GEOMECANICA APLICADA COMO CONTROLES EN LA

EXPLOTACION POR SUB LEVEL STOPING UNIDAD

CERRO LINDO- MILPO Rubén Maza Rubina

Cía. Minera MILPO SAA

rmaza10@yahoo.com

El presente trabajo tiene por objetivo

presentar el desarrollo las investigaciones

Geomecánicas aplicados en la explotación

de la mina Cerro Lindo de la Compañía

Minera MILPO S.A. donde se viene

desarrollando el Sub Level stoping como

método de explotación en torno al cuerpo

mineralizado, bajo el contexto geomecánico

del yacimiento.

El deposito de cerro lindo es un yacimiento

polimetálico de sulfuros masivos de origen

vulcanogénico (VMS) en la cual se

presenta sulfuros de Zn, Fe, Cu, Pb, Ag y

baritina. Actualmente se viene explotando 2

cuerpos mineralizados, el Ore body 5 y 2

que forman parte del mismo corredor.

Para una mina de 155000 tm/mes de

explotación y que represen 5200 tm/día con

leyes de 1.10 Onz, Ag, 0.54%Pb, 0.5%Cu y

4.45%Zn se requiere contar con

información geomecánica que nos permita

cumplir los programas a corte mediano y

largo plazo, para lo cual se ha establecido

zonificaciones geomecánicas de los

macizos rocosos caracterizados mediante

el índice de calidad RMR de Bieniawski,

estableciéndose dominios geomecánicos

en el yacimiento que nos permite

establecer metodologías apropiadas en las

excavaciones de los tajos con el método de

sub level stoping utilizando relleno en pasta

en el desarrollar del plan de minado.

Considerando los aspectos geomecánicos

de los macizos rocosos en el yacimiento

podemos indicar que un factor influyente

importante es el factor estructural, lo cual

nos conlleva a establecer, que las

condiciones de estabilidad estructuralmente

controlados son las que regirán el

comportamiento de los macizos rocosos.

Asimismo es importante el control de los

esfuerzos inducidos en los tajos de

explotación para lo cual se viene aplicando

una tecnología innovadora como el relleno

en pasta con la finalidad de explotar zonas

adyacentes y el reestablecimiento del

equilibrio entorno a las excavaciones de

gran dimensión.

INTRODUCCION El presente trabajo tiene por objetivo presentar el desarrollo las investigaciones Geomecánicas aplicados en la explotación de la mina Cerro Lindo de la Compañía Minera MILPO S.A. donde se viene desarrollando el Sub Level stoping como método de explotación en torno al cuerpo mineralizado, bajo el contexto geomecánico del yacimiento. El deposito de cerro lindo es un yacimiento polimetálico de sulfuros masivos de origen vulcanogénico (VMS) en la cual se presenta sulfuros de Zn, Fe, Cu, Pb, Ag y baritina. Actualmente se viene explotando 2 cuerpos mineralizados, el Ore body 5 y 2 que forman parte del mismo corredor. Para una mina de 155000 tm/mes de explotación y que represen 5200 tm/día con leyes de 1.10 Onz, Ag, 0.54%Pb, 0.5%Cu y 4.45%Zn se requiere contar con información geomecánica que nos permita cumplir los programas a corte mediano y largo plazo, para lo cual se ha establecido zonificaciones geomecánicas de los macizos rocosos caracterizados mediante el índice de calidad RMR de Bieniawski, estableciéndose dominios geomecánicos en el yacimiento que nos permite establecer metodologías apropiadas en las excavaciones de los tajos con el método de sub level stoping utilizando relleno en pasta en el desarrollar del plan de minado. Considerando los aspectos geomecánicos de los macizos rocosos en el yacimiento podemos indicar que un factor influyente importante es el factor estructural, lo cual nos conlleva a establecer, que las condiciones de estabilidad estructuralmente controlados son las que regirán el comportamiento de los macizos rocosos. Asimismo es importante el control de los esfuerzos inducidos en los tajos de explotación para lo cual se viene aplicando una tecnología innovadora como el relleno en pasta con la finalidad de explotar zonas adyacentes y el reestablecimiento del equilibrio entorno a las excavaciones de gran dimensión. GEOLOGIA El deposito Cerro Lindo es un deposito de sulfuro masivo Vulcano génico Las zonas de mineral de sulfuro están alojadas dentro de una secuencia Vulcano – sedimentaria del Cretaceo medio la cual forma una orientación de faja NW – SE de treinta por diez kilómetros. Esta secuencia volcánica esta compuesta por lavas y tufos andesiticas a felsicas así

también como sedimentos marinos formados por la erosión de arcos de isla. La caja techo de las zonas mineralizadas de Cerro Lindo generalmente son riodaciticas en composición. La caja piso y la casa techo exhiben alteración dominante y extensa de sílice – sericita – pirita que se extiende cientos de metros desde el mineral. Esta alteración generalmente es mas fuerte en la caja piso cuando sea comparada a la caja techo. El depósito de Cerro Lindo consiste de cuerpos lenticulares y apelados de sulfuro masivos incluyendo pirita, esfalerita, calcopirita y menor cantidad de galena. La secuencia se inclina a 65º al sur oeste y tiene hasta 200 metros de espesor. En la actualidad, las zonas de mineral esta definidas sobre un área en plano de 750 m por 200 m. ESTRUCTURAS MAYORES ESTRUCTURAS NW La primera serie de fallas predominantemente normales se orienta NW– SE y se inclina moderadamente al sur oeste. Este sistema es anterior a la depositación es la que da forma al paleo relieve controlando la forma de la cuenca. ESTRUCTURA NE Este sistema interviene en la depositación de los sulfuros masivos, pueden haber sido los conductos por donde salieron los fluidos hidrotermales, estos ahora están ocupados por el dique andesítico porfirítico. Que separa el ore body 2 y el ore body 5. SISTEMA NS Este sistema es posterior a la depositación, ha sido identificado porque desplaza al ore body 1. (fig. 1)

Figura. Nº 1

GEOMECANICA CERRO LINDO El Departamento de Geomecánica viene desarrollando metodologías y técnicas para tener un conocimiento integral del macizo rocoso y establecer controles de los esfuerzos inducidos generados por las excavaciones en el macizo rocoso del yacimiento de Cerro Lindo, considerando que el método de minado por sublevel stoping mediante taladros largos (long hole) es íntegramente mecanizado con labores de preparación, desarrollo y tajeos de cavidades. MACIZO ROCOSO. RQD de Volcánicos Los valores de designación de calidad de Roca (RQD) en los macizos rocosos de composición volcánica fueron calculados a partir de testigos diamantinos así como del mapeo geomecánico de labores de preparación y desarrollo de la mina para hacer un tratamiento estadístico de la data, un aspecto que se debe tomar en cuenta es que el RQD es bastante inferior en las zonas de falla por lo que se debería tomar en cuenta de forma individual. Se muestra la población en frecuencia del RQD promedio en la mina (fig - 3)

RQD Di st r i but i on

0

24

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

RQD ( %)

RQD de Sulfuro Valores de designación de calidad de roca (RQD) fueron calculados a través de los sondajes diamantinos así como la información de mapeos geomecánicos, en rocas de sulfuro. La distribución de RQD en los sulfuros determinan la presencia de zonas de sulfuros que muestran índices en las cuales no hay frecuentes fracturas asi como hay algunas áreas de pirita de grano grueso (0.5 – 2 mm) con poca cohesión entre los granos de cristales de sulfuro. El material

tiene una tendencia a desintegrarse en un estado no confinado. Aunque la roca en estas áreas era blanda, esta no muestra intenso fracturamiento, de allí que las mediciones de RQD en sulfuros sean mayores. Como se muestra la (fig-2)

RQD Distribution

02468

101214161820

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

RQD (%)

Occ

urre

nce

(%)

CONDICIONES DE FRACTURAS Las condiciones de la superficie de fracturas en volcánicos y sulfuros se ha determinado mediante registros del logueo de testigos diamantinos así como mediante el registro de mapeos geomecánicos de labores mineras ver (fig 4 y 5) Las juntas en el testigo de perforación fueron categorizadas ya sea como de espejo de falla, lisas, áspera o muy áspera. Para ambos tipos de roca, la mayoría de las juntas fueron encontradas a ser lisas como se muestra.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Slickendsided Smooth Rough Very Rough

Freq

uenc

y of

Occ

uren

ce (%

)

Sulphides

Volcanics

0

10

20

30

40

50

60

Pl anar Wavy Ir r egul ar

Sulphides

Volcanics

Figura. Nº 2

Figura. Nº 3

Figura. Nº 4

Figura. Nº 5

Resistencia de Carga Puntual La resistencia de carga puntual en rocas volcánicas alcanza desde 0.4 a 13.7 MPA. Los resultados fueron correlacionados y el factor de correlación fue determinado a ser 20. así la resistencia a la comprensión uní axial media de las volcánicas es 140 MP. La resistencia de carga de punto de rocas de sulfuro alcanza desde 0.4 a 11.9 MPa., implicando una UCS de 60 MPa para sulfuros. Se observo que en muchas operaciones, ver (fig 6 y 7)

P oi nt Loa d S t r e ngt h D i st r i but i on

02468

10121416

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P oi nt Load St r engt h ( M P a)

P oi nt Loa d S t r e ngt h D i st r i but i on

05

101520253035404550

1 2 3 4 5

P oi nt Load St r engt h ( M P a)

ZONIFICACION GEOMECANICA La zonificación Geomecánica del macizo rocoso en torno al yacimiento se viene realizando mediante los registros de cartografiado geomecánico se ha determinado los parámetros geomecánicos que nos permiten establecer dominios importantes en torno a la geología del yacimiento, las evaluaciones se realizan con la aplicación del RMR (rock mass rating) de Bieniawski). Ver (fig-8) Del análisis de la zonificación geomecánica y del tratamiento estadístico de la data se puede concluir que el macizo rocoso presenta en forma global entre los niveles 1820, 1850, 1880 índices de calidad RMR como indica el cuadro, predominando macizos rocosos tipo III A, III B. (Regular) ver (fig 9) Se debe indicar que el yacimiento por su génesis Vulcano sedimentario presenta englobando zonas de “enclaves” que son macizos rocosos tipo IV (Mala)

COMPAÑIA MINERA MILPO S.A.A.96-05-01-05INGENIERIA DETALLE - PROYECTO CERRO LINDO

M I N A LABORES DE EXPLORACION

OB-5 NV. 1850

05-110-02-042 0

M I N A

1:1000

41 - 5031 - 4021 - 30< 20

11621415090

24130

Dq- And VolcanicoSulfuros EnclavesFallas

CodigoColor

BUENAREGULAR - A

MALA - A

MUY MALA

REGULAR - B

MALA - B

I I III - A III - B IV - A

V IV - B

CALIFICACION TIPORMR61 - 8051 - 60

Figura. Nº 6

Figura. Nº 7

Figura. Nº 8

CALIDAD MACIZO ROCOSO

0

5

10

15

20

25

30

21 - 30 31-40 41-50 51-60

RMR

FREC

UEN

CIA

ASPECTOS ESTRUCTURALES Del análisis estructural evaluamos estadísticamente los principales dominios estructurales que tienen influencia directa en las excavaciones y tajos, de donde se ha determinado que los posibles tipos de fallamiento en las labores son del tipo en cuñas y fallamientos planares por volcadura en los tajeos, donde se viene atravesando sistemas de falla transversal a la dirección de explotación. Es importante indicar que se ha determinado un control estructural de sistemas de fallas y fracturas NE a SW asociados a fracturamientos tensionales generados por la tectónica en el yacimiento. Ver (fig 10 y 11)

SOSTENIMIENTO DE LABORES EXCAVACIONES El análisis estereográfico indica que la tendencia estructural dominante en la zona En el ore body 2 y 5 esta en la dirección NE. Esto indica que la dirección mas favorable para perforar galerías de avance de desarrollo permanente en la dirección NW-SE. Orientar excavaciones de largo plazo en esta dirección dondequiera que sea posible mejorara la velocidad de excavación del macizo rocoso. El sostenimiento que se viene aplicando se ha diseñado para que poder soportar cargas adicionales producidas por cambios en las condiciones de esfuerzo inducidos durante la excavación de las cavidades. Los requerimientos del soporte han sido estimados basados en los niveles de sostenimiento recomendados por NGI basados en el índice de calidad de túneles de roca Q (Barton). Usando una relación de sostenimiento de excavación de 1.6 Las labores de desarrollo y preparación con secciones de 5mx4.5m en el macizo rocoso generan una redistribución de esfuerzos entorno a la excavación y luego del análisis geomecánico para garantizar un factor de seguridad > 1.5 se desarrolla el sostenimiento con pernos helicoidales L=7´ y shotcret e=2” como los principales elementos de soporte. Cabe indicar que dichas labores esta sujeta a los niveles de vibración de la voladura masiva de producción. Ver (fig-12)

Figura. Nº 9

Figura. Nº 10

Figura. Nº 11

Figura. Nº 12

LABORES MINERAS Y MINADO POR SUBLEVEL STOPING

OB2

OB5

OB1

Nv 1880

Nv 1850

Rampa Profundización OB2

OB2

OB5

OB1

Nv 1880

Nv 1850

Rampa Profundización OB2

VISTA GENERAL DE LABORES OB5, OB2, OB1 BLOCK MODEL

Figura. Nº 14

Figura. Nº 13

Figura. Nº 15

Figura. Nº 16

Figura. Nº 17

MODELAMIENTO GEOMECANICO Y PLANEAMIENTO En el planeamiento de las labores de preparación, desarrollo así como la secuencia de minado de los tajeos, en forma general de las excavaciones. Se priorizan los aspectos geomecánicos del macizo rocoso. Por sus implicancias en la seguridad y productividad. (Fig-20) El método establecido para el minado del mineral es el Sublevel stoping mediante taladros largos. El mismo que se viene desarrollando con las consideraciones que a continuación indicamos. RESUMEN DE PARAMETROS GEOMECANICOS Del análisis se ha determinado que los parámetros geomecánicos de las zonas del macizo rocoso que involucra la caja techo, la zona de contacto y el ore body (sulfuros masivos) en base al análisis de los bore hole y de los mapeos geomecánicos son los siguientes.

RESUMEN DE PARAMETROS GEOMECANICOS OB 5

Zona Q` Q RMR GSI Potencia Caja Techo 8.95 3.58 55 64 Contacto 1.63 0.65 39 48 11.6 Ore body 7.35 2.94 53.2 62

ENSAYOS DE PROPIEDADES ELASTICAS De los ensayos de mecánica de rocas de las muestras de bore hole CL-01-101, CL-01-102, CL -01-104 elaborados por AMEC y asumidos para la roca de contacto con el Rock Lab se tiene: (fig-19)

CAJA TECHO CONTACTO ORE BODY Unconfined Compressive Strength (MPa)

96 94 67

Elastic Modulus (GPa) 9.6 7.9 8 Poisson’s Ratio 0.30 0.35 0.38 Samples 8 7

Malla de perforación Taladros LargosMalla de perforación Taladros Largos

CONTACTO

Figura. Nº 18

Figura. Nº 19

ESFUERZOS INSITU Se ha estimado el esfuerzo vertical a partir del criterio de carga litostática (Hoek & Brown), considerando una profundidad de hasta 470 m. Según este criterio, el esfuerzo vertical in-situ resulta aproximadamente 12 MPa. Por la información que se ha tenido disponible (0.0275 MPa/m) y las observaciones de campo, la constante k = 1, σ1 = σ2 (relación de los esfuerzos) Utilizando estos valores se ha modelado con el programa PHASE2. ver (fig-21).

Zona E (Mpa) ט δc(Mpa) mb s Caja Techo 9600 0.3 96 2.93 0.0043 Contacto 7910 0.35 94 3.9 0.0031 Ore body 8000 0.38 67 6.4 0.0147

ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TAJEOS Considerando los aspectos geológicos y estructurales como información básica para el diseño de minado, es también importante considerar el modelamiento geomecánico como una herramienta importante para el control de las excavaciones en la cual se recurre al análisis y la interpretación de los esfuerzos. Como se muestra en el modelo geomecánico la trayectoria de esfuerzos y los vectores de deformación tienden a generar convergencia en el entorno de la excavación. Para el análisis se ha considerado la carga litostática como esfuerzo principal. Los esfuerzos inducidos generados en la cavidad de los tajeos de explotación genera concentraciones de esfuerzos en la zona lateral de la excavación FS<1.

CAJA TECHOE= 9600 Mpa0.3 =טσ= 96 MpaRMR: 55

CONTACTOE= 7910 Mpa0.35 =טσ= 94 MpaRMR: 39

ORE BODYE= 8000 Mpa0.38 =טσ= 70 MpaRMR: 54

CAJA PISOE= 9850 Mpa0.38 =טσ= 100 MpaRMR: 62

60- 65º

25m

8-10m

CAJA TECHOE= 9600 Mpa0.3 =טσ= 96 MpaRMR: 55

CONTACTOE= 7910 Mpa0.35 =טσ= 94 MpaRMR: 39

ORE BODYE= 8000 Mpa0.38 =טσ= 70 MpaRMR: 54

CAJA PISOE= 9850 Mpa0.38 =טσ= 100 MpaRMR: 62

CAJA TECHOE= 9600 Mpa0.3 =טσ= 96 MpaRMR: 55

CONTACTOE= 7910 Mpa0.35 =טσ= 94 MpaRMR: 39

ORE BODYE= 8000 Mpa0.38 =טσ= 70 MpaRMR: 54

CAJA PISOE= 9850 Mpa0.38 =טσ= 100 MpaRMR: 62

60- 65º60- 65º

25m25m

8-10m8-10m

Figura. Nº 20

Figura. Nº 21

La fase inicial de tajeo genera áreas inestables en el tajeo adyacente por lo que

debe tenerse en cuenta la velocidad de explotación para evitar tener problemas de

inestabilidad durante la explotación

DISTRIBUCION DE ESFUERZOS POST TAJEO CAJA PISO

La fase inicial de tajeo genera áreas inestables en el tajeo adyacente por lo que

debe tenerse en cuenta la velocidad de explotación para evitar tener problemas de

inestabilidad durante la explotación

DISTRIBUCION DE ESFUERZOS POST TAJEO CAJA PISO

R 1

Los esfuerzos se redistribuyen a

causa del relleno en pasta del

tajeo explotado

NV 1850

NV 1820

NV 1880

E= 180 Mpa0.3 =טσ= 1 MpaФ= 30º

REDISTRIBUCION DE ESFUERZOSPOST RELLENO EN PASTA

R 1

Los esfuerzos se redistribuyen a

causa del relleno en pasta del

tajeo explotado

NV 1850

NV 1820

NV 1880

E= 180 Mpa0.3 =טσ= 1 MpaФ= 30º

REDISTRIBUCION DE ESFUERZOSPOST RELLENO EN PASTA

30m

30m

GA 920

GA 935 GA 952 GA 965NV 1850

NV 1820

Cable bolting

E= 180 Mpa0.3 =טσ= 1 MpaФ= 30º

Relleno en pasta

30m

30m

GA 920

GA 935 GA 952 GA 965NV 1850

NV 1820

Cable bolting

E= 180 Mpa0.3 =טσ= 1 MpaФ= 30º

30m

30m

GA 920

GA 935 GA 952 GA 965NV 1850

NV 1820

Cable bolting

30m

30m

GA 920

GA 935 GA 952 GA 965NV 1850

NV 1820

Cable bolting

E= 180 Mpa0.3 =טσ= 1 MpaФ= 30º

Relleno en pasta

SECUENCIA DE RELLENO EN PASTA

Figura. Nº 22

Figura. Nº 23

Figura. Nº 24

APLICACIONES DE CABLE BOLTING Uno de los aspectos importantes respecto a la estabilidad de la caja techo en la cual se tiene un macizo rocoso complejo por ser de Regular a malo, Se viene ejecutando el sostenimiento de la caja techo con cable bolting y aplicar el principio de “escudo” de mineral como soporte de la cavidad del tajeo, lo que nos permite obtener un sostenimiento temporal para poder explotar los blocks de mineral adyacentes al macizo rocoso de la caja techo. GENERACION DE CAVIDADES Si consideramos la aplicación del relleno en pasta podemos estimar el reestablecimiento de los esfuerzos en las paredes perimetrales con FS>1 en la bóveda los esfuerzos aun presentan inestabilizar. Es importante considerar los aportes de la herramienta del modelamiento, a su vez se debe considerar que los macizos rocosos no son isotrópicos y se debe analizar las características del mismo especialmente en las zonas de “enclaves” macizo rocoso tipo IV donde la inestabilidad se torna critica. TAJEOS. La bóveda de las cavidades de los tajeos la misma que esta en función al tipo del macizo rocoso en la cual esta emplazado. Lo que nos ha permitido diagnosticar que estamos en el límite de estabilidad. Como se muestra e el modelamiento y el grafico de control. L1: 18-20m (Transversal del tajeo) L2: 35-40m. (Longitudinal del tajeo) T: Tiempo de auto soporte (1 mes.) (Tiempo de abertura) RMR: 60-65 (Roca Regular a Buena, consideramos parámetros optimistas CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONE Para el desarrollo del plan estratégico y los objetivos de la unidad minera cerro lindo se debe considerar la reducción de costos, incremento de la producción con aportes de la geomecánica en la seguridad. A medida que se desarrolle la mina se va requerir la medición de esfuerzos que dominan en el macizo rocoso y proyectar la tendencia de los esfuerzos principales

considerando el nivel de profundidad que se proyecta el minado. Análisis y modelamiento del minado para el dimensionamiento de cavidades en función a la redistribución de los esfuerzos inducidos. Evaluación constante de la influencia del método de sublevel stoping en el macizo rocoso. Monitores de vibraciones sísmicas por efectos de la voladura de taladros largos. La generación de cavidades por la explotación de la zona mineralizada (tajeos) entre los niveles 1820, 1850, 1880, 1910 esta dando lugar a una redistribución de esfuerzos inducidos en torno a la excavación. Por lo indicado el relleno en pasta juega fundamental importancia para reestablecer el equilibrio de los esfuerzos inducidos lo que a su vez nos va permitir mantener una secuencia de minado sostenible en el tiempo. Control geomecánico de las operaciones de minado para una oportuna toma de decisiones, estableciéndose controles de calidad y la mejora continua de los procesos en base a una capacitación permanente en el desarrollo de conocimientos geomecánicos.

BIBLIOGRAFÍA

1. Ing. CIP Ruben Maza Rubina, Estudios Geomecánicos Mina Cerro Lindo – Milpo, (2007, 2008)

2. Ing. CIP David Cordova Rojas., 6,

19, -(2000) 3. E. Hoek D. Sc. (Eng) Principal,

Golder Asociales Londres 09, (1980)

4. AMEC Simons Peru S.A. Cerro

Lindo Project Ica, Peru, 09, (2001)