RIESGOS EN LA PROFUNDIZACIÓN DE MINAS SUBTERRANEAS “Caso Mina Yauliyacu”

Ing. Jaime Tapia AguirreGeomecánico Corporativo Regional

GlencorePerú

INTRODUCCIÓN

La sostenibilidad de la industria mineradependerá de las innovaciones en la prácticade minería profunda.Los principales peligros y riesgos a tenerdurante la profundización de mina serán:

1. Los altos esfuerzos de roca – estallidosde roca.

2. Incremento de la temperatura – stresstérmico.

3. Sostenimiento inadecuado – caída deroca y/o derrumbe.

En el Perú aún no se tiene Normado cuando una mina debe ser considerada MinaProfunda. Países como Australia, Canadá y Sudáfrica tienen normados en base asu realidad geológica cuando deban ser consideradas profundas, con Normativasy Legislaciones de control diferentes para sus operaciones.

Consideraciones para el Minado Profundo

Influencia de la tectónica de placas en los esfuerzos regionalesLos esfuerzos de campo varían de acuerdo a la realidad geológica regional.Por lo tanto, se debe hablar de realidades y problemas diferentes.

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

Minas profundas de Australia

Nombre Mina Compañía Localización MineralProfundidad de

producción aprox. (m)

Enterprise Xstrata Copper Mount Isa, Queensland Cu 1650

Mount Magnet Hill 50 Harmony Gold Mount Magnet,

Western Australia Au 1500

Otter - Juan Gold Fields Mine Kambalda, Western Australia Ni 1350

Black Swan Nickel Gold Fields Mine Near Kalgoorlie, Western Australia Ni 1200

Broken Hill Perilya Broken Hill, New South Wales Pb, Zn, Ag 1200

Perseverance BHP Leinster, Western Australia Ni 1000

Kanowna Belle Barrick Gold Near Kalgoorlie, Western Australia Au 1000

Minas profundas de Canadá

Nombre Mina Compañía Localización MineralProfundidad de

producción aprox. (m)

La Ronde Agnico Eagle Cadillac, Quebec Au, Ag, Cu, Zn 2200

Creighton CVRD - Inco Sudbury, Ontario Ni, Cu, Co, 2200

Kidd "D" Xstrata Copper Timmins, Ontario Cu, Zn, Ag 2000

Craig Xstrata Nickel Sudbury, Ontario Ni, Cu 1700

Fraser Xstrata Nickel Sudbury, Ontario Ni, Cu, Co, 1600

Lindsey Xstrata Nickel Sudbury, Ontario Cu, Ni, Co, Au, Pt, Pd,Ag 1600

Macassa Kirkland Lake Gold Inc.

Kirland Lake, Ontario Au 1500

MINADO PROFUNDO

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

cobertura.

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

cobertura.

Fuente: ACG Challenges in Deep and High Stress Mining 2007

Nombre Mina Compañía Localización MineralProfundidad de

producción aprox. (m)

Savuka Anglogold Ashanti Carletonville, Gauteng Au 3800

Moab Khotsong Anglogold Ashanti Klerksdorp, Nort West Au 3700

Elandsrand Harmony Gold Carletonville, Gauteng Au 3600

Mponeng Anglogold Ashanti Carletonville, Gauteng Au 3375

Bambanani ARM Gold / Harmony

Welkom, Free State Au 3325

Tau Tona Anglogold Ashanti Carletonville, Gauteng Au 3000

South Deep Gold Fields Ranfontein, Gauteng Au 2700

Nombre Mina Compañía Localización MineralProfundidad de

producción aprox. (m)

Yauliyacu Glencore Casapalca Zn, Pb, Ag 1500

El Porvenir Milpo San Francisco de Asís Zn,Pb,Cu,Ag 1400

Uchucchacua Buenaventura Oyon Ag 1300

San Rafael Minsur Antauta Sn, Cu 1200

Cobriza Doe Run Perú San Pedro de Cori Cu 1100

Poderosa C.M. Poderosa Pataz Au 1000

Retamas Marsa Parcoy Au 900

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

De cobertura.

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

MINADO PROFUNDO

Minas profundas de Sudáfrica Minas profundas de Perú

Consideraciones de minas profundas:• Australia: > 1 km Canadá: > 1.5 km• Sudáfrica: > 2 km Perú: ???

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

Nótese que no se ha considerado la realidad de Sudamérica.

ALTOS ESFUERZOS DE ROCA

El riesgo en profundidad es el entornode alto estrés de roca y esta seevidencia en diferentes maneras deacuerdo a la calidad de roca. Si elmacizo rocoso es dúctil, suave y decalidad pobre, la roca sufre una altaconvergencia en el tiempo.

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

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

En cambio, si el macizo rocosoes duro y frágil, las laboresexperimentaran sismicidadinducida por la operación y sedará el riesgo de golpesviolentos del terreno porestallidos de roca.

ALTOS ESFUERZOS DE ROCA

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

Es la consecuencia de un granevento microsísmico. Ocurrecuando un macizo rocoso concaracterísticas rígidas (duro ycompacto) es sometido a altaspresiones, que al no poderdeformarse lo suficiente,comienza paulatinamente aalmacenar energía dedeformación. Este continuoalmacenamiento de energía llegaa un punto critico donde seproduce una liberación deenergía, originando el estallidode roca.

ESTALLIDO DE ROCA

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

CASO MINA YAULIYACU

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

• Zona I: Riesgo máximo de caída de roca por gravedad (tensional).• Zona II: Máximo peligro de estallidos (cizallamiento).• Zona III: Esfuerzo de macizo rocoso (compresivo).

Eventos sísmicos en la Mina Yauliyacu(24 de agosto del 2009)

Nivel 1700 Nivel 1900

Nivel 2100 Nivel 3000

Daños ocasionados desde el nivel 1500 hasta el 3300

NIVEL LABOR CRITICIDAD CONSECUENCIA ML SECCION REFORZAMIENTO MATERIALES A USAR PRIORIDADCOSTO

SOSTENIMIENTO ($)

COSTO POR NIVELES ($)

TOTAL ML POR

SOSTENER

Cx 678 2 Desprendimiento 15 3.5 x 3.0 PBH + M 112 m² malla + 71 PBH 1 2302.72Gl 242 S 2 Desprendimiento 20 3.5 x 3.5 PSSS 94 PSS 2 1187.22Cx 678 2 Desprendimiento 35 3.5 x 3.0 PBH + M 260 m² malla + 160 PBH 1 5345.60Cx 678 1 Relajamiento 60 3.5 x 3.0 PSBH 275 PBH 2 4265.25Cx 678 3 Reventazon 20 3.5 x 3.0 SHOT + PBH 190 m² shot + 92 PBH 3 6176.92

Gl 678 N 3 Reventazon 130 3.5 x 3.5 SHOT + PBH 1365 m² shot + 595 PBH 4 43353.45BP 691 2 Desprendimiento 40 3.5 x 3.0 PBH + M 300 m² malla + 183 PBH 1 6168.00BP 691 3 Reventazon 120 4.0 x 3.5 SHOT + PBH 1308 m² shot + 550 PBH 2 41230.50

Gl 648 S 3 Reventazon 120 3.5 x 3.5 SHOT + PBH 1260 m² shot + 550 PBH 3 40030.50Cx 663 4 Estallido 15 4.0 x 3.5 SHOT + PBH 164 m² shot + 69 PBH 4 5170.19Gl 646 3 Reventazon 30 3.5 x 3.5 SHOT + PBH 315 m² shot + 138 PBH 3 10015.38

Gl 646 N 2 Desprendimiento 100 3.5 x 3.5 PBH + M 850 m² malla + 459 PBH 2 17476.00Cx 641 1 Relajamiento 20 3.0 x 3.0 PSBH 75 PBH 1 1163.25

25 Gl 690 2 Desprendimiento 55 3.5 x 3.5 PBH + M 468 m² malla + 252 PBH 1 9622.08 9622.08 5527 BP Principal 2 Desprendimiento 15 3.5 x 3.0 PBH + M 113 m² malla + 62 PBH 1 2323.28 2323.28 15

Gl 672 c/vn 666 4 Estallido 60 4.0 x 3.5 SHOT + PBH 654 m² shot + 275 PBH 1 20615.25Gl 671 2 Desprendimiento 20 2.5 x 3.0 PSS 47 PSS 2 593.61

33Gl antigua c/

recta principal 2 Desprendimiento 20 3.5 x 3.0 PBHS 75 PBH 1 1163.25 1163.25 20

895 218202.45 895

21208.86

3489.94

59141.22

15

17

19 87429.00

33824.8221

30

35

245

280

165

80

MICROSISMICIDAD INDUCIDA• Los microsismos se definen como las

oscilaciones naturales y regulares delsubsuelo, inducidas por fuentes naturalesy/o artificiales.

• Compuestos por ondas “P” y “S”. Aparecenen los registros de todos los sismógrafos.

• La corteza terrestre está en un continuoestado de agitación.

• Los eventos microsísmico son propios de laactividad minera, no son separables y sedeben incorporar a los sistemas deproducción.

• La sismicidad inducida se refiere a larelación que existe entre la remoción degrandes macizos de roca, generandotensiones en el macizo rocoso que sedeforma, liberando energía que serepresenta a partir de ruido.

Aplicación del Monitoreo Microsísmico en Yauliyacu

La red de monitoreo microsísmico consta de 5 Paladín(caja de registros de eventos microsísmico), las cualesrecepcionan la información de los sensores,trasmiten la información a la PC de recepción yalmacenamiento de datos para luego enviar losmismos a la PC de procesamiento. Se han introducido5 geófonos triaxiales.

¿Como opera nuestro sistema?

¿Qué ventajas obtenemos?

DISTRIBUCION DE POISSON Mayo- Diciembre

0

5

10

15

20

25

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63

Frecuencias de clase (n) ML ≥ -2.0

Nro

de

años

La distribución de Poisson y la Campana deGauss son herramientas que utilizamos para elcontrol de calidad de nuestra información. Lamisma que fue registrada por nuestro sistemamicrosísmicoLos criterios utilizados:o Coordenadaso Profundidado Magnitud o Error

Software SMTI (Seismic tensorinversión): Es otra herramienta que nospermite el análisis de los eventos en unnivel de detalle superior obteniendoinformación como la fuente del eventomicrosísmico.

Análisis de la microsismisidad:

Interpretación de los desplazamientos de los eventosEvento del 03 de mayo 2013 Nv 1000, desplazamiento de tipo implosivo (tensional).

Relacionados a contactos litológicos.

Evento del 05 de mayo 2013 Nv 1000, desplazamiento de tipo explosivo (compresional). Relacionados a tajos vacíos.

Interpretación de los desplazamientos de los eventos

Interpretación de las replicasNivel 2500

Eventos proyectados desde el nivel 2300 al 2700

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

niveles 2500 al 2300

Estandar de Estallidos de Roca

GRADO INTENSIDAD DEL EVENTO

PRESCRIPCION SONORA (auditiva)

CONSECUENCIAS DEL EVENTO (en la roca)

DESCRIPCION

1 Suave Crujido Relajamiento Roca rajada y agrietada por acumulacion de esfuerzos, no se aprecia movimiento alguno.

2 Moderado Sonido leve DesprendimientoCaida de rocas por gravedad en rocas relajadas,

ayudadas por evento sismico moderado, se aprecia movimiento sismico local.

3 Fuerte Sonido fuerte sin movimiento Reventazon

Empuje de roca con desprendimiento en forma de salto generado por movimiento sismico sentido hasta

a 1 km del hipocentro.

4 Muy fuerte Sonido intenso con movimiento Estallido

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

km del hipocentro.

El término Estallido de Roca se debe entender como el grado mayor de consecuencia de unevento microsísmico.El objetivo de estandarizar los términos es normalizar el Procedimiento en caso deocurrencia, así como minimizar los daños ocasionados por los estallidos de roca.

Prescripción sonora y consecuencia de un evento sísmico(reacciones de los trabajadores)

Crujido – Relajamiento de roca Sonido leve – Desprendimiento de roca

Sonido fuerte – Reventazón de roca Sonido intenso – Estallido de roca

Herramientas de Control

Procedimiento en Caso de Ocurrencia• Se paralizarán las labores afectadas en caso que la intensidad del evento sea

alta (reventazón a estallido). • Se bloquearán los accesos de las labores afectadas. • Inspeccionar la labor después de 48 horas mínimo de producido el evento. • El Equipo de Soporte Técnico (EST) especializado conformado por las

jefaturas de SAS, Geomecánica, Geología, Mina y Planeamiento, serán los únicos autorizados a realizar la inspección.

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

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

Control de relleno de tajosDebido a la explotación y al método de minado (sublevel stoping) se generan grandes cavidades los cualesinducen a la generación de eventos sísmicos, siendo necesario su relleno. La masa rocosa debe haceralgún trabajo sobre el relleno para compactarla, proceso este que consume alguna energía, comoresultado, la energía es reducida.

Zonificación Microsísmica por stress de roca

Corte de la sección lado NorteComprende los niveles 1700, 1500, 1400, 1200, 1000 y 800

Zonificación microsísmica de la Zona Norte

NV 1700

Zona Norte

Zonificación Zona Norte

Vista NE Vista SW

Corte de la sección lado SurComprende los niveles 1900, 2100, 2300, 2500, 2700, 3000, 3300 y 3600

Zonificación Microsísmica de la Zona Sur

NV 2700

Zonificación Zona Sur

Vista NE Vista SW

SOSTENIMIENTO ADECUADO

1. ALTA RESISTENCIA

2. ACOPLAMIENTO ADECUADO A LA ROCA

3. FACILIDAD Y CALIDAD DE LA INSTALACIÓN

El sostenimiento en un ambiente subterráneo profundo requiere, dada la complejidad de los mecanismos de falla de la roca, tener las siguientes características:

Minas profundas sin sostenimiento apropiado tienen grandes debilidades:

1. Son menos confiables y menos productivas2. Tienen problemas de reclutar el mejor personal3. Tiene un mayor costo y menores utilidades

1. Controlan el confinamiento de rocas agrietadas.2. Controlan y amortiguan estallidos de roca.3. Dan un gran soporte estático y dinámico.4. Operación mas rápida debido a la menor rehabilitación como consecuencia de los eventos símicos.

Minas profundas con sostenimiento apropiado tienen las siguientes fortalezas:

VIDEO 1

Simulación de pernos dinámicos en labores de mas de 1200m de cobertura

Aplicación de los pernos dinámicos DuraBar (gusanos)

Todo perno dinámico debe estar acompañado de malla eslabonada (gallinero) de alta capacidad

Sostenimiento en zonas de rocas duras y frágiles afectados por altos esfuerzos de roca

Para determinar el mejor sostenimiento en tales condiciones nos preguntamos:1.- Donde ocurren los estallidos?En rocas altamente tensionadas y de alta resistencia a la deformación (areniscas silisificadas), con resistencia compresiva mayor de 100 Mpa.

Sostenimiento en zonas de rocas duras y frágiles afectados por altos esfuerzos de roca

2.- Por que falla el sostenimiento?Porque no es el adecuado y/o esta mal instalado.

Sostenimiento en zonas de rocas duras y frágiles afectados por altos esfuerzos de roca

3.- Que sostenimiento es el adecuado?Pernos dinámicos de gran resistencia + malla eslabonada de 2”

Sostenimiento en zonas de rocas duras y frágiles afectados por altos esfuerzos de roca

4.- Contamos con pernos de gran resistencia?El perno “Gusano” actúa inicialmente como un pernoestático y posteriormente cuando se presente el eventosísmico se comporta como un perno dinámico. Tiene unaresistencia mayor a 32 Tn.

Sostenimiento en zonas de rocas duras y frágiles afectados por altos esfuerzos de roca

5.- Que debemos hacer?Sostener en forma preventiva ycon el sostenimiento adecuado,eliminando bloques sueltos yrelajados, rellenando en lo posiblelas aberturas dejadas por laexplotación que inducedirectamente a la generación deestallidos.

Aplicación de los pernos dinámicos

ObjetivoEl perno DuraBar (gusano), es unperno dinámico, de Acero capaz deproveer un efectivo soporte en áreascon movimiento del terreno y áreaspropensas a los estallidos de roca.

Principio de OperaciónEl principio de operación del perno DuraBar (gusano) es una onduladabarra de acero instala con lechada de cemento en un taladro, la cualtiene una inicial resistencia a posibles deformaciones en el terreno oestallido de roca.La porción ondulada en una parte de la barra, ofrece mayor resistenciay evita el desplazamiento de la barra fuera del taladro.

Sin Desligante Oleado

Cubierta DesliganteGrout

InstalaciónUna vez realizada de perforación con broca 38 mm, se inyecta la lechada decemento. Y posteriormente, se instala el perno en forma manual.

Perno DuraBar con gancho y placa terminado la instalación. La presión delgancho evita que el perno sea expulsado por la lechada y la malla.

Instalación

Pruebas de Resistencia

Del ejemplo anterior, para sostener 50 ml de un BP de 3,5 x 3,5 de seccion se utilizaran:225 unidades de pernos BH, costo $ 7.34 x 225 total: $ 1,651.50150 unidades de pernos gusanos, costo $ 8.15 x 150 total: $ 1,222.50. Se obtendria un ahorro de $ 429.00 por los 20 ml

Proveedor Longitud Perno (pies) Costo ( $ ) Ø Perno (mm) ∆ Perno -

Broca (mm)Carga maxima de rotura (Tn)

Rest. Traccion (Tn/pie) $. / Tn Conclusion

ACEROS AREQUIPA 7 7.34 19.00 19.00 20.00 2.86 0.37 3° OPCION

DURABAR GUSANO 22 mm 7 11.00 22.00 16.00 42.00 6.00 0.26 2° OPCIONDURABAR GUSANO 16 mm 7 8.15 16.00 22.00 32.00 4.57 0.25 1° OPCION

RESUMEN COMPARATIVO DE LA BARRA HELICOIDAL Vs. DURABAR DE 22 mm VS. GUSANO 16 mm

Se obtendrá un ahorro de $ 429.00 por los 50 ml de labor sostenida.Indicador de $ 8.60 por ml de avance.

CONCLUSIONES1. La tendencia de la minería nacional en un mediano plazo es a la profundización y aún no estamos

preparados para afrontar los nuevos retos.2. En el Perú aún no se tiene normado cuando una mina deba ser considerada Mina Profunda.3. Urge la necesidad de realizar una relación empírica entre las medidas de tensiones y profundidad

in situ para la realidad peruana y establecer un patrón de stress que se pueda utilizar en el diseñode mina.

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

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

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

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

GRACIAS