UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO DE MINAS DR. ING. VÍCTOR FÉLIX FLORES MORENO AYACUCHO-PERÚ 2022 ASESOR: PRESENTADO POR: ALBERT AGUILAR SAICO LABORES SUBTERRÁNEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA APLICACIÓN DE LA GEOMECÁNICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE “Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional” CONSTANCIA DE ORIGINALIDAD DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN CONSTANCIA N° 065-2022-FIMGC El que suscribe; responsable verificador de originalidad de trabajos de tesis de pregrado en segunda instancia para las Escuelas Profesionales de la Facultad de Ingeniería de Minas, Geología y Civil; en cumplimiento a la Resolución de Consejo Universitario N° 039-2021-UNSCH-CU, Reglamento de Originalidad de Trabajos de Investigación de la UNSCH y Resolución Decanal N° 158-2021-FIMGC- UNSCH-D, deja constancia que Sr./Srta. Apellidos y Nombres : AGUILAR SAICO, Albert Escuela Profesional : INGENIERÍA DE MINAS Título de la Tesis : APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 Evaluación de la Originalidad : 18 % Índice de Similitud Identificador de la entrega : 1908066437 Por tanto, según los Artículos 12, 13 y 17 del Reglamento de Originalidad de Trabajos de Investigación, es PROCEDENTE otorgar la Constancia de Originalidad para los fines que crea conveniente. Ayacucho, 26 de setiembre del 2022 _________________________________________________________ Mg. Ing. Christian LEZAMA CUELLAR Verificador de Originalidad de Trabajos de Tesis de Pregrado de la FIMGC ( X ) Con depósito para Sustentación y Tramite de Titulo Firmado digitalmente por LEZAMA CUELLAR CHRISTIAN “Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional” ACTA DE SUSTENTACIÓN DE TESIS ACTA N° 068-2022-FIMGC En la ciudad de Ayacucho, en cumplimiento a la RESOLUCIÓN DECANAL N° 283-2022-FIMGC-D, siendo los treinta días del mes de setiembre del 2022, a horas 8:00 a.m.; se reunieron los jurados del acto de sustentación, en el Auditórium virtual google meet del Campus Universitario de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga. Siendo el Jurado de la sustentación de tesis compuesto por el presidente el Dr. Ing. Efraín Elías PORRAS FLORES, Jurado el MSc. Ing. Johnny Henrry CCATAMAYO BARRIOS, el Jurado MSc. Ing. Jaime PALOMINO CLAUDIO, el Jurado - Asesor Dr. Ing. Víctor Félix FLORES MORENO, secretario del proceso el Mg. Ing. Christian LEZAMA CUELLAR, con el objetivo de recepcionar la sustentación de la tesis denominada “APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022”, sustentado por el Sr. Albert AGUILAR SAICO, Bachiller en Ingeniería de Minas. El Jurado luego de haber recepcionado la sustentación de la tesis y realizado las preguntas, el sustentante al haber dado respuesta a las preguntas, y el Jurado haber deliberado; califica con la nota aprobatoria de 16 (dieciséis). En fe de lo cual, se firma la presente acta, por los miembros integrantes del proceso de sustentación. Dr. Ing. Efraín Elías PORRAS FLORES presidente Dr. Ing. Víctor Félix FLORES MORENO Jurado Asesor c.c.: Bach. Albert AGUILAR SAICO Jurados (4) Archivo Mg. Ing. Christian LEZAMA CUELLAR Secretario del Proceso MSc. Ing. Johnny Henrry CCATAMAYO BARRIOS Jurado MSc. Ing. Jaime PALOMINO CLAUDIO Jurado Firmado digitalmente por Jaime Palomino Claudio Fecha: 2022.09.30 09:41:55 -05'00' Firmado digitalmente por Mg. Ing. Ccatamayo Barrios Johnny Henrry Fecha: 2022.09.30 16:21:26 -05'00' Firmado digitalmente por LEZAMA CUELLAR CHRISTIAN UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS GEOLOGÍA Y CIVIL Dr. Efraín Elías Porras Flores DECANO Firmado digitalmente por Dr. Ing. Efrain Elias Porras Flores Fecha: 2022.10.04 08:57:59 -05'00' i APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH DEDICATORIA Quiero expresar mi gratitud a Dios, a mi familia, y, en especial consideración a mi madre Reyna y mi esposa Jhuny por su apoyo emocional, económico e incondicional en todo momento. Asimismo, dedicar este logro a mi hermano mismos que fueron mi fuente de inspiración para lograr esta meta. Robinson que desde el cielo iluminó mi camino los ii APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH AGRADECIMIENTO A los docentes que me brindaron su mayor apoyo y conocimiento en aportar trabajos de Industria Minera. A la escuela de Ingeniería de Minas por proporcionarme su sabiduría de conocimiento, orientación vocacional, para poder formarme profesionalmente como Ingeniero de Minas. A la Minera Aurífera Retamas S.A. por poseer dentro de su ambiente y así poder realizar este trabajo de investigación. iii APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH RESUMEN El presente trabajo de investigación tiene por objetivo principal explicar de qué manera influye la aplicación de la geomecánica en el diseño y construcción de labores subterráneas en la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A. Para ello, se empleó una metodología de investigación de tipo aplicada con un nivel explicativo. Y se obtuvo las siguientes conclusiones: De acuerdo a los levantamientos geomecánicos realizados se determinaron los siguientes tipos de roca: I-B muy buena, II-A buena A, II-B buena B, III-A normal A, III-B normal B, IV.-A Mala A, IV -B Malo B y V-A Muy Malo. De igual manera, utilizando la geomecánica de la Mina San Andrés, trabajar los vanos de acuerdo a los RMR encontrados, de la misma manera que se utilizan tipos Determinar las dimensiones y tiempo de estabilidad. Palabras claves: Geomecánica, sostenimiento, labores subterráneas. iv APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH ABSTRAC The main objective of this research work is to explain how the application of geomechanics influences the design and construction of underground workings in the San Andrés Mine - CIA., Minera Aurifera Retamas S.A. For this, an applied research methodology was used with an explanatory level. And the following conclusions were obtained: According to the geomechanical study carried out, the following types of rocks have been determined: I-B very good, II-A Good A, II-B Good B, III-A regular A, III-B regular B, IV -A poor A, IV-B poor B and V-A very poor A. Likewise, geomechanics in the San Andrés mine is applied to determine the dimensions of the working openings and the self-support time, according to the RMR found, In the same way, the types of support to be used are determined. Keywords: Geomechanics, support, underground work. v APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Índice DEDICATORIA .................................................................................................................. i AGRADECIMIENTO ........................................................................................................ ii RESUMEN ........................................................................................................................ iii ABSTRAC ......................................................................................................................... iv Índice de tablas ................................................................................................................... x Índice de figuras ................................................................................................................. xi Introducción ...................................................................................................................... 14 Capítulo I .......................................................................................................................... 15 Planteamiento del Problema ............................................................................................. 15 1.1. Descripción de la realidad problemática ......................................................... 15 1.2. Formulación del problema ............................................................................... 16 1.2.1. Problema General ......................................................................................... 16 1.2.2. Problemas Específicos.................................................................................. 16 1.3. Objetivos .......................................................................................................... 16 1.3.1. Objetivo General .......................................................................................... 16 1.3.2. Objetivos Específicos ................................................................................... 16 1.4. Justificación ..................................................................................................... 17 1.5. Importancia ...................................................................................................... 17 1.6. Hipótesis .......................................................................................................... 17 vi APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 1.6.1. Hipótesis General ......................................................................................... 17 1.6.2. Hipótesis Específico ..................................................................................... 17 1.7. Variables e Indicadores ................................................................................... 18 1.7.1. Variable Dependiente ................................................................................... 18 1.7.2. Variable Independiente ................................................................................ 18 Capítulo II ......................................................................................................................... 19 Marco Teórico ................................................................................................................... 19 2.1. Datos de la Unidad Minera .............................................................................. 19 2.1.1. Ubicación y acceso ....................................................................................... 19 Luego se continúa río arriba por tierra hasta Retama (mina-MARSA) por aproximadamente 1 hora. ...................................................................................................... 20 2.1.2. Clima y vegetación ....................................................................................... 20 “Debido a la topografía de la zona, la vegetación es muy escasa, compuesta por arbustos y hierbas; la cuenca disminuye, la vegetación mejora, domina la agricultura; durante las lluvias, la vegetación se fortalece”. ................................................................................. 20 2.1.3. Topografía .................................................................................................... 20 2.1.4. Recursos ....................................................................................................... 20 2.1.5. Geología regional ......................................................................................... 21 2.1.6. Estratigrafía .................................................................................................. 23 2.1.7. Geología estructural ..................................................................................... 23 vii APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 2.1.8. Geología local .............................................................................................. 25 2.1.9. Geología económica ..................................................................................... 26 2.1.10. Reservas minerales ..................................................................................... 27 2.2. Antecedentes de la investigación ..................................................................... 28 2.3. Bases Teóricas ................................................................................................. 30 2.3.1. Parámetros geomecánicos ............................................................................ 30 2.4. Definiciones conceptuales ............................................................................... 48 Capítulo III ........................................................................................................................ 49 Metodología de la investigación ....................................................................................... 49 3.1. Tipo de Investigación ...................................................................................... 49 3.2. Nivel de Investigación ..................................................................................... 49 3.3. Diseño .............................................................................................................. 49 3.4. Población ......................................................................................................... 50 3.5. Muestra ............................................................................................................ 50 3.6. Muestreo .......................................................................................................... 50 3.7. Metodología de trabajo .................................................................................... 50 3.8. Unidad de análisis ............................................................................................ 51 3.9. Técnicas e Instrumentos de recolección de datos ............................................ 51 Capítulo IV........................................................................................................................ 52 Recolección de datos y procedimiento experimental ........................................................ 52 viii APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 4.1. Labores de desarrollo. preparación y exploración ........................................... 52 4.2. Labores verticales e inclinadas ........................................................................ 53 4.3. Sistema de explotación .................................................................................... 54 4.4. Método de explotación .................................................................................... 54 4.4.1. Corte y relleno ascendente ........................................................................... 55 4.4.2. Cámaras y pilares ......................................................................................... 56 4.5. Ciclos de operaciones mineras ........................................................................ 57 4.5.1. Perforación y voladura ................................................................................. 57 4.5.2. Limpieza ....................................................................................................... 58 4.5.3. Relleno ......................................................................................................... 59 4.5.4. Sostenimiento ............................................................................................... 60 4.5.5. Transporte subterráneo y superficial ............................................................ 60 4.6. Plan de minado ................................................................................................ 61 4.6.1. Escala de producción .................................................................................... 61 4.6.2. Programa de producción mina...................................................................... 62 Capítulo V ......................................................................................................................... 64 Análisis de Resultados ...................................................................................................... 64 5.1. Caracterización y modelación del macizo rocoso .................................................. 64 5.1.1. Influencia de las características del macizo rocoso en labores subterráneas .. 64 5.1.2. Análisis de esfuerzos mediante software especializado .................................. 67 ix APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 5.1.3. Mapeo geomecánico subterráneo .................................................................... 72 5.2. Estudio de las características físicas y mecánicas del macizo rocoso ................... 73 5.2.1. Propiedades físicas de la roca ......................................................................... 73 5.2.2. Propiedades geomecánicas del macizo rocoso ............................................... 74 5.3. Sistemas de evaluación geomecánico .................................................................... 80 5.3.1. RQD (Rock Quality Designation) .................................................................. 80 5.3.2. RMR ................................................................................................................ 82 5.3.3. Sistema Q (NGI): ............................................................................................ 83 5.4.1. Cálculos geomecánicos para determinar la máxima abertura y el tiempo de auto soporte ................................................................................................................................... 86 5.5. Descripción de los tipos de sostenimiento ............................................................. 89 5.8. Diseño de labores subterráneos ............................................................................ 104 5.8.1. Parámetros de diseño .................................................................................... 104 4.8.2. Inestabilidad de labores................................................................................. 107 4.8.3. Diseño de labores .......................................................................................... 107 5.9. Costos de aplicación por tipos de sostenimiento ................................................. 109 5.10. Seguridad en la operación .................................................................................. 110 5.11. Evaluación técnica y económica del sostenimiento aplicado ............................ 111 Conclusiones ................................................................................................................... 112 Recomendaciones ........................................................................................................... 114 x APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Referencia bibliográfica .................................................................................................. 115 Índice de tablas Tabla 1. Reservas de mineral según categoría. ............................................................................ 27 Tabla 2. Reservas de mineral por certeza y accesibilidad. ........................................................... 28 Tabla 3. Tipos de excavaciones mineras subterráneas. ................................................................ 38 Tabla 4. Características de las perforadoras................................................................................ 57 Tabla 5. Características de las palas cargadoras. ......................................................................... 58 Tabla 6. Características de las locomotoras. ................................................................................ 60 Tabla 7. Programación mensual. .................................................................................................. 62 Tabla 8. Clasificación de la roca según NGI. .............................................................................. 84 Tabla 9. Estimación de las Máximas Aberturas Permisibles y Tiempos de Auto sostenimiento. 85 Tabla 10. Abertura Máxima para cada valor de “Q” y tiempo de auto soporte. .......................... 87 Tabla 11. Dimensiones de la madera a utilizarse en la mina. ...................................................... 90 Tabla 12. Dimensiones de la madera a utilizarse en la mina. ...................................................... 90 Tabla 13. Pruebas pernos helicoidales de 22mm (CIA. Minera Aurífera Retamas S.A). ............ 94 Tabla 14. Costos unitarios directos por tipo de sostenimiento. ................................................. 110 xi APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Índice de figuras Figura 1. Ejemplos de mecanismos de falla y comportamiento del macizo rocoso para facilitar la compresión del comportamiento del macizo rocoso. .................................................................... 33 Figura 2. La forma en arco de las excavaciones favorece la estabilidad y las formas esquinadas desfavorecen la estabilidad. .......................................................................................................... 40 Figura 3. Formas de las excavaciones. ........................................................................................ 41 Figura 4. Orientación de la excavación con respecto a los rasgos estructurales. ........................ 42 Figura 5. A mayor tamaño de la excavación se favorece la inestabilidad. .................................. 43 Figura 6. Tiempo de auto sostenimiento de acuerdo al RMR (Bieniawski 1989). ...................... 44 Figura 7. Secuencia de minado de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba. ............................ 45 Figura 8. Secuencia de minado de norte a sur. ............................................................................ 45 Figura 9. Secuencia tipo damero en cuerpos masivos. ................................................................ 46 Figura 10. Secuencia de minado en pirámide. ............................................................................. 46 Figura 11. Secuencia de minado de piso a techo. ........................................................................ 47 Figura 12. Análisis del macizo rocos sin perturbación. ............................................................... 68 Figura 13. Mayor magnitud de los esfuerzos en las rocas encajonantes. .................................... 69 Figura 14. Influencia del esfuerzo menor. ................................................................................... 69 Figura 15. Radio de alteración del macizo rocoso después de la excavación. ............................ 70 xii APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Figura 16. Dirección de los esfuerzos. ......................................................................................... 70 Figura 17. Resistencia de la roca circundante. ............................................................................. 71 Figura 18. Dirección de los esfuerzos que determinan la deformación de la excavación. .......... 72 Figura 19. Densidad del Mineral y de la roca. ............................................................................. 73 Figura 20. La capacidad de Absorción y Porosidad de la roca. ................................................... 74 Figura 21. Clasificación del macizo rocoso -Marsa. ................................................................... 75 Figura 22. Resistencia a la comprensión y tracción..................................................................... 76 Figura 23. Módulo de Young ( E )............................................................................................... 77 Figura 24. Índice de calidad de túnel (Q) y velocidad sónica (Vc). ............................................ 78 Figura 25. Clasificación del Macizo Rocoso según el tipo de roca. ............................................ 79 Figura 26. Estimación de los Parámetros de Resistencia de la Roca. .......................................... 79 Figura 27. Gráfico del programa Roclab 1.0. .............................................................................. 80 Figura 28. Designación de la calidad de roca (RQD). ................................................................. 80 Figura 29. Categorías de sostenimiento, basadas en el índice de calidad tunelera Q (Según Grimstad y Barton, 1993). ............................................................................................................ 88 Figura 30. Abaco para estimar el tiempo de sostenimiento. ........................................................ 88 Figura 31. Sostenimiento Recomendado. .................................................................................... 89 Figura 32. Esquema de tipos de sostenimiento. ........................................................................... 97 Figura 33. Relleno Hidráulico. .................................................................................................... 99 Figura 34. Tipo de roca. ............................................................................................................. 104 Figura 35. Clasificación de labores............................................................................................ 105 Figura 36. Incremento de las zonas de inestabilidad. ................................................................ 106 Figura 37. Resistencia a la concentración de fuerzas. ............................................................... 107 14 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Introducción La tesis que se presenta abarca la aplicación de la geomecánica para el diseño y construcción de labores subterráneas en la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A. Es así, que el trabajo para un adecuado estudio y presentación se ha estructurado en cinco capítulos que se describen a continuación: 15 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Capítulo I Planteamiento del Problema 1.1. Descripción de la realidad problemática En el Perú, la minería desde hace mucho tiempo es el sector que más divisas aportó a la nación. Por ello, la minería para ser competitivo en el mercado internacional tiene que modernizar sus operaciones en todas sus fases, el cual permitirá lograr una mayor producción y bajar los costos y a su vez poder explotar minerales de menor ley. Según Dahmert, la extracción de recursos puede contribuir al desarrollo económico de un país. Principales efectos: contribución al desarrollo económico, generación de divisas, capacidad de ahorro, desarrollo industrial y estímulo del desarrollo regional (como se citó en Cabello, 2018, p. 3). En consecuencia, la demanda de minerales en los últimos años ha incentivado la explotación de yacimientos más profundos, lo que también ha creado nuevos desafíos y problemas, como accidentes por caída de rocas o accidentes por transporte de equipos. En 2017, el Ministerio de Energía y Minas afirmó que "en los últimos 15 años, los desprendimientos de rocas han representado el 32% de las muertes en Perú y han sido la principal causa de muertes en la minería". (Cabello, 2018). Es por esta razón, que la aplicación de geomecánica es de suma importancia, ya que ello permitirá diseñar y construir las labores subterráneas de manera segura. Siendo así, que la Mina San Andrés - CIA busca aplicar la geomecánica para diseñar y construir sus labores subterráneas. 16 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 1.2. Formulación del problema 1.2.1. Problema General ¿De qué manera influye la aplicación de la geomecánica en el diseño y construcción de labores subterráneas en la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A, 2022? 1.2.2. Problemas Específicos PE1. ¿Cuál es el método de explotación de la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A? PE2. ¿Cómo son las características geomecánicas de la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A? PE3. ¿Qué tipo de sostenimiento es aplicado en la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A? 1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo General Explicar de qué manera influye la aplicación de la geomecánica en el diseño y construcción de labores subterráneas en la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A, 2022. 1.3.2. Objetivos Específicos OE1: Determinar el método de explotación de la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A. OE2: Determinar las características geomecánicas de la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A. 17 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH OE3: Determinar qué tipo de sostenimiento es aplicado en la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A. 1.4. Justificación La seguridad del personal y de los equipos en el minado subterráneo son de prioridad. Es así, que la aplicación de la geomecánica en las labores subterráneas es de suma importancia. Es por esta razón, que el presente estudio busca la aplicación de la geomecánica en el diseño y construcción de las labores subterráneas en la Mina San Andrés. Todo ello con la finalidad de recuperar el mineral y establecer un ambiente de trabajo seguro. 1.5. Importancia La importancia de esta investigación radica en que contribuirá de manera significativa en el diseño y construcción de labores subterráneas considerando los aspectos geomecánicos de la mina. Asimismo, servirá como referencia para otros proyectos semejantes. 1.6. Hipótesis 1.6.1. Hipótesis General La aplicación de la geomecánica influye de manera significativa en el diseño y construcción de labores subterráneas en la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A, 2022. 1.6.2. Hipótesis Específico HE1: El método de explotación de la Mina San Andrés - CIA es corte y relleno ascendente con relleno hidráulico y cámaras y pilares. HE2: La geomecánica ha permitido a la Mina San Andrés determinar las siguientes características: dimensiones de abertura de labores, tiempo de autosostenimiento, perforación y voladura, tipo de roca y carga explosiva. 18 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH HE3: El sostenimiento de las aberturas de la Mina San Andrés - CIA es a través del relleno hidráulico. 1.7. Variables e Indicadores 1.7.1. Variable Dependiente Diseño y construcción de labores subterráneas. Indicadores: Sistema de explotación Ciclo de operación minera Escala de producción 1.7.2. Variable Independiente Aplicación de la geomecánica. Indicadores: Discontinuidades. Calidad geomecánica del macizo rocoso. Propiedades geomecánicas de la masa rocosa. 19 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Capítulo II Marco Teórico 2.1.Datos de la Unidad Minera 2.1.1. Ubicación y acceso "Minas de la Agencia Central de Inteligencia San Andrés. Minera Aurifera Retamas S.A (MARSA), reside en anexo Llacuabamba, Distrito de Parcoy, Provincia de Pata, Provincia de La Libertad (ver plano 1), en el costado occidental de la sierra oriental, frente a la ciudad de Trujillo 510 km al este, 3900 m sobre el nivel del mar, entre las siguientes coordenadas geográficas: Longitud 77° 20’ 00” Oeste Latitud 08° 02’ 00” Sur. El acceso a la mina puede ser por las siguientes vías: Por Vía Terrestre: Por Vía Aérea: El acceso por vía aérea en avioneta, se realiza hasta un aeródromo ubicado en la playa de la laguna de Pías. RUTA TIPO DE CARRETERA DISTANCIA(km) TIEMPO(horas) LIMA - TRUJILLO ASFALTADO 562 9 TRUJILLO - CHAGUAL AFIRMADO 440 19 CHAGUAL - MINA TROCHA 70 3 TOTAL 1,072 31 20 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Lima – Pías : 1 hora 20 minutos Trujillo – Pías : 45 minutos Luego se continúa río arriba por tierra hasta Retama (mina-MARSA) por aproximadamente 1 hora. 2.1.2. Clima y vegetación “El clima de la región es mayormente frío, con dos estaciones climáticas bien diferenciadas, lluviosa de noviembre a abril y seca de mayo a octubre, temperaturas diurnas de hasta 22ºC y noches frías de 0°C”. “Debido a la topografía de la zona, la vegetación es muy escasa, compuesta por arbustos y hierbas; la cuenca disminuye, la vegetación mejora, domina la agricultura; durante las lluvias, la vegetación se fortalece”. 2.1.3. Topografía “El relieve topográfico representado en esta zona es sumamente escarpado, ya que el río Marañón ha formado un profundo valle en forma de V y sus afluentes han formado profundos valles casi perpendiculares a la trayectoria del río Marañón, en esta zona tiene un curso N-S , en el resto de la dirección norte-sur su corriente principal es NW-SE paralela al anticlinal andino, el río Parko, 12 km al este del río Maranhion, lo atraviesa SE-NW, formando un valle entre los Andes, con fuertes pendientes a los lados, que desemboca en la Laguna de Pías”. 2.1.4. Recursos 2.1.4.1.Recurso natural. El mineral existente en el yacimiento, constituye el principal recurso natural y que es objeto del presente trabajo. 21 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 2.1.4.2.Recursos hídricos “La zona es rica en agua y discurre constantemente durante todo el año por los ríos Mishito, Llacuabamba y Castilla, con menor caudal en verano y gran aumento en invierno; cada río forma parte del desbordamiento de una laguna de tamaño normal, y también se sugiere que provienen principalmente del consumo doméstico en Castilla y Michito”. 2.1.5. Geología regional La geología de la zona de Patáz está compuesta por diferentes series de basamento con metamorfismo de bajo grado del Proterozoico y Paleozoico inferior a terciario inferior con rocas vulcano - clásticas casi sin deformar el terciario superior. Este basamento está incluido dentro del Batolito de Patáz a lo largo de toda la zona fracturada. La formación del Batolito es de la edad Paleozoico de alrededor de 300 millones de años del carbonífero superior. La fractura que dio origen a estas pulsaciones magmáticas fue del tipo inverso, producto de esfuerzos de compresión de la tectónica de placas (entre la placa Oceánica y la Continental), la inyección del magma que fue rellenando a esta falla con rumbo Norte-Sur fue predominante en calco alcalino (granodiorita). Se ha podido detectar con la ayuda de los mapeos geológicos, 80 Km. de Batolito, teniendo una forma lenticular en sus extremos Sur y Norte, con un ancho variable que va de 3 a 8 Km. El Batolito de Patáz contiene vetas de cuarzo-pirita, donde se encuentra normalmente el oro, asociado a la pirita y en pequeñas proporciones asociado 22 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH a la galena, escalerita y arsenopirita, se ha encontrado mineralización en rocas precámbricas y paleozoicas debido a la intrusión del Batolito en estas rocas en su formación, pero acentuándose más esta mineralización en las calizas Pucará en los contactos con el intrusivo y así formando diseminaciones de oro. El Batolito está controlado por dos grandes fallas regionales una al Nor - Este que la pone en contacto con el complejo Marañón, formadas por pizarras que corresponden a la formación Contaya, metamorfismo con presencia de pirita fina, se observa también Filitas siendo las rocas más antiguas que presentan cierto metamorfismo de contacto, la otra falla regional se ubica al Sur-Oeste pone al contacto con rocas del Paleozoico y Mesozoico de la formación Chota. Dicho Batolito tiene una dirección de N 30° W, controlado con cizallas marginales y cabalgamiento de geometría lístrica. La localización de oro a escala local y regional se atribuye a zonas de dilatación de orientación predominantes NW – SE. 23 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 2.1.6. Estratigrafía Complejo Marañon (PC-cm): "Estas son las rocas más antiguas de la región. Desde datos de Cambrie hasta Cambridge, consiste en rocas de baja calidad. Caridad negra, piso verde y Yunm Yunmu son pizarra de pizarra gris verde". Su espesor llega a los 2,000 m”. 2.1.7. Geología estructural La característica principal del Batolito de Patáz es la falla, la cual tiene tres etapas tectónicas claramente definidas en el área: La primera fase previa a la minería. 24 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH La segunda etapa coetánea con la mineralización. La tercera etapa post – mineral. "El primer período resultó en la formación de fracturas, que luego se mineralizaron, golpearon N 10º W a N 35º W, buzamiento principalmente 45 - 69º NE, formadas por fracturas más antiguas y complejas, que eran aberturas de fracturas de hasta 15 m" Las fallas presentes en el yacimiento son: Las principales estructuras mineralizadas (vetas) de cuarzo – pirita, son: 25 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 2.1.8. Geología local “El yacimiento El Gigante se ubica en la edad paleozoica del Batolito de Patáz (rocas de microdiorita, granodiorita y granito granítico). Está constituido por vetas de cuarzo con concentraciones lenticulares de sulfuros, principalmente pirita, y contenido de oro libre. Las concentraciones minerales se encuentran en forma de cuerpos minerales (nódulos minerales) controlados por una estructura de anillo cilíndrico". "La mineralización consiste en vetas hidrotermales llenas de cuarzo, pirita y arsenopirita menor. La estructura se encuentra afectada por fracturas diagonales de alto ángulo, creando un patrón de adelgazamiento y extensión de Rosario que va desde los 0.5 m hasta los 10 m, existen fallas menores concentradas como cajas falsas, donde los valores auríferos se concentran en pirita masiva y muy fina. -de grano, también hay fracturas transversales con desplazamientos cortos. El contenido de oro varía según sea libre o asociado a pirita maciza y de grano fino, siendo la pirita cristalizada de grano grueso generalmente de bajo contenido en oro. 26 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 2.1.9. Geología económica 2.1.9.1.Génesis El yacimiento en cuanto a su origen tiene las siguientes características: 2.1.9.2.Mineralogía "El contenido mineral de la veta rara es relativamente simple, con pequeñas cantidades de galena y otros sulfuros en presencia de cuarzo y pirita. Los siguientes resultados se obtuvieron de estudios mineralógicos previos: Minerales de Mena.- "Los principales minerales de mena son pirita aurífera con arsenopirita (As₅Fe), galena (PbS), esfalerita (ZnS), una pequeña cantidad de azúcar de cuarzo para transportar oro libre y oro primario (Oh)". Minerales de ganga.- “Por lo tanto no tienen interés económico, por ejemplo: cuarzo opalescente, sericita, limonita, calcita, calcopirita (CuFeS₂), etc.”. 27 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH “Según estudios mineralógicos, la mayor parte del oro está suelto y debido a su tamaño, debe ser molido finamente para optimizar su extracción”. 2.1.10. Reservas minerales Teniendo en cuenta el límite operativo de 5,2 Au gr/TM, en 2008 se contó con metros cúbicos de reservas minerales, como se muestra en el cuadro: Tabla 1. Reservas de mineral según categoría. Fuente: Dpto. de Geología – MARSA "Valeria Lode ofrece reservas de mineral por primera vez de 211.419 TMS con una ley de 1,05 m y 12,74 gr/TM y debería estar disponible en la rampa Patrick 2". "Del mismo modo, esperamos aumentar las reservas de mineral en Esperanza Lode y Shakira Lode de grado 2870 en Esperanza inclinada en Far West-E". 28 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Tabla 2. Reservas de mineral por certeza y accesibilidad. Fuente: Depto. de Geología – MARSA 2.2.Antecedentes de la investigación Tesis Mamani (2019), en el trabajo de investigación “Diseño de la arquitectura subterránea de la Escuela de Minas de Carolina con fines académicos y de investigación” con el objetivo “Diseño de la arquitectura subterránea de la Escuela de Minas de Carolina con fines académicos y de investigación en la facultad Ingeniero de Minas UNA PU La conclusión es que “las propiedades geomecánicas del macizo rocoso del área de estudio, utilizando la clasificación geomecánica de Bieniawski y el índice Q de Barton, así como el diseño del método de entrada de Hill, determinan el diseño del edificio subterráneo”. de la Escuela de Minas de Carolina, con fines académicos y de investigación, Escuela de Ingeniería de Minas UNA Puno”. Loarte (2018) en su trabajo “Diseño geomecánico para apoyar las operaciones mineras de Minera Toma la Mano - CORMITOMA S.A. - 2018” tiene como objetivo determinar Corporación Minera Toma La Mano - CORMITOMA S.A. apoyo. ingeniería de minas basada en el diseño geomecánico. – 2018. Para ello se utilizó el método de investigación aplicado, no experimental, 29 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH cuantitativo y transversal. El apoyo a la afirmación es esporádico ya que se realizaron estudios litológicos tectónicos en las zonas mineralizadas. Lucas (2019) en su disertación "Características geomecánicas de Huantejalla U.P. Support Underground. Uchucchacua Compañía Minera Buenaventura S.A.A.", cuyo objetivo era realizar características geomecánicas para determinar el tipo de apoyo de estabilidad en el Min subterráneo. Uchucchacua de Minera Buenaventura S.A.A. Para hacer esto, utilizó un método de investigación utilizado para el diseño cruzado y longitudinal, y entre los métodos de investigación utilizados estuvieron: entrevistas e investigación, análisis documental y observación. Concluir que la resistencia de cada tipo de piedra nos da cada parámetros de estabilidad minera, lo que nos permite obtener un panorama adecuado del plan minero. Flores (2021) menciona "Caracterización geomecánica de los macizos rocosos para determinar los tipos de soporte para la concesión minera subterránea Zenit 1 en el condado de St. Louis" tiene como objetivo realizar la caracterización geomecánica del macizo rocoso para determinar el tipo de minería subterránea para Zenit 1. concesión al apoyo a la Ley del Distrito de Louis. Para ello se utilizaron métodos de investigación descriptivos. y concluyó que se realizó un mapeo geomecánico del macizo rocoso para determinar el tipo de soporte adecuado y con base en los datos obtenidos de la caracterización del macizo rocoso, éste fue deficiente debido a que los afloramientos alteraron el macizo rocoso y su explotación mineral fue inestable. Alcántara et al. (2018) en su trabajo “Caracterización geomecánica para la determinación de tipos de apoyo en ingeniería subterránea, Perú - 2018” tiene como objetivo comprender y estudiar las características geomecánicas para determinar los tipos de apoyo en ingeniería subterránea en el Perú en el año 2018. Para ello se utilizó un método de investigación aplicado y 30 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH descriptivo. Se utilizaron diversos estudios publicados en Renati, Dialnet y Scielo. Como resultado, el 69 % de los estudios calificaron los caracteres mecánicos geológicos basados en el sistema RMR, y el índice Q Barton se estimó en el 31 %. Agregue la aplicación y los datos al uso del índice de resistencia geológica (GSI) y el software. Cabello (2018) en su trabajo de investigación "Las instrucciones de estándares mecánicos geológicos para la superación subterránea, es un medio para prevenir las muertes causadas por la caída de la roca", cuyo objetivo es investigar la causa de los desastres rocosos, incluidos varios factores: de AS: Reducir el Calidad de la tierra, minería, minería, explosión, estándares comerciales, sistemas de gestión, educación de los empleados y reglas actuales. Y concluyó que debería decidirse que la minería se usa como un país de comparación (punto de referencia) con la tradición minera, los líderes de seguridad y el análisis del aspecto positivo de la realidad de Perú. 2.3.Bases Teóricas 2.3.1. Parámetros geomecánicos 2.3.1.1.Dominios geomecánicos. 2.3.1.1.1. Modelo geomecánico. La construcción de un modelo geomecánica es el primer paso fundamental antes de iniciar las labores subterráneas, ya que describe todos los aspectos geomecánicos (geológico, estructural, macizo rocoso, hidrogeológico y condiciones de esfuerzos) sobre las características del entorno donde se va a llevar a cabo las labores subterráneas. A continuación, se detalla cada uno de ellos: - Modelo geológico Este modelo “debe representar la distribución de los materiales involucrados en el desarrollo de las labores mineras” (Osinergmin, 2017, p. 42). Asimismo, los tipos de materiales 31 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH no solo deben considerar a la litología, sino también el grado y tipo de alteración u otros parámetros geológicos que podrían modificar de manera negativa o positiva el macizo rocoso. Por otra parte, es importante identificar las características morfológicas, geológicas y la génesis de la mineralización, como también este modelo debe de estar enfocado en la geología global (roca encajonante y estructura mineralizada). - Modelo estructural Este modelo considera dos niveles: estructuras mayores e intermedias y estructuras menores. El primero es más continuo, aunque relativamente espaciadas y en la mayoría de los casos está constituido por material alterado, que influye de manera preponderante en la estabilidad de las labores. El segundo tiene continuidad limitada y son muy poco espaciadas, ello afecta en la estabilidad de las labores al igual que las estructuras mayores. - Modelo de macizo rocoso “Este modelo está constituido por los siguientes análisis: a) propiedades de la roca intacta, b) índice RQD, c) clasificación geomecánica, d) resistencia de las estructuras menores y mayores, y e) propiedades de resistencia del macizo rocoso. Siendo así, que este método debe determinar las propiedades geomecánicas del macizo rocoso que será empleada en el análisis y diseño de labores subterráneas”. (Osinergmin, 2017) - Modelo hidrogeológico Este método permite identificar la posible infiltración de agua en la mina. Así, permite evaluar los potenciales efectos de las aguas sobre la estabilidad de una mina subterránea. Es así, que se debe incluir en la evaluación los siguientes aspectos: a) infiltraciones que afectarían a las 32 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH operaciones mineras, b) campo de presión de poros que afectarían en la profundización de la mina, y c) potencial ocurrencia de infiltraciones súbitas de agua a la mina subterránea. - Condiciones de esfuerzos “La evaluación del estado de esfuerzos es importante, ya que los esfuerzos inducidos pueden dar origen a las concentraciones de esfuerzos que causan la inestabilidad local y global del macizo rocoso”. 2.3.1.1.2. Dominios geomecánicos. Los dominios geomecánicos se establecen después de haberse construido el modelo geomecánico y luego subdividirlo en zonas denominadas considerando características similares u homogéneas. Estos están asociados a las características geológicas del lugar y a los mecanismos de falla esperados para cada sector. 2.3.1.1.3. Mecanismos de falla. La estabilidad de las excavaciones mineras depende del macizo rocoso, estructuras y los esfuerzos presentes. - Mecanismos de falla controlada por esfuerzos La influencia de los esfuerzos en una excavación minera depende de la magnitud y orientación de los esfuerzos, dimensiones de las excavaciones y tipo o calidad de macizo rocoso. - Mecanismos de falla controlada por estructuras 33 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Una excavación minera a poca profundidad está influenciada por los sistemas estructurales del macizo rocoso. Es así, que a medida que el minado se profundiza y las excavaciones aumentan originan zonas de fallamiento por sobreesfuerzo. Figura 1. Ejemplos de mecanismos de falla y comportamiento del macizo rocoso para facilitar la compresión del comportamiento del macizo rocoso. Fuente: Osinergmin 2.3.1.2.Criterios geomecánicos. 2.3.1.2.1. Criterios geomecánicos. Los criterios geomecánicos a considerar al realizar proyectos mineros son: Criterios durante la construcción y operación (criterios de construcción, especificaciones técnicas, técnicas de construcción y minería, mapeo, instrumentación y monitoreo), y c) criterios geomecánicos para cierre de mina (durabilidad, monitoreo y mantenimiento). 2.3.1.2.2. Criterios de aceptación. - Factor de seguridad 34 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH El factor de seguridad “es una medición determinista de la relación entre las fuerzas resistentes (capacidad) y las fuerzas actuantes (demanda)” (Osinergmin, 2017, p. 46). Así, el factor de seguridad (FS) de una estructura se determina a través de lo siguiente: Donde: FS = Factor de Seguridad. C = Capacidad de soporte de carga del sistema. D = Fuerzas actuantes o demanda sobre el sistema. - Probabilidad de falla La probabilidad de falla (PF) “es una aproximación mayormente utilizada para dar una evaluación más racional del riesgo asociado a un diseño particular” (Osinergmin, 2017, p. 47). Asimismo, la probabilidad de falla es una función, no solo de promedios sino también de variabilidad de los datos de entrada. Es así, que posee las siguientes características: 35 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Cabe mencionar que existen dos opciones de uso de la probabilidad de falla: a) La opción 1 reconoce al FS como una variable al azar y busca la probabilidad de ser igual o menor que 1: b) La opción 2 busca la probabilidad que la demanda (D) exceda la capacidad (C): 2.3.1.3.Diseño geomecánico del método de minado. 2.3.1.3.1. Factores característicos del diseño geomecánico. “Un yacimiento de mineral puede ser explotado por diferentes métodos, y por ello la selección del método y diseño de explotación subterránea debe ser de acuerdo a las características de un tipo de yacimiento: a) configuración geométrica (dimensiones y forma), b) disposición y orientación (profundidad, buzamiento y rumbo), c) tamaño (masivo, tabular o veta), d) Características geomecánicas (mineral y roca encajonante), e) distribución de ley (uniforme, variable, irregular), y f) aspectos ambientales”. 36 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 2.3.1.3.2. Métodos de explotación subterránea. Los métodos de explotación en minas subterráneas se dividen en tres categorías, las cuales son los siguientes: - Métodos sin soporte o hundimiento En este método “los vacíos creados por la extracción del mineral se rellenan progresivamente con el material del hundimiento de la caja techo a medida que se sigua minando” (Osinergmin, 2017, p. 50). Asimismo, se divide en dos: hundimiento por bloques (el cuerpo mineral es preparado para inducir a la inestabilidad del mineral y al ser este extraído por las labores inferiores por encima de los bloques se hunde gradualmente) y hundimiento por subniveles (la caja techo se hunde progresivamente para rellenar los espacios vacíos originados por la extracción del mineral). - Métodos soportados por pilares En estos métodos “se dejan pilares de macizo rocoso o mineral como principal forma de controlar la estabilidad de áreas extraídas” (Osinergmin, 2017, p. 50). “Asimismo, existen dos tipos: método de cámaras y pilares (el mineral es extraído de las cámaras y los pilares son dejados entre las cámaras como soporte para controlar la estabilidad), y tajeos por subniveles con cámaras abiertas (los pilares de soporte son los pilares corona y pilares costilla que se dejan en mineral para controlar la estabilidad de la roca encajonante)”. - Métodos artificialmente soportados Como es de conocimiento que la exploración subterránea llega a niveles profundos de la mina y que ello genera mayor inestabilidad, y surge la necesidad de un sistema de relleno eficiente. 37 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Es así, que este último es aplicable a métodos artificialmente soportados. Entre ellos se puede mencionar a los métodos de almacenamiento provisional. 2.3.1.3.3. Tipos de excavaciones subterráneas según su uso. Las excavaciones mineras subterráneas en función de la vida útil han sido divididas en dos grandes categorías: - Excavaciones mineras permanentes En este tipo de excavaciones, el personal estará transitando durante gran parte de la vida de la mina y las labores deben cumplirse con todas las especificaciones técnicas de diseño y construcción para un lapso de tiempo que supere o se aproxime a la duración de la actividad minera. - Excavaciones mineras temporales Las labores mineras temporales son “las excavaciones que forman parte de la infraestructura de explotación de un bloque mineral, siendo excavadas para el corto plazo (menor a 3 meses) o mediano plazo (menor a un año)” (Osinergmin, 2017, p. 53). Estas labores son menos riesgosas y el personal transitará y se expondrá dentro de estas labores hasta que finalice la explotación del tajo. 38 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Tabla 3. Tipos de excavaciones mineras subterráneas. Fuente: Osinergmin. 2.3.1.3.4. Riesgos asociados a los métodos de explotación y criterios de control. Los riesgos de los métodos de explotación subterránea son de acuerdo a la presencia o no del personal dentro del proceso de excavación de grandes cavidades o tajeos, ya que los riesgos son mayores cuando se tiene la presencia del personal y equipos. 39 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH - Manejo de riesgos de caída de rocas La caída de rocas es el principal peligro de la explotación minera subterránea, ya que puede generar desde consecuencias insignificantes hasta catastróficas (fatalidades humanas). Es por ello, que se debe de gestionar los riesgos para el personal y los daños asociados a la caída de rocas. 2.3.1.4.Consideraciones geomecánicas. 2.3.1.4.1. Efectos de la voladura en el macizo rocoso. Cuando el proceso de perforación y voladura se realizan de manera incorrecta causan daños en la roca y ello trae consigo efectos negativos en la estabilidad del macizo rocoso. Es así, que a continuación se brindan algunas recomendaciones para minimizar los daños en el macizo rocoso a consecuencia de la voladura: 40 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 2.3.1.4.2. Tamaño y geometría de excavaciones. Tiene influencia en la estabilidad de las excavaciones subterráneas la forma del perímetro de la excavación, la orientación respecto a las discontinuidades y los esfuerzos. Y algunas recomendaciones respecto a la forma de las excavaciones son los siguientes: Figura 2. La forma en arco de las excavaciones favorece la estabilidad y las formas esquinadas desfavorecen la estabilidad. 41 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Figura 3. Formas de las excavaciones. Asimismo, se brinda recomendaciones respecto a la orientación de las excavaciones: 42 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Figura 4. Orientación de la excavación con respecto a los rasgos estructurales. Fuente: Osinergmin Por otra parte, se brinda recomendaciones respecto al tamaño de excavaciones, las cuales son los siguientes: 43 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Figura 5. A mayor tamaño de la excavación se favorece la inestabilidad. Fuente: Osinergmin 2.3.1.4.3. Desate de rocas La mayoría de los accidentes en las explotaciones subterráneas suceden por el desprendimiento de rocas del techo de las excavaciones subterráneas, que se fracturan debido a esfuerzos inducidos. Es así, que para crear un espacio seguro para los trabajadores se debe dejar caer dichas rocas sueltas de manera controlada. A continuación, se detalla algunas recomendaciones para el desate de rocas: 44 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 2.3.1.4.4. Tiempo de auto sostenimiento La clasificación de Bieniawski brinda una idea realista acerca del tiempo que permanecerá autoestable una excavación sin sostenimiento. Es así, que el sistema propuesto por Bieniawski correlaciona el ancho de la excavación con el tiempo del autosostenimiento. Figura 6. Tiempo de auto sostenimiento de acuerdo al RMR (Bieniawski 1989). Fuente: Osinergmin 2.3.1.4.5. Secuencia de explotación La secuencia de explotación se refiere “al orden de minado de los diferentes tajeos planificados y diseñados” (Osinergmin, 2017, p. 80). Asimismo, la secuencia de minado tiene influencias en la estabilidad global de la mina, ya que afecta el reacomodo de los esfuerzos en cada tajeo extraído. Por otra parte, la secuencia de minado está determinado por los requerimientos de 45 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH ley de mineral, características del cuerpo mineralizado y las consideraciones de los esfuerzos inducidos. Algunos de las secuencias de minado son los siguientes: a) Secuencia de arriba hacia abajo, donde es indispensable el uso de relleno. Figura 7. Secuencia de minado de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba. b) Secuencia de minado de norte a sur, donde en un primer instante de debe determinar la secuencia de minado y seguir sistemáticamente. Figura 8. Secuencia de minado de norte a sur. Fuente: Osinergmin 46 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH c) Secuencia tipo damero, donde se extraen los tajeos de manera intercalada, utilizando relleno en pasta. Figura 9. Secuencia tipo damero en cuerpos masivos. Fuente: Osinergmin d) Secuencia de minado en pirámide, donde se utiliza relleno cementado en los tajeos primarios. Figura 10. Secuencia de minado en pirámide. 47 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Fuente: Osinergmin e) Secuencia de minado de piso a techo, se emplea para minimizar las deformaciones en la caja techo utilizando una secuencia desde la caja piso hacia la caja techo. Figura 11. Secuencia de minado de piso a techo. Fuente: Osinergmin 2.3.1.5.Sostenimiento de excavaciones. 2.3.1.5.1. Diseño de sostenimiento. En el diseño del pilar se consideran aspectos como las propiedades del lecho rocoso, los efectos de las tensiones naturales e inducidas, la dirección de la erupción en relación con las condiciones estructurales, la forma y las dimensiones de la erupción y la deformabilidad de la erupción. Macizo, rocas, elementos de soporte. Del mismo modo, el apoyo puede ser pasivo o activo. Los pasivos trabajan sobre o dentro del plano de perforación y requieren que la roca se mueva o se deforme para moldearla. Las plantas actúan dentro de las rocas y pueden reforzar las rocas desde el momento en que se colocan. 48 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 2.4.Definiciones conceptuales Perforación Acción o proceso de elaborar un orificio circular con un taladro (perforadora) manual o mecánico (eléctrico o hidráulico). Discontinuidad Cambio abrupto en las propiedades físicas de materiales adyacentes en el interior de la Tierra. Estabilidad Resistencia de una estructura, un talud o un muro de contención, a la falla por deslizamiento o colapso bajo condiciones normales, para las que fue diseñado. Seguridad industrial Conjunto de actividades dedicadas a identificación, evaluación y control de los factores de riesgo que pueden ocasionar accidentes de trabajo. 49 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Capítulo III Metodología de la investigación 3.1.Tipo de Investigación Es investigación aplicada, “cuya finalidad es crear conocimiento y aplicarlo directamente y en el mediano plazo en el sector social o productivo” (Lozada, 2014, p. 35). Tiene un alto valor añadido porque utiliza el conocimiento utilizado en la investigación básica. Es así, que en esta investigación se busca aplicar la geomecánica para el diseño y construcción de operaciones subterráneas en la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A. 3.2.Nivel de Investigación Es investigación explicativa “cuya finalidad es crear conocimiento y aplicarlo directamente y en el mediano plazo en el sector social o productivo” (Lozada, 2014, p. 35). Tiene un alto valor añadido porque utiliza el conocimiento utilizado en la investigación básica. 3.3.Diseño Es una investigación experimental de tipo cuasi experimental, que tiene como objetivo “poner a prueba una hipótesis causal manipulando al menos una variable independiente donde por razones logísticas o éticas no se puede asignar las unidades de investigación aleatoriamente a los grupos” (Fernández et al., 2014, p. 756). Es así, que en esta investigación la aplicación de la geomecánica va generar efectos en el diseño y construcción de operaciones subterráneas en la Mina San Andrés - CIA., Minera Aurífera Retamas S.A. 50 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 3.4.Población La población de estudio “es un conjunto de casos, definido, limitado y accesible, que formará el referente para la elección de la muestra que cumple con una serie de criterios predeterminados” (Arias et al., 2016, p. 201). La población de esta investigación es la Minera Aurífera Retamas S.A. 3.5.Muestra La muestra es “un subconjunto o parte del universo o población en que se llevará a cabo la investigación” (López, 2004, p. 69). Siendo así, una parte representativa de la población. La muestra de la presente investigación es la Mina San Andrés. 3.6.Muestreo El muestreo es “el método utilizado para seleccionar a los componentes de la muestra del total de la población” (López, 2004, p. 69). 3.7.Metodología de trabajo El desarrollo del presente trabajo comprende dos etapas. a. Recopilación de información básica Comprende el levantamiento geotécnico de las labores de la mina, toma de muestras rocosas y otros datos relacionados al tema a desarrollarse. b. Trabajos de gabinete Ensayos de laboratorio de propiedades físicas y mecánicas de la muestra tomadas, procesamiento de datos obtenidos, elaboración de planos y cuadros geotécnicos por labores y finalmente la redacción de tesis. 51 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 3.8.Unidad de análisis La unidad de análisis de la presente investigación es el macizo rocoso. 3.9.Técnicas e Instrumentos de recolección de datos - Observación: Esta técnica se empleó para describir aspectos generales relacionados a la mina y el nivel de operación. - Registro de datos de campo: Al tener la muestra seleccionada se toman datos de campo usando fichas de bases de datos. - Análisis de datos: Se realiza el análisis de los aspectos geomecánicos que intervienen en el diseño y construcción de las operaciones subterráneas. 52 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Capítulo IV Recolección de datos y procedimiento experimental 4.1.Labores de desarrollo. preparación y exploración Son labores, cuyo avance es realizado en forma horizontal y comprenden las siguientes: - Cruceros: completa la función de conducción hasta que se intercepten algunos objetivos, como estructuras mineralizadas, otras obras, etc. (Suelen ser costura a costura). - Galería: trabajo sobre estructuras mineralizadas. - Corte: El trabajo de interceptar estructuras mineralizadas de la superficie. - Bypass: La transferencia de mano de obra, especialmente mano de obra lineal (frontera), generalmente para mejorar la eficiencia del servicio. Especificaciones técnicas para las labores: Sección Standard : 7´x 8´ (2.1 x 2.4m) Sobre excavación : +10% máximo Gradiente : 5/1000 Radio de curvatura : 5.0m (externo), para locomotora de 1.5 Ton. Trocha : 500mm. Durmientes : Long. 1.0 m. C/1.0m. - Subniveles: Labor que se realiza en forma horizontal siguiendo el rumbo de la veta, la limpieza del material roto se realiza empleando mano de obra. Especificaciones técnicas: 53 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Objetivo : Preparaciones y exploraciones. Sección Standard : 4' x 6' (1.20 x 1.80m). Dirección : Siguiendo el rumbo de la veta 4.2.Labores verticales e inclinadas - Chimeneas verticales: Labor que se realiza en forma ascendente, la limpieza del material roto es por caída libre; caen a la tolva o Chute instalado en el punto de inicio (de un frente). Especificaciones técnicas: Objetivo : Echaderos de mineral o desmonte, Ventilación, Servicios, etc. Sección Standard : 5' x 5' (1.50 x 1.50m), rectangular. Inclinación : Según proyecto. Puntal de avance : Cada 1.0 m. - Chimeneas piloto: Labor que generalmente se inicia en un tajo, sub nivel y/o chimenea inclinada, la limpieza se realiza empleando mano de obra, cuyo objetivo es interceptar estructura al techo de la labor. Especificaciones técnicas: Objetivo : Exploración al techo de la labor Sección Standard : 4' x 4' (1.20 x 1.20m), rectangular Inclinación : Según proyecto. Puntal de avance : Cada 1.0 m 54 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Longitud máxima : 10 metros. - Chimeneas inclinadas: Labor que se realiza en forma ascendente sobre estructura, la limpieza del material roto se realiza empleando mano de obra. Especificaciones técnicas: Objetivo : Exploración, desarrollo y/o preparación Sección Standard : 5' x 5' (1.50 x 1.50m), rectangular. Inclinación : Buzamiento de la veta, sobre estructura. 4.3.Sistema de explotación Debido a la naturaleza compleja del yacimiento, la extracción se realiza con equipos convencionales, como taladros manuales, cabrestantes eléctricos remotos en tajos, accionamientos lineales de cabrestante y locomotoras alimentadas por batería en la extracción de minerales. En la profundización (rampa) con equipos scoop de 0.5 yd hasta 6.0yd de capacidad que son de diesel o hidráulicos (siendo estos equipos de la E.C AESA). 4.4.Método de explotación "Debido a que el depósito es de tipo filonesio, con un empuje de bajo a medio y un buzamiento subhorizontal, el método más adecuado para la mina San Andreas es el siguiente". El método de despegue y llenado. Método de espacios temporales y columnas. 55 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 4.4.1. Corte y relleno ascendente "Durante la producción aguas arriba, un poste de 3m x 5m se une a la chimenea principal y un puente de 3m x 20m corre paralelo a la galería". Geometría del yacimiento: Costo del método : US$ 32.06 TM 56 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 4.4.2. Cámaras y pilares "Los bloques de mineral rectangulares están definidos por chimeneas y corredores, y desde el primer piso el pozo se divide en cámaras intercaladas con columnas rectangulares de 3 m de ancho. La pendiente y la altura de las cámaras dependen de la resistencia de las costuras. Cuando la cámara alcanza el nivel superior, se vuelve a llevar para completar el ancho de diseño cortando y apoyando el hastial" (Lámina No. 04). 57 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH : 1.11 m3/tarea (limpieza manual) Factor de voladura : 1.22 Kg/m3 Factor de Perforación : 4.61 m/m3 Producción por taladro : 0.94 TM/Taladro Costo de Método C.P : US $ 37.51/TM 4.5. Ciclos de operaciones mineras 4.5.1. Perforación y voladura Los equipos de perforación son perforadoras livianas tipo Jack-leg. La longitud de barrenos es de 3, 5, 6 y 8 pies con 34, 36 y 38 mm de diámetro de inserto y/o brocas. En la voladura, se emplean dinamitas semigelatinas con potencia relativas de 45% y 65% y dinamitas pulverulentas de 45%, 65% en las coronas y como también los emulsiones de 1000 y 5000. Los ratios de perforación y voladura son: Factor de voladura en lineales es 2.18 kg/m3 y en tajos 1.04 kg/m3. Factor de perforación en lineales es 7.10 m/m3 y en tajos 3.92m/m3. Rendimientos en lineales es 36.76 cm/hg y en tajos 2.20 Tn/hg. Tabla 4. Características de las perforadoras. EQUIPO DE PERFORACIO N Modelo P es o ( K g ) L o n g it u d p u lg ad as P es o B ar ra K g D iá m et ro p is to p u lg . G o lp es d e la P er f. R P M P re si ó n d e A ir e (P S I) T o rq u es ( L b ) P o te n ci a (H P ) 58 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Atlas Copco BBC-16-W 26,4 28 15 2,74 38 133 58,8 95 6,6 Atlas Copco BBC-34-W 31,1 17 3,14 38 133 88,2 95 9,8 Fuente: Dpto. Mantenimiento Mecánico –MARSA 4.5.2. Limpieza En tajos la limpieza se realiza con winches de arrastre de dos tamboras de motor eléctrico de 7.5 Y 15 HP. Los cables de acero para los rastrillos que se utilizan son: de 3/8” (ida) y 1/4” (retorno) para winches de 7.5 HP; y de 1/2” (ida) y 3/8” (retorno) para winches de 15 HP. El uso de winches permite un mejor rendimiento en el ciclo de minado. En algunos casos la limpieza es en forma manual con carretillas y carros mineros hasta depositar en las tolvas de extracción. A continuación se procede con al aspirado barrido y lavado del tajo, quedando lista para la etapa de relleno. En esta segunda etapa de minado los pilares son explotados y rellenados. En frentes la limpieza se realiza con Palas Neumáticas Eimco 12B, y 21 de capacidades 0.155m3, 0.198m3 respectivamente. Tabla 5. Características de las palas cargadoras. MARCA ANCHO ALTURA FRENTE DE PESO CAPACIDAD POTENCIA CARGA CUCHARA MOTOR 59 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH EIMCO 12B 0.74m 2.11m 1.78m 1700kg 0.155m3 16 HP EIMCO 21B 0.86m 2.37m 2.05m 2600kg 0.198m3 24 HP Fuente: Dpto. Mantenimiento Mecánico -MARSA 4.5.3. Relleno Los tajeos luego de la limpieza son rellenados con relleno hidráulico cementado, que permite restablecer el equilibrio del macizo rocoso y controlar la subsidencia y permite recuperar los puentes y pilares de mineral. Este relleno está constituido por una mezcla de arenas aluviales con cemento que una vez depositado en el tajeo alcanzan una resistencia a la compresión uniaxial de 0.8 Kg/cm². Las propiedades y características del relleno hidráulico son las siguientes: Densidad de pulpa : 1900 gr/lt Velocidad crítica : 2.59 m/s Velocidad de percolación : 18.78 cm/hr Diámetro de tubería (troncal) : 4”f Energía para el transporte : gravedad Diferencia de altura (Planta-Tajeo) : 800 m Resistencia al cabo de 3 meses : 5 Kg. /cm2 60 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 4.5.4. Sostenimiento “Después de la voladura se procede a asegurar el tajo, dependiendo de la competencia de la caja, se emplea como elementos de sostenimiento cuadros de madera, puntales de seguridad, pernos de anclaje fijados con resina y/o gatas hidroneumáticas recuperables, estas permiten bajar los costos, proteger el ambiente y a la ecología al reducir el consumo de madera”. En los lineales se emplean pernos que puede ser los spliset, posimix, pernos helicoidales, mallas electrosoldadas, shotcrete. 4.5.5. Transporte subterráneo y superficial La extracción de desmonte o mineral de interior mina hasta las bocaminas lugar donde están las tolvas principales, se realiza con locomotoras a batería de 1.5 y 5.5 toneladas que jalan 10 a 20 carros mineros (U35). El transporte de las tolvas principales (Bocaminas) a la tolva de gruesos (Planta de tratamiento) se realiza con volquetes de 20 toneladas de capacidad. Tabla 6. Características de las locomotoras. N° MARC A Peso (Tn) N° de Mot. Pot (HP) Voltaje del Motor (VCD) N° de Carros (comboy) Longitud de frenado Velocidad Km/h m/s 1 Bev 1,50 1 5 50 4 10 m. 5 1.39 2 Gemco 1,50 1 5 50 4 10 m. 5 1.39 61 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH 3 Mancha 1,50 1 5 50 4 10 m. 5 1.39 4 Clayton 1,75 1 7 50 5 10 m. 5.7 1.58 5 Bev 3,5 2 6 60 10 25 m. 6.40 1.78 6 Goodm an 4,5 1 14 80 14 40 m. 6.43 1.79 7 Clayton 5,5 1 25 140 20 50 m. 6.9 1.81 Fuente: Dpto. Mantenimiento Mecánico –MARSA. 4.6.Plan de minado El planeamiento de minado a corto plazo es la programación de producción en periodos mensuales, semanales y diarios, determinando la extracción del mineral y considerando en especial la cantidad de oro a producirse y que deben cubrir los compromisos y condiciones de venta de la empresa. Para poder lograr las leyes, recuperaciones y cantidad de onzas de oro, se necesita mantener una alimentación de mineral de cabeza, constante tanto en volumen como en leyes a diario. En el planeamiento mensual se fija el tonelaje y leyes que la mina debe producir y para cuyo logro se debe implantar un control especial en las etapas de perforación-voladura y limpieza de mineral, como también de un adecuado blending. 4.6.1. Escala de producción La producción actual de la mina San Andrés para el año 2008 se estableció en 1,500 TMS diarias y 45,000 TMS por mes, con una ley promedio de 10.9 gr.Au/TM y este año debe continuar este mismo tonelaje, salvo que la Gerencia luego de 06 meses opte bajar la escala de producción 62 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH por razones de la baja de precios del oro en el mercado de metales a causa de la crisis económica mundial. 4.6.2. Programa de producción mina Comprende a su vez los siguientes programas: - Programa de exploración, desarrollo y preparaciones Se considera la exploración de áreas aledañas a la explotación actual. Se considera el desarrollo de tramos de galerías y chimeneas que pueden servir para la explotación inmediata del mineral, es decir donde se puede tener los blocks de explotación. El programa de preparación comprende la ejecución de chimeneas, subniveles, ventanas, rampas, cruceros y By Pass. En la tabla 7, se detalla el programa de exploración, desarrollo y preparación para el año 2009, para la mina San Andrés. Tabla 7. Programación mensual. ZONAS AVANCES (m) TMS/mes TMS/año Au.gr/TM Nivel 5, Española, Españolita 100 4400 52800 9.5 Cabana 225 3500 42000 6.5 San Vicente 400 6700 80400 11.4 Chilcas 550 7500 90000 9.6 63 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Chilcas bajo 600 11850 142200 9.3 Compartida A1 (PEC) 150 1700 20400 12.3 Compartida A2 (PEC) 100 600 7200 15.1 Proyectos ( Valeria y Esperanza) 1200 8750 105000 7.4 Total 3325 45000 540000 10.13 Fuente: Sección Mina - MARSA - Programa de explotación Comprende los volúmenes de mineral con respectivas leyes a extraerse durante los 12 meses del año. En el cuadro N° 3.5.2 se detalla el tonelaje y ley de Au a explotarse. 64 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Capítulo V Análisis de Resultados 5.1. Caracterización y modelación del macizo rocoso 5.1.1. Influencia de las características del macizo rocoso en labores subterráneas El macizo rocoso en el que se encuentra el sitio consiste en el Batolito de Patter, que está compuesto por rocas como: Granodiorita, microdiorita, granito. Esta litología preexistente dentro del macizo tiene una variedad de características que son factores importantes para la estabilidad de las aberturas subterráneas que se construirán. Además de los esfuerzos que había sufrido previamente, el macizo ha sido perturbado, y prueba de ello es la presencia de diaclasas, fracturas y fallas. En la mina San Andrés, la explotación se encuentra actualmente a una altura de 2.770 m en el nivel más bajo y una profundidad máxima de 3.830 m. Por lo tanto, existe una elevación de la capa superior del suelo que alcanza los 1.060 m, razón por la cual esta carga de roca estática ejerce un esfuerzo vertical. Las instalaciones mineras deben estar delimitadas por muros y contar con las medidas de seguridad necesarias. Los esfuerzos que se producen a cierta profundidad es el esfuerzo vertical y horizontal, los mismos que guardan relación entre sí (K = h/v). Los valores de K están comprendidos entre valores definidos conforme a la siguiente fórmula: 100 + 0.3 ≤ K ≤ 1,500 + 0.5 Z Z Donde Z es la altura de la sobrecarga. Para nuestro caso: 65 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH El túnel tiene una sección de 7’ x 8’ y se encuentra a 1,060 metros de profundidad. La máxima concentración de esfuerzos que ocurrirá alrededor del túnel será: 100 + 0.3 ≤ K ≤ 1,500 + 0.5 1,060 1,060 0.09 + 0.3 ≤ K ≤ 1.42 + 0.5 0.39 ≤ K ≤ 1.92 Los caso a presentarse será K = 0.39 K = 1 K = 1.92 Para el caso de una abertura de 2.10 m. x 2.40 m. la máxima concentración de esfuerzos será: Esfuerzo vertical (v): v = &.Z => v = 2,700 Kg/m³ x 1,060 = 286.20 Kg/cm² ( 28.07 MPa ) Esfuerzo horizontal (h) h = Kv Para K=0.39: h = 0.39 x 286.2 = 111.62 Kg/cm² σv = 286.20 Kg/cm² Esfuerzo máximo m = 3h - v 66 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH = 3 x 111.62 –286.20 = 48.66 Kg/cm² m = 3v - h = 3 x 286.2 – 111.62 = 746.98 Kg/cm² Resultado: Esfuerzo de compresión bóveda = 48.66 Kg/cm² Esfuerzo de compresión paredes = 746.98 Kg/cm² Para K=1.00: h = 1 x 286.2 = 286.20 Kg/cm² σv = 286.20 Kg/cm² => σv = σh Esfuerzo máximo m = 3h - v = 3 x 286.20 –286.20 = 572.40 Kg/cm² m = 3h - v = 3 x 286.2 – 286.20 = 572.40 Kg/cm² Resultado: Esfuerzo de compresión bóveda = 572.40 Kg/cm² Esfuerzo de compresión paredes = 572.40 Kg/cm² Para k =1.92: h = 1.92 x 286.2 = 549.50 Kg/cm² σv = 286.20 Kg/cm² 67 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Esfuerzo máximo m = 3h - v = 3 x 549.50 –286.20 = 1.362.30 Kg/cm² m = 3v - h = 3 x 286.2 – 549.50 = 309.10 Kg/cm² Resultado: Esfuerzo de compresión bóveda = 1,362.30 Kg/cm² Esfuerzo de compresión paredes = 309.10 Kg/cm² Como la resistencia de las cajas para el caso de la roca semidura es 1,000 Kg/cm² < que el esfuerzo máximo compresivo, la abertura es inestable para este caso, como también para las rocas suave y muy suave. 5.1.2. Análisis de esfuerzos mediante software especializado “La acción de los esfuerzos sobre las aberturas subterráneas que se encuentran en la Mina San Andrés, se ha evaluado, aplicando el Phases, que es un programa diseñado para cálculos tenso- deformacionales en dos dimensiones por el método de elementos finitos, la opción produce un análisis elástico de tensiones y una indicación de zonas sobretensionadas. Se determina los aspectos siguientes”: - Tensión principal mayor. - Tensión principal menor. - Tensión en el plano perpendicular. - Coeficiente de seguridad. - Zonas de plastificación. 68 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH - Desplazamiento vertical, horizontal. Entre sus limitaciones del programa se tiene: asume una deformación plana. Su uso es válido en rocas duras. Los resultados de la aplicación del Phases, se detalla en las láminas siguientes: Etapa 1: Análisis del macizo rocoso sin perturbacion, con un factor de seguridad de la roca encajonante de 2.09, donde la mayor tension es en veta con un factor de seguridad de 2.35 que equivale a 23.97 MP. Figura 12. Análisis del macizo rocos sin perturbación. Etapa 2: Análisis del macizo despues de la excavacion sin sostenimiento • “Influencia del esfuerzo mayor (sigma 1) despues de la excavacion, donde se observa en la roca encajonante el esfuerzo de 25.00MPa y 20.00MPa en el area de mineral”. 69 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH • La mayor magnitud de los esfuerzos se ve en las rocas encajonante debido a la mala calidad de la roca (tipo IV a V ) y las falsas cajas existentes, siendo el mineral aparentemente duro. Figura 13. Mayor magnitud de los esfuerzos en las rocas encajonantes. • Influencia del esfuerso menor (sigma 3) despues de la excavacion, donde se observa que la roca encajonante tiene un esfuerzo de 8.60MPa y 11.60 MPa en el area de la veta. Figura 14. Influencia del esfuerzo menor. 70 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH • “Radio de alteración que presenta el macizo después de la excavación, en la caja piso de 0.904m de distancia o longitud y 0.924m en la caja techo y más de 1.037m en el área de la veta, con un factor de seguridad critico de 0.78 alrededor de la excavación o galería”. Figura 15. Radio de alteración del macizo rocoso después de la excavación. • Dirección de los esfuerzos que determinaran la deformación de la excavación Figura 16. Dirección de los esfuerzos. Etapa 3: Análisis del macizo despues de la excavacion con sostenimiento 71 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH • “Radio de alteración que presenta el macizo después de la excavación con pernos sistemáticos 1.00x 1.00, factor de seguridad critico de 1.04, es claro que para estabilizar la labor se deberá emplear cuadros de madera o cimbra así se llegara a alcanzar un factor de seguridad por encima de 1.60”. • Al aplicarse perno la resistencia de la roca circundante a la excavación aumenta. Figura 17. Resistencia de la roca circundante. • “Dirección de los esfuerzos que determinaran la deformación de la excavación, el grafico nos muestra que para estabilizar totalmente la labor se debe utilizar cimbras o cuadros de madera”. 72 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Figura 18. Dirección de los esfuerzos que determinan la deformación de la excavación. 5.1.3. Mapeo geomecánico subterráneo La mina cuenta con un departamento de Mecánica de Rocas (Geomecánica) responsable de realizar el mapeo geomecánico de varias operaciones subterráneas, incluida la delineación de dominios estructurales con base en la litología de los macizos. Además, el registro geomecánico y geológico se completó con perforaciones diamantinas que intersectan secuencias que albergan estructuras de mineralización. El mapeo geomecánico permitió caracterizar la calidad del macizo rocoso en el área de estudio y se realizó sobre la base de tablas geomecánicas propuestas por Bartón y Bieniawski. Para ese trabajo de campo, el macizo se dividió en 'áreas estructurales' a lo largo de galerías. Hay discontinuidades con condiciones similares y orientaciones diferentes. El mapeo se realizó línea por línea. Esta es una técnica bastante aplicada que consiste en colocar tornos en el área de excavación, registrando cada metro de discontinuidad presente y anotando sus propiedades. Un análisis detallado de las estructuras geológicas que se cruzan en los puntos requiere el uso de 73 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH proyecciones estereográficas, diagramas de dispersión y diagramas de frecuencia que pueden mostrar las ubicaciones y las direcciones preferidas de las grietas que exhiben los macizos rocosos. A partir de los datos geomecánicos obtenidos se realiza una clasificación geomecánica de las obras subterráneas, a partir de la cual se diseña el tipo de obra y protección requerida para el tramo. 5.2. Estudio de las características físicas y mecánicas del macizo rocoso 5.2.1. Propiedades físicas de la roca a. Densidad Se define como la relación entre la masa del material y su volumen, siendo un factor ampliamente usado como indicador general de la mayor o menor dificultad que pueda encontrarse para romper a una roca. En MARSA, se tiene diferentes rocas com el granito, granodiorita, diorita y microdiorita, en la zona de mineralización encontramos el cuarzo y la pirita aurífera. Figura 19. Densidad del Mineral y de la roca. Fuente: sección mecánica de rocas - MARSA b. Porosidad “Es la relación del volumen total de poros en una roca a su volumen aparente, la porosidad siempre se expresa como un porcentaje del volumen aparente de sólidos, porque se 74 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH toman en cuenta todos los poros en la roca, lo cual es un ejemplo de registro geodésico. : MARSA no tiene estos diferentes tipos de roca, por lo que el estudio no es importante ". c. Absorción “Es la capacidad que tiene la piedra para saturarse de agua y se determina mediante un recipiente de saturación en el que se coloca una muestra seca y se le agrega agua inicialmente a ciertos intervalos (hasta 1/3 de su altura), luego 2/3 en la posición 2 y cubriéndolas por completo en la posición 8, y realizar una serie de pesadas hasta que la diferencia entre ellas sea inferior a 0,1 g, después de lo cual se considera que el material se ha incorporado a peso constante." Esta tabla muestra el valor de las rocas existentes en la mina San Andrés. Figura 20. La capacidad de Absorción y Porosidad de la roca. Fuente: sección mecánica de rocas - MARSA 5.2.2. Propiedades geomecánicas del macizo rocoso a. Resistencia a la compresión uniaxial Define la fuerza o carga por unidad de superficie bajo la cual una roca fallará por corte o cizalla. Caso de mina MARSA se pudo clasificar de la siguiente manera: 75 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Figura 21. Clasificación del macizo rocoso -Marsa. Fuente: Sección de Mecánica de Rocas - MARSA “Para determinar la tabla anterior, se usó el Martillo de Schmidt (ver el anexo) que consiste en un dispositivo sencillo que registra el rebote de un cilindro metálico que, impulsado por un muelle, choca contra la superficie de la roca. El martillo le permite medir valores de la resistencia a compresión simple de la roca, comprendidos entre 20 MN / m2 y 300 MN / m2. Barton y Choubey han propuesto la siguiente fórmula para calcular la resistencia a compresión simple de la roca, partiendo del índice de rebote”: Log (σc) = 0.0088 γ R + 1.01 Donde: σc: Resistencia a la compresión simple de la capa superficial de la roca(MN/m2) γ : Densidad seca de la roca (KN/m3) R : Índice de rebote. b. Resistencia a la tracción dinámica de la roca 76 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH “Las resistencias estáticas a compresión y a tracción se utilizaron en un principio como parámetros indicativos de la aptitud de la roca a la voladura. Así, se definió el índice de volabilidad (Hipo, 1959) como la relación (Rc/Rt) de modo que a un mayor valor resultaría más fácil de fragmentar el material”. “El tratamiento racional de los problemas reales obliga a considerar las resistencias dinámicas, ya que éstas aumentan con el índice de carga (Rinehart, 1958: Persson 1970) pudiendo llegar a alcanzar valores entre 5 y 13 veces superiores a las estáticas”. Figura 22. Resistencia a la comprensión y tracción. Tipo de roca Clasificación Tipo σc MPa σt(MPa) σtd(MPa) I Muy Dura > 250 > 25.00 > 125.00 II Dura 100 – 250 10.00 – 25.00 50.00 – 125.00 III Media dura 50 – 100 5.00 – 10.00 25.00 – 50.00 IV Suave 25 – 50 2.0 – 5.00 12.50 – 25 V Muy Suave 05 – 25 0.50 – 0.25 2.50 – 12.50 Fuente: Sección de Mecánica de Rocas - MARSA σc : Resistencia a la compresión simple de la roca. σt : Resistencia a la tracción de la roca. σtd : Resistencia a la tracción dinámica de la roca. c. Coeficiente de poisson (v) Es el radio de contracción transversal a expansión longitudinal de un material sometido a esfuerzos de tensión, o sea, es una medida de su fragilidad. Cuanto menor el radio de Poisson, mayor la propensión a rotura. d. Módulo de Young o de elasticidad (E) 77 APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LABORES SUBTERRANEAS EN LA MINA SAN ANDRES - CIA. MINERA AURIFERA RETAMAS S.A., 2022 EFPIM UNSCH Es una medida de la resistencia elástica o de la habilidad de una roca para resistir la deformación. Cuanto mayor el módulo de Young mayor dificultad para romperse. Los datos del módulo de elasticidad en MARSA se obtienen utilizando el Software Roclab 1.0, ingresando los datos de: Resistencia a la compresión simple de la roca (MPa) Valuación del GS1 (RMR- 5) Constantes de roca dados por Hoek y Brown (mi) Factor de disturbación producto de voladura que varía de O - 0.8