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Sociedad Mexicana deIngeniería Geotécnica, A.C.

Artículo No. XXXX XXVI Reunión Nacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica

Noviembre 14 a 16, 2012 – Cancún, Quintana RooXVII Reunión Nacional de Profesores de Mecánica

de Suelos e Ingeniería GeotécnicaNoviembre 14, 2012 – Cancún, Quintana Roo

SONDEO E INYECCION, MINAS PEÑOLES

Fernando Gómez Martínez, Lider Proyecto Mina– Minera Maple, Unidad Naica Peñoles S.A. de C.V., R. Gonzalez Rodriguez1, Subdirector proyectos especiales – Servicios

Administrativos Peñoles S. A. de C. V., J. L. Flores Rojero2,, Asesor Corporativo Mecanica de Rocas - Servicios Administrativos Peñoles S. A. de C. V.- P. Gutiérrez

Magallanes, Líder Operación Mina – Minera Maple, Unidad Naica Peñoles S.A. de C.V.

Evento: ( X) XXVI RNMSeIG ( ) XVII RNPMSeIGSesión Técnica: Sondeo e inyección

RESUMEN

El yacimiento mineral de Naica está formado por Mantos y Chimeneas ubicados entre un sistema de fallas portadoras de agua, con temperaturas promedio de 55 °C. En el transcurso de 60 años el bombeo se ha venido incrementando hasta tener actualmente 23,000 gpm Para asegurar la continuidad en los desarrollos en mina es necesario sistematizar la inyección de cemento, resinas y otros productos para control del agua.

El 80 % de las reservas y el 85 % de los recursos, se ubican dentro del nivel freático, con presiones en rango de 300 a 1,000 lb/in2 a medida que profundiza y crece lateralmente la mina.

Principales objetivos en el control del agua:

Asegurar una temperatura y humedad relativa de trabajo <s a 30 °C y 65 % de humedad en el ambiente.

Disponer del mineral para el cumplimiento de planes Operativos y Estratégicos. Tener un bombeo constante de 19,000 gpm promedio.

Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica, A.C.Contacto: Presidenta Comité Organizador XXVI RNMSeIG, e-mail: [email protected]

Presidente Comité Organizador XVII RNPMSeIG, e-mail: [email protected]ágina web: www.26rnmsig.org.mx

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Para el control del agua es necesario realizar un barreno geotécnico para obtener información para el diseño de lechadas según tipo de roca, fracturamiento, alteraciones y calidad del agua así como la longitud del sondeo, para asegurar el 90% mínimo de efectividad en la impermeabilización de las obras en desarrollo

INTRODUCCIÓN

La falla Naica, aporta el 35% del agua al sistema de bombeo y Gibraltar 65%, siendo necesario cruzarlas en puntos estratégicos para accesar a los cuerpos mineralizados.

La calidad de agua de mina es apropiada para riego agrícola y no recomendable para el consumo humano, beneficiando a la comunidad de Naica en cultivar 1190 hectáreas.

El costo de energía eléctrica del bombeo de mina equivale al 56 % por este concepto y la energía representa el 20 % del costo total de la Unidad



Fig. 1.- Sección mostrando los principales sistemas de fallas








ANTECEDENTES.

El distrito de minero de Naica se localiza en la parte Centro-Sur del estado de Chihuahua. Los cuerpos de mineral son yacimientos de Skarn que ocurren en forma de mantos, formados por silicatos cálcicos con sulfuros diseminados y chimeneas esencialmente de sulfuros comunes

Estudios realizados indican que el origen de la temperatura del agua de Naica es por una interconexión de fallas y fracturas en las que el agua se percolan de superficie y es calentada por influencia del cuerpo intrusivo, que esta ubicado a una profundidad de 2,500 metros.

En los últimos 10 años, el bombeo de mina se ha incrementado de 13,000 a 23,000 gpm por esta razón el sondeo y la inyección son procesos vitales, que aseguran el cumplimiento de los presupuestos de desarrollo (complementados con ventilación), además de controlar el agua en la obras ayuda hasta en un 85 % a la disminución de temperatura y humedad.



Fig. 2.- Grafica comparativa Bombeo Vs Desarrollo








La mecanización en el proceso de sondeo e inyección es fundamental para mejorar la productividad, calidad de vida del personal, movilidad de equipos, fortalecer la investigación y finalmente una administración de todos los recursos

1. METODOLOGÍA

Objetivo: Establecer un sistema de trabajo que asegure disciplina de ejecución para el cumplimiento de las metas.

1.1 Ventilación

Los requerimientos actuales en las minas, no se daban en el pasado con tanta intensidad, por lo que, no podemos perder de vista que los niveles de confort y seguridad, adoptados hoy en día son mucho más exigentes, lo que trae como consecuencia disponer de instalaciones mas eficientes para tener flujos de aire de acuerdo a necesidades de las operaciones.

Se dispone de cuatro circuitos de ventilación, con una extracción nominal de 1, 280,000 P.C.M. siendo realmente 1, 210,313 de aire viciado y en proceso de incorporación de un quinto circuito en el Manto SE originado por el crecimiento lateral de mina

Se consideran las siguientes variables relacionadas con el acuífero

Fuentes de calor natural y artificial en la mina.Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica, A.C.

Contacto: Presidenta Comité Organizador XXVI RNMSeIG, e-mail: [email protected] Comité Organizador XVII RNPMSeIG, e-mail: [email protected]

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Fig. 3.- Modelo operativo desarrollo








Nivel de confort requerido. % humedad del medio ambiente.

1.2 Barreno Geotécnico

La información geológica del macizo rocoso, donde se ubicarán los desarrollos e infraestructura de mina, se obtiene de los testigos de barrenos geotécnicos nos permite prevenir y tomar decisiones en el diseño de plantillas de sondeo y tipo del producto a inyectar y en ocasiones a rediseñar la planeación.

1.3 Sondeo e Inyección:

El 70% de las obras son susceptibles a cortes de agua en la profundización y crecimiento lateral de la mina y el 56% de las obras de preparación tienen intersecciones con el agua, por esta razón y previo a la inyección el sondeo es fundamental para prevenir y controlar el agua que en ocasiones son difíciles y tardados de controlar, por estar el personal en condiciones de trabajo mayores de 50°C y presiones hasta 700 lbs/ in2.

El 60% del éxito de la impermeabilización de la obra esta basado en el proceso de sondeo.



Fig. 4.- Información generada por barrenos geotécnicos








Por lo que se opto por modificar el diseño de pantallas de 9 a 16 barrenos se origino con la adaptación de jumbos para sondeo, ya que permiten una mayor y mejor movilidad y cubrir mayor área en de sondeo sin demeritar la calidad de este y en menor tiempo.

1.3.1 Inyección del macizo rocoso.

Para asegurar una impermeabilización mínima del 90% de la obra, se debe considerar la migración del cemento y esta es dependiente de las características estructurales del macizo rocoso, longitud y cantidad de barrenos de sondeo así como la adecuada selección de la lecha de cemento que se va inyectar.



Fig. 5.- Diseño de pantallas de sondeo








En la inyección de cemento se utilizan 4 tipos diferentes de lechadas:

LECHADA RELACION AGUA - CEMENTO ADITIVOS OBSERVACIONES1 80 lts de agua x 1 saco de cemento 1/2 lt de aditivo La lechada es delgada para que corra por las fisuras2 60 lts de agua x 1 saco de cemento 1/2 lt de aditivo Esta lechada es para darle volumen en las fisuras3 40 lts de agua x 1 saco de cemento 1 lt de aditivo Lechada para terminar de sellar barrenos 4 35 lts de agua x 1 saco de cemento 1.5 lt de aditivo y aserrin Lechada espesa para rellenar grandes fallas

1.3.2 Nuevos productos de inyección.

Las condiciones de la mina cambian y los procesos de inyección y sondeo deben irse adecuando a las necesidades para cumplimiento del Plan Operativo:

1.3.2.1 Micro cemento

La primer prueba de aplicación del Micro cemento Rheocem 650 SR en conjunto con el aditivo Rheobuild 1000 (previo conocimiento de características del acuífero y estructuras geológicas a inyectar), la primer prueba se realizó en una pantalla de sondeo de 9 barrenos de 1 3/4” con una distancia de penetración de 15 metros debido a un corte de falla y no permitió avanzar mas, la falla tenia un aporte de 20 litros en 5 segundos con una presión de 350 lbs/in2 en promedio, teniendo los siguientes resultados

El producto es de fácil manejo y trabajo bien en el terreno ni la bomba mostró dificulta de trabajo; el producto se aprecio que emigra a mayor distancia que el cemento Portland y rellena fisuras demediado cerradas.



Fig. 6.- Simulación de la migración de lechada de cemento

Fig. 8.- Cuadro de los 4 tipos de lechas de cemento usadas








En el tope se logro un avance de 13 m. sin presencia de agua, logrando una impermeabilización de hasta un 95 %.

1.3.2.2 Resinas de silicato expansivas

Con un concepto diferente al cemento y micro cemento, recomiendan el uso de las resinas Geofoam y Geoflex para el control de aportación de aguas, en espacios muy abiertos y que requieren fuertes volúmenes de cemento y tiempo para sellado.

Este producto químico se ha utilizado en 2 ocasiones.

1.- Septiembre del 2009 en la Fte-4701 SE del nivel 640, se tenia una falla expuesta con aportación de 1000 gpm, se utilizaron 80 pares de garras de Geofoam que son una combinación de 2 productos; Geofoam A y Geofoam B, por eso se mide en pares de productos. Al final de la aplicación de la resina se logro eliminar en 100% la aportación de agua.

2.- Octubre del 2009 en el nivel 760, se tenía una fisura en un muro de concreto que se había colocado para controlar un corte de falla que aportaba 4000 gpm, se dieron barrenos en la periferia del muro, se insertaron obturadores y se inyecto resina, logrando eliminar el 100 % de la fuga de agua.



Foto 1 y 2.- Inyección de resina








1.3.2.3 Equipos sondeo, inyección y barrenos Geotécnicos:

La actualización tecnológica de los equipos es vital para favorecer la productividad y menores costos, que aseguren alcanzar los retos y expectativas del negocio, por lo que se ha requerido disponer de equipos de acuerdo a las necesidades del yacimiento de Naica.



Foto 3.- Equipo de sondeo neumático

Foto 4.- Equipo de sondeo electrohidráulico

Equipo de sondeo neumático instalado sobre un carro minero. Este sistema emplea aire de la mina para el movimiento de la perforadora, viga y el propio carro. Este equipo es capaz de perforar a través del agua a alta presión, pero la perforación es sumamente lenta. Puede tomar hasta un turno completo o aún más el perforar un orificio de 25 metros. Además, esta máquina no puede ubicarse para perforar todo la cara de la obra.

Jumbo Electrohidráulico utilizado para el sondeo. Capaz de barrenar hasta 3 barrenos de 25 metros por turno, logra posicionarse en lo ancho de toda la obra y lograr un sondeo en zonas que el equipo neumático no lograba, este equipo ha sido modificado para poder barrenar y cortar fallas con presencia de agua sin dañar el equipo. Para sondeo utiliza barras de extensión de 1.8 mts acopladas por medio de una mordaza








Para mejorar la eficiencia y confort del personal de inyección se adquirió la plataforma de servicios para facilitar el movimiento del personal y minimizar el riesgo de accidentes

1.3.3.1 Equipo barrenos Geotécnicos.

La adquisición del equipo Diamec MCR apoyara al sondeo y tiene finalidad de hacer mas productiva la barrenación y cambiar del barreno Geotécnico al Geo mecánico y además se dispone de gran movilidad que puede instalarse y desplazarse en menos tiempo que un equipo de perforación montado.

1.3.3.2 Equipo de inyección

Bomba de inyección



Foto 5.- Plataforma McLean, modelo SL-3 Scissor Lift

Foto 6.- Diamec MCR Atlas Copco, para barreno Geo mecánico








El modelo de Chem Grout CG500/2X8/A es impulsado por aire impulsado. Esta versátil unidad está diseñada para la mezcla y la inyección de cemento puro a altas presiones. Este equipo cuenta con dos tinas de 265 litros. Este tipo de bomba permite una inyección continua, ya que cada tina hace la mezcla por separado. Las válvulas de depósito de salida son las puertas de diapositivas de gran tamaño que permiten los materiales más gruesos que caen fácilmente en la tolva de la bomba. La tolva está conectada directamente a la boquilla de aspiración de la bomba para proporcionar una operación de bombeo continuo. La bomba de lechada es un doble efecto, de estilo émbolo de desplazamiento positivo que entregará 2000 Lbs/in2. Todos los componentes son fácilmente accesibles para su funcionamiento, limpieza y mantenimiento.

CONCLUSIONES:

Para el caso particular de Unidad Naica, la inyección y el sondeo se han convertido en un trabajo vital en los procesos de desarrollo e infraestructura de mina, para lograr los cumplimiento de los objetivos del planes Estratégicos y Operativos.

Se ha profundizado la mina en la continuidad de la preparación de las estructuras mineralizadas conocidas hasta el nivel 810 donde se tienen presiones hasta de 1000 lbs.

Crecimiento lateral de la mina con aportación de 3, 768,960.32 toneladas con una ley promedio de 9.88 % de Zn del Manto SE, teniendo a la fecha el 30% desarrollado donde se tienen fuertes aportaciones de agua por tener una columna de 400 metros abajo del nivel freático.



Foto 7.- Bomba inyección de cemento marca Chem Grout








Mantener y mejorar la flexibilidad operativa con nuevas tecnologías e investigaciones del modelo geo hidrológico para ser un negocio de bajo costo y alta productividad.






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