resultado de esta evaluación geomecánica indica un RMR de 26 lo cual representa una roca de mala calidad, cercano al límite con una roca de muy mala calidad, los aspectos a considerar de cuidado son las aperturas entre los bloques, están abiertos con relleno suave y con una rugosidad muy baja, liso, la alteración es fuerte, lo cual le resta resistencia a esfuerzos del entorno, la presencia de agua es en flujo medio, aspecto aún más negativo y que en el corto plazo lava los rellenos suaves de las fracturas y condiciona a permitir deslizar una bloque con respecto a otro, en este aspecto es importante considerar un sostenimiento oportuno, dentro del ciclo de minado establecer la secuencia más apropiada para la instalación de sostenimiento.


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El resultado de la evaluación RMR 60 para esta zona indica un macizo rocoso de Regular a Buena calidad, con condiciones favorables para la estabilidad de la labor, ya que el poseer superficies rugosas condiciona un alto grado de fricción entre los bloques de roca, del mismo modo la alteración es ligera lo que permite una mejor resistencia de la roca, la zona es seca, el agua no es condicionante de alterar y acelerar al macizo rocoso y debilitarlo. Finalmente también obtendremos la resistencia en Mpa de todo el macizo rocoso a partir de los valores de RMR por consiguiente valores de RMR altos indican valores de resistencia del macizo rocoso también altos, este aspecto es importante al momento de determinar los esfuerzos principales a los que está sometida la excavación.


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3.4 Esfuerzos Iniciales Alrededor de las Excavaciones

Todas las excavaciones subterráneas están sujetas a esfuerzo del entorno (del macizo rocoso) que tratarán de vencer la resistencia de la roca en el borde de la excavación y compensar el vacío generado por las excavaciones, en este sentido es que es importante conocer los esfuerzos iniciales o principales con los cuales nos enfrentaremos luego al momento de establecer los factores de seguridad adecuado para cada labor minera (F:S).


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En el primer caso observamos que los F.S. son muy bajos 0.13 y 0.06, lo cual indica que las presiones o esfuerzos del entorno debilitarán la excavación realizada ya que no es capaz de soportar naturalmente estos esfuerzos, por lo que se hace necesario aplicar sostenimiento en esta zona para compensar tales presiones. En la medida en que la roca es de mala calidad requerirá mayor sostenimiento para soportarla, teniendo en cuenta además en que tipo de laboreo minero estamos trabajando, si es temporal o permanente.

Para estas labores los valores de seguridad también son bajos, tenemos 0.51 y 0.14, por lo que también es necesario reforzar con sostenimiento esta zona, el sostenimiento es dinámico y existe una gama de alternativas, pernos de anclaje espaciados sistemáticamente


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combinado también con malla, ayuda a contener mejor los bancos de roca e integra en abanico los pernos instalados en esa sección en forma envolvente. SECCION BAUL labor: 7803 Profundidad a superficie

600 m

Ancho

B

3.00 m

Altura Radio curvatura

H

1.80 m 1.50 m

B

Radio curvatura

0.54 m

A

Campo de esfuerzos

K

densidad

0.66

d

3.00 TM/m3

Esfuerzo vertical

Sv

11.88 MPa

Esfuerzo horizontal Resiste.de la roca intacta

Sh r

18.00 MPa 62.7 M Pa

m

7.32 MPa

Resistencia del Macizo

Los datos estructurales ha sido elaborados a partir de la hoja del Reporte Geomecánico que es representativa de las condiciones del macizo rocoso de esta zona Sv

= Kp = 11.9 MPa

B

=

0.68

p1 = 12.3 MPa

FS =

0.60

FS =

0.11

1.50

A

1.50 H = 1.8 A

3.67

p1 = 66.1 MPa

Sh

p1 = 18.0 M Pa

0.30

B= 3

A

B

= p1 ( 1- K + (2B/

1/2

)

A

= p1 ( K – 1 + K (2H/

= .

B

p

= 3.67 p

1 1/2

B

)

)

2

Esfuerzo tangencial de compresión en la clave del túnel (ecuación 2). El Factor de seguridad es: FS =

A

)

0.60 Condición inestable

Esfuerzo tangencial de compresión en los hastiales (ecuación 1). El factor de seguridad es: FS =

0.11 Condición inestable

Los factores de seguridad también son bajos en este análisis, 0.6 y 0.11, de igual forma requerirá sostenimiento para compensar los esfuerzos del entorno, la idea es incrementar el factor de seguridad al menos a 1 para que exista equilibrio y 1.5 para que tenga un factor más ideal para labores permanentes. Los esfuerzos principales están orientados en forma horizontal y vertical, y dependiendo de su ubicación los esfuerzos horizontales pueden ser mayores que los verticales y viceversa, este es un aspecto que está muy relacionado con el comportamiento elástico de la roca y la profundidad de la excavación.


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Los resultados también son bajos para esta labor, debo aclarar que estamos realizando el análisis sin haber colocado aún sostenimiento, en las labores de la Mina actualmente están sostenidas y han conseguido estabilizar las zonas actuales de trabajo, sin embargo existen zonas antiguas que aún faltan por reforzar, adicionalmente se requiere de procedimientos y parámetros de sostenimiento para implementar, con la finalidad de obtener el mejor resultado durante su instalación y evitar derroches.


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Los resultados indican F.S. bajos de 0.54 y 0.14, por lo que es necesario reforzar con sostenimiento esta zona, tener en cuenta que el valor de la roca unitaria es media alta con 53.1mpa, no obstante otros aspectos como la profundidad, la alteración, presencia de agua, las secciones de minado, e incluso la calidad de voladura determina el tipo y la cantidad de sostenimiento a instalar. En muchos casos el hecho de tener rocas muy competentes también genera inconvenientes en la estabilidad de las labores, ya que las rocas tenaces se comportan de forma frágil, muchas veces reaccionando violentamente hacia la excavación.


___________________________________________________________________________

Analicemos este caso, los valores de resistencia de la roca individualmente son bajos, adicionalmente al realizar la evaluación geomecánica, los parámetros analizados son muy negativos para la estabilidad del macizo rocoso, por consiguiente la valuación final corresponde a una roca de mala a muy mala calidad, además que la resistencia del macizo rocoso también será bajo, esta conclusión nos indica desde ya que el macizo rocoso no tendrá la capacidad de resistir los esfuerzos del entorno, los valores obtenidos F.S. de 0.05 y 0.01 lo corrobora, considerar que la mina continua profundizando y ello implica una mayor carga litostática, el comportamiento del macizo rocoso cambiará en la medida que profundizamos, por lo tanto para labores con estas características geomecánicas se debe sostener inmediata y adecuadamente.


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En este caso tenemos equilibrio en las presiones verticales con respecto a la resistencia del macizo rocoso en ese punto, sin embargo tenemos problemas de estabilidad con respecto a las presiones horizontales, el sostenimiento siempre está definido por la condición más crítica, en este caso la labor requiere refuerzo de sostenimiento sobre todo en los hastiales. Es importante mencionar que todas los análisis realizados está en base a una carga litostática de 600m, es decir, si profundizamos más la Mina tendremos ciertas complicaciones con el desarrollo de las labores, la mejor forma de contrapesar esta condición es el de sostener oportunamente, con elementos apropiados y sobre todo correctamente instalados.


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ETAPA III: PROCESAMIENTO E INTERPRETACION DE LA DATA 3.5 Clasificación Geomecánica de la masa rocosa Los objetivos de clasificar a la masa rocosa son: Identificar los parámetros más significativos que influyen en el comportamiento la masa rocosa.

de

Dividir una formación rocosa en grupos de similar comportamiento, es decir, clases de masas rocosas de diferentes calidades. Proporcionar una base para el entendimiento de las características de cada clase de masa rocosa. Relacionar la experiencia de las condiciones de la roca de un lugar a las condiciones y experiencia encontradas en otros lugares. Obtener datos cuantitativos y guías para el diseño de ingeniería. Proporcionar una base común de comunicación entre el ingeniero y el geólogo. 3.5.1

Clasificación Geomecánica RMR:

Bienawski desarrolló uno de los sistemas de clasificación más utilizados en lo últimos años por los ingenieros geotécnicos, conocido como RMR (Rock Mass Raiting) índice que sirve de base y guía para la excavación y sostenimiento de túneles y galerías. Dicho sistema de clasificación se ha desarrollado en base a otras clasificaciones previamente desarrolladas conjuntamente con casos prácticos en obras subterráneas tanto civiles como mineras. El factor que define la clasificación es el llamado índice RMR, a través del cual se determina la calidad del macizo rocoso en cada entorno estructural en función de los siguientes parámetros: Resistencia a la compresión simple de la masa rocosa RQD, este índice de calidad juega un papel importante para seleccionar el sostenimiento en la excavación subterránea. Como sabemos el RQD se obtiene a partir de los trozos de testigos mayores a 10cm a través de las recuperaciones llevadas a cabo mediante sondeos, o a partir del índice volumétrico de las diaclasas por metro cúbico determinado en un afloramiento (RQD=115-3,3*Jv) Espaciado de las discontinuidades estructurales (diaclasas, fallas, planos de estratificación, etc.) Naturaleza de los planos de discontinuidad tales como apertura de los labios de discontinuidad, rugosidad, relleno de las juntas, dureza, etc, Presencia de agua, se estima el flujo de agua en lt/min por cada 10m de túnel. Orientación de las discontinuidades con respecto con respecto al eje de la estructura subterránea.


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Parámetros de Clasificación y sus valores

Ajuste de valores por orientación de las juntas

Determinación de la clase de Macizo Rocoso

Significado de la clases de Macizo Rocoso


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Efecto de la Orientación y Buzamiento de las Discontinuidades.

Guía según Bienawski para excavación y sostenimiento de túneles en roca con sección de 10m de ancho, mediante perforación y voladura en condiciones de presión vertical menores a 25mpa.

Estos valores deben ser ajustados a la realidad de cada mina, en el caso de la Mina San Juan de Arequipa, los valores de RMR son correctos, en cuanto al avance depende de la sección de minado, área abierta, para nuestro caso nuestras secciones son menores a las


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planteadas en este cuadro, y por consiguiente los avances sugeridos serán mayores, en el caso de sostenimiento las longitudes de pernos serán menores y el espaciado es similar al expuesto en la tabla, en el caso de shotcrete y cimbras no aplica en la Mina, por ahora, aunque no se descarta su uso dependiendo del comportamiento del macizo rocoso a futuro. Procedimiento de medición y cálculo de RQD

3.5.2

Indice de calidad Tunelera de la Roca “Q”

Sobre la base de evaluación de un gran número de casos históricos de excavaciones subterráneas, Barton, del Instituto Geotecnico de Noruega, propusieron un índice de calidad tunelera para la determinación de las características de la masa rocosa y de los requerimientos de sostenimientos de los túneles, el valor numérico de este índice Q varía sobre una escala logarítmica desde 0.001 hasta un máximo de 1,000, y está definido por:

Q

RQD Jn

x

Jr Ja

x

Jw SRF

Donde: RQD

es la designación de la calidad de la roca

Jn

es el número de sistemas de Juntas


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Jr

es el número de rugosidad de las juntas

Ja

es el número de alteración de las juntas

Jw

es el factor de reducción por agua en las juntas

SRF

es el factor de reducción por esfuerzos.

La calidad tunelera de la roca Q puede ser considerada en este sistema como una función de sólo 3 parámetros, los cuales son crudas medidas de: Tamaño de bloques

RQD / Jn

Resistencia al corte entre los bloques

Jr / Ja

Esfuerzo activo

Jw / SRF

Clasificación de parámetros individuales usados en el índice de calidad tunelera “Q”


___________________________________________________________________________


___________________________________________________________________________


________________________ _________ ______________________________ ______________________________ _______________________________ ________________ _____

3.5.3

Indice de Resistencia Geológica GSI (Hoek y Marinos 2,000)

En este criterio para definir la estructura de la masa rocosa, se considera por un lado el grado de fracturamiento o la cantidad de fracturas (discontinuidades) por metro lineal, según esto se toma en cuenta las siguientes 5 categorías de fracturamiento: Masiva o Levemente fracturada (LF) Moderadamente fracturada (F) Muy fracturada (MF) Intensamente fracturada (IF) Triturada o brechada (T) Por otro lado se considera la condición superficial de la masa rocosa, que involucra a la resistencia de la roca intacta y a las propiedades de las discontinuidades; resistencia, apertura, rugosidad, relleno, meteorización o alteración, según esto las 5 categorías que se definen son: Masa rocosa Muy Buena (MB) Masa rocosa Buena (B) Masa rocosa Regular (R) Masa rocasa Pobre (P) Masa rocosa Muy Pobre (MP)


________________________ _________ ______________________________ ______________________________ _______________________________ ________________ _____


________________________ _________ ______________________________ ______________________________ _______________________________ ________________ _____


________________________ _________ ______________________________ ______________________________ _______________________________ ________________ _____

3.6 Uso de los sistemas de Clasificación, Cálculos Geomecánicos Todas las clasificaciones geomecánicas mostradas anteriormente han sido realizadas en campo, los resultados de estas están en el capítulo anterior, a continuación muestro el resumen de estos resultados en las 3 clasificaciones geomecánicas explicadas en los cuadros anteriores al detalle:

Labores y Tipos de roca

Labores, resistencia y Factores de Seguridad

3.6.1 Aberturas Máximas de las Excavaciones La estabilidad de una excavación subterránea depende de las condiciones estructurales que se encuentran en el el macizo y también de la relación relación que existen entre los esfuerzos esfuerzos en la roca y su resistencia. Las excavaciones a poca profundidad reciben una gran influencia de las condiciones estructurales y del grado de meteorización del macizo. Por otra parte la estabilidad de las excavaciones profundas depende casi totalmente del comportamiento del macizo en relación con el campo de esfuerzos inducidos alrededor de las cavidades. La estabilidad de la roca en las inmediaciones de las cavidades subterráneas y el comportamiento y el sostenimiento que se usa para sostener esa roca, dependen a su de las discontinuidades que anteriormente existían y de las fracturas provocadas en la roca por las voladuras actualmente.


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Para los valores obtenidos de la Mina San Juan de Arequipa, el cuadro sería: nivel

labor

RMR

Q

M.A.

DE

ESR

734

Gal 519

25

1.28

3.5

1.87

1.6

520

BP 520

42

1.71

4

1.87

1.6

520

7803

42

1.78

4

1.87

1.6

660

BP 660

43

1.48

4

1.87

1.6

660

8913

48

1.88

4

1.87

1.6

734

Estocada

26

1.23

3.5

1.87

1.6

734

Cortada

60

7.9

7.5

1.87

1.6

La forma correcta de interpretar estos valores es que una excavación subterránea con características geomecánicas propias del macizo rocoso se pueda excavar hasta una longitud dada que el macizo rocoso pueda soportar este tramo avanzado sin sostener, lo cual es muy relativo y dependiendo de la calidad de avance, de voladura, de las posibles variaciones del macizo pueda tener en el avance, y que aún no vemos, de la calidad y aplicación del desatado de rocas, por lo que el autor de este informe recomienda eliminar las condiciones inseguras o riesgosas, aplicando un desatado de roca o un sostenimiento puntual inmediato después de cada avance, sostenimiento preventivo que permita avanzar el ciclo de minado sin riesgos ni peligros para el personal y el patrimonio de la empresa.


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3.6.2 Tiempo de Auto Sostenimiento 1día

30

1 sem. 1 mes

1 año

10 años

80

20

O O S C 15 O R O Z C I A 10 M 3.6 Análisis Computacional D E L 8 N m I O 40 , C Nv O520-6Bp 7803. R A O L H 5Direction V A Dip/Dip C E 4 65/105 T

COLAPSO INMEDIATO

60

80

L 71/110 3 E D N A P S

60

20

S O O C O R Z O A C I 40 M D E L O N I C O R A VA L NO SE REQUIERE

2

1

SOSTENIMIENTO

20

10-1

100

101

102

10 3

10 4

105

Tiempo de Auto-Sostenimiento, horas Para los valores obtenidos en la Mina San Juan de Arequipa, el cuadro sería: nivel

labor

RMR

Q

M.A.

DE

T.A.S. días

734

Gal 519

25

1.28

3.5

1.12

0.04

520

BP 520

42

1.71

4

1.12

2

520

7803

42

1.78

4

0.8

2

660

BP 660

43

1.48

4

1.12

2

660

8913

48

1.88

4

0.8

20

734

Estocada

26

1.23

3.5

1.12

0.04

734

Cortada

60

7.9

7.5

1.12

300

Para tener claro este concepto, el hecho de que una labor posea un tiempo de autosoporte significa que a una labor con las carcaterísiticas geomecánicas correspondientes a ese macizo rocoso tiene un tiempo aproximado en el cual no habrá desestabilización, pasado este tiempo estimado empezará a producirse debiltamientos alrededor de las excavaciones, y se complicará la estabilidad. Por lo que el autor del presente informe recomienda sostener las labores en la medida que se realice el avance, desatar en forma constante, antes, durante y después de cada ciclo operativo. El autor de este informe ha querido mostrar estos cuadros de máxima abertura y autosoporte con fines didácticos y dar una orientación de los criterios aplicados en minería para estimar el tiempo de autosoporte los cuales deben ser validados en la mina, en la operación ya que existen otros aspectos naturales y operativos que pueden afectar estos valores.


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3.7 Análisis Computacional 3.7.1DIPS, UNDWEDGE Nv 520- Bp 7803 Dip/Dip Direction 65/105 71/110


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La intención de mostrar los estereogramas de las discontinuidades es el ubicar espacialmente las familias de discontinuidades presentes en el macizo rocoso, y definir en importancia cual son las discontinuidades o familias predominantes en la zona de tal forma que estructuralmente establezcamos la dirección y buzamiento de estas y como influencian en la estabilidad de la roca. Otro tema importante es el de analizar si las familias de discontinuidades se intersectan, ya que ello representa una condición muy inestable para la excavación, forman cuñas inestables con la posibilidad de que el bloque ceda se debilite y caiga, entonces es importante establecer el gráfico por donde pasan las familias principales de discontinuidades. Se puede apreciar en el primer gráfico de los datos tomados en campo de la mina San Juan de Arequipa que se han hallado 2 familias principales de discontinuidades, las cuales están con dirección paralela a la dirección de la excavación, lo cual es desfavorable para la estabilidad de la excavación.


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Mediante el análisis e interpretación con el software unwedge podemos esquematizar en 3 dimensiones los bloques de roca generados por la intersección de las discontinuidades, para esta labor de la Mina hemos hallado 3 bloques de roca, los cuales en ese momento tienen un F.S. (factor de seguridad), que indica si el bloque de roca es estable o no. Para el primer bloque tenemos un F.S de 1.59, valor que le confiere equilibrio y estabilidad, se ubica en el hastial de la excavación, dependiendo si la excavación es permanente o temporal, el tamaño del bloque, el peso, que para este caso es de 100kg, consideramos que es un riesgo mantenerlo sin soporte, por lo que recomendamos desatar o aplicar sostenimiento mediante pernos de anclaje. Para el segundo bloque tenemos un F.S. de 12, un valor muy elevado y que indica estabilidad y que difícilmente pueda ceder, sin embargo al observar el gráfico vemos que el bloque se encuentra ubicado en el techo de la excavación, lo que también es peligroso, el bloque pesa alrededor de 40kg, puede generar daño. Para el tercer bloque tenemos un F.S. de 0.2, valor muy bajo para la estabilidad de la excavación, con un peso de 1.5tn, es importante considerar sostenimiento en esta zona, también está ubicado en la corona de la excavación, con ese peso puede generar daños considerables al personal, por lo que se recomienda desatar e instalación de sostenimiento. Finalmente se observa en el gráfico de sostenimiento que todo el arco de la excavación está sostenido, mejorando la estabilidad de la excavación y los F.S. han mejorado en valor, es importante establecer el sostenimiento en el programa hasta alcanzar un F.S. aceptable y confiable.


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Nv 660 Bp 8913 Dip/Dip Direction 49/275 69/130 60/230


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Para este análisis hemos obtenido lo siguiente; 3 familias principales de dsicontinuidades, las cuales se intersectan, por lo tanto generan bloques de roca inestables, en todos los casos los planos principales son cruzan al eje principal de la excavación.

Se puede observar 2 cuñas de roca formados por la intersección de las familias principales de discontinuidades una hacia el piso de la excavación, la otra en el techo, la primera impresión del gráfico es que el bloque ubicado en el piso de la excavación no pueda generar inestabilidad o daño personales, sin embargo en zonas de fuertes presiones, en rocas muy tenaces y a la vez frágiles es probable que genere un desprendimiento violento y súbito hacia arriba, no está demás tener en cuenta, colocar sostenimiento, pernos hacia el hastial bajo de la excavción, preventivamente. La segunda cuña o bloque de roca de considerable tamaño, si es capaz de producir daños considerables personales y de equipos, observando el gráfico la cuña abarca el hastial y casi todo el techo en un ángulo de reposo hacia el hastial, este aspecto de la ubicación de la cuña es importante en el análsis del resultado y muchas veces es positivo para la estabilidad de la cuña, de otra forma si la cuña estuviese de manera central en la excavación podría caer de forma inmediata. De todas formas requiere sostenimiento mediante empernado.


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Los resultados de la evaluación indican al bloque 2, ubicado en el techo de la excavación como estable, como mencionaba en el párrafo anterior, los resultados dados por los programas son buenos, dan un panorama gráfico de lo que tenemos alrededor de la excavación, no obstante es importante juntarlo con otros criterios operacionales, ya que estos programas por ejemplo no incluye en la data si es una labor permanente o temporal y su comportamiento en el tiempo, es una fotografía del momento, la labor del geomecánico es interpretar estos resultados para establecer condiciones favorables para el minado a corto, mediano y largo plazo. 3.7.2Análisis Computacional PHASES Los elementos de entrada de este programa fundamentalmente son las propiedades físicas y mecánicas de la roca, el peso específico, módulos de elasticidad, si el material es de comportamiento elástico o plástico, el criterio de falla con el que vamos a realizar la corrida, las tensiones, el ángulo de cohesión, la fricción, resistencia de la roca, valores mecánicos de la roca “m” y “s”, derivados de las clasificaciones Geomecánicas realizadas en la Mina. Así mismo definir la dirección de esfuerzos iniciales en la zona, en base a la profundidad, si existen condiciones estructurales relevantes. Todos estos valores serán analizados en el software y lo que obtendremos serán valores de esfuerzos inducidos sobre las excavaciones, en Mpa, en F.S. espaciamiento adecuados entre labores, y de ser necesario recomendaciones para mejorar la estabilidad de la Zona.


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De la información proporcionada por la Mina tenemos un gráfico de la forma de excavación actual, con dimensiones ideales de diseño, con este esquema realizaremos el análisis computacional:


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Aplicación:

Esquema del macizo rocoso antes de ser Minado con propiedades geomecánicas.

Esquema del proceso de Minado con B.P., cruceros, galerías, vetas sobre el M.R.


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Esquema del minado con el proceso de relleno en la zona de explotación.

Esquema del minado final en este tramo con relleno de las aberturas temporales.


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Interpretación:

Estado inicial del M.R. en equilibrio y con F.S. altos

Esquema de la variación de los F.S. alrededor de las excavaciones, acción de esfuerzos.


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Debilitamiento de las excavaciones, esfuerzos inducidos, hacia el piso y techo.

Redistribución de los esfuerzos inducidos, excavaciones aledañas, nuevos valores de F.S.


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Las tensiones se concentran en el techo de la excavación principal, de base.

El relleno favorece la estabilidad de las excavaciones, como barrera de deformaciones. ___________________________________________________________________________ Estudio Geomecánico Mina San Juan de Arequipa 64

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Se observa tensiones en el techo de la estructura, F.S. bajos, el relleno estabiliza.

Vectores y deformación del macizo orientados hacia la excavación principal.


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Orientación de esfuerzos principales, horizontales y verticales. Para orientar en cuanto a la realización de esta aplicación y el análisis al respecto, primeramente los datos de entrada han sido los recogidos de campo y procesados en gabinete, así como la información proporcionada de la mina, hemos hecho el análisis usando el método por esfuerzos gravitacional que usa la carga litostática sobre la labor, para la Mina hemos usado un promedio de 600m, así también hemos definido 4 tipos de materiales, la roca inalterada lejos de la estructura con mejor comportamiento de la masa rocosa, un roca cercana a la estructura influenciada por la alteración y perturbación de la veta, la estructura mineralizada con bajos valores geomecánicos, y el relleno que confina a las aberturas temporales. Tener en cuenta por el gráfico usado que las secciones son ideales y el relleno también, a veces en el campo hay variaciones al respecto que puede modificar los resultados de esto. Los colores corresponden a los F.S. alrededor de las excavaciones, el rojo indica un F.S. muy bajo, casi 0, el anaranjado cercano a 1, el verde y el azul representan F.S. estables ideales, lo que buscamos obtener y restituir al macizo rocoso luego de excavar, para equilibrar las tensiones del entorno, es fácil deducir que ello es complicado ya que el relleno pueda igualar en calidad muchas veces al macizo rocoso excavado, lo que hace es absorver las tensiones y confinarlas. Este análisis ha sido realizado sin haber considerado aún el sostenimiento en el ciclo de minado ya el autor del presente informe quiere mostrar los efectos de las excavaciones a la estabilidad del macizo rocoso, y la necesidad de realizar sostenimientos oprtunos y adecuados, obviamente que el realizar sostenimiento en este análisis mejora el F.S. de las labores, y la importancia de un relleno topeado para estabilizar las cajas hacia los cortes superiores.


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3.8 Sostenimiento

Al extrapolar los resultados de la Mina San Juan de Ar equipa, se observa en los abacos de aberturas y tiempos de autosoporte en el punto 3.6 y conjuntamente con lo analizado el campo y en el gabinete con los softwares geomecánicos, encontramos que todas las labores requieren sostenimiento en mayor o menor cantidad, dependiendo de la calidad del macizo rocoso hallado y expuesto líneas arriba, por lo que el sostenimiento recomedado y la estabilidad de la Mina será de la siguiente forma: Realizar un control de la estabilidad del terreno, esto mediante programas de desate de roca, sostenimiento oportuno, es importante establecer cronogramas y conformar cuadrillas de desatadores que puedan estar en forma constante elimanando las condiciones inseguras de las excavaciones, y reforzando estas zonas debilitadas, según evaluaciones, mediante sostenimiento que permita mantener estable la excavación por un período más largo, las barretillas deben estar estratégicamente ubicadas en labores principales de acceso, es importante tener en cuenta sostener dentro de los parámetros establecidos y tener en cuenta criterios como el tiempo de autosoporte y máximas aberturas. Se debe de implementar un sistema para el sostenimiento oportuno en base al TAS (tiempo de autosoporte), esto puede ser un LMA (límite máximo de avance) en base al tipo de terreno y la secuencia de minado, en forma didáctica y usando parámetros técnicos de estabilidad hemos mostrado estos valores los cuales pueden ser el punto de partida para establecer estos parámetros de estabilidad, recomendamos estar dentro de un rango de abertura sin sostener entre 5 a 10m y destatar por cada metro avanzado. Los sostenimientos a emplearse deben de ser: pernos sistemáticos, perno y malla, cuadros, dependiendo de los recursos existentes en la mina, aunque no es restrictivo invertir en otra diversidad de sostenimiento, sugerimos por ahora aplicar los sostenimientos anteriormente mencionados, para calidades de roca malas como son el casos de los tajeos de producción el uso de madera es más conveniente, para macizos rocosos de regular calidad una combinación de malla y pernos también funciona y para macizos rocoso de buena calidad el uso de pernos sistemáticos es muy funcional, sobre todo para labores permanentes. Se debe corregir y mejorar el colocado de pernos, mejoras en la perforación del taladro, el colocado correcto según la dirección del terreno, etc. Nuestra recomendación en este sentido es el de instalar adecuadamente los elementos de sostenimiento, un perno de anclaje para que trabaje adecuadamente requiere primero de una perforación acorde al tipo de perno, por ejemplo el perno split set debe tener 2mm más de diámetro con respecto al teladro perforado, caso contrario, el perno no trabajará a toda su capacidad, ya que la fricción no será suficiente, el


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riesgo es que el perno falle por peso del bloque y genere un accidente, en otros casos un mal diámetro de perforación implica que el perno no ingrese y finalmente sea cortado, no lo hemos visto en la Mina, pero es una posibilidad, ante ello la falla se produce por un mal amarre del perno con otros bloques de roca, pudiendo caer, este perno debe soportar en el rango de 0.8-1.2 tn/pie en el caso de los pernos helicoidales, es importante tener en cuenta la relación entre la inyección de cemento o colocación de cartucho con respecto a la longitud del perno, relación volúmetrica de material, este perno trabaja a adherencia y empuje, si la columna del taladro del perno no está correctamente llenado y mal batido no habrá un trabajo correcto entre la roca y el perno, el perno puede fallar por peso del bloque, al corte, este perno debe estar trabajando en el rango de 3.5-4 tn/pie, dependiendo del diámetro y la longitud del perno, para el tema de los pernos de anclaje es importante realizar muestreos de pull test y arranque a la tensión para verificar si están trabajando correctamente Los materiales para el sostenimiento deben de ser; Pernos helicoidales de 5 pies, mallas de 2x2 galvanizadas, postes de madera, tablas. Las secciones de minado actuales es un factor a favor en cuanto a la estabilidad, permite tener labores contraladas, evitando que ocurran realces inesperados, lo peor que puede ocurrir es perder una labor de explotación o de acceso por un mal control en la estabilidad del terreno, además del riesgo y el costo que significa querer recuperar estas zonas, por ello es conveniente realizar inspecciones también de zonas abiertas e identificar zonas de debilidad para reforzar meidante un sostenimiento más pesado realizando combinaciones con los recursos que tiene la mina. Debido al relleno detrítico empleado se evidencia deformaciones en la cajas de las galerías principales, esto ya ha sido correctamente corregido con la construcción de bypases a una distancia que no debe de ser menor a 10 metros tema argumentado por las operaciones mineras. Al respecto de esta observación y lo mostrado en los análisis anteriores el relleno es importante para estabilizar la zonas y confinar las tensiones inducidas y generadas por la densidad de excavaciones en la zona, el relleno debe ser lo más topeado posible y con una granulometría adecuada que permita por porosidad compactarse en sí en el tiempo, es contraproducente hechar bloques grandes ya que habrá mucho espacio vacío y que al aumentar el área exacavada hacia arriba generará mayor presión, finalmente se producirá descajes y posibles zonas de subsidencia. Implementar una tabla geomecánica para un mejor control del terreno. Recomedamos implementar una clasificación geomecánica amigable a las operaciones mineras que permita a los operadores identificar y evaluar al macizo rocoso bajo un mismo idioma y parámetros de evaluación e interpretación, esto generará mejorar la comunicación entre los involucrados de la operación y planificar mejor las actvidades a realizar durante la guardia, además de asignar


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adecuadamente los recursos de sostenimiento, así como la prevención de accidentes por fallas y faltas de sostenimiento. El sostenimiento recomendado en los Bypases es de pernos puntuales y sistemáticos en otras zonas sostenimiento con malla y perno. Recomendamos con especial cuidado las zonas de intersecciones, son zonas de debilidad donde se concentran los esfuerzos y se generan bloques de roca de mayor tamaño debido a tener mayor área excavada, las combinaciones con malla electrosoldada para sostener zonas débiles son adecuadas, usando un procedimiento adecuado de instalación, se controlará mejor la estabilidad de estas zonas. Sobre los Cruceros el sostenimiento recomendado es el de pernos Split set de 5 pies en forma puntual o sistemático 1.3x1.3m. El criterio de aplicación de esta recomendación está orientado a colocar sostenimiento incluso en zonas que aparentemente son estables, los famosos pechos o salientes de roca son zonas de concentración de esfuerzos, que puede con el tiempo aflojarse y generar una condición de riesgo, cuando el macizo rocoso tiene mayor presencia de fracturas y familias de discontinuidades que se intersectan formando bloques de diversos tamaños la instalación de los pernos debe ser realizada en mayor densidad teniendo en cuenta el tamaño de estos bloques. En los tajos el sostenimiento recomendado es el de puntales de caja a caja, como también el colocado de cuadros en otras zonas. Dependiendo del tamaño de los bloques la instalación de los puntales también deben ser sistemático, incluso por cada avance realizado, ya que formamos una mayor viga de soporte hacia la caja techo, los diámetros de los puntales es un aspecto importante para contener adecuadamente las presiones, a mayor abertura mayor diámetro de puntal, la variación con uso de plantillas también es favorable para abarcar mayor área de sostenimiento, en cuanto a la instalación de cuadros es importante el bloqueo hacia los hastiales, sobre todo hacia la caja techo, tener en cuenta que para zonas con presiones en las cajas es favorable la instalación de cuadros cónicos y para presiones verticales mayores cuadros rectos, el espaciado de los cuadros depende del avance de la labor, instalar cuadros en excavaciones implica bajos valores de roca en ella y bajas estabilidades por lo que se debe colocar este sostenimiento en forma inmediata luego de cada avance. Hemos observado en las secciones de los planos proporcionados por la Mina labores antiguas por encima de las labores actuales, por lo observado en la Mina algunas de estas labores de acceso principal tienen problemas de estabilidad, recomendamos priorizar las labores que requieren estar abiertas y las demás labores que no sean usadas rellenarlas lo más topeado posible, una complicación de este aspecto como lo mencionaba en un párrafo anterior es la acumulación de tensiones y que está se liberen de forma súbita y que produzcan serios daños al personal e inconvenientes en el proceso, perder zonas de reservas, o hacer más inaccesible nuestra mina,


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como consecuencia de inestabilidades no controladas en su memomento es muy negativo para la Empresa Minera, es decisión de la operación minera la mejor forma de tratar este tema, otra alternativa propuesta es generar un nuevo acceso hacia las nuevas zonas de minado y confinar las antiguas, también establecer un cronograma de actividades de refuerzo sea el caso para reforzar las labores con mayor criticidad y dar más vida a la Mina, así mismo hemos observado que el laboreo esta actualmente por debajo de los 500m, llegando en algunos casos incluso a 700m, este es un facor a tener en cuenta al momento de efectuar las excavaciones en rocas muy tenaces, con problemas tensionales y zonas estructuralmente débiles, para estos casos la mejor forma de control es el sostenimiento oportuno, los monitoreos, aplicación de procedimentos de trabajo, revisión de estos, capacitaciones, y más estudios, con equipos especiales para determinar la zonificación de los esfuerzos principales en la Mina.


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ETAPA IV: IMPLEMENTACIÓN DE CONTROLES A continuación el autor de presente informe expone los controles más representativos y usados en minería actualmente, como parte de la experiencia en campo obtenida en estos años, es facultad de la empresa minera el interés de poder implementarlos, no obstante estamos plenamente convencidos que todo esto contribuirá a mejorar los controles, los estándares y tratar adecuadamente los riesgos y peligros inherentes al proceso de minado.

4. MEDICION DE DEFORMACIONES DEL MACIZO ROCOSO Las deformaciones del macizo rocoso obedecen a una serie de cambios del entorno de las excavaciones a consecuencia de la aberturas que vamos realizando a medida que avanzan las excavaciones subterráneas, por lo tanto es inevitable generarlas y constantemente estas actuaran sobre las excavaciones presionando y deformado las formas originales a través del tiempo. Por otra parte es también común observar deformaciones que afectan la estabilidad de las labores subterráneas, visibles muchas veces in situ en la inmediatez de la excavación y en otras imperceptibles en el corto pazo pero acumulativas en el tiempo, en ambos casos las deformaciones afectan la estabilidad del entorno y muchas veces al sostenimiento instalado durante el proceso de construcción de la excavación.

fig.13 extensómetr os de cin ta para medir defor maciones del macizo rocoso

Una forma adecuada de controlar estas deformaciones es el de establecer las características geoestructurales del macizo rocoso, establecer las orientaciones principales de las discontinuidades más representativas de forma cuantitativamente y cualitativamente, en tal sentido es posible orientar mejor las excavaciones enmarcados en un análisis más estructural.


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Actualmente existen metodologías y tecnologías para estimar y estudiar las posibles deformaciones del macizo rocoso, la extensometría digital es una buena herramienta que nos sirve para medir las deformaciones del macizo rocoso producto de los esfuerzos del entorno, mediante análisis de convergencias o divergencias del mismo, estimar en velocidad y aceleración a corto y mediano plazo zonas de posibles riesgos o peligros para el personal de mina y las labores o zonas de trabajo. Este trabajo también es importante en el monitoreo de relajami entos de roca, se pued e establecer zonas posibles de eventos, un mapeo de la mina usando este instrumento sería muy conveniente para zonificar zonas de esfuerzos sobreestimados y plantear acciones de control para tratarlo y minimizarlo.

fi g.14 apli cación del extensómetr o en campo para medici ón de defor maciones

Las deformaciones del macizo rocoso siempre se van a producir en mayor o menor intensidad, por lo que es importante establecer las mejores prácticas en el minado de las labores subterráneas, actividades estratégicas como mapeos, zonificaciones, logueos, investigaciones de resistencias de roca, controles de perforación y carguío de taladros de producción, evitando sobre excavaciones, excesos en carguíos, sostenimiento adecuados y en tiempos adecuados de excavaciones, entre otros.

5. CONTROL DEL SOSTENIMIENTO INSTALADO Tener en cuenta que todos los elementos de sostenimiento instalados en la mina deben estar trabajando adecuadamente y soportando al macizo rocoso dentro de los parámetros técnicos establecidos para cada tipo de sostenimiento aplicado, por lo que la actividad de sostenimiento no sólo se limita a instalar un elemento, la actividad es de instalarlo bien, entonces primero debemos conocer las propiedades técnicas de estos elementos. Actualmente en minería existen un diversidad de elementos de sostenimientos para entibar una excavación subterránea, existen los pernos de anclaje, de fricción, mecánicos, de compresión, también el shotcrete estructural lanzado por vía húmeda o vía seca, con variables en las resistencias de diseños, con mayor o menor resistencia, orientados a tipos ___________________________________________________________________________ Estudio Geomecánico Mina San Juan de Arequipa 72

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de labores, tenemos los elementos más rígidos como los cuadros de madera y las cimbras metálicas, e incluso variantes de combinaciones de estas con malla electro soldada, arcos noruegos y espumas expansibles ideales para zonas de agua con baja calidad del macizo rocoso.

fi g.15 Equi po para ensayar r esistencia de pernos en campo, Pul l test

En el caso de instalar pernos de anclaje se debe realizar pruebas de pull test o también conocido como pruebas de arranque, este trabajo consiste en analizar el sostenimiento ya instalado mediante un pistón que se acopla al perno instalado y luego se jala al perno, se observa en los medidores o manómetros del equipo el tonelaje con el que el perno está trabajando en ese momento y en esas condiciones. Dependiendo de la cantidad instalada en el mes se puede realizar este trabajo en todos los pernos ubicados en la mina mensualmente o realizar un muestreo sistemático por labor, por tipo de terreno y por tipo de perno con la finalidad de garantizar la correcta trabajabilidad de los pernos y corregir inmediatamente cualquier inconveniente dentro del procedimiento de instalación o probable falla incluso del producto.

fi g.16 Apli cación del pul l test para pernos en campo


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Para el caso del concreto lanzado, sistema que actualmente no se usa en la Mina, pero que el autor de este informe considera importante mencionar, los controles a usar es mediante muestras sacadas de campo y llevadas a analizar al laboratorio de concreto y realizar ensayos a la compresión y tensión, de absorción de energía, a diferentes edades del concreto y por diseños realizados en la Mina, la finalidad de ello es que si el concreto está cumpliendo las resistencias indicadas por el área responsable de definir el soporte en la mina y así garantizar la estabilidad de las labores subterráneas principalmente aquellas que vana a estar abiertas por buen tiempo o definidas como permanentes.

fi g.17 Equi po para ensayar muestr as de roca en l aborator io

En cuanto a los trabajos de madera es importante cumplir con las especificaciones técnicas dadas por el responsable de definir el sostenimiento en la Mina, esta actividad es antigua y la conocen los maestros enmaderadores con experiencia, esto debido a que la madera por sus propiedades mecánicas brinda muchos beneficios en cuanto al soporte y la estabilidad de las labores mineras, tener en cuenta la calidad de la madera, si es seca o verde, si tiene muchos “ojos” , si es de primera o segunda generación, el diámetro, la longitud, la dirección de las fibras, y en cuanto a la instalación, la unión entre los destajes, si es recto o cónico, el espaciado entre cuadros, la patilla en el piso, la verticalidad, el uso de marchavantis para zonas complicadas, entre otros, son temas importantes para estabilizar adecuadamente las excavaciones sin que estas fallen y evitar que puedan ser generadoras de riesgos y peligros para el personal de la mina.

6. MAPEOS Y PLANOS GEOMECÁNICOS Mayormente Para mejorar el control del terreno es importante realizar mapeos geomecánicos en forma regular si fuese posible en forma diaria, esto permitirá estar a la par con los cambios que pudiesen darse en el macizo rocoso, por decir, cambios en la litología,


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en el grado de fractura, alteraciones, presencia de agua, esfuerzos, problemas estructurales como fallas, diaclasas, discontinuidades, geodas, aberturas, rellenos, entre otros, así mismo esta actividad permite tomar decisiones adecuadas y en forma inmediata de sostenimientos apropiados para el tipo labor que se esté realizando. Es importante mencionar la necesidad de establecer e implementar una tabla geomecánica de la mina con la finalidad de señalar las calidades de roca en el macizo rocoso en el cual están trabajando, así mismo manejar un mismo idioma al calificar y cuantificar a la roca en temas de sostenimiento y secuencias, actualmente la más usada es la tabla GSI, la tabla de RMR de Bienawski, el índice Q de Barton, y la correlación entre las tres tablas.

fi g.18 ejemplo de aplicación del GSI en una operación minera


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El trabajo de campo en cuanto a los mapeos consiste en analizar muchas características de la masa rocosa, analizar las discontinuidades en cuanto a espaciamiento, persistencias, rugosidad, aperturas, el tipo de relleno, así también el RQD, el factor agua, la resistencia de la roca probada en campo, observar la orientación espacial de las discontinuidades en relación a la orientación de la excavación y determinar que tan desfavorable son estos planos, así también establecer la carga litostática sobre las excavaciones, el grado de alteración de la roca, la cantidad de familias principales del macizo rocoso, entre otros. Los planos geomecánicos es la representación gráfica de lo realizado en el terreno, un vez procesada la información levantada de campo de lo anteriormente escrito, esta al ser interpretada luego será conciliada con parámetros usados universalmente, por decir, colores, rangos, parámetro, entre otros, lo cual será dibujando en el plano. El tener un plano geomecánico colocado en las labores mineras también permitirá mejorar los estándares y el control por parte de la supervisión en el control de riesgos. La integración de los mapeos y planos geomecánicos realizados en campo y gabinete permitirá establecer la zonificación geomecánica de la mina por zonas, por niveles, por labores, lo que finalmente podrá distinguir las zonas con mayor y menor competencia de la roca y consecuentemente la forma de excavar la mina estableciendo procedimientos y diseño de minado por cada sector.

fi g.19 Ej emplo de la Z oni fi cación geomecáni ca para una operación minera

Mediante una adecuada capacitación podremos enseñar al personal involucrado directa e indirectamente del proceso operativo del conocimiento del macizo rocoso, mejorando aún más los estándares de la mina y sensibilizando al personal de la importancia de conocer el macizo rocoso y de los riesgos y peligros existentes en el proceso minero al trabajar en el macizo rocoso.


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7. CONTROL DE VOLADURA Es importante tener en cuenta el concepto que al realizar voladuras no controladas con cargas no controladas sin usar procedimientos adecuados que involucre un adecuado control en la perforación, paralelismo y carguío, los resultados de ello serán muy negativos para la estabilidad de la excavación y como consecuencia de ello tendremos primeramente un mayor riesgo y peligro al personal que labora en mina, labores inestables, una mayor inversión no sólo en sostener más sino que tendremos que sobreestimar el sostenimiento bajo un punto de vista de Factor de seguridad. Es decir, el hecho de sostener más implica los siguientes escenarios para ello, en primer lugar tendremos que sostener más ya que primeramente antes de iniciar la excavación hemos estimado un sostenimiento preliminar, y ahora tendremos que invertir algo más para sostenerlo, ello implica que ante una probable sobre excavación tendremos que invertir por el área adicional sobre excavada, además de incrementar el factor riesgo para los operarios que lo instalarán, finalmente y los más importante es que perturbaremos los alrededores más cercanos al macizo rocoso, más de lo necesario, ya que ello se reflejará en un aumento del factor de seguridad al que debemos estar, es decir ya no un FS de 1 sino un FS de 2, ello corresponde a más sostenimiento, más inversión, más riesgo.

fi g.20 Sismógraf o para r eali zar medici ones de ondas de voladur a

Bien, para minimizar lo anteriormente expuesto, se debe plantear tener procedimientos actualizados, revisados periódicamente, realizar levantamiento en campo acerca del la manera en que los operarios realizan esta actividad, corregir las posibles desviaciones halladas, controlar las salidas de explosivos, realizar balances mensuales del movimiento de este producto.


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Los operadores de esta actividad deben realizar una adecuada perforación, manteniendo el paralelismo de sus taladros, la horizontalidad, realizar un cálculo aproximado de su factor de carga asociado a su sección y al tipo de roca, y realizar de ser posible taladros de alivio en los taladros periféricos para aminorar los efectos de perturbación más allá de lo necesario. Luego de realizar estas actividades en campo, se debe realizar un seguimiento en el terreno para verificar si se está realizando voladuras controladas mediante observaciones y uso de instrumentos para lograr optimizar este proceso, en cuanto a las observaciones de campo es importante verificar las cañas producidas por la salida de ondas de voladura, la presencia de ello indica un daño sólo necesario en la roca circundante, llevar las contras por disparo para observar si se está obteniendo eficiencia en el proceso de voladura.

fi g.21 Análisis de las ondas result antes de los dispar os de excavacion es, control de voladur a

La fragmentación es importante para verificar si existe excesiva cantidad de explosivos en el proceso de carguío, es decir, una fragmentación fina representa muchas veces mucha carga explosiva, acá es importante aclarar que en terrenos muy suaves, deleznables, la impresión de esta fina fragmentación puede generar cierta confusión por lo que será importante realizar una adecuada malla de perforación y factores de carga controladas. Por otra parte una fragmentación media gruesa es un indicador de adecuadas cargas explosivas y que se está realizando voladura controlada, un fragmentación demasiado gruesa es posible consecuencia de una inadecuada malla de perforación, cálculo inadecuados de factores de carga, incluso tener fracturas o discontinuidades que cruzan la excavación y que generan que los gases de los explosivos sean mal distribuidos.


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fi g.22 Excavación subterránea con voladur a contr olada

Finalmente un control más exacto de lo que está sucediendo en el proceso de voladura es el monitoreo con un sismógrafo especializado para captar mediante geófonos ubicados cerca a estos eventos, no en forma directa que pueda dañar el equipo, de forma tal que grafiquemos las ondas sísmicas producidas por la voladura, las 3 más importantes, y mediante gráficos que relacionan las vpp (velocidades pico partícula) y el tipo de onda sepamos cuales son las que están generando daño al macizo y rocoso y corrijamos estas desviaciones mediante una malla y carguíos adecuados, adicionalmente obtendremos como valor agregado a este proceso un ahorro significativo en cuanto al uso del explosivo.

8. CAPACITACIÓN El personal que labora en la mina debe tener los conocimientos básicos de cada una de las actividades que realizan, en este caso el conocimiento básico de la mecánica de rocas que les pueda servir para su trabajo diario y que les permita usar esta herramienta como prevención ante riesgos y peligros que pudiese presentarse en la guardia. Se ha comprobado en muchos casos y en minas que la constante capacitación en el personal crea una cultura de seguridad y de prevención por cuidar principalmente la integridad de las personas y también el patrimonio de la empresa, es decir, en la medida que se tenga personal capacitado obtendremos mejor comportamiento usando los materiales adecuados y necesarios para la labor encomendada evitando derroches innecesarios en el proceso, ya que el personal estará más comprometido por conocimiento de los procesos a cuidar más las cosas.


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fig.23 L evantami ento de par ámetros geomecáni cos en campo

Para esta parte de capacitación orientado en el aspecto geomecánico se debe empezar por enmarcar al personal acerca de conocer algunos aspectos del macizo rocoso, en un lenguaje técnico al alcance y entendimiento de todos, aspectos físicos y mecánicos de la roca, tipos de sostenimientos, controles en el macizo rocoso, tipos de labores por criticidad, planos geomecánicos, mapeo geomecánicos, el proceso geomecánico en el diseño de minado, tecnologías de sostenimiento en el proceso de excavación, entre otros temas.

fi g.24 capacitaci ón en campo de las propiedades del macizo rocoso


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Cabe destacar que la capacitación realizada en gabinete por los aspectos teóricos que se tratan con el proyector, las pizarras, los slides, y otra herramientas visuales de enseñanza, es tan importante como la enseñanza realizada en campo, en la práctica, capacitando observando y analizando al macizo rocoso y las propiedades que se pueden parametrar y destacar, todo estos aspectos suman a que el personal pueda finalmente reunir elementos de juicio y tomar decisiones más apropiadas en el transcurrir de su operación minera.

ETAPA V: CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES 9.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Las rocas encajonantes donde se realizan las operaciones son del tipo granodiorita, son rocas duras, resistentes sin embargo esa propiedad también le confiere tenacidad y a la vez fragilidad aspectos negativos para la estabilidad de los hastiales y el techo de las labores. La mina se divide en tres zonas de producción estos son Veta San Juan, Veta Mercedes y Yesica, cuyos RMR o calidades del Macizo Rocoso en promedio son similares, es decir, van de una Roca mala hasta una roca Regular, tener en cuenta 2 aspectos diferentes por un lado una roca con alta resistencia unitariamente y otra un macizo rocoso que agrupa varios aspectos del entorno adicionalmente a la resistencia como el grado de fractura, la persistencia, la alteración, la rugosidad, entre otros que disminuyen en valor esta primera impresión de alta resistencia. El método de minado es el de corte relleno ascendente con perforaciones del tipo breasting para terrenos del tipo malo a regular y perforaciones del tipo realce para terrenos del tipo regular a bueno, tener en cuenta que en perforaciones de realce y breasting se tiende a tener inconveniente en la estabilidad de la corona, para lo cual es importante controles en el proceso de perforación y voladura asociados a las máximas aberturas de minado. Los explosivos que usan son del tipo DINAMITA FAMESA SEMIGELATINA 45 y 65; también EMULSION EXPLOSIVA – EMULNOR de 3000 y 5000, es importante definir el tipo de explosivo por tipo de calidad de roca, lo cual también significaría una reducción de costos y mejor control de la estabilidad, tener en cuenta los taladros periféricos de contorno, alivios, voladura controlada. Anteriormente el método consistía en la construcción de Galerías en los niveles principales los cuales servían como labor de extracción para los tajos en la parte superior, se dejaba un puente con el primer corte de 3 metros aproximadamente, el acceso a estas galerías como a los tajos eran por chimeneas. El relleno que se emplea es el detrítico y las secciones de las galerías es al ancho de veta que podría ser 1,8 a 2,4 metros en ancho y 1,8 en alto. En la actualidad se están realizando by pases a las vetas en los niveles principales, estos by pases comunican a los tajos con cruceros de 7 a 12 metros, las secciones que se tienen en estos by pases es de 2,4 x 1,8 metros, el ancho de explotación en los tajos varia desde 1,8 hasta 3 metros. al respecto es positivo el aspecto de tener


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secciones reducidas ya que ello contribuye a tener una estabilidad controlada, se aprovecha el auto soporte con la propia capacidad de la roca, no obstante es importante mantener estable la vida útil de las labores con pilares, puentes o sostenimiento adecuados, para evitar re-procesos que conllevan a incrementar costos de posibles refuerzos y velando primordialmente por la seguridad de nuestros colaboradores trabajadores. Los sostenimientos aplicados en la actualidad son los de cuadros en los tajos, pernos helicoidales en forma puntual en algunos tramos de los by pases y perno con malla electro soldada de 4x4. Al respecto de los cuadros es indicativo de trabajar en roca de mala calidad, la madera ayuda también como indicativo de posibles presiones del entorno y anticipar eventos por desprendimiento de roca, obviamente cuando están bien instalados, no obstante se debe revisar el procedimiento de instalación, los diámetros de la madera usada, tipo de madera, el distanciamiento entre estos, entre otros. No se cuenta con controles para el tiempo de auto soporte en las labores además de carecer de desate en varias zonas. Es importante contar con parámetros que nos permita estimar con más prontitud el auto soporte del macizo rocoso de tal forma que el universo de personal que labora en mina hable un mismo idioma y tener la herramienta adecuada para evitar accidentes o incidentes no deseados, el tema de desate va más por una actualización o renovación de las herramientas que utiliza el personal en su quehacer diario, existen procedimientos y reposiciones cada cierto tiempo de esta herramienta, bajo el concepto claro de que se debe tener a la mano la barretilla cerca de la zona de trabajo para corregir y controlar el terreno. Existe evidencia de deformaciones en los hastiales de las galerías antiguas producto del vacío existente en el topeado de las cajas con relleno detrítico en los tajos de las partes superiores, por eso es una muy buena medida la realización de esto by pases para la extracción. No obstante es importante replantear las acciones correctivas y de control para estas zonas donde ya las presiones están actuando, considerar que son accesos posiblemente aún transitables e importantes, que requieren que permanezcan abiertos durante el tiempo de vida de la mina, de la batería, de la zona o del nivel, o de la extracción. Se evidencia también la presencia de fuertes relajamientos de roca en las labores inferiores de la mina, además de presencia de agua en la parte más baja de la zona Esperanza, el tema de relajamientos, lajamientos, es un proceso asociado a la tenacidad y fragilidad de las rocas, asociado a un tema de profundidad, de la parte estructural de la mina, de direcciones de esfuerzos principales, actualmente existen métodos para determinar estas direcciones y magnitudes, así mismo en campo es posible correlacionar estructuralmente estas direcciones y también es controlable mediante sostenimientos adecuados y monitoreos de base con estaciones de control. En el desarrollo del presente informe, por cada punto tratado hemos realizado el análisis e interpretaciones de cada proceso con las respectivas conclusiones por cada tema, acerca de los mapeos, análisis de esfuerzos, caracterización geomecánica, softwares geomecánicos, dips, undwedge, phases, aberturas máximas, tiempos de auto-soporte, controles del macizo rocoso, el sostenimiento a aplicar, por lo que sería redundante volverlos a exponer en esta parte, así mismo


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hemos colocado todo el material de planos, gráficos, tablas, softwares en el desarrollo de cada tema, por lo que no será necesarios anexarlos nuevamente.

9.1 Referencias Bibliográficas

Bienaeski Z.T., Engineering Rock Mass Clasification Wiley – Intersciencie publication 1989 Brady BHG & Brown ET, Rock Mechanics for underground Minning DCR Ingenieros SR ltda., evaluación geomecánica del metodo de minado de la mina Andaychagua., 2010 Hoek E Kaiser P Bawden, Support of underground excavations in hard rock, Balkema 1995 Hoek E. Practical rock engineering Weiss F y Córdova D Influencia de las condiciones naturals en la selección del método de explotación en minería subterránea. Roberto Ucar Navarro, Sostenimientos de excavaciones subterráneas mediante anclajes. D. Córdova, Clasificación geomecánica de la masa rocosa. G. de Vallejo, Libro de Ingeniería Geológica.


Informe Final Mina San Juan de Arequipa

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