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Bogotá, 28 de Agosto, 2017

RETOS DE LA MINERÍA SUBTERRÁNEA EN COLOMBIA

HECTOR SALAZAR BONILLAINGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D. EN TÚNELES

1. EMPRESAS

Las empresas del grupo en el año 2017 han continuado creciendo y participando en varios de los mas importantes

proyectos de Colombia. Su Experiencia e Innovación en Ingeniería para un Mundo Sostenible las ha posicionado enproyectos de túneles, puentes, autopistas, generación eléctrica, minería y afines.

DATOS CORPORATIVOS GENERALES

GRUPO GEOANDINA

Tamaño de Empresa Mediana

Nivel de Contratación

consolidada 2016$13,834,418,000

No. De Empleados80 directos y 50 en prestación de

servicios

Área Típica de Actuación

Consultoría, Diseño e Ingeniería,

geología, geotecnia, geofísica,

hidrogeología, generación

eléctrica y afines, especialmente

en proyectos que incluyan

Túneles y autopistas.

Soluciones de ingeniería

especializada, investigación,

instrumentación y ensayos in situ.

Sistemas inteligentes de

transporte ITS, sistemas de

control y electromecánicos para

proyectos de vías y túneles.

Grupo Geoandina

Contenido

1. Introducción - Historia

2. Estudios y Diseños para Minería

Subterránea

3. Innovación en Minería Subterránea

4. Conclusiones.

Retos de la Minería Subterránea en Colombia, Bogotá Agosto 28 de 2017



La Ingeniería Subterránea ha acompañado a la humanidad durante todas sus eras

de desarrollo



1. INTRODUCCIÓN

1. El conocimiento es la base del desarrollo de



TÚNELES CARRETEROS MÁS LARGOS DEL CONTINENTE AMERICANO

San Jeronimo L=4.600m Buenavista, L=4.540m Renacer, L=4.333m Sumapaz, L=4.000m

El Toyo, L=9.750m La Línea, L=8.800m Santa Elena, L=8.200m



1. INTRODUCCIÓN



Las eras del conocimiento de la humanidad también se reflejan

en la historia de las obras subterráneas:

1. Conocimiento empírico

2. Conocimiento científico

Analítico

Numérico

3. Conocimiento digital



Las eras del conocimiento de la humanidad también hacen parte de

la historia de las obras y minería subterráneas:

1. Conocimiento empírico (RMR) Beniawski, (Q) Barton, RMi

2. Conocimiento científico

– Analítico Curvas Características (CC), Bloque Critico (BC)

– Numérico Métodos numéricos: MEF, MDF, MED

3. Conocimiento digital Sistema Experto o Inteligencia artificial???


Retos de la Minería Subterránea en Colombia, Bogotá Agosto 28 de 2017Paul Mayne, 2006


Retos de la Minería Subterránea en Colombia, Bogotá Agosto 28 de 2017Paul Mayne, 2006

RMR, Q, RMi, GSI

CC, BC

DTR

NIV

EL D

E C

ON

FIA

NZA

PA

RA

DIS

EÑO

MIN

ERO

SE, IA ??

2. Estudios y Diseños para Minería Subterránea

Del Conocimiento Empírico al Conocimiento Científico (Para Minería Subterránea):

Mayor y mejor investigación del subsuelo con nuevos métodos: geológicos, geotécnicos, geofísicos, geo eléctricos, geo sísmicos

Entendimiento qué a un mejor conocimiento serán menores los riesgos de sobrecostos de explotación, mejor conocimiento de la cantidad y calidad del mineral y mejor estimación de metodología y plazos de producción.

Mejor comprensión de la mecánica de rocas

Modelación numérica bidimensional y tridimensional de estados de esfuerzos y deformaciones con elementos y procesos reales

Monitoreo geotécnico permanente y transmisión instantánea

Diseño en Tiempo Real de las minas subterráneas

Menores costos, menores plazos y riesgos, más producción y más seguridad




• Se utiliza para yacimientos de mediana y alta ley

• Volúmenes de producción 500-50.000 tpd

• Más selectivo que el método de cielo abierto excepto por los métodos por hundimiento

• Retos de diseño:• Geometría de la mina subterránea

• Estabilidad y soporte

• Ubicación de los accesos

• Logística para el transporte y movimiento de mineral subterráneo


Acceso horizontal (adit, Drift)

Excavación horizontal de acceso a la mina

Pozos (shafts)

Excavación vertical de acceso a la mina

Chimenea (Ore passes)

Excavaciones sub-verticales dedicadas al traspaso de mineral, personas y en algunas ocasiones utilizadas como cara libre

Rampas (Declines or ramps)

Son excavaciones horizontales orientadas en espiral con el propósito de conectar dos niveles o acceder a la mina

Escalones (Stopes)

Corresponden a unidades básicas de explotación de las cuales se extrae mineral. En algunos casos estos escalones son rellenados con material estéril.




• GEOLOGIA• Geotecnia e Hidrogeología• Geometría• Macizo rocoso• Estructuras de debilidad• Continuidad• Estabilidad: Hundibilidad / Estabilidad• Distribución de la ley• Dilución planeada y no planeada• Restricciones externas e internas• Ritmo de explotación deseado

Parámetros Utilizados en el Diseño de Minas Subterráneas



Métodos de Explotación Subterránea

Soportado

Por Pilares

Artificialmente

Soportado

con Relleno

Sin soporte o

Hundimiento

Cámaras

y Pilares

Bench and Fill

stoping

Cut and Fill

Stoping

Shrinkage

Stoping

VCR

Stoping

Lonwall

Mining

Sublevel

Caving

Block

Caving

Desplazamiento de la roca de caja

Energía de deformación almacenada en las proximidades de una excavación

Cámaras

por Subniveles



• Cuerpos mineralizados mantiformes y de baja potencia

• La calidad de la roca de caja y mineral deben ser competentes (2B)

• Se dejan pilares para mantener el techo y las paredes estables

• Se deben diseñar los pilares y los escalones para maximizar la recuperación de mineral

• Cuerpos mineralizados con potencias mayores a 10m y menores a 30 m se explotan por sub-niveles desde el techo al piso.

• Baja dilución menor a 5%

• Recuperación baja menor a 75%

• Costo de producción 10-20$-t

Cámaras y Pilares



Explotación por subniveles con barrenos largos

Longhole Open Stoping Sublevel Open Stoping



VCR Escalón Primario VCR Escalón Secundario

Barrenos Largos en Crater con Relleno



Corte y relleno• Cuerpos mineralizados con orientación

vertical y potencias de 3 a 10 m• La roca de caja es generalmente de baja

competencia (4A) y la roca mineral de baja a media (3B).

• Se realiza por subniveles de manera ascendente

• Los escalones en explotación se pueden separar por muros y losas de modo de aumentar la estabilidad del sistema minero

• Rellenos: hidráulicos colas de relave, material estéril, ambos más cemento, etc.

• Método altamente selectivo, por lo tanto permite explotar cuerpos de baja regularidad y continuidad espacial

• Baja dilución menor a 2%• Alta recuperación mayor a 90%• Alto costo de producción 40-150 $/t• Baja productividad 200 a 4500 tpd



Hundimiento por Bloques• Cuerpos masivos con una proyección en

planta suficiente para inducir el hundimiento de la roca

• La roca mineralizada a hundir debe ser medianamente competente 3A-4A

• La roca estéril de techo debe ser hundible• La roca de caja puede ser competente

como en el caso de pipas diamantiferas• Se induce el hundimiento de la roca a

través del corte basal 4-12 m. El hundimiento se propaga en la medida que la roca es extraída del hundimiento utilizando la infraestructura de producción

• Productividad 12000 a 48000 tpd• Dilución 20%• Recuperación 75%• Costo 2.1-5$/t



Parámetros a considerar al seleccionar método

• Tamaño y forma del yacimiento• Inclinación del depósito• Características físicas del mineral y roca de caja• Selección inicial• Ley media• Precios de metal• Costo mina

Caving ASub level caving 2ACaserones 3A

• Refinamiento del método de explotación• Estimación del retorno sobre la inversión• Decisión final



ESTUDIO CONCEPTUAL (FASE 0)

El alcance del diseño conceptual es seleccionar o

confirmar la forma, etapas y metodología de

explotación de la mina y suministrar al cliente la

información necesaria para el proceso de toma de

decisiones.

Los aspectos relacionados con la forma y etapas de

desarrollo particular de la mina y su construcción

son resaltados e investigados en detalle.

Análisis Geotécnicos con métodos empíricos



PREFACTIBILIDAD (FASE I)

Se refina el diseño conceptual de la mina con base en

un detallado estudio geológico, geotécnico e

hidrogeológico. Se elabora el Estudio de Impacto

Ambiental. Se focaliza el estudio en los aspectos

legales de los recursos de agua, forestales, sociales,

prediales, ambientales.

El objetivo es obtener la aprobación de las

autoridades competentes para desarrollar la mina.

Análisis Geotécnicos con métodos empíricos



FACTIBILIDAD (FASE II - DISEÑO BASICO)

El objetivo de este diseño es detallar los trabajos con

el fin de que sea factible tener el presupuesto de cada

actividad del trabajo y estimar la rentabilidad de la

mina.

Se elaboran los documentos contractuales, planos,especificaciones, cantidades de obra y presupuesto.

Análisis Geotécnicos con métodos analíticos



DISEÑO PARA EXPLOTACION (FASE III)

• El alcance es detallar los trabajos descritos en los

documentos del diseño básico de tal forma que pueda

desarrollarse la mina de una manera optima en la

explotación del mineral, económica, estructuralmente

segura, bien dimensionada y funcional.

• Se elaboran planos de accesos, explotación y planos

de taller. Se ajustan los presupuestos y cantidades

finales.

• Este diseño de la mina se ajusta durante construcción

con los datos reales de terreno y medición de sucomportamiento. (DTR – Diseño en Tiempo Real).

• Análisis y Diseños Geotécnicos con métodos

numéricos



Características especiales para túneles viales

• Topografía con imágenes satelitales, SAR Interferometria

• Topografía Lidar Terrestre o Aérea, Radar,

• Modelos digitales tridimensionales del terreno (DTM)

Estudios de Topografía (con sensores remotos y SIG)



• Fotogeología de detalle

• Cartografía geológica, geotécnica e hidrogeológica de

gran cubrimiento

• Levantamiento detallado de estaciones geo mecánicas

• Levantamiento detallado de procesos morfo dinámicos

• Análisis y medición de variables hidrogeológicas

• Generación de modelos geológicos tridimensionales del

terreno

• Generación de modelos geotécnicos e hidrogeológicos

tridimensionales detallados

Estudios de Geología, Geotecnia e Hidrogeología



Geología, Geotecnia, Hidrogeología


Extracción y Flujo

PFC2D 2.00

Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, Minnesota USA Minneapolis, Minnesota USA

Job Title: ’Idealized

Step 28000 18:11:01 Wed Jun 9 2004

View Size: X: -1.749e+002 <=> 7.425e+001 Y: -6.253e+001 <=> 2.132e+002

Ball

Contact

Displacement Maximum = 7.474e+001 Linestyle

Wall

PFC2D 2.00

Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, Minnesota USA Minneapolis, Minnesota USA

Job Title: ’Idealized

View Title: consolidation stateStep 28000 23:04:48 Wed Jun 9 2004

View Size: X: -1.803e+002 <=> 7.983e+001 Y: -6.253e+001 <=> 2.129e+002

Ball

Contact

Displacement Maximum = 7.242e+001 Linestyle

Wall

Modelo con Extracción Continua Modelo con Extracción Descontinuada

Cuando se interrumpe el flujo desde uno de los ptos. de

extracción se generan un mayor número de colgaduras

Rubio E et al, 2004. Massmin

2004



Caserones

Losa

Modelo Númerico Para el Análisis de Estabilidad de Pilares



52 MPa

15 MPa

Análisis de Esfuerzo Después de Excavación de Escalones



Medición de Hundibilidad a partir de TDRsInstalados en DOZ (T. Szwedzicki, 2004)




MONITOREO ACTUAL – DEFORMACIONES, ESFUERZOS, SISMICA, GEOELECTRICA



MONITOREO DEL FUTURO – PREDICCIÓN SÍSMICA

4. Conclusiones

1. La historia de las obras subterráneas, del uso del espacio subterráneo y de la minería

subterránea en Colombia tienen varios siglos.

2. La Ingenieria Colombia ha desarrollado en los últimos años proyectos de túneles con estándares

mundiales y de los más importantes del continente americano.

3. Para el diseño y desarrollo de la minería subterránea, los estudios geológicos, geotécnicos e

hidrogeológicos deben ser exhaustivos para controlar y disminuir los riesgos del laboreo minero,

optimizar la rentabilidad y determinar las etapas de desarrollo de la mina.

4. Los diseños de las minas subterráneas se deben basar en modelos 3D del terreno, de la geología,

geotecnia e hidrogeología. Existen las herramientas computacionales para el diseño y

seguimiento en 3D.

5. El seguimiento de las condiciones realmente encontradas, la realidad de las etapas del laboreo

minero, el comportamiento del macizo rocoso debe realizarse en tiempo real. DTR – Diseño en

Tiempo Real es una metodología aplicada en muchos túneles y en algunas minas subterráneas.


Bogotá, 28 de Agosto, 2017

RETOS DE LA MINERÍA SUBTERRÁNEA EN COLOMBIA

HECTOR SALAZAR BONILLAINGENIERO CIVIL, M.Sc., Ph.D. EN TUNELES

CELULAR: 321 – 4294550CORREO: [email protected]

www.geoandina.net

mailto:[email protected]

http://www.geoandina.net/

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