2ndDay_EXP07_ Riesgos en la profundización de minas subterraneas_ Caso Mina Yauliyacu_ Jaime Tapia_1

RIESGOS EN LA PROFUNDIZACIÓN DE MINAS SUBTERRANEAS “Caso Mina Yauliyacu” Ing. Jaime Tapia Aguirre Geomecánico Corporativo Regional Glencore Perú

INTRODUCCIÓN La sostenibilidad de la industria minera dependerá de las innovaciones en la práctica de minería profunda.

Los principales peligros y riesgos a tener durante la profundización de mina serán: 1.

2.

3.

Los altos esfuerzos de roca – estallidos de roca.

Incremento de la temperatura – stress térmico.

Sostenimiento inadecuado – caída de roca y/o derrumbe.

Consideraciones para el Minado Profundo En el Perú aún no se tiene Normado cuando una mina debe ser considerada Mina Profunda.

Países como Australia, Canadá y Sudáfrica tienen normados en base a su realidad geológica cuando deban ser consideradas profundas, con Normativas y Legislaciones de control diferentes para sus operaciones.

Influencia de la tect贸nica de placas en los esfuerzos regionales Los esfuerzos de campo var铆an de acuerdo a la realidad geol贸gica regional.

Por lo tanto, se debe hablar de realidades y problemas diferentes.

MINADO PROFUNDO La minería subterránea tiene diferentes connotaciones en diferentes países. Las siguientes son las minas más profundas actualmente en operación, todas ellas con problemas similares.

Minas profundas de Australia

Minas profundas de Canadá

Nombre Mina

Compañía

Localización

Mineral

Profundidad de producción aprox. (m)

Nombre Mina

Compañía

Localización

Mineral

Profundidad de producción aprox. (m)

Enterprise

Xstrata Copper

Mount Isa, Queensland

Cu

1650

La Ronde

Agnico Eagle

Cadillac, Quebec

Au, Ag, Cu, Zn

2200

Harmony Gold

Mount Magnet, Western Australia

Au

1500

Creighton

CVRD - Inco

Sudbury, Ontario

Ni, Cu, Co,

2200

Gold Fields Mine

Kambalda, Western Australia

Ni

1350

Kidd "D"

Xstrata Copper

Timmins, Ontario

Cu, Zn, Ag

2000

Gold Fields Mine

Near Kalgoorlie, Western Australia

Ni

1200

Craig

Xstrata Nickel

Sudbury, Ontario

Ni, Cu

1700

Perilya

Broken Hill, New South Wales

Pb, Zn, Ag

1200

Fraser

Xstrata Nickel

Sudbury, Ontario

Ni, Cu, Co,

1600

BHP

Leinster, Western Australia

Ni

1000

Lindsey

Xstrata Nickel

Sudbury, Ontario

Cu, Ni, Co, Au, Pt, Pd,Ag

1600

Barrick Gold

Near Kalgoorlie, Western Australia

Au

1000

Macassa

Kirkland Lake Gold Inc.

Kirland Lake, Ontario

Au

1500

Mount Magnet Hill 50 Otter - Juan Black Swan Nickel Broken Hill Perseverance Kanowna Belle

Se considera mina profunda en Australia toda mina que opera a una profundidad mayor a 1 km. De cobertura.

Se considera mina profunda en Canadá toda mina que opera a una profundidad mayor a 1.5 km. De cobertura.

Fuente: ACG Challenges in Deep and High Stress Mining 2007

MINADO PROFUNDO Minas profundas de Sudáfrica

Minas profundas de Perú

Nombre Mina

Compañía

Localización

Mineral

Profundidad de producción aprox. (m)

Nombre Mina

Compañía

Localización

Mineral

Profundidad de producción aprox. (m)

Savuka

Anglogold Ashanti

Carletonville, Gauteng

Au

3800

Yauliyacu

Glencore

Casapalca

Zn, Pb, Ag

1500

Moab Khotsong

Anglogold Ashanti

Klerksdorp, Nort West

Au

3700

El Porvenir

Milpo

San Francisco de Asís

Zn,Pb,Cu,Ag

1400

Harmony Gold

Carletonville, Gauteng

Au

3600

Uchucchacua

Buenaventura

Oyon

Ag

1300

Mponeng

Anglogold Ashanti

Carletonville, Gauteng

Au

3375

San Rafael

Minsur

Antauta

Sn, Cu

1200

Bambanani

ARM Gold / Harmony

Welkom, Free State

Au

3325

Cobriza

Doe Run Perú

San Pedro de Cori

Cu

1100

Anglogold Ashanti

Carletonville, Gauteng

Au

3000

Poderosa

C.M. Poderosa

Pataz

Au

1000

Gold Fields

Ranfontein, Gauteng

Au

2700

Retamas

Marsa

Parcoy

Au

900

Elandsrand

Tau Tona South Deep

Se considera mina profunda en Sudáfrica toda mina que opera a una profundidad mayor a 2 km. De cobertura.

En el Perú, aún no se tiene normado cuando una mina debe ser considerada profunda.

Consideraciones de minas profundas: • •

Australia: > 1 km Sudáfrica: > 2 km

Canadá: > 1.5 km Perú: ???

Grafico de Brady y Brown (2004), en base a 900 casos, donde relaciona: (a): relación entre el stress vertical con la profundidad. (b): relación entre el stress vertical con la horizontal, constante “K”.

Nótese que no se ha considerado la realidad de Sudamérica.

ALTOS ESFUERZOS DE ROCA Debido a varias víctimas mortales relacionados a fenómenos de estallidos de roca “rockburst” en la década de los 90´s, países como Canadá y Sudáfrica implementaron una rápida expansión de la tecnología microsísmica.

El riesgo en profundidad es el entorno de alto estrés de roca y esta se evidencia en diferentes maneras de acuerdo a la calidad de roca. Si el macizo rocoso es dúctil, suave y de calidad pobre, la roca sufre una alta convergencia en el tiempo.

Foto que muestra la convergencia de roca en macizos rocosos dúctil y de calidad pobre.

ALTOS ESFUERZOS DE ROCA En cambio, si el macizo rocoso es duro y frรกgil, las labores experimentaran sismicidad inducida por la operaciรณn y se darรก el riesgo de golpes violentos del terreno por estallidos de roca.

Foto que muestra una labor afectada por estallido de roca en macizo rocoso duro y frรกgil.

ESTALLIDO DE ROCA Es la consecuencia de un gran evento microsísmico. Ocurre cuando un macizo rocoso con características rígidas (duro y compacto) es sometido a altas presiones, que al no poder deformarse lo suficiente, comienza paulatinamente a almacenar energía de deformación.

Este continuo almacenamiento de energía llega a un punto critico donde se produce una liberación de energía, originando el estallido de roca.

CONDICIONES QUE FAVORECEN LA OCURRENCIA DE LOS EVENTOS DEL ESTALLIDO DE ROCAS

CASO MINA YAULIYACU

Zonas donde se generan los mayores esfuerzos de campo en la tectónica peruana • • •

Zona I: Riesgo máximo de caída de roca por gravedad (tensional).

Zona II: Máximo peligro de estallidos (cizallamiento).

Zona III: Esfuerzo de macizo rocoso (compresivo).

Eventos sĂ­smicos en la Mina Yauliyacu Nivel 1700

Nivel 2100

(24 de agosto del 2009)

Nivel 1900

Nivel 3000

Daños ocasionados desde el nivel 1500 hasta el 3300 COSTO TOTAL ML COSTO POR PRIORIDAD SOSTENIMIENTO POR NIVELES ($) ($) SOSTENER

NIVEL

LABOR

CRITICIDAD

CONSECUENCIA

ML

SECCION

REFORZAMIENTO

MATERIALES A USAR

15

Cx 678 Gl 242 S

2 2

Desprendimiento Desprendimiento

15 20

3.5 x 3.0 3.5 x 3.5

PBH + M PSSS

112 m² malla + 71 PBH 94 PSS

1 2

2302.72 1187.22

Cx 678

2

Desprendimiento

35

3.5 x 3.0

PBH + M

260 m² malla + 160 PBH

1

5345.60

Cx 678

1

Relajamiento

60

3.5 x 3.0

PSBH

275 PBH

2

4265.25

Cx 678 Gl 678 N

3 3

Reventazon Reventazon

20 130

3.5 x 3.0 3.5 x 3.5

SHOT + PBH SHOT + PBH

190 m² shot + 92 PBH 1365 m² shot + 595 PBH

3 4

6176.92 43353.45

BP 691

2

Desprendimiento

40

3.5 x 3.0

PBH + M

300 m² malla + 183 PBH

1

6168.00

BP 691 Gl 648 S

3 3

Reventazon Reventazon

120 120

4.0 x 3.5 3.5 x 3.5

SHOT + PBH SHOT + PBH

1308 m² shot + 550 PBH 1260 m² shot + 550 PBH

2 3

41230.50 40030.50

Cx 663

4

Estallido

15

4.0 x 3.5

SHOT + PBH

164 m² shot + 69 PBH

4

5170.19

Gl 646

3

Reventazon

30

3.5 x 3.5

SHOT + PBH

315 m² shot + 138 PBH

3

10015.38

Gl 646 N Cx 641

2 1

Desprendimiento Relajamiento

100 20

3.5 x 3.5 3.0 x 3.0

PBH + M PSBH

850 m² malla + 459 PBH 75 PBH

2 1

17476.00 1163.25

25

Gl 690

2

Desprendimiento

55

3.5 x 3.5

PBH + M

468 m² malla + 252 PBH

1

27

BP Principal Gl 672 c/vn 666

2

Desprendimiento

15

3.5 x 3.0

PBH + M

113 m² malla + 62 PBH

1

4 2

Estallido Desprendimiento

60 20

4.0 x 3.5 2.5 x 3.0

SHOT + PBH PSS

654 m² shot + 275 PBH 47 PSS

2

Desprendimiento

20

3.5 x 3.0

PBHS

75 PBH

17

19

21

30 33

Gl 671 Gl antigua c/ recta principal

895

3489.94

35

59141.22

245

87429.00

280

33824.82

165

9622.08

9622.08

55

2323.28

2323.28

15

1 2

20615.25 593.61

21208.86

80

1

1163.25

1163.25

20

218202.45

895

MICROSISMICIDAD INDUCIDA •

• •

Los microsismos se definen como las oscilaciones naturales y regulares del subsuelo, inducidas por fuentes naturales y/o artificiales.

Compuestos por ondas “P” y “S”. Aparecen en los registros de todos los sismógrafos.

La corteza terrestre está en un continuo estado de agitación.

•

•

Los eventos microsísmico son propios de la actividad minera, no son separables y se deben incorporar a los sistemas de producción.

La sismicidad inducida se refiere a la relación que existe entre la remoción de grandes macizos de roca, generando tensiones en el macizo rocoso que se deforma, liberando energía que se representa a partir de ruido.

Aplicación del Monitoreo Microsísmico en Yauliyacu ¿Como opera nuestro sistema?

La red de monitoreo microsísmico consta de 5 Paladín (caja de registros de eventos microsísmico), las cuales recepcionan la información de los sensores, trasmiten la información a la PC de recepción y almacenamiento de datos para luego enviar los mismos a la PC de procesamiento. Se han introducido 5 geófonos triaxiales.

¿Qué ventajas obtenemos?

Análisis de la microsismisidad: La distribución de Poisson y la Campana de Gauss son herramientas que utilizamos para el control de calidad de nuestra información. La misma que fue registrada por nuestro sistema microsísmico Los criterios utilizados: o Coordenadas o Profundidad o Magnitud o Error DISTRIBUCION DE POISSON Mayo- Diciembre 25

Nro de años

Software SMTI (Seismic tensor inversión): Es otra herramienta que nos permite el análisis de los eventos en un nivel de detalle superior obteniendo información como la fuente del evento microsísmico.

20

15

10

5

0 0

3

6

9

12

15

18

21

24

27

30

33

36

39

42

45

Fre cuencias de cla se (n) ML ≥ -2.0

48

51

54

57

60

63

Interpretaci贸n de los desplazamientos de los eventos Evento del 03 de mayo 2013 Nv 1000, desplazamiento de tipo implosivo (tensional).

Relacionados a contactos litol贸gicos.

Interpretaci贸n de los desplazamientos de los eventos Evento del 05 de mayo 2013 Nv 1000, desplazamiento de tipo explosivo (compresional).

Relacionados a tajos vac铆os.

Interpretaci贸n de las replicas Nivel 2500 Eventos proyectados desde el nivel 2300 al 2700

Secuencia de los eventos en el nivel 2500 El evento principal se dio entre los niveles 2700 al 2500 y las replicas entre los niveles 2500 al 2300

Estandar de Estallidos de Roca El término Estallido de Roca se debe entender como el grado mayor de consecuencia de un evento microsísmico.

El objetivo de estandarizar los términos es normalizar el Procedimiento en caso de ocurrencia, así como minimizar los daños ocasionados por los estallidos de roca.

GRADO

INTENSIDAD DEL EVENTO

PRESCRIPCION SONORA (auditiva)

CONSECUENCIAS DEL EVENTO (en la roca)

DESCRIPCION

1

Suave

Crujido

Relajamiento

Roca rajada y agrietada por acumulacion de esfuerzos, no se aprecia movimiento alguno.

2

Moderado

Sonido leve

Desprendimiento

Caida de rocas por gravedad en rocas relajadas, ayudadas por evento sismico moderado, se aprecia movimiento sismico local.

3

Fuerte

Sonido fuerte sin movimiento

Reventazon

Empuje de roca con desprendimiento en forma de salto generado por movimiento sismico sentido hasta a 1 km del hipocentro.

4

Muy fuerte

Sonido intenso con movimiento

Estallido

La roca es expulsada en forma violenta generado por movimiento sismico capaz de sentirse en mas de 1 km del hipocentro.

Prescripción sonora y consecuencia de un evento sísmico (reacciones de los trabajadores) Crujido – Relajamiento de roca

Sonido leve – Desprendimiento de roca

Sonido fuerte – Reventazón de roca

Sonido intenso – Estallido de roca

Herramientas de Control Procedimiento en Caso de Ocurrencia • Se paralizarán las labores afectadas en caso que la intensidad del evento sea alta (reventazón a estallido).

• Se bloquearán los accesos de las labores afectadas.

• Inspeccionar la labor después de 48 horas mínimo de producido el evento.

• El Equipo de Soporte Técnico (EST) especializado conformado por las jefaturas de SAS, Geomecánica, Geología, Mina y Planeamiento, serán los únicos autorizados a realizar la inspección.

• En casos muy particulares, el EST especializado definirá el momento de la inspección.

• Las labores se reanudarán de acuerdo a las conclusiones del EST especializado.

Control de relleno de tajos Debido a la explotación y al método de minado (sublevel stoping) se generan grandes cavidades los cuales inducen a la generación de eventos sísmicos, siendo necesario su relleno. La masa rocosa debe hacer algún trabajo sobre el relleno para compactarla, proceso este que consume alguna energía, como resultado, la energía es reducida.

Zonificaci贸n Micros铆smica por stress de roca

Corte de la secci贸n lado Norte Comprende los niveles 1700, 1500, 1400, 1200, 1000 y 800

Zonificaci贸n micros铆smica de la Zona Norte

NV 1700

Zona Norte

Zonificaci贸n Zona Norte

Vista NE

Vista SW

Corte de la secci贸n lado Sur Comprende los niveles 1900, 2100, 2300, 2500, 2700, 3000, 3300 y 3600

Zonificaci贸n Micros铆smica de la Zona Sur

NV 2700

Zonificaci贸n Zona Sur

Vista NE

Vista SW

SOSTENIMIENTO ADECUADO El sostenimiento en un ambiente subterráneo profundo requiere, dada la complejidad de los mecanismos de falla de la roca, tener las siguientes características: 1. ALTA RESISTENCIA 2. ACOPLAMIENTO ADECUADO A LA ROCA 3. FACILIDAD Y CALIDAD DE LA INSTALACIÓN

Minas profundas sin sostenimiento apropiado tienen grandes debilidades: 1.

2.

3.

Son menos confiables y menos productivas Tienen problemas de reclutar el mejor personal Tiene un mayor costo y menores utilidades

Minas profundas con sostenimiento apropiado tienen las siguientes fortalezas: 1.

2.

3.

4.

Controlan el confinamiento de rocas agrietadas.

Controlan y amortiguan estallidos de roca.

Dan un gran soporte estático y dinámico.

Operación mas rápida debido a la menor rehabilitación como consecuencia de los eventos símicos.

Simulaci贸n de pernos din谩micos en labores de mas de 1200m de cobertura

VIDEO 1

Aplicaci贸n de los pernos din谩micos DuraBar (gusanos)

Todo perno dinĂĄmico debe estar acompaĂąado de malla eslabonada (gallinero) de alta capacidad

Sostenimiento en zonas de rocas duras y fr谩giles afectados por altos esfuerzos de roca Para determinar el mejor sostenimiento en tales condiciones nos preguntamos: 1.- Donde ocurren los estallidos?

En rocas altamente tensionadas y de alta resistencia a la deformaci贸n (areniscas silisificadas), con resistencia compresiva mayor de 100 Mpa.

Sostenimiento en zonas de rocas duras y frรกgiles afectados por altos esfuerzos de roca 2.- Por que falla el sostenimiento?

Porque no es el adecuado y/o esta mal instalado.

Sostenimiento en zonas de rocas duras y frĂĄgiles afectados por altos esfuerzos de roca 3.- Que sostenimiento es el adecuado?

Pernos dinåmicos de gran resistencia + malla eslabonada de 2�

Sostenimiento en zonas de rocas duras y frágiles afectados por altos esfuerzos de roca 4.- Contamos con pernos de gran resistencia?

El perno “Gusano” actúa inicialmente como un perno estático y posteriormente cuando se presente el evento sísmico se comporta como un perno dinámico. Tiene una resistencia mayor a 32 Tn.

Sostenimiento en zonas de rocas duras y fr谩giles afectados por altos esfuerzos de roca 5.- Que debemos hacer?

Sostener en forma preventiva y con el sostenimiento adecuado, eliminando bloques sueltos y relajados, rellenando en lo posible las aberturas dejadas por la explotaci贸n que induce directamente a la generaci贸n de estallidos.

Aplicaciรณn de los pernos dinรกmicos Objetivo El perno DuraBar (gusano), es un perno dinรกmico, de Acero capaz de proveer un efectivo soporte en รกreas con movimiento del terreno y รกreas propensas a los estallidos de roca.

Principio de Operaci贸n El principio de operaci贸n del perno DuraBar (gusano) es una ondulada barra de acero instala con lechada de cemento en un taladro, la cual tiene una inicial resistencia a posibles deformaciones en el terreno o estallido de roca.

La porci贸n ondulada en una parte de la barra, ofrece mayor resistencia y evita el desplazamiento de la barra fuera del taladro.

Grout

Sin Desligante

Cubierta Desligante

Oleado

Instalaci贸n Una vez realizada de perforaci贸n con broca 38 mm, se inyecta la lechada de cemento. Y posteriormente, se instala el perno en forma manual.

Instalaci贸n Perno DuraBar con gancho y placa terminado la instalaci贸n. La presi贸n del gancho evita que el perno sea expulsado por la lechada y la malla.

Pruebas de Resistencia RESUMEN COMPARATIVO DE LA BARRA HELICOIDAL Vs. DURABAR DE 22 mm VS. GUSANO 16 mm Proveedor

Longitud Perno (pies)

Costo ( $ ) Ø Perno (mm)

∆ Perno - Carga maxima Rest. Traccion Broca (mm) de rotura (Tn) (Tn/pie)

$. / Tn

Conclusion

ACEROS AREQUIPA

7

7.34

19.00

19.00

20.00

2.86

0.37

3° OPCION

DURABAR GUSANO 22 mm

7

11.00

22.00

16.00

42.00

6.00

0.26

2° OPCION

DURABAR GUSANO 16 mm

7

8.15

16.00

22.00

32.00

4.57

0.25

1° OPCION

Del ejemplo anterior, para sostener 50 ml de un BP de 3,5 x 3,5 de seccion se utilizaran: 225 unidades de pernos BH, costo $ 7.34 x 225 total: $ 1,651.50 150 unidades de pernos gusanos, costo $ 8.15 x 150 total: $ 1,222.50.

Se obtendria un ahorro de $ 429.00 por los 20 ml

Se obtendrá un ahorro de $ 429.00 por los 50 ml de labor sostenida.

Indicador de $ 8.60 por ml de avance.

CONCLUSIONES 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

La tendencia de la minería nacional en un mediano plazo es a la profundización y aún no estamos preparados para afrontar los nuevos retos.

En el Perú aún no se tiene normado cuando una mina deba ser considerada Mina Profunda.

Urge la necesidad de realizar una relación empírica entre las medidas de tensiones y profundidad in situ para la realidad peruana y establecer un patrón de stress que se pueda utilizar en el diseño de mina.

Los eventos microsísmico son propios de la actividad minera, no son separables y se deben incorporar a los sistemas de producción.

Toda mina con problemas de sismicidad inducida debe contar con equipos de monitoreo y establecer estándares de acuerdo a su realidad operacional.

El sostenimiento en un ambiente subterráneo profundo requerirá tener las siguientes características: alta Resistencia, acoplamiento adecuado a la roca y facilidad con calidad de la instalación.

La complejidad del minado profundo requiere de nuevas Normativas y Legislaciones que deben ser implementadas por nuestras autoridades mineras (MEM) dado los parámetros operacionales que conllevan a un mayor riesgos hacia las personas, procesos y equipos. En tal sentido, hacemos un llamado a nuestras entidades competentes para asentar las bases de estas nuevas Normativas.

GRACIAS