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PERUBAR S.A.
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EVALUACION GEOMECANICA DEL MINADO
Bocamina Nv. 4150 Area de subsidencia
MINA ROSAURA
INFORME TECNICO
PREPARADO POR:
DCR Ingenieros S.R. Ltda.Geomecánica en Minería y Obras Civiles
DICIEMBRE 2004
LIMA – PERU
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EVALUACION GEOMECANICA DEL MINADO
MINA ROSAURA
CONTENIDO
1. RESUMEN, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1
1.1 Resumen 11.2 Conclusiones 31.3 Recomendaciones 10
2. INTRODUCCIÓN 13
2.1 Objetivo y alcance 132.2 Actividades realizadas 15
3. MINA ROSAURA 17
3.1 Ubicación y acceso 173.2 Marco geológico 17
3.2.1 Geología general 173.2.2 Geología local 19
3.2.3 Geoestructuras principales 20
4. INVESTIGACIONES BASICAS 21
4.1. Caracterización de la masa rocosa 21
4.1.1 Registro de datos 214.1.2 Aspectos litológicos 214.1.3 Distribución de discontinuidades 224.1.4 Aspectos estructurales 23
4.2 Clasificación de la masa rocosa 234.3 Zonificación geomecánica de la masa rocosa 244.4 Resistencia de la roca 26
4.4.1 Resistencia de la roca intacta 264.4.2 Resistencia de las discontinuidades 274.4.3 Resistencia de la masa rocosa 27
4.5 Condiciones especiales de la masa rocosa 284.6 Condiciones del agua subterránea 294.7 Esfuerzos 30
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I
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5. CONSIDERACIONES SOBRE LAS CONDICIONES DEESTABILIDAD 31
5.1 Descripción del minado actual 31
5.2 Planteamiento de los problemas de inestabilidad 335.3 Condiciones de estabilidad subterránea global 345.4 Condiciones de estabilidad subterránea local 365.5 Condiciones de estabilidad superficial global 38
5.5.1 Estabilidad del talud natural 38
5.5.2 Monitoreo de desplazamientos 40
6. ESTRATEGIAS DE MINADO PROPUESTAS 42
6.1 Método de minado 42
6.1.1 Hundimiento por subniveles 436.1.2 Corte y relleno 436.1.3 Conjunto de cuadros 44
6.2 SLC transversal vrs longitudinal 446.3 Ubicación de las galerías y cruceros 466.4 Parámetros del método de minado 46
6.4.1 SLC tradicional 466.4.2 SLC mejorado 48
6.5 Secuencias de avance del minado 516.6 Sostenimiento 536.7 Control de calidad 56
7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 58
ANEXOS
Anexo 1 Data básica del mapeo geotécnicoAnexo 2 Resultados de ensayos de laboratorioAnexo 3 Resultados del análisis numérico – Estabilidad subterránea globalAnexo 4 Resultados del análisis numérico – Estabilidad subterránea localAnexo 5 Resultados del análisis de estabilidad del talud naturalAnexo 6 Resultados del monitoreo de desplazamientos en el talud naturalAnexo 7 Resultados del análisis numérico – Secuencia de avance del minadoAnexo 8 Cálculos del sostenimiento
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II
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RELACION DE FIGURAS
Figura 1 Arreglo estructural de la masa rocosa de Mina Rosaura
Figura 2 Características resaltantes del SLC tradicionalFigura 3 Características resaltantes del SLC mejoradoFigura 4 Diferencias en el esquema de la perforaciónFigura 5 Diferencias en la forma del flujo de mineral
RELACION DE CUADROS
Cuadro 1 Criterio para la clasificación de la masa rocosaCuadro 2 Zonificación geomecánica del yacimiento Rosaura
Cuadro 3 Resistencia de la roca intactaCuadro 4 Características promedio de resistencia de la masa rocosa
RELACION DE LAMINAS
Lámina 1 Plano geológico de la Mina Rosaura
Lámina 2 Plano litológico del Nv. 4210
Lámina 3 Plano litológico del Nv. 4190Lámina 4 Plano litológico del Nv. 4170
Lámina 5 Plano litológico del Nv. 4150
Lámina 6 Plano litológico del Nv. 4130
Lámina 7 Plano litológico del Nv. 4110
Lámina 8 Plano litológico del Nv. 4090
Lámina 9 Plano litológico del Nv. 4070
Lámina 10 Plano compósito de contornos de la mineralización por niveles
Lámina 11 Plano de alteraciones del Nv. 4170
Lámina 12 Plano de alteraciones del Nv. 4150Lámina 13 Plano estructural del Nv. 4210
Lámina 14 Plano estructural del Nv. 4190
Lámina 15 Plano estructural del Nv. 4170
Lámina 16 Plano estructural del Nv. 4150
Lámina 17 Plano estructural del Nv. 4130
Lámina 18 Plano estructural del Nv. 4110
Lámina 19 Plano estructural del Nv. 4090
Lámina 20 Plano estructural del Nv. 4070
Lámina 21 Plano geomecánico del Nv. 4150Lámina 22 Plano geomecánico del Nv. 4130
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III
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Lámina 23 Plano geomecánico del Nv. 4110
Lámina 24 Plano geomecánico del Nv. 4090
Lámina 25 Plano geomecánico del Nv. 4070
Lámina 26 Sección geológica – geomecánica – Sección 340
Lámina 27 Sección geológica – geomecánica – Sección 420
Lámina 28 Sección geológica – geomecánica – Sección 480
Lámina 29 Sección geológica – geomecánica – Sección Tajo
Lámina 30 Plano topográfico superficie open pit
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IV
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1. RESUMEN, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1.1 Resumen
PERUBAR S.A. explota la Mina Rosaura utilizando el método de minado hundimiento por
subniveles. Dadas las condiciones geomecánicas adversas de la masa rocosa del yacimiento
y las características del minado, vienen ocurriendo problemas de inestabilidad de la masa
rocosa en las labores subterráneas y también en el área de subsidencia en superficie.
Conforme la explotación progresa en profundidad se vienen observando condiciones cada
vez más difíciles de minado, lo cual lleva a la interrogante de cómo será el minado futuro
en profundidad.
Por tal motivo, contrató los servicios de la empresa especializada DCR IngenierosS.R.Ltda., para que esta lleve a cabo una evaluación geomecánica integral de la masa
rocosa del yacimiento Rosaura, con el fin de analizar el método de minado que actualmente
se viene utilizando, y a la luz de los resultados obtenidos, dar las recomendaciones para el
minado futuro.
Para cumplir con el objetivo mencionado, fue necesario realizar trabajos de campo,
laboratorio y gabinete. En una primera etapa el estudio estuvo orientado a la ejecución de
investigaciones básicas, con el fin de obtener la información necesaria, que permita evaluar
los factores principales del control de la estabilidad, y estimar los parámetrosgeomecánicos. En una segunda etapa, se integró la información obtenida durante las
investigaciones básicas, con el fin de evaluar las condiciones de estabilidad de las
excavaciones subterráneas y plantear las estrategias más adecuadas para el minado futuro,
asimismo con el fin de evaluar las condiciones de estabilidad del talud natural en el área de
subsidencia.
Como parte de las investigaciones básicas, se ha hecho una caracterización detallada de la
masa rocosa del yacimiento, desde el punto de vista de su estructura y calidad, en base al
mapeo geotécnico de las labores subterráneas excavadas hasta la fecha y de testigos desondajes diamantinos disponibles. Esta caracterización condujo a la zonificación
geomecánica del yacimiento. Por otro lado, se evaluaron las propiedades físicas y
parámetros de resistencia de la roca intacta, de las discontinuidades y de la masa rocosa.
También se evaluaron las condiciones de presencia de agua y las condiciones de los
esfuerzos.
Como parte de la evaluación de las condiciones de estabilidad, primero se plantearon los
problemas que actualmente se observan en Mina Rosaura, luego se realizaron análisis
numéricos de las condiciones de estabilidad subterránea tanto a nivel global como local,asimismo de las condiciones de estabilidad superficial global, a fin de tener un marco de
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referencia del minado actual y anticipar las condiciones de estabilidad del minado futuro en
profundidad y también los posibles riesgos en superficie debido a la inestabilidad del talud
natural ubicado sobre la caja techo del yacimiento.
Como parte de las estrategias de minado, se ha evaluado: el método de minado actual y
otros posibles métodos que podrían ser aplicados en Rosaura, las alternativas del
hundimiento por subniveles (SLC) transversal vrs longitudinal, la ubicación de las galerías
y cruceros, los parámetros del método de minado, la secuencia de avance del minado, el
sostenimiento, y los aspectos del control de calidad.
En el presente informe, se pone a consideración de PERUBAR S.A. los resultados de la
evaluación geomecánica realizada.
En resumen, los problemas de inestabilidad de la masa rocosa de las excavaciones de la
Mina Rosaura se deben por un lado, a la calidad Muy Mala de la estructura veta – falla, a
las características “expansivas” y de “alta deformabilidad” de la roca, y a la presencia del
agua. Por otro lado, a los esfuerzos inducidos por el proceso del minado, que no obstante
ser de magnitudes relativamente bajas, sin embargo vencen a las muy bajas resistencias de
la masa rocosa; al esquema y secuencia de avance del minado; y a las técnicas de
perforación y voladura utilizadas. Se anticipa que de persistir estos factores, las condiciones
del minado en profundidad serán cada vez más difíciles.
A fin de contrarrestar las condiciones adversas mencionadas, se deberán adoptar medidas
apropiadas en relación a los factores que pueden ser controlables, esto es, el agua, el
esquema y secuencia de avance del minado y la perforación y voladura. Para mantener el
método de minado SLC, las principales medidas recomendadas son: el drenaje estricto del
agua, el traslado de las galerías y cruceros hacia la caja piso para que el avance en los
drawpoints sea de caja techo a caja piso; la ampliación de la separación de los cruceros para
crear pilares más robustos, pero asegurando la aplicación del concepto de flujo interactivo
del SLC mejorado, y también la utilización de técnicas adecuadas de perforación y
voladura; la implementación de la nueva secuencia de avance del minado propuesta por
PERUBAR S.A.; y el mejoramiento continuo de las técnicas de sostenimiento. Se espera
que con la implementación de las recomendaciones de este informe, mejoren las
condiciones de estabilidad de las labores mineras.
En cuanto a inestabilidad del talud natural ubicado sobre la caja techo, se ha determinado
que el posible deslizamiento no significaría daños a la estructura del Depósito de Relaves
Yauliyacu Nuevo, sin embargo es necesario, seguir las recomendaciones que se dan en este
informe.
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1.2 Conclusiones
1) La veta falla Rosaura, de rumbo general NW y buzamiento promedio de 65°-80°
NW, está constituida por un relleno de una falla de cizalla, con presencias al piso de
pirita masiva, así como también a veces en forma diseminada de aspecto arenoso-
deleznable. La mineralización económica, pegada al piso, está constituida por
esfalerita, galena, calcopirita y algo de tetrahedrita, siendo los minerales de ganga:
cuarzo, pirita, calcita y clorita. La caja piso de la veta está constituida por los tufos
Yauliyacu y la caja techo por las calizas Bellavista, interestratificadas con tufos y
rocas andesíticas. En la parte superior del yacimiento y hacia el NW hay
predominancia de las calizas en la caja techo.
2) La extensión longitudinal reconocida de la veta falla Rosaura es de 280 m, con una
profundidad de 360 m. La geometría de la mineralización es irregular, tanto en el
sentido longitudinal como en el transversal. Se le puede dividir en tres sectores: el
Sector NW, con potencia promedio de 15 a 18 m; el Sector Central, con promedio
de 5 m; y el Sector SE, con potencia de 8 a 10 m.
3) Asociada a la mineralización hay presencia de pirita y hacia los contactos con las
cajas ocurre una alteración argílica, compuesta por minerales de arcilla y clorita,
acompañados por una pobre diseminación de pirita, galena y esfalerita, siendo esta
alteración más notable y de mayor espesor en la caja techo. Saliendo de la
estructura Rosaura, en las cajas inmediatas hay presencia de alteración propilítica,
constituida en orden de abundancia por calcita, cuarzo, pirita, clorita y yeso. La
potencia de las zonas de alteración hidrotermal tiene una relación directa con la
potencia de la veta mineralizada en una proporción aproximada de 1: 1: 3 (veta:
argilitización: propilitización ).
4) La secuencia sedimentaria en el distrito está plegada, teniendo su eje un rumbo
general N20°W, lo que hace que sea aproximadamente paralela al lineamiento
general de los Andes. La estructura de mayor importancia es el Anticlinorio
Casapalca, que presenta pliegues (sinclinales y anticlinales) asimétricos.
Localmente, la estructura principal la constituye el Anticlinal Rosaura, cuyo eje
tiene rumbo N30°W. La mina Rosaura se halla emplazada en su flanco W.
5) Los resultados del análisis de distribución de discontinuidades, han indicado la
presencia de tres sistemas de discontinuidades en toda el área del estudio, formados
principalmente por fallas y diaclasas, cuyas orientaciones promedio son: Sistema 1,
N49°W - 60°SW; Sistema 2, N77°W - 75°NE; y Sistema 3, N30°E - 53°NW. De
estos tres sistemas, el primero predomina respecto a los otros dos. Localmente
ocurren otros sistemas de discontinuidades secundarios. Además hay una
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considerable cantidad de discontinuidades aleatorias en todo el área de estudio, lo
cual es un reflejo del alto grado de fracturamiento de la masa rocosa.
6) Según el criterio de clasificación geomecánica adoptado (Bieniawski, 1989), en la
caja techo alejada, la masa rocosa es generalmente de calidad Mala A (IVA), en
menor proporción se presentan zonas de calidad Regular B (IIIB). En la caja techo
inmediata, la masa rocosa es típicamente de calidad Mala B (IVB). En la estructura
veta-falla Rosaura, se observan dos tipos de materiales diferentes: la brecha de falla
y el mineral económico, sin embargo desde el punto de vista de sus calidades, estas
son similares, siendo ambos de calidad Muy Mala (V). En la caja piso inmediata, la
masa rocosa es de calida Mala B (IVB).
7) El zoneamiento geomecánico realizado, ha indicado que la caja techo alejada
conforma un dominio estructural de rocas de calidad Mala A (DE-IVA), con rango
RMR 30-40, rango Q 0.21-0.64 y GSI MF/R. La caja techo inmediata conforma un
dominio de rocas de calidad Mala B (DE-IVB), con rango RMR 20-30, rango Q
0.07-0.21 y GSI IF/P. La brecha de falla y mineral conforma un dominio de rocas
de calidad Muy Mala (DE-V), con RMR < 20, Q < 0.07 y GSI T/MP. La caja piso
inmediata conforma un dominio de rocas de calidad Mala B, con rango RMR 20-
30, rango Q 0.07-0.21 y GSI IF/P. Los detalles de las características estructurales
para cada uno de estos dominios se presentan en el Capítulo 4.
8) Los valores de resistencia compresiva de la roca intacta, estimada con ensayos de
laboratorio y otras técnicas sugeridas por ISRM (Sociedad Internacional de
Mecánica de Rocas), son respectivamente 37, 15, 3 y 15 para los volcánicos de la
caja techo alejada, volcánicos propilitizados de la caja techo inmediata, argílico y
mineral de la brecha de falla y mineral, y tufos propilitizados de la caja piso
inmediata. Los correspondientes valores de la constante “mi” son: 25.19, 12.8, 10 y
12.8. Los valores de las propiedades de resistencia de la masa rocosa se presentan
en el Cuadro 4 del Capítulo 4.
9) Las rocas de Rosaura además presentan condiciones especiales, referidas a
características expansivas (swelling rock) en presencia de agua y a características de
alta deformabilidad (squeezing rock); es decir, deformaciones en función del
tiempo, donde los esfuerzos al exceder la resistencia de la roca, producen su
deformación plástica. Ambas características tienen influencia en la alta deformación
del terreno y de las cimbras.
10) Es indudable que la presencia del agua es desde todo punto de vista dañina para las
condiciones de estabilidad de las labores mineras. Lo que se observa en el campo es
evidente. Las áreas de la mina con mayor presencia de agua son más inestables que
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aquellas dónde la presencia del agua es menor. Aún ignorando el posible problema
del hinchamiento del terreno, el agua ejerce un efecto muy negativo en la
estabilidad de las labores mineras, desde que incentiva la alta deformabilidad en
este tipo de terreno. Por tanto será imperioso su tratamiento efectivo.
11) Los esfuerzos vertical y horizontal in-situ por carga gravitacional, sin considerar la
influencia de la topografía del terreno, son respectivamente del orden de 5 a 9 MPa
y 2.5 a 4.5 MPa. Considerando la influencia topográfica por la presencia del talud
natural ubicado en la caja techo del yacimiento, que tiene una altura aproximada de
850 m, estos esfuerzos podrían alcanzar valores de 10 a 15 MPa (esfuerzos
horizontales) y 5 a 10 MPa (esfuerzos verticales). El factor de competencia < 2 o
ligeramente > 2, indica que los esfuerzos producen un sobreesforzamiento
inmediato después de ejecutada la excavación, o que se produce en la masa rocosa
únicamente deformaciones plásticas, aspectos estos que son evidentes a simple
observación en mina Rosaura.
12) Según las investigaciones básicas realizadas, los factores atribuibles a las
condiciones geomecánicas de la masa rocosa del yacimiento que estarían
influyendo en los problemas de inestabilidad de las excavaciones subterráneas y en
la superficie son: la calidad Muy Mala de la masa rocosa mineralizada y calidad
Mala de las rocas encajonantes, las características “expansivas” de “alta
deformabilidad” de la roca, la presencia del agua subterránea, que activa el
hinchamiento de la roca y produce mayor deformabilidad. De estos factores, solo el
agua puede ser controlable, el resto de los factores señalados constituyen
condiciones naturales del yacimiento a los cuales debemos adecuar el método de
minado.
13) Los factores que son atribuibles al método de minado son principalmente: los
esfuerzos inducidos por el proceso del minado, que no obstante ser de magnitudes
relativamente bajas, sin embargo vencen a las bajas resistencias de la masa rocosa
del yacimiento; el esquema y secuencia de avance del minado; y las técnicas de
perforación y voladura utilizadas, que no están permitiendo un flujo continuo del
mineral. Estos factores de algún modo pueden ser controlables a fin de minimizar
los problemas mencionados anteriormente. Es aquí donde se centra este estudio en
el caso subterráneo, pero además también abordamos el caso de la inestabilidad del
talud natural en superficie.
14) Los análisis efectuados en relación a las condiciones de estabilidad subterránea
global, de una manera general, permiten concluir en lo siguiente:
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PERUBAR S.A. Diciembre 14, 2004Evaluación Geomecánica del Minado – Mina Rosaura
A medida que el minado progrese en profundidad, los niveles de los esfuerzos
inducidos por el minado tenderán a ser cada vez más altos. Los esfuerzos
principales máximos, que en los niveles superiores actuales son del orden de 5
MPa, podrían llegar a 20 MPa en el Nv. 3900. Los esfuerzos principales
mínimos, que en los niveles superiores actuales son del orden de 4 MPa,
podrían llegar a 12 MPa en el Nv. 3900. Estos valores de esfuerzos, representan
órdenes de magnitud de las tendencias observadas. Localmente se pueden
registrar esfuerzos mayores como menores.
Definitivamente, los esfuerzos inducidos por el minado en la caja techo, donde
actualmente están ubicadas las labores de acceso y servicio a los tajeos, son
mayores que en la caja piso. Esto se debe principalmente al efecto gravitatorio
de la masa rocosa del talud ubicado en la caja techo, el cual tiene una altura
total de 850 m y cuyo pie está ubicado en el fondo del antiguo tajo abierto, en
el área de subsidencia actual.
La orientación del esfuerzo principal mayor es casi paralela a la pendiente del
talud, aproximadamente tiene una inclinación de 40° respecto a la horizontal.
Esta dirección del esfuerzo representa el empuje hacia abajo de los materiales
aflojados del talud mencionado. En profundidad estos esfuerzos tienden a ser
horizontales, siendo estos mayores que el esfuerzo vertical.
Los factores de seguridad en la caja piso inmediata, son mayores que en la caja
techo inmediata, mientras que los factores de seguridad en la caja piso alejada
son menores que en la caja techo alejada.
15) Los análisis efectuados en relación a las condiciones de estabilidad subterránea
local, han indicado lo siguiente:
El factor que está incidiendo significativamente en la inestabilidad actual de las
labores de acceso y servicios a los tajeos, es decir, galería principal y cruceros,
es la ubicación de los mismos en la caja techo y la secuencia de avance del
minado.
Como los esfuerzos inducidos por el minado son mayores en la caja techo y
tienen magnitud considerable frente a los muy bajos valores de resistencia de
las rocas, estas no tienen capacidad de contrarrestar dichos esfuerzos,
resultando incluso insuficiente el sostenimiento actual que se utiliza.
Como el avance es desde la caja piso hacia la caja techo, al efectuar el primer
corte en la caja piso, el bloque de minado o pilar puente liberado que queda
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PERUBAR S.A. Diciembre 14, 2004Evaluación Geomecánica del Minado – Mina Rosaura
encima de los cruceros se ve sometido a los esfuerzos de empuje de la caja
techo y a la carga superior de los materiales de hundimiento. Este bloque
permanecerá en esta situación hasta llegar a la caja techo. La consecuencia es la
inestabilidad provocada en el área de la galería principal y en los cruceros.
Si el avance fuera inverso (de caja techo a caja piso) y la galería principal y los
cruceros estuvieran ubicados en la caja piso, las condiciones de estabilidad
serían más favorables. Al efectuar el primer corte en la caja techo, el bloque de
minado ubicado encima de los cruceros quedaría liberado del empuje de la caja
techo, actuando solo la carga superior de los materiales de hundimiento sobre el
mismo. Los esfuerzos de empuje de la caja techo, se concentrarían mayormente
en el área de la base del subnivel de la caja techo y hacia los costados, pero
como las labores mineras se trasladarían a la caja piso, esto no tendría mayor
importancia. El caso es que el ambiente de esfuerzos encima de los cruceros y
en la caja piso sería más favorable para las condiciones de estabilidad de las
labores mineras.
16) Si bien es cierto que los niveles de esfuerzos serán más altos a medida que progrese
el minado en profundidad, sin embargo, este hecho puede ser contrarestado en
alguna medida, además del traslado a la caja piso de las labores, mejorando el
dimensionamiento de los componentes estructurales del método de minado, según
las recomendaciones que se dan en este informe.
17) El proceso de selección del método de minado, ha indicado que el “hundimiento por
subniveles” se adapta a las condiciones geomecánicas de la masa rocosa del
yacimiento Rosaura, aunque no de una manera ideal, sin embargo, tiene ventajas
frente a los otros posibles métodos de minado que se aparejan a estas condiciones
naturales: el “corte y relleno” y el “conjunto de cuadros”.
18) De acuerdo a las conclusiones de los modelamientos numéricos realizados, se
concluye que el método de minado “hundimiento por subniveles” se debe continuar
utilizando. En tal sentido, hay que orientar esfuerzos, por un lado para mejorar las
condiciones de estabilidad de las labores mineras, por otro lado, para mejorar los
diferentes parámetros del método de minado que conduzcan a un menor costo y a
una mayor productividad.
19) La evaluación realizada en relación con los parámetros de minado, revela que
asegurando los conceptos del SLC mejorado (principio del flujo interactivo), con
buenas técnicas de perforación y voladura, y sin mantener el concepto de los
“bolsillos”, la altura entre los subniveles continuaría siendo 20 m y el espaciamiento
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PERUBAR S.A. Diciembre 14, 2004Evaluación Geomecánica del Minado – Mina Rosaura
entre cruceros 12 m de centro a centro. Manteniendo los “bolsillos”, podría
ampliarse el espaciamiento entre cruceros hasta unos 15 m.
20) Los conceptos empleados en el citado Plan Estratégico del PERUBAR S.A. para
establecer la secuencia de avance del minado de Rosaura son correctos desde el
punto de vista geomecánico. Una forma de mejorar las condiciones de estabilidad
de las excavaciones asociadas al SLC transversal, es conformar frentes rectos en
retirada en etapas de paneles de 5 o 6 cruceros cada uno, jalando el mineral
simultáneamente. En el esquema de avance del minado establecido por PERUBAR
S.A. se ha tenido en consideración esta modalidad de avance para la explotación
simultánea en varios subniveles. Este mismo esquema puede ser válido en caso que
el avance en los drawpoints fuera de caja techo a caja piso, cuando se trasladen las
galerías principales y los cruceros hacia la caja piso.
21) Los resultados del ejercicio realizado para estimar la calidad y cantidad del
sostenimiento en las labores mineras de Rosaura, dan una idea del sostenimiento
que realmente se requeriría si se pretendiera estabilizar completamente estas
labores. Lógicamente, esta solución tendría un costo muy elevado, prohibitivo para
una operación minera como Rosaura. A esto hay que añadir, que en las
estimaciones realizadas se han adoptado ciertos parámetros optimistas, como es el
caso de los esfuerzos de campo. Por los resultados de los análisis numéricos
presentados en el Capítulo 5, en las diferentes etapas del minado, por la dinámica
del mismo, los esfuerzos inducidos podrían variar a valores más altos que los
adoptados, lo cual podría significar que incluso el sostenimiento estimado con el
NATM podría ser insuficiente en ciertos casos.
22) En cuanto a las soluciones del sostenimiento, se espera por un lado que con las
medidas que se puedan adoptar como producto de este estudio, las condiciones del
sostenimiento también mejoren. Por otro lado, se deberá seguir mejorando las
prácticas actuales del sostenimiento con cimbras y esta será una actividad principal
del personal del Area de Geomecánica. Se tiene la ventaja de la experiencia que se
viene ganando en el sostenimiento y en el método de minado, experiencia que debe
ser combinada con las recomendaciones que se dan en este informe, de tal manera
que el sostenimiento temporal permita cumplir con los planes de minado.
23) Los análisis realizados en relación a las condiciones de estabilidad superficial
global, permiten concluir en lo siguiente:
El volumen de materiales estériles que podrían estar involucrados en un
deslizamiento del talud natural ubicado en la caja techo del yacimiento, sería de
aproximadamente 5 millones de m3. De producirse un deslizamiento, los
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PERUBAR S.A. Diciembre 14, 2004Evaluación Geomecánica del Minado – Mina Rosaura
materiales deslizados al final alcanzarían su talud de reposo. Los cálculos
efectuados, indican que con ángulos de reposo menores que 26°, los materiales
deslizados podrían pasar hacia el fondo de la quebrada. El caso es que los
ángulos de reposo medidos en campo están alrededor de 37°, muy superior a
los 26°. Por tanto, será poco probable que en un eventual deslizamiento, los
materiales deslizados lleguen a rellenar la quebrada y alcancen al Depósito de
Relaves Yauliyacu Nuevo.
Considerando las peores condiciones, caso que los materiales deslizados
puedan llegar a la quebrada, la dirección del movimiento estimado, según el
plano topográfico y las observaciones de campo, sería aproximadamente NEE.
En esta dirección los materiales se acumularían sobre el área del botadero de
desmonte antiguo. El volumen de materiales que podría caber en esta área se ha
estimado en aproximadamente en 3 millones de m3. Todos los materiales
deslizados no se trasladarían a la quebrada, sino que gran parte de ellos se
quedaría haciendo un talud de reposo en el área del fondo del tajo.
24) Los resultados del monitoreo de desplazamiento que se viene llevando a cabo en el
talud natural ubicado en la caja techo del yacimiento están indicando actualmente
un movimiento de la masa deslizante de 3 a 5 cm/día, de características constantes
y con vector desplazamiento hacia el SEE, paralelo a la estructura veta – falla
Rosaura. Será necesario tomar en cuenta las recomendaciones que se dan sobre el
monitoreo en el Capítulo 5 de este informe.
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1.3 Recomendaciones
1) Según el balance de ventajas y desventajas, sobre el cambio de modalidad de SLC
de transversal a longitudinal, es recomendable no descartar la modalidad SLC
longitudinal como una alternativa de mejora de las condiciones de estabilidad. Al
respecto, se debe analizar con mayor detalle los aspectos productivos y operativos.
2) De acuerdo a los resultados de los análisis sobre las condiciones de estabilidad
subterránea global y local, y dado que las condiciones de minado serán más
dificultosas en profundidad, es recomendable trasladar las labores de acceso y
servicio, lo cual involucra a las galerías principales y a los cruceros, hacia la caja
piso. Estos análisis han demostrado que ubicando las citadas excavaciones en la
caja piso, las condiciones de estabilidad de estas mejorarán, principalmente por los
niveles de esfuerzos más bajos presentes en esta área y por la secuencia de minado
que implicará esta ubicación, desde caja techo hacia caja piso.
3) Sobre la distancia de ubicación de las galerías principales respecto del contacto caja
piso, desde el punto de vista de las condiciones de estabilidad de las galerías y
cruceros es recomendable ubicar esta galería lo más alejada de la caja piso. Sin
embargo, por los altos costos esto no siempre es posible. Actualmente se tiene
conocimiento de la caja piso solo en el Nv. 4110, por los sondajes exploratorios
realizados hasta 40 m de distancia. En los 20 a 30 m pegados a la caja piso, la roca
es de Tipo IVB y a partir de esa distancia la roca comienza a mejorar. Lo ideal sería
ubicar la galería principal, pasando la roca Tipo IVB, en roca de mejor calidad.
4) La experiencia tenida en el Nv. 4150 con la solución de los “candelabros”, indicó
que las condiciones de inestabilidad fueron menos intensas que en los niveles
superiores, al lograrse mayor volumen de pilares entre cruceros; por tanto, es
recomendable considerar en la caja piso esta forma de cruceros.
5) La utilización de técnicas adecuadas de perforación y voladura, serán muy
importantes para el minado futuro. Hasta la fecha, la perforación y voladura
empleada en Rosaura ha sido parcial; si se pretende seguir operando la mina con los
nuevos conceptos aquí esbozados, definitivamente, se tendrá que entrar a una etapa
de perforación y voladura completa en los tajeos.
6) En relación a la secuencia de avance del minado en subniveles múltiples,
establecido por PERUBAR S.A. en su Plan Estratégico, es recomendable que la
distancia horizontal de los gradines para lograr mejores condiciones de estabilidad,
sea alrededor de 31 m. Menores o mayores distancias generarán condiciones de
esfuerzos desfavorables.
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7) Se deben tomar en cuenta las siguientes recomendaciones en relación al
sostenimiento:
Hacer un estricto control de calidad de las cimbras, ya que se ha observado en
algunos lotes fallas en su fabricación.
Aperturar las excavaciones con la mínima antelación y dar velocidad al
minado, para obtener un menor tiempo de permanencia de excavaciones
abiertas.
No hacer encostillado completo alrededor de las cimbras, dejar hasta donde sea
posible, aberturas en el encostillado para disipar los esfuerzos, pero esta
actividad no debe significar dejar de topear las cimbras a la roca, lo cual es muy
importante.
En las rocas de calidad Mala B (IVB) y Muy Mala (V) utilizar cimbras a
sección completa (“invert”) y espaciamientos mínimos entre ellas, compatibles
con la práctica usual de este tipo de sostenimiento (0.75 m).
Realizar mediciones de convergencia, con el fin de tener un mejor
entendimiento del comportamiento de las cimbras.
No descartar el uso del shotcrete como alternativa de sostenimiento, se deben
llevar a cabo pilotajes en rocas de mala calidad.
8) Se deberá implementar medidas efectivas de drenaje tanto en subterráneo como en
superficie (área de subsidencia), a fin de minimizar los efectos negativos del agua.
PERUBAR S.A. actualmente está llevando a cabo diferentes obras de drenaje en
subterráneo, lo cual es sumamente importante, pero además deberá efectuar obras
en superficie, puesto que se ha observado en el área de subsidencia signos
importantes de escorrentías (cárcavas), que podrían complicar más el problema de
las inestabilidades tanto subterráneas como en superficie.
9) Los análisis efectuados sobre el posible deslizamiento del talud natural ubicado en
la caja techo del yacimiento, han indicado que los materiales deslizados no
invadirían el Depósito de Relaves Yauliyacu Nuevo, a lo más podrían llegar al área
del man hole, el cual podría ser dañado, pero no significaría comprometer toda la
estabilidad física de esta relavera. Sin embargo, hay que asegurar que los materiales
deslizados no salgan por la parte Este del área de la subsidencia, es decir por la
parte más baja del antiguo tajo abierto, ya que en este caso estos materiales podrían
caer sobre la relavera y posiblemente sobre las instalaciones del Nv. 4090. Para
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2. INTRODUCCION
PERUBAR S.A. viene actualmente explotando el yacimiento Rosaura, utilizando el método
de minado de “hundimiento por subniveles”. La explotación ha comenzado por la parte
superior del yacimiento, en donde tanto la masa rocosa mineralizada como las rocas de las
cajas son de mala calidad.
Si bien es cierto, que con el método de minado que se viene utilizando se está logrando
resultados relativamente satisfactorios, sin embargo, existen problemas relacionados a las
altas deformaciones del terreno, que inciden en la generación de inestabilidades en las
excavaciones y en el deterioro de los sistemas de sostenimiento que se vienen utilizando.
Por tal razón, PERUBAR S.A. ha encargado a DCR Ingenieros S.R.Ltda. la ejecución de
una evaluación geomecánica integral del yacimiento Rosaura, a fin de analizar la situación
actual del minado y a la luz de ello dar las recomendaciones para el minado futuro.
La evaluación geomecánica llevada a cabo, significó caracterizar a la masa rocosa del
yacimiento, determinar el comportamiento mecánico de la roca, clasificar y zonificar
geomecánicamente a la masa rocosa del cuerpo mineralizado y de su entorno, evaluar las
condiciones naturales del yacimiento, evaluar las condiciones de estabilidad de las
excavaciones asociadas al minado actual, y establecer las estrategias para el minado futuro.
El presente, constituye el informe de los resultados del trabajo efectuado, el mismo que se
pone a consideración de PERUBAR S.A.
2.1 Objetivo y alcance
El objetivo es realizar una evaluación geomecánica de la masa rocosa del yacimiento
Rosaura de PERUBAR S.A., con el fin de analizar el método de minado que actualmente
se viene utilizando, y a la luz de los resultados obtenidos, dar las recomendaciones para el
minado futuro.
Los alcances para el cumplimiento del objetivo planteado son:
Realizar investigaciones básicas, con el fin de obtener la información necesaria que
permita evaluar los factores principales del control de la estabilidad y estimar así los
parámetros geomecánicos básicos.
Evaluar las condiciones de estabilidad de las excavaciones asociadas al minado actual
del yacimiento.
Establecer estrategias adecuadas para el minado futuro del minado del cuerpo
mineralizado.
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Los aspectos considerados como investigaciones básicas son:
Caracterización litológica y estructural de la masa rocosa del yacimiento, en base a la
revisión y análisis de la información disponible y a mapeos geotécnicos realizados en
las excavaciones subterráneas existentes, en afloramientos superficiales y en testigos de
las perforaciones diamantinas. Para tal caracterización se utilizaron las normas ISRM
(International Society for Rock Mechanics). La distribución de los sistemas de
discontinuidades se determinó utilizando técnicas estereográficas computarizadas, y las
características geomecánicas de cada sistema fueron establecidas mediante análisis
estadísticos convencionales.
Evaluación de las propiedades de resistencia de la roca utilizando los métodos
sugeridos por la ISRM y los criterios de falla más convenientes.
Determinación de la calidad de la masa rocosa involucrada en el área de estudio,
mediante la aplicación de los criterios de clasificación geomecánica de Bieniawski
(1989), Barton (1974) y Marinos & Hoek (GSI – Geological Strenght Index – 2002).
Zonificación geomecánica del área de estudio, a fin de determinar los dominios
estructurales en base a la información obtenida en los puntos precedentes.
Evaluación de las características de presencia de agua subterránea.
Evaluación de las condiciones de esfuerzos.
Los aspectos considerados en la evaluación de las condiciones de estabilidad de las
excavaciones asociadas al minado actual del yacimiento son:
Descripción del método de minado actual.
Planteamiento de los problemas de inestabilidad.
Análisis de las condiciones de estabilidad subterránea global.
Análisis de las condiciones de estabilidad subterránea local.
Análisis de las condiciones de estabilidad superficial global.
Los aspectos considerados en el establecimiento de las estrategias del minado futuro
son:
Evaluación del método de minado.
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Evaluación de las posibilidades de variación del método de minado
La ubicación de las labores de acceso y servicios a los tajeos.
Definición de los parámetros del método de minado.
Definición de la secuencia de avance del minado.
Definición del sostenimiento.
Establecimiento de controles de calidad.
2.2 Actividades realizadas
El estudio combinó observaciones y acopio de información de campo, pruebas de
laboratorio y trabajos de gabinete, utilizando técnicas adecuadas, seleccionadas entre las
alternativas disponibles.
En el campo se realizaron las siguientes actividades:
Reconocimiento geológico-geomorfológico de la zona.
Mapeos geotécnicos en interior mina, en superficie y en testigos rocosos.
Toma de muestras de roca para ensayos de laboratorio.
Observaciones sobre el método de minado actual.
Recopilación de información adicional (planos, reportes, informes, etc.), de interés para
el estudio.
En gabinete se llevó a cabo lo siguiente:
Elaboración de los planes de trabajo, referentes a los detalles prácticos de la ejecución
del estudio.
Revisión y análisis de toda la información disponible relacionada a la evaluación que
se propone.
Procesamiento y análisis de la información geotécnica registrada en el campo.
Evaluación de las propiedades de resistencia de la roca.
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Clasificación geomecánica de la masa rocosa.
Zonificación geomecánica del cuerpo mineralizado y su entorno.
Evaluación de los factores complementarios de influencia sobre la estabilidad (agua
subterránea y esfuerzos).
Evaluación de las condiciones de estabilidad de las excavaciones subterráneas y de la
superficie.
Establecimiento de las estrategias de minado.
Elaboración del informe técnico, incluyendo el texto, los planos, gráficos, cuadros,
figuras, etc.
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3. MINA ROSAURA
3.1 Ubicación y acceso
La mina Rosaura, de la empresa minera PERUBAR S.A., se encuentra ubicada en la zonacentral del Perú, al Nor-Este de la cuidad de Lima, en el flanco Oeste de la Cordillera
Occidental de los Andes, a una altitud comprendida entre los 3885 y 4500 msnm.
Políticamente pertenece al distrito de Chicla, provincia de Huarochirí, departamento de
Lima.
Es accesible a través de la Carretera Central del Perú: Lima – Chosica – Matucana – San
Mateo – Chicla – Yauliyacu Km 110, localidad de donde parte una carretera afirmada
hasta la mina Rosaura, con un recorrido de 2.5 km hasta llegar a la Bocamina Nv. 4090.
3.2 Marco geológico
3.2.1 Geología general
Desde el punto de vista geológico – minero, Rosaura pertenece al distrito minero de
Casapalca. La secuencia estratigráfica general está conformada principalmente por
calizas, areniscas, lutitas calcáreas, brechas y tufos volcánicos, los cuales alcanzan
una potencia de 540 m.
a) Rocas del Cretáceo
Formación Jumasha
Las calizas Cretáceas de la Formación Jumasha no afloran en superficie en el área
de Casapalca, sin embargo, una secuencia que correlaciona con esta formación,
constituida por calizas grises con algunas intercalaciones de lutitas, fue interceptada
en los túneles Graton.
b) Rocas del Terciario
Formación Casapalca
Afloran en el área de estudio y están constituidas por dos miembros:
Miembro Capas Rojas.- Caracterizado por presentar intercalaciones de
lutitas y areniscas calcáreas, con coloraciones rojizas debido a finas
diseminaciones de hematita. Las areniscas son de grano fino a grueso y
comúnmente se observa una débil estratificación.
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Miembro Carmen.- Sobreyaciendo a las capas rojas se encuentra una serie
de paquetes de conglomerado y calizas intercaladas con capas de areniscas,
lutitas, tufos y conglomerados volcánicos, con una potencia de 80 a 200 m.
Los conglomerados, que también se presentan en lentes, están compuestos
por guijarros y rodados de cuarcita y calizas, en una matriz areno-arcillosa y
cemento calcáreo.
Formación Carlos Francisco
Se encuentra sobreyaciendo a las rocas sedimentarias, está constituida por una
potente serie de rocas volcánicas que se han dividido en tres miembros:
Miembro Tablachaca.- Se encuentra sobreyaciendo al miembro Carmen,
está constituido por tufos, brechas, conglomerados, aglomerados y rocas
porfiríticas efusivas.
Miembro Carlos Francisco.- Consiste de flujos andesíticos masivos y
brechas. Las brechas consisten de fragmentos porfiríticos angulares,
generalmente verdosos, incluidos en una matriz de roca porfirítica rojiza.
Intercaladas con las brechas están las andesitas porfiríticas que varían de
gris oscuro a verde. Los fenocristales de feldespatos son conspicuos y
alterados a clorita y calcita.
Miembro Yauliyacu.- Consiste de tufos rojizos de grano fino y están
sobreyaciendo a los volcánicos Carlos Francisco.
Formación Bellavista
Consiste de capas delgadas de calizas de color gris con algunas intercalaciones de
calizas gris oscuro, tufos de grano fino y lutitas rojizas.
Formación Río Blanco
Está conformada por una potente serie de volcánicos bien estratificados que
consisten en tufos de lapilli de color rojizo con intercalaciones de brecha y riolitas.
Algunas capas de calizas ocurren en la parte superior.
c) Materiales cuaternarios
El cuaternario, está representado en el distrito de Casapalca por una serie de
depósitos glaciares y conos de escombros de formación reciente.
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3.2.2 Geología local
Las rocas expuestas en el área de Rosaura, corresponden a tufos Yauliyacu, calizas
Bellavista, volcánicos Río Blanco y volcánicos Pacococha, los cuales conforman
una secuencia sedimentaria de aproximadamente 1300 m de potencia. Un pequeño
stock intrusivo de composición diorítica aflora en la parte Norte del área y
constituye probablemente la fase marginal de un intrusivo que no aflora en la mina
Rosaura (ver Lámina 1 – Plano Geológico).
La mineralización de la mina Rosaura se presenta en vetas de tipo hidrotermal, sub-
volcánico, con valores de plomo, zinc, plata y oro. Existen dos sistemas de vetas:
uno de rumbo N45°-55°W y buzamiento 50°-80° SW, constituido por las vetas
Rosaura, Martita, Julia y Santo Domingo; el otro sistema, de rumbo N 65°- 80°E y
buzamiento de 67°-80°NW, con las vetas Adela, Génesis, Talía y Carmen. Sus
afloramientos son discontinuos pero alcanzan en algunos casos más de 1000 m de
extensión longitudinal.
La única veta explorada – explotada desde 1950 hasta la fecha, es la veta falla
Rosaura de rumbo general NW – SE. En su extremo SE tiene un rumbo N 55°W
para pasar a N 35°W en su extremo NW, el buzamiento promedio es de 80° y
65°NW respectivamente.
La veta falla Rosaura está constituida por un relleno de una falla de cizalla, con
presencias al piso de pirita masiva, así como también a veces en forma diseminada
de aspecto arenoso-deleznable. La mineralización económica está constituida por
esfalerita, galena, calcopirita y algo de tetrahedrita, siendo los minerales de ganga:
cuarzo, pirita, calcita y clorita.
La caja piso de la veta está constituida por los tufos Yauliyacu y la caja techo por
las calizas Bellavista, interestratificadas con tufos y rocas andesíticas. Ver Láminas
2 a 9 (Planos litológicos por niveles).
La extensión longitudinal reconocida de la veta falla Rosaura es de 280 m, con una
profundidad de 360 m. La geometría de la mineralización es irregular, tanto en el
sentido longitudinal como en el transversal. Se le puede dividir en tres sectores: el
Sector NW, que tiene una potencia promedio de 15 a 18 m (Sección 380); el Sector
Central, que tiene una potencia promedio de 5 m (Sección 420); y el Sector SE, que
tiene una potencia de 8 a 10 m (Sección 480). Ver Lámina 10 – Contornos de la
mineralización por niveles.
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La alteración hidrotermal está distribuida de las cajas hacia la veta por una
propilitización y una argilización (ver Láminas 11 y 12 – Planos de alteraciones por
niveles). La propilitización está ubicada íntegramente en la caja techo y piso de la
veta, la cual está constituida en orden de abundancia por la calcita, cuarzo, pirita,
clorita y yeso. La argilitización, está ubicada dentro de la veta hacia su caja techo,
está compuesta básicamente por minerales de arcilla y de clorita, acompañado por
una pobre diseminación de pirita, galena y esfalerita; en conjunto está zona se halla
brechada y fallada; su potencia es variable de 4 a 10 m.
3.2.3 Geoestructuras principales
La secuencia sedimentaria en el distrito está plegada, teniendo su eje un rumbo
general N20°W, lo que hace que sea aproximadamente paralela al lineamiento
general de los Andes. La estructura de mayor importancia es el Anticlinorio
Casapalca, que presenta pliegues (sinclinales y anticlinales) asimétricos.
En el área se encuentran cuatro grandes fallas inversas: Infiernillo de rumbo N38°W
y buzamiento 70°SW, Rosaura de rumbo N55°W y buzamiento 80°SW, Americana
de rumbo N38°W y buzamiento 70°NE, y Río Blanco, en la parte SW del distrito,
con un rumbo N35°E y paralelo al sistema de vetas Casapalca.
Localmente, la estructura principal la constituye el Anticlinal Rosaura, cuyo eje
tiene rumbo N30°W. La mina Rosaura se halla emplazada en su flanco W. En esta
área hay tres sistemas principales de fracturamiento – falla: el sistema principal
tiene rumbo N40°-60°W y buzamiento 60°-80°SW, el segundo sistema tiene rumbo
N70°-80°W y buzamiento 60°-80°NE, y finalmente el tercer sistema tiene rumbo
N20°-30°E y buzamiento 50°-70° al NW. Ver Planos del 13 al 20 – Planos
estructurales por niveles).
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Las rocas de las cajas están conformadas por volcánicos de composición andesítica.
En la caja piso se presentan mayormente tufos andesíticos. En la caja techo,
volcánicos andesíticos con intercalaciones de calizas. En la parte superior del
yacimiento y hacia el NW hay predominancia de las calizas.
Asociada a la mineralización hay presencia de pirita; y hacia los contactos con las
cajas ocurre una alteración argílica, compuesta por minerales de arcilla y clorita,
acompañados por una pobre diseminación de pirita, galena y esfalerita, siendo esta
alteración más notable y de mayor espesor en la caja techo. Saliendo de la
estructura Rosaura, en las cajas inmediatas hay presencia de alteración propilítica,
constituida en orden de abundancia por calcita, cuarzo, pirita, clorita y yeso.
Cabe mencionar que la potencia de las zonas de alteración hidrotermal tienen una
relación directa con la potencia de la veta mineralizada en una proporción
aproximada de 1: 1: 3 (veta: argilitización: propilitización ).
4.1.3 Distribución de discontinuidades
Para establecer las características de la distribución de discontinuidades, el
procesamiento de los datos orientacionales se realizó mediante técnicas de
proyección estereográfica equiareal, utilizando el programa de computo DIPS,
Versiones 3.12 (1989-95) y 5.0 (2001), elaborados respectivamente por la
Universidad de Toronto y Rocscience (Canadá).
Los resultados de las características de distribución de los sistemas de
discontinuidades estructurales se muestran en el Anexo 1 y en las Láminas 21 a 25
– Planos Geomecánicos por niveles. En la Figura 1 se presenta el diagrama
estereográfico del compósito general. Este diagrama muestra la presencia de tres
sistemas de discontinuidades en toda el área de estudio, formados principalmente
por fallas y diaclasas, cuyas orientaciones promedio son:
Sistema 1: Rumbo N49°W y buzamiento 60°SW.Sistema 2: Rumbo N77°W y buzamiento 75°NE.
Sistema 3: Rumbo N30°E y buzamiento 53°NW.
De estos tres sistemas, el primero predomina en mayor proporción tanto en las cajas
como en el cuerpo mineralizado, con respecto a los otros dos sistemas. Localmente
ocurren otros sistemas de discontinuidades secundarios. Cabe mencionar que hay
una considerable cantidad de discontinuidades aleatorias en toda el área de estudio,
lo cual es un reflejo del alto grado de fracturamiento de la masa rocosa.
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Perubar S.A. - Mina Rosaura
1m
W
Composito General
S
2m
1m
2m
N
ORIENTATIONSE
2 m 75/0131 m 60/221
# DIP/DIR.
CONTOUR PLOT
SCHMIDT POLECONCENTRATIONS% of total per
1.0 % area
Minimum Contour Contour IntervalMax.Concentration
MAJOR PLANES
= 1= 1= 4.3
3m
3 m 53/300
442442
3m
Data EntriesPoles Plotted
LOWER HEMISPHEREEQUAL AREA
Figura 1: Arreglo estructural de la masa rocosa de Mina Rosaura
4.1.4 Aspectos estructurales
Los aspectos estructurales de los diferentes tipos de roca están asociados a la
zonificación geomecánica del yacimiento, por lo que este tema se verá más
adelante.
4.2 Clasificación de la masa rocosa
Para clasificar geomecánicamente a la masa rocosa se utilizó la información desarrollada
precedentemente, aplicando los criterios de clasificación geomecánica de Bieniawski
(RMR – Valoración del Macizo Rocoso – 1989), Barton y Colaboradores (Sistema Q –
1974) y Marinos & Hoek (GSI – Geological Strenght Index – 2002).
Los valores de resistencia compresiva de la roca intacta, fueron obtenidos conforme a los
procedimientos señalados mas adelante en el numeral 4.4. Los valores del índice de
calidad de la roca (RQD) fueron determinados mediante el registro lineal de
discontinuidades, utilizando la relación propuesta por Priest & Hudson (1986), teniendo
como parámetro de entrada principal la frecuencia de fracturamiento por metro lineal.
El criterio adoptado para clasificar a la masa rocosa se presenta en el Cuadro 1.
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Cuadro 1
Criterio para la clasificación de la masa rocosa
Tipo de roca Rango RMR Rango Q Calidad según RMR
II > 60 > 5.92 Buena
IIIA 51 – 60 2.18 – 5.92 Regular A
IIIB 41 – 50 0.72 – 1.95 Regular B
IVA 31 – 40 0.24 – 0.64 Mala A
IVB 21 – 30 0.08 – 0.21 Mala B
V < 20
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un resumen de las zonas geomecánicas o dominios estructurales en términos de calidad de
la masa rocosa, utilizando diferentes criterios de clasificación.
Cuadro 2
Zonificación geomecánica del yacimiento Rosaura
Ubicación Dominio
Estructural
Clasificación
RMR
Sistema
Q
GSI
Caja techo alejada DE-IVA 30 – 40 0.21 – 0.64 MF/R
Caja techo inmediata (Zona de alteración propilítica) DE -IVB 20 – 30 0.07 – 0.21 IF/P
Brecha de falla y mineral (Zona de alteración argílica) DE-V < 20 < 0.07 T/MP
Caja piso inmediata DE-IVB 20 – 30 0.07 – 0.21 IF/P
A continuación, una descripción de los dominios estructurales:
Dominio DE-IVA Caja techo alejada:
Partiendo de la caja techo (desde el SW) hacia el mineral económico (al NE), este dominio
abarca la caja techo alejada de la estructura Rosaura de 10 a 30 m antes de ésta. La roca
involucrada esta conformada por volcánicos andesíticos, intercalados con horizontes de
caliza.
En este dominio predomina el Sistema 1 de discontinuidades mencionado anteriormente.Las características geomecánicas generales de las discontinuidades son: espaciado 5 a 20
cm, persistencia de 10 a 20 m, apertura menor de 0.1 mm, rugosidad ligera a lisa, relleno
suave menor de 5 mm, intemperización moderada, condiciones húmedas. El RQD está en
el rango de 25 – 50 %, la estructura se muestra muy fracturada y la condición superficial de
las discontinuidades revela características de resistencia moderada.
Se asume que hacia el SW la roca de la caja techo alejada, tienda a mejorar su calidad.
Dominio DE-IVB Caja techo inmediata:
Este se ubica entre la caja techo alejada y la veta – falla Rosaura, tiene un espesor de 10 a
30 m. Está conformado por volcánicos andesíticos, que presentan alteración propilítica.
El arreglo estructural es similar al dominio anterior. Las características geomecánicas
generales de las discontinuidades son: espaciado menor de 6 cm, persistencia de 10 a 20 m,
apertura menor de 0.1 - 1 mm, rugosidad lisa, relleno suave menor de 5 mm,
intemperización de moderada a alta, condiciones húmedas a mojada con goteo esporádico.
El RQD está en el rango menor a 25 %, la estructura se muestra intensamente fracturada yla condición superficial de las discontinuidades revela características de baja resistencia.
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Dominio DE-V Brecha de falla y mineral:
Este dominio comprende a la veta – falla o estructura Rosaura, en donde se encuentran
tanto la zona de alteración argílica como el mineral económico. Su espesor varía desde 5
hasta 30 m.
En relación al arreglo estructural, se observa la predominancia del Sistema 1, indicándose
que este está conformado principalmente por estructuras mayores (fallas y fallas-contacto).
Las características geomecánicas generales de las discontinuidades son: espaciado menor
de 6 cm, persistencia mayor de 20 m, apertura mayor de 1 mm, rugosidad espejo de falla,
relleno suave mayor de 5 mm, intemperización de alta a descompuesta, condiciones de
goteo a flujo pequeño hacia el sector NW. El RQD es nulo, la estructura se muestra
prácticamente triturada y la condición superficial de las discontinuidades revela
características de muy baja resistencia.
Dominio DE-IVB Caja piso inmediata:
Este dominio comprende a la caja piso inmediata de la estructura Rosaura, en donde se
encuentran tufos y volcánicos andesíticos, con alteración propilítica. Su espesor varía de 20
a 30 m, en el Nv. 4110, en donde se le conoce por las perforaciones diamantinas efectuadas
para su exploración.
En relación al arreglo estructural, se observa también aquí la predominancia del Sistema 1,
respecto a los otros dos sistemas de discontinuidades antes señalados. Las características
geomecánicas generales de las discontinuidades son similares a las de la caja techo
inmediata.
4.4 Resistencia de la roca
4.4.1 Resistencia de la roca intacta
Uno de los parámetros más importantes del comportamiento mecánico de la masarocosa, es la resistencia compresiva no confinada de la roca intacta (σc). Durante
los trabajos de campo, como parte del mapeo geotécnico, se intentó realizar
ensayos de dureza con el Martillo Schmidt para estimar la resistencia compresiva
de la roca intacta, sin lograrse respuesta de la roca a la medición de esta propiedad,
debido a su intenso grado de fracturamiento y debilitamiento. Se intentó también
extraer muestras para ensayos de laboratorio, pero por las mismas razones, no fue
posible obtener muestras adecuadas; solo se obtuvieron muestras de la caja piso
inmediata y de la caja techo alejada, pero en condiciones que representan el rango
superior, por lo que no necesariamente son representativas de las condiciones
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promedio. Lo que finalmente se hizo, es estimar la resistencia compresiva con el
método del martillo de geólogo de acuerdo a las normas sugeridas por ISRM.
Los resultados de los ensayos de laboratorio se presentan en el Anexo 2 de este
informe y un resumen en el Cuadro 3.
Cuadro 3
Resistencia de la roca intacta
Ubicación y tipo de roca Sigmac
(MPa)
“mi” Comentario
Caja techo alejada (Volcánico) 37 25.19 Laboratorio*
Caja techo inmediata (Volcánico propilítizado) 15 12.18 Estimado
Brecha de falla y mineral (Argílico y Mineral) 3 10 EstimadoCaja piso inmediata (Tufos propilitizados) 15 12.18 Laboratorio*
4.4.2 Resistencia de las discontinuidades
Desde el punto de vista de la estabilidad estructuralmente controlada, es importante
conocer las características de resistencia al corte de las discontinuidades, puesto que
estas constituyen superficies de debilidad de la masa rocosa y por tanto planos
potenciales de falla. La resistencia al corte en este caso está regida por los
parámetros de fricción y cohesión de los criterios de falla Mohr-Coulomb.
Por los diferentes aspectos señalados anteriormente en el Acápite 4.3 (Zonificación
geomecánica), la estabilidad estructuralmente controlada pasa a segundo plano,
siendo de mayor importancia la resistencia de la roca intacta y de la masa rocosa.
Para el caso de los taludes del área de subsidencia, los parámetros de Mohr
Coulomb serán estimados a partir del retroanálisis (back análisis) que se llevará a
cabo más adelante.
4.4.3 Resistencia de la masa rocosa
Las propiedades de resistencia de la masa rocosa, referidas a la compresión,
tracción, parámetros de corte y constantes elásticas, fueron estimadas utilizando el
criterio de falla de Hoek & Brown (Hoek et.al., 1992) y (Hoek et.al., 2002 –
Programa RocLab). Los resultados se presentan en el Cuadro 4, para valores
promedio de calidad de la roca y de resistencia compresiva no confinada, mostrado
en los Cuadros 2 y 3.
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Cuadro 4
Características promedio de resistencia de la masa rocosa
Propiedades de la Masa Rocosa
Tipo Roca
ResistenciaCompresiva
(MPa)
Resistenciaa la tracción
(MPa)
CohesiónC - MPa
Angulo defricción
(°)
Modulo deDeformaciónEmr – (GPa)
Relación dePoisson
IVA 0.843 0.015 0.286 22 2.50 0.28
IVB 0.166 0.004 0.145 12 0.87 0.30
V 0.010 0.0003 0.020 8 0.19 0.35
4.5 Condiciones especiales de la masa rocosa
Estas condiciones están referidas a las características de expansión (swelling rock) en
presencia de agua y a las características de alta deformabilidad (squeezing rock) de la masarocosa del yacimiento Rosaura.
Rocas expansivas:
En Julio del año 2003, se realizaron pruebas de hinchamiento en muestras rocosas de
mineral y cajas de la veta – falla Rosaura. Los resultados de estas pruebas indicaron que el
mineral (muestra M-1) presentó valores de 0.44 % y 1 KPa, respectivamente para la
expansión libre y para la presión de control de la expansión, lo cual indica que este material
tiene características de bajo hinchamiento. El desmonte de caja, presentó valores de 7.85 %y 9 KPa, respectivamente para la expansión libre y para la presión de control de la
expansión, lo cual indica que este material tiene características de moderado hinchamiento.
Por otro lado, los análisis por difractometría de rayos X llevados a cabo también en aquella
fecha, indicaron la presencia de montmorrillonita (3 % en el mineral y 8 % en el desmonte),
material típicamente expansivo. También indicaron la presencia de clinocloro (22 % en el
mineral y 7 % en el desmonte), que son arcillas de capas mixtas correspondientes al grupo
de las cloritas y pueden transformarse a montmorrillonita por hidrólisis y acción del ácido
sulfúrico natural, formado por la hidrólisis de los sulfuros y reacción con los carbonatos decalcio.
Por otro lado, los análisis de las muestras de agua indicaron pHs neutros, sin embargo, la
presencia de cantidad de sulfatos (baja en el Nv. 4190, alta en el Nv. 4150 y moderada en el
Nv. 4090), podría indicar la presencia de ácido sulfúrico natural, aunque muy diluido pero
suficiente para causar la transformación del clinocloro a montmorrillonita. El agua
muestreada ya habría sido neutralizada por los carbonatos.
Considerando estos aspectos mineralógicos y químicos, se puede concluir que el terreno deRosaura y principalmente las cajas, tiene características expansivas (“swelling rock”) y el
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hinchamiento de los mismos está influyendo en parte sobre la alta deformación del terreno
y de las cimbras.
Rocas de alta deformabilidad:
Las rocas de alta deformabilidad o conocidas también como “squeezing rock”, son aquellas
rocas circundantes a las excavaciones que muestran deformaciones en función del tiempo;
aquí, los esfuerzos han excedido la resistencia de la masa rocosa o el límite de fluencia,
ocurriendo entonces que esta se deforme plásticamente. Este hecho explica la alta
deformabilidad de la masa rocosa de Rosaura.
Actualmente, no hay técnicas de diseño cuantitativo para tratar los problemas de expansión
y alta deformabilidad de las rocas de excavaciones subterráneas de un yacimiento. Lo que
se suele hacer es permitir que la roca se deforme un tanto, antes de instalar el
sostenimiento, pero el problema radica en la determinación de la magnitud de la
deformación que puede ser permitida antes que se dé una pérdida significativa de la
resistencia de la masa rocosa.
4.6 Condiciones de agua subterránea
Es indudable que la presencia del agua es desde todo punto de vista dañina para las
condiciones de estabilidad de las labores mineras. Lo que se observa en el campo es
evidente. Las áreas de la mina con mayor presencia de agua son más inestables que
aquellas dónde la presencia del agua es menor. Aún ignorando el posible problema del
hinchamiento del terreno, el agua ejerce un efecto muy negativo en la estabilidad de las
labores mineras, desde que incentiva la alta deformabilidad en este tipo de terreno.
En los niveles superiores prácticamente no hubo presencia de agua, conforme el minado fue
avanzando en descenso, el agua apareció en forma de flujo significativo en el extremo NW
del yacimiento. Actualmente se registra un flujo de 100 l/s. En los niveles inferiores del
minado actual, el agua está migrando hacia el SE por percolación a través de la masa
rocosa. Como consecuencia de esto, en los niveles inferiores se está observando cada vez
condiciones geomecánicas de la masa rocosa más difíciles que los niveles superiores, que
complican el minado. Por ello, se recomendó a PERUBAR S.A. la ejecución de un estudio
hidrogeológico detallado a fin de tener pautas de manejo de este problema. Este estudio
esta en curso de ejecución.
Lo que queda claro, es que se deberán implementar medidas efectivas de drenaje tanto en
subterráneo como en superficie (área de subsidencia), a fin de minimizar los efectos
negativos del agua. PERUBAR S.A. actualmente está llevando a cabo diferentes obras de
drenaje en subterráneo, pero además deberá efectuar obras en superficie, puesto que se ha
observado en el área de subsidencia signos importantes de escorrentías (cárcavas), que
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podrían complicar más el problema de las inestabilidades tanto subterráneas como en
superficie.
4.7 Esfuerzos
La zona de la presente evaluación está relativamente a poca profundidad respecto a la
superficie del terreno, por lo que se esperaría que los esfuerzos sean de magnitud
relativamente pequeños. Se ha estimado el esfuerzo vertical a partir del criterio de carga
litostática (Hoek & Brown, 1978), considerando profundidades de excavaciones de 200 a
300 m, que es la profundidad conocida de la mineralización; según este criterio, el esfuerzo
vertical in-situ resulta aproximadamente en el rango de 5 a 9 MPa. La constante “k”
(relación de los esfuerzos horizontal a vertical) para determinar el esfuerzo in-situ
horizontal, fue estimado utilizando el criterio de Sheorey (1994), según esto k sería
aproximadamente 0.56, con el que se obtiene un esfuerzo horizontal in-situ entre 2.5 a 4.5MPa.
Sin embargo, es necesario aclarar que los esfuerzos indicados en el párrafo anterior no
consideran el efecto de la topografía del terreno superficial, lo cual es importante para este
caso, por encontrarse el área de minado al pie de un gran talud natural de casi 850 m de
altura. Como se verá más adelante, en los modelamientos numéricos efectuados, este hecho
significa esfuerzos horizontales por carga gravitacional en el rango de 10 a 15 MPa y
esfuerzos verticales de 5 a 10 MPa, es decir el esfuerzo horizontal es mayor que el esfuerzo
vertical en el área de minado.
Considerando los valores señalados de esfuerzos y la resistencia de la roca intacta, el
“Factor de competencia = Resistencia compresiva uniaxial/ Esfuerzo vertical” es < 2 o
ligeramente > 2; el primer caso indica que estos esfuerzos producen un sobreesforzamiento
inmediato después de ejecutada la excavación, requiriendo sostenimiento permanente; y el
segundo indica que se produciría en la masa rocosa únicamente deformaciones plásticas.
Estos aspectos son evidentes a simple observación en mina Rosaura.
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5. CONSIDERACIONES SOBRE LAS CONDICIONES DE
ESTABILIDAD
5.1 Descripción del minado actual
El método de minado que se está utilizando para la explotación de la veta-falla Rosaura es
el “hundimiento por subniveles” (Sub level caving – SLC), con el cual se viene
produciendo actualmente 1500 tms/día de mineral, y con el cual también se tiene
proyectado a partir de Abril del 2005 una producción sostenida de 2,000 tms/día con una
ley promedio de 3.61% de Zn y 3.41 de Pb.
Los accesos desde superficie a la mina están constituidos por galerías de nivel principales
desarrollados en la caja techo, de 3.5 m x 3.0 m de sección. Se tienen en la actualidad tres
accesos principales, por los Nvs. 4150, 4090 y 3900; se tuvo anteriormente otro acceso porel Nv. 4210, perdiéndose este por el proceso de minado. Estos accesos están ubicados en la
caja techo del yacimiento (hacia el SW).
Desde el Nv. 4150 se desarrolló una rampa positiva para tener acceso a los Subniveles 4170
y 4190. Similarmente desde este nivel se construyó una rampa negativa hacia los
Subniveles 4130 y 4110. Desde el Nv. 4090 se construyó la rampa positiva hacia el
Subnivel 4110 y se viene construyendo la rampa negativa hacia los subniveles inferiores.
Los subniveles se construyen cada 20 m de altura de piso a piso. En cada subnivel, sedesarrolla un by pass en la caja techo, aproximadamente paralelo a la estructura
mineralizada y alejado 30 m a 50 m con referencia al contacto mineral – caja piso, lo cual
significa distancias de 10 m a 40 m con referencia al contacto mineral – caja techo. Desde
el by pass se construyen cruceros o ventanas perpendiculares a la estructura mineralizada,
con separación de 9 m centro a centro, lo cual genera pilares de 6 m de ancho. Los cruceros
atraviesan todo el mineral hasta el contacto con la caja piso, en el tramo de mineral estos
cruceros adoptan el nombre de drawpoints, en los cuales se construyen los “bolsillos”.
Todas estas labores tienen sección 3 m x 3 m.
Dadas las condiciones de calidad del terreno, rocas Malas en las cajas y Muy Malas en el
mineral, prácticamente todas las labores de desarrollo y preparación tienen sostenimiento
con cimbras de diferentes tipos de perfiles de acero. Una mínima proporción de
excavaciones se encuentran sostenidas con pernos y/o malla y/o shotcrete, esto
principalmente en los subniveles inferiores a partir del Subnivel 4130.
La secuencia de minado que se ha venido utilizando hasta hace poco tiempo, comprendió la
explotación descendente partiendo del Subnivel 4210. La característica del minado fue
llevar la explotación en un solo subnivel hasta agotar el mineral, luego recién pasar alsubnivel inferior y así sucesivamente, de esta manera se ha llegado hasta parte del Subnivel
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4150. En cada subnivel no ha habido una secuencia de avance estandarizada en la longitud
de la estructura, sin embargo, en el ancho de la estructura la rotura fue de caja piso hacia
caja techo.
Actualmente se viene implementando la explotación simultánea en subniveles múltiples, tal
es el caso de los Subniveles 4150, 4130 y 4110. El Plan Estratégico de Producción de
PERUBAR S.A. tiene previsto una secuencia de minado por “bloques”, que permita tener
hasta 4 subniveles en explotación simultánea. Según este plan, el minado sería
estrictamente en retirada, en transversal desde la caja piso hacia la caja techo, y en
longitudinal desde el NW hacia el SE.
Debido a la muy mala calidad de la masa rocosa mineralizada, inicialmente se pensó que el
flujo de mineral se produciría con una perforación y voladura parcial, sin embargo, la
experiencia ha demostrado que esta operación unitaria es importante. Los equipos de
perforación que actualmente se disponen (2 Driftech), tienen un alcance de perforación de
hasta 17 m y 2.5” de diámetro, presentando limitaciones operativas, por lo que la empresa
está en proceso de adquisición de nuevo equipo.
Para la limpieza del mineral en los drawpoints se utilizan scooptrams diesel, los cuales
llevan el mineral desde los niveles de producción hasta el Ore Pass N° 01, a través del cual
se transfiere el mineral al nivel de extracción (Nv. 3900). Cabe señalar que este es el único
ore pass construido hasta la fecha. Actualmente esta en implementación un segundo ore
pass que entrará en operación para la ampliación de la producción (Abril 2005).
El Nv. 3900 es la actual labor principal de drenaje. Hacia este nivel se encausan todos los
flujos generados encima del Nv. 4090, a través de 02 taladros diamantinos. Se tiene
planeado ejecutar 1 o 2 taladros adicionales del Nv. 4090 al Nv. 3900. Como los flujos de
agua se producen en el extremo NW, se busca concentrar estos flujos mediante el
hundimiento de las labores allí ubicadas, de tal manera de evitar su dispersión hacia los
niveles inferiores. Por otro lado, se busca también minimizar la presencia del agua en los
subniveles, conduciendo el agua de subnivel a subnivel mediante taladros de drenaje. El
objetivo de todas estas medidas es evitar o minimizar los efectos adversos producidos por
el agua, en las condiciones de estabilidad de las labores mineras y en la operación. Como se
indicó en el Capítulo 4, esta en curso de ejecución un estudio hidrogeológico del
yacimiento.
Finalmente, cabe mencionar que el costo de minado es de 11.74 US$/t, la productividad
4.96 tms-h/g. La dilución es 25 % y la recuperación del mineral 90 %.
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5.2 Planteamiento de los problemas de inestabilidad
En el marco de las condiciones geomecánicas descritas en el capítulo 4 y de las
características del minado descritas en el acápite anterior, el problema que motiva el
presente estudio, es la inestabilidad de la masa rocosa de las labores subterráneas y de la
superficie del área de subsidencia, asociadas al minado de la veta – falla Rosaura.
Los problemas en interior mina, son evidenciados por el daño severo que sufren las
cimbras, principalmente en los cruceros y en los by passes, con mayor intensidad en los
primeros que en los segundos. Esto obliga a llevar a cabo permanentemente trabajos de
mantenimiento del sostenimiento, lo cual tiene incidencia en la seguridad, producción y
costos de minado.
Los problemas en el área de subsidencia superficial, son evidenciados por el deslizamiento
progresivo del talud natural principal ubicado hacia la caja techo del yacimiento, talud que
ya tenía antecedentes de deslizamientos cuando se llevó a cabo el antiguo minado a cielo
abierto en la parte superior de esta veta – falla. Si bien es cierto que en el minado de
hundimiento por subniveles es inevitable la subsidencia del terreno, sin embargo, en el caso
de Rosaura este fenómeno tiene características particulares.
Conforme el minado progresa en profundidad se vienen observando condiciones cada vez
más difíciles de minado, lo cual lleva a la interrogante de cómo será el minado futuro en
profundidad.
Según las investigaciones básicas realizadas, los factores atribuibles a las condiciones
geomecánicas de la masa rocosa del yacimiento que estarían influyendo en los citados
problemas son:
La calidad Muy Mala de la masa rocosa mineralizada y calidad Mala de las rocas
encajonantes.
Las características de deformación de la masa rocosa del yacimiento, que la tipifican
como “rocas de muy alta deformabilidad” (“squeezing rock”).
Las características expansivas de la masa rocosa del yacimiento (“swelling rock”),
principalmente las rocas que tienen alteración argílica y en menor grado las que tienen
alteración propilítica.
La presencia del agua subterránea, que activa el hinchamiento de la roca y produce
mayor deformabilidad.
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De estos factores, solo el agua puede ser controlable, el resto de los factores señalados
constituyen condiciones naturales del yacimiento a los cuales debemos adecuar el método
de minado.
Los factores que son atribuibles al método de minado son principalmente:
Los esfuerzos inducidos por el proceso del minado, que no obstante ser de magnitudes
relativamente bajas, sin embargo vencen a las bajas resistencias de la masa rocosa del
yacimiento.
El esquema y secuencia de avance del minado. El primero, que tiene que ver entre
otros, con la ubicación, forma, tamaño y orientación de las excavaciones y de otros
componentes estructurales, como pilares y puentes. El segundo, que tiene que ver con
el orden en que es extraído el mineral de los tajeos.
Las técnicas de perforación y voladura utilizadas, que no están permitiendo una
fragmentación homogénea de todo el bloque de minado, lo cual resulta en un flujo no
continuo del mineral que influye en el daño a las cimbras y representa situación de
riesgo para el personal y los equipos.
Estos factores atribuibles al método de minado de algún modo pueden ser controlables a fin
de minimizar los problemas mencionados anteriormente. Es aquí donde centramos nuestro
estudio, evaluando principalmente en un contexto global y local el esquema y secuencia de
avance del minado del yacimiento, que permita adecuarse a las condiciones naturales
encontradas.
Por otro lado también orientamos este estudio a evaluar las condiciones de estabilidad del
talud natural ubicado en el área de la subsidencia.
5.3 Condiciones de estabilidad subterránea global
Como primer paso de la evaluación de las condiciones de estabilidad que aquí se realiza, se
ha hecho un análisis numérico del progreso del minado hasta el Nv. 3900.
Este análisis, está dirigido a los siguientes objetivos:
Tener un marco de referencia del minado actual.
Anticipar las condiciones de estabilidad del minado futuro en profundidad
Para llevar a cabo este análisis, se han elaborado tres secciones transversales típicas
representativas de la veta – falla Rosaura (ver Láminas 26, 27 y 28) y una secciónPágina
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transversal típica representativa de la topografía superficial actual (ver Lámina 29). En
estas secciones se ha considerado la zonificación geomecánica efectuada en el Capítulo 4,
proyectando la información hasta el Nv. 3900 y abarcando 100 m mas abajo. Por otro lado,
se han considerado los parámetros del método de minado actualmente utilizado. Los datos
de entrada utilizados en relación a los parámetros que definen las propiedades de los
diferentes tipos de masas rocosas, son aquellos desarrollados en los Capítulos 3 y 4 de este
informe. El software utilizado es el PHASE2 Versión 5.047, desarrollado por
ROCSCIENCE – Canadá (2002).
Par
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