MONITOREO DE TALUDES EN OPARACIONES A CIELO ABIERTO, USO

DEL SISTEMA DE RADAR SSR

XXVI CONVENCION BIENAL DE SEGURIDAD Y SALUD

OCUPACIONAL DE LA INDUSTRIA

MINERO - METALURGICA

19 – 21 de Noviembre, 2014

Pachuca, Hidalgo

ANTECEDENTES

La explotación de un yacimiento por el método de minado a cielo

abierto (open pit), requiere de datos iniciales provenientes de campañas

de exploración, los cuales serán procesados de modo de obtener un

modelo de bloques. Este modelo de bloques consiste en una matriz

tridimensional de bloques de dimensiones definidas por su largo,

ancho (ambos iguales por lo general) y alto, este último valor

corresponderá a la altura de los bancos del tajo. Dicha altura será

definida principalmente en función de las características del yacimiento

y la elección de los equipos de explotación.

Cada uno de los bloques contiene información relevante de datos como:

- Ley.

- Topografía.

- Litología.

- Mineralización.

- Alteración.

- Recuperaciones metalúrgicas.

GRADE

TOPO

LITHOLOGY

MINERALIZATION

ALTERATION

25.0 mts.

25.0 mts.

15.0 mts.

Elevación 2115 mts.

Elevación 900 mts. snm

MODELO DE BLOQUES

BUENAVISTA DEL COBRE, S.A. DE C.V..

6 kms.

1.2

km

s.

ANTECEDENTES

Una vez disponible la información geológica, se inicia la etapa de

diseño, la cual nos entregará como resultado los límites económicos de

explotación denominado Talud Final, a lo cual, podemos agregar los

límites de las distintas etapas de la explotación llamadas Incrementos,

las cuales nos definen la secuencia de explotación del yacimiento.

Debemos hacer notar que muchos de los datos utilizados para el

diseño del Tajo, son estimaciones basadas en estudios y recopilación

estadística de diferentes etapas de exploración - explotación, además

de los datos sujetos a corrección por la aparición de nuevas tecnologías

(influyentes en los costos), nuevas reservas (futuras expansiones) y

condiciones del mercado (Precio del metal, leyes nacionales,

regulaciones ambientales, políticas nacionales e internacionales, etc.),

por lo que difícilmente podemos decir que nuestro diseño de talud final

se comportará tal cual lo hemos planteado en la etapa inicial del

diseño. En otras palabras debemos decir que el diseño final de un Tajo

con seguridad será modificado al ir incorporando información nueva en

las bases de datos.

ANTECEDENTES

Sin duda uno de los parámetros geométricos más significativos en la

explotación de un Tajo son los ángulos de talud, ya que en la

explotación misma, una de las restricciones operacionales más

relevantes es garantizar la estabilidad de cada uno de los Incrementos

en desarrollo, para lo cual se requiere mantener una geometría de

diseño óptimo, es decir que permita un máximo de beneficio económico

en función de un mínimo factor de riesgo de que ocurra algún siniestro

geomecánico.

Los ángulos de talud con que se trabaja en una explotación son:

-Ángulo de Talud de la pared del Banco: Representa la inclinación

con que queda la pared del banco. Este ángulo se mide desde la pata del

banco a su propia cresta.

-Ángulo de Talud Inter rampas: Representa la inclinación con que

queda el conjunto de bancos que se sitúan entre una rampa y la rampa

consecutiva. Este ángulo se mide desde la pata del banco superior

donde se encuentra una rampa hasta la cresta del banco donde se

encuentra la otra rampa.

ANTECEDENTES

-Ángulo de Talud de un conjunto de bancos: Representa la

inclinación con que queda un grupo de bancos sin existir entre ellos

alguna diferencia geométrica importante. Este ángulo se mide desde la

pata del banco más profundo hasta la cresta del banco de cota mayor.

-Ángulo de Talud Overall: Representa el ángulo de inclinación con que

queda la pared final del rajo, incluyendo todas las singularidades

geométricas existentes. Este ángulo se mide desde la pata del banco

más profundo hasta la cresta del banco más alto de la explotación.

Debemos destacar que como el ángulo de talud restringe nuestra

explotación, su variación (por pequeña que sea) generará dos efectos

directos:

-Cambios en la estabilidad del talud y la explotación.

- Cambios en los beneficios económicos de la explotación.

ANTECEDENTES

Al aumentar el ángulo de talud se disminuye la cantidad de estéril a

remover para la extracción de la misma cantidad de mineral, e incluso

se podría acceder a la extracción de otras reservas minerales las que

antes no era posible extraer. Esto genera un aumento en los beneficios

económicos de la explotación. Sin embargo, este incremento del ángulo

de talud solamente será viable en el caso en que las condiciones

geomecánicas lo permitan.

ANTECEDENTES

Durante el año de 2004 se realizó un estudio de evaluación geotécnico

con el fin de conocer los ángulos óptimos de inclinación de taludes

para un plan de minado a 15 años.

Esta evaluación incluyo la determinación del ángulo de diseño óptimo

de estabilidad de taludes y los parámetros de diseño de bancos. El

propósito del estudio fue: (1) determinar el ángulo óptimo entre

rampas y los parámetros de diseños de bancos y (2) identificar y

analizar cualquier potencial de inestabilidad que pudiera impactar a

la operación de la mina.

Los resultados de este estudio dividen en varios sectores de diseño el

plan de mina mencionado. Cada sector, son áreas del tajo donde las

condiciones geotécnicas y la geometría del diseño tendrán un impacto

similar en la estabilidad de talud, basadas principalmente en la

orientación de la pared y las condiciones geológicas – estructurales.

ANTECEDENTES

En la medida que se desarrollan los bancos de los diferentes

Incrementos se hace necesario el monitoreo de la estabilidad de los

taludes generados en cada avance. Si bien es cierto, los procesos de

minado a cielo abierto son dinámicos, es condición necesaria la

continua recolección de datos geológicos – estructurales para evaluar

y monitorear las zonas potencialmente inestables.

En forma continua se desarrollan las siguientes actividades:

•Levantamientos geológicos periódicos para la identificación de

estructuras geológicas que signifiquen zonas potencialmente

inestables.

•Inspección periódica de bancos, especialmente aquellos localizados

en rampas de acarreo, subestaciones eléctricas, etc., donde se

sospeche de inestabilidad de taludes.

•Uso de prismas o extensómetros, localizados en áreas de

inestabilidad potencial.

•Monitoreo de taludes mediante el escaneo de radar.

Monitoreo de taludes en operaciones a cielo abierto mediante el

uso del Sistema de Radar SSR.

Que es el SSR?

Por sus siglas en ingles Slope Stability Radar – SSR. Es un sistema

que permite la visualización , análisis de datos y programación de

alarmas basados en el envío y recepción de señales de radar.

El objetivo del SSR es medir el desplazamiento de la superficie del

talud, mediante el escaneo continuo de los taludes.

El SSR puede ser ubicado a una distancia de entre 50 y 2800 metros

del talud que esta siendo monitoreado.

Escanea el talud de lado a lado y de arriba hacia abajo, emitiendo y

recibiendo una señal de radar cada 0.5 a 1 grado de rotación.

Dependiendo del tamaño del área de escaneo, un escaneo completo

puede tardar, en promedio, entre dos y diez minutos.

Cada escaneo es capaz de detectar movimientos sub milimétricos del

talud.

Fin del escaneo y

comienza de nuevo

Inicio del escaneo

Forma de escaneo

Cuando el SSR escanea el talud, compara el ultimo dato de escaneo

con el anterior.

Estos datos son usados para generar la imagen de deformación, que

esta formada por pixeles de colores.

Los pixeles cambian de color para representar los cambios de

desplazamiento en el tiempo.

Una cámara montada en el SSR captura una imagen fotográfica del

área de escaneo, lo cual hace mas fácil identificar donde esta

ocurriendo la deformación.

Imagen de deformación formada por pixeles de colores.

Componentes del SSR

Cámara

Receptor

Interfaz

Del

Usuario

Fuente de

Energía

Estación

Climatológica

Sistema Electrónico

del computador del radar

Modulo de interfaz

del radar

Plato

Antena de radio

Comunicación del SSR

El enlace de radio puede incluir una o mas unidades repetidoras, las

cuales sirven como apoyo para la transferencia de datos al Punto

Primario de Monitoreo.

Generalmente las unidades repetidoras están ubicadas alrededor del

tajo entre el SSR y el PPM de tal forma que tengan visibilidad entre

ellas para poder superar tajos profundos, grandes distancias u otros

obstáculos.

El PPM esta ubicado en la Torre de Control y estará conectado a la

red de área local.

El PPM mostrara movimientos del talud y suministrara alarmas de

deformación y alertas del sistema para notificar a los usuarios que

una acción puede ser requerida.

El hardware Watchdog del SSR monitorea el estado del PPM y

accionara alarmas en caso de que ocurran ciertos errores, como

perdida de energía en el PPM.

USB

Watchdog

Enlace de Radio

Montaje Básico

SSR, ubicado al frente

del talud que será monitoreado

PC #1 en Red PC #1 en Red

ALARMAS

Punto Primario de Monitoreo

Torre de Control Monitoreo del estado

Del PPM

Alarmas de deformación.

Si el movimiento del talud supera los parámetros configurados por el

usuario, el software SSRViewer disparara una alarma de deformación

en el PPM que requiere de acción inmediata.

En el caso de una alarma de deformación, aparecerá una ventana ,

que mostrara detalles sobre la causa de la alarma.

Generalidades del Uso de Radar SSR

Cuando se despliega un SSR para escanear, se crea una nueva

carpeta de pared.

El asistente para la generación de paredes es el programa usado para

generar nuevas carpetas de pared. El asistente guía a los usuarios

durante el proceso de crear una pared.

La carpeta creada tendrá automáticamente un numero, nombre del

tajo y fecha.

Durante el siguiente paso, el SSR tomara una imagen de área ancha,

la cual representa el área antera que el SSR es capaz de “mirar”.

Selección del área de escaneo.

El área de escaneo especifica el área que el SSR va a monitorear.

Imagen de área ancha

Área de escaneo

Generalidades del uso de radar SSR

El área de escaneo debe ser de forma rectangular y solo puede

seleccionarse dentro de la imagen de área ancha. Es recomendable

iniciar con un escaneo de rango, para determinar si el área de

escaneo esta dentro de los limites mínimo y máximo del SSR; también

es necesario efectuar un escaneo de deformación y que servirá de

apoyo para establecer cualquier deformación en la pared que haya

ocurrido desde el primer escaneo.

Área estable de referencia.

El área estable de referencia es usada por el SSR para corregir

cambios atmosféricos que de otra forma pueden generar

deformaciones incorrectas. Debe estar libre de movimientos, de

manera que la pared seleccionada se considere geotécnicamente

estable.

Alarmas en el SSR

Uno de los principales objetivos del SSRViewer es mostrar alarmas si

la pared monitoreada alcanza ciertos criterios de limites de

movimiento. Estas alarmas son transmitidas en forma de

notificaciones visuales y audibles y permiten al personal tomar

medidas apropiadas para responder a la deformación de la pared.

Tipos de alarmas :

•Alarmas de deformación urgentes

•Alarmas de deformación geotécnicas y

•Alertas del sistema.

Hay dos niveles de deformación por alarmas, urgente (roja) y

geotécnica (naranja).

El operador configura las alarmas y debe seleccionar diferentes

limites de deformación de cada tipo.

Ejemplo de configuración de alarmas con un limite de deformación de 10mm

Ejemplo de configuración de alarmas con un limite de deformación de 10mm

Interpretación de datos

Preguntas:

Que estamos buscando?

Donde esta ocurriendo la deformación del talud?

Cual es la tasa de deformación del talud?

Son las tasas de deformación constantes o están incrementándose o

reduciéndose?

Es posible que haya una falla en la pared?

El uso de las imágenes fotográficas y la imagen de deformación nos

ayuda a determinar donde esta ocurriendo la deformación.

Comentarios:

El geólogo de mina o alguien equivalente, tiene la responsabilidad

primaria de la interpretación de los datos del SSR y determinar las

decisiones relacionadas con su uso.

El SSR no proporciona todas las respuestas, es necesario revisar si la

información generada es consistente basado en :

Otros dispositivos de medición.

Inspecciones visuales a la presencia de estructuras geológicas,

presencia de grietas, caídas de materiales, cambios litológicos,

cambios de alteración, etc.

Operaciones mineras.

Trafico y maquinaria pesada.

Diseño y comportamiento del tajo.

Lluvia, viento y condiciones climáticas.

Otros factores ambientales.

LOCALIZACIONLOCALIZACIONLOCALIZACION

NN

NACONOGALES

SONOITA

PUERTO PEÑASCO

CABORCA

SANTA ANA

EL NOVILLO

TECORIPA

GUAYMAS

BAHIA KINO

SIN

ALO

A

E.E.U.U.

CH

IHU

AH

UA

ISLA

DEL

TIBURON

URES

CUMPAS

OBREGON

NAVOJOA

ESTADO DE SONORAESTADO DE SONORA

114°

113°

112°

111°

110°

27°

28°

29°

30°

31°

32°

Golfo

Golfo

de California

de California

MEXICOMEXICO

HERMOSILLO

CANANEACANANEA

CANANEACANANEA

AGUA PRIETA

NACOZARI

GRUPO MEXICO

Fig. 1

Elisa fault

Paso Capote fault

fault Tinaja

fault

8-1

25

CANANEA

GEOLOGIA DEL DISTRITO

CANANEAMEXICANA DE CANANEA S.A. DE C.V.

0 10

00METERS

5000.

3000.

1000.

-1000.

-3000.

-40

00

.

-20

00

.

0.0

0

20

00

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40

00

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-40

00

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-20

00

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0.0

0

20

00

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40

00

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3000.

1000.

5000.

-1000.

-3000.

1

1

1

1

1

2

3 44

4

5

5

6 6

7

7

7

8

8

9

9

10

11

11

11

12

13

14 14

14

6

14

Escala

EXPLICACION

Volcánica Elenita TrJr

Volcánica Henrietta TrJr

Sienita Torre TrJr

Granito Cananea Pc

Cuarcita Capote Pz

Caliza Pz3

2

1

6

5

4

Diabasa Campana T

Volcánica Mariquita T

Pórfidos T

Diorita Tinaja C

Granodiorita Cuitaca C

Volcánica Mesa T9

8

7

12

11

10

Diques de Diabasa T

Brechas T14

13

Elisa fault

Paso Capote fault

fault Tinaja

fault

8-1

25

CANANEA

GEOLOGIA DEL DISTRITO

CANANEAMEXICANA DE CANANEA S.A. DE C.V.

0 10

00METERS

5000.

3000.

1000.

-1000.

-3000.

-40

00

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-20

00

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0.0

0

20

00

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40

00

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-40

00

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-20

00

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0.0

0

20

00

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40

00

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3000.

1000.

5000.

-1000.

-3000.

1

1

1

1

1

2

3 44

4

5

5

6 6

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7

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8

9

9

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11

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14 14

14

6

14

Escala

Elisa fault

Paso Capote fault

fault Tinaja

fault

8-1

25

CANANEA

GEOLOGIA DEL DISTRITO

CANANEAMEXICANA DE CANANEA S.A. DE C.V.

0 10

00METERS

5000.

3000.

1000.

-1000.

-3000.

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0.0

0

20

00

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40

00

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-40

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-20

00

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0.0

0

20

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40

00

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3000.

1000.

5000.

-1000.

-3000.

1

1

1

1

1

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3 44

4

5

5

6 6

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9

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11

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14 14

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14

Escala

EXPLICACION

Volcánica Elenita TrJr

Volcánica Henrietta TrJr

Sienita Torre TrJr

Granito Cananea Pc

Cuarcita Capote Pz

Caliza Pz3

2

1

6

5

4

Diabasa Campana T

Volcánica Mariquita T

Pórfidos T

Diorita Tinaja C

Granodiorita Cuitaca C

Volcánica Mesa T9

8

7

12

11

10

Diques de Diabasa T

Brechas T14

13

Fig. 3

Deformación: muestra los resultados de la cantidad de deformación en una pared escaneada.

Deformation

Amplitud: muestra la fuerza de la señal que regresa al radar generalmente los colores claros indican una señal mas fuerte

Amplitude

Cuando el SSR escanea el talud compara el ultimo dato de escaneo con el anterior. Estos datos son usados para generar la imagen de deformación, que se forma con los pixeles de colores cambian de color para representar los cambios de desplazamiento en el tiempo.