UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS
TESIS
“DISEÑO DE SOSTENIMIENTO PARA MEJORAR CONDICIONES DE ESTABILIDAD DE LABORES EN UNIDAD MINERA SAN
JUAN DE AREQUIPA – CENTURY MINING”
PRESENTADA POR: BACHILLER JIMMY POMA APARCO
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO DE MINAS
HUANCAYO – PERÚ
ASESOR:
GILMAR ANGEL LEÓN OSCANOA DNI 19826389
CÓDIGO ORCID: 0000-0002-7950-4767
DEDICATORIA
Primeramente, a Dios A mis padres Alfredo Cayo Poma Fuentes y Lidia Aparco Chancha. A mis hermanos y Familia más cercana quienes me han dado el apoyo de seguir adelante y terminar esta etapa profesional.
AGRADECIMIENTO
Mi reconocimiento a la Universidad Nacional del Centro del Perú y a la gloriosa Facultad de Ingeniería de Minas, artífices de mi formación profesional e integral, para enfrentar las dificultades en el campo profesional y personal.
A los ingenieros y colaboradores de la Mina San Juan de Chorunga de Arequipa, que me dieron la confianza para afianzar mis conocimientos teóricos con la práctica.
ÍNDICE GENERAL
DEDICATORIA ... 3
AGRADECIMIENTO... 4
ÍNDICE GENERAL ... 5
ÍNDICE DE TABLAS ... 8
ÍNDICE DE FIGURAS ... 9
RESUMEN ... 10
ABSTRACT ... 11
INTRODUCCIÓN ... 12
CAPITULO I ... 13
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 13
1.1 Fundamentación del problema... 13
1.2 Formulación del problema ... 14
1.2.1 Problema general ... 14
1.2.2 Problemas específicos ... 14
1.3 Objetivos de la investigación ... 14
1.3.1 Objetivo general ... 14
1.3.2 Objeticos específicos... 15
1.4 Justificación e importancia del proyecto ... 15
1.5 Alcances y limitaciones de la investigación ... 16
CAPITULO II MARCO TEÓRICO... 17
2.1 Antecedentes del estudio ... 17
2.2 Bases teóricas ... 18
2.2.1. Sostenimiento... 18
2.2.2. Mecánica de Rocas ... 20
2.2.3 Geomecánica ... 21
2.3 Definiciones... 22
2.4 Planteamiento de la hipótesis de investigación ... 22
2.4.1. Hipótesis general... 22
2.4.2. Hipótesis específicas ... 22
2.5 Identificación y Clasificación de las VariablesVariable X:... 23
Variable Y: ... 23
2.6 Operacionalización de las variables ... 23
CAPITULO III ... 24
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN... 24
3.1 Método de Investigación... 24
Nivel de investigación ... 24
3.2 Diseño de investigación... 24
3.3 Población y muestra ... 25
Muestra ... 25
3.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos ... 25
3.5 Técnicas de procesamiento y análisis de los datos ... 25
CAPITULO IV ... 26
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 26
4.1 Presentación de los resultados... 26
4.1.1 Aspectos generales ... 26
4.1.2 Geología local ... 27
4.1.3 Aspectos geomecánicos desarrollados ... 28
4.1.4 Análisis estructural ... 30
4.3 Demostración de las hipótesis ... 32
4.3.1 Demostración de la hipótesis general ... 32
4.3.2 Hipótesis específicas... 42
4.4 Discusión de resultados ... 44
CONCLUSIONES... 46
RECOMENDACIONES ... 47
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 48
ANEXOS ... 49
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Operacionalización de variables ... 23
Tabla 2 clasificación geomecánica Vetas San Juan y Mercedes ... 29
Tabla 3 Correlación entre las clasificaciones geomecánicas RMR, GSI y Q... 30
Tabla 4 Dominios Estructurales principales (DipDirection°/Dip°) ... 30
Tabla 5 Factor de corrección de esfuerzos por Barton ... 33
Tabla 6 Anchos máximos para labores permanentes ... 34
Tabla 7 Correlación entre las clasificaciones geomecánicas RMR, GSI, Q ... 37
Tabla 8 Tipo de excavación y ESR ... 38
Tabla 9 Dimensión equivalente según la litología ... 38
Tabla 10 Comportamiento Geomecánico del entorno de las Vetas según GSI, RMR y Q ... 40
Tabla 11 Costo mensual de sostenimiento ... 44
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Laboreo de preparación y desarrollos en la veta San Juan ... 27
Figura 2 Estereograma de los dominios estructurales ... 31
Figura 3 Cuñas inestables generados por la intersección de dominios... 32
Figura 4 Estimación de anchos según Wang (2000) ... 35
Figura 5 tiempo de autosoporte para labores permanentes... 36
Figura 6 Diseño de soporte para labores de avance horizontal sección 2.1mx2.1m ... 39
Figura 7 GSI - Unidad minera San Juan ... 41
RESUMEN
El sostenimiento de las labores mineras subterráneas es necesario; pero, deben ser realizadas de manera correcta, de acuerdo a los requerimientos para establecer la estabilidad de acuerdo a la permanencia de la labor; es decir, si es permanente o temporal. En esa línea se ha planteado una interrogante de investigación de cuál es el tiempo de estabilidad que se ofrece según el tipo de sostenimiento en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining, como objetivo es determinar el tiempo de estabilidad que se ofrece según el tipo de sostenimiento en las labores, por tal razón se realizó una investigación científica, del tipo aplicado, del nivel descriptivo-explicativo, con un diseño de la investigación descriptiva simple. Como población se tomó en cuenta los tajeos de las Vetas San Juan y Mercedesde la Unidad Minera San Juan de Arequipa, siendo elegido como muestra de manera no probabilística al Tj. 9146-W. Geológicamente, las vetas de cuarzo con oro son de potencia variable desde unos centímetros, hasta 2.00 m. El mineral tiene RMR 42 y es de calidad IIIB-Regular B. El ancho máximo es 2,9 m, para evitar problemas de estabilidad la sección debe ser 2.1m x 2.1m. Para labores permanentes el sostenimiento debe ser con perno sistemático con pernos helicoidales (6pies/5pies) o Split Set (5pies), principalmente y en labores temporales el sostenimiento debe ser con puntales de madera.
Palabras clave: Sostenimiento, geomecánica, estabilidad, pernos.
ABSTRACT
The maintenance of underground mining work is necessary; but, they must be carried out correctly, according to the requirements to establish stability according to the permanence of the work; that is, whether it is permanent or temporary. In this line, a research question has been raised, pointing out what is the time of stability offered according to the type of support in the work in the San Juan de Arequipa mining unit of Century Mining? For his answer, the objective was to determine what is the time of stability that is offered according to the type of activitie. For this reason, scientific research was carried out, of the applied type, of the descriptive-explanatory level, with a simple descriptive research design. As a population, the tajeos of the Vetas San Juan and Mercedes of the San Juan mining unit of Arequipa were taken into account, being chosen as a sample in a non-probabilistic way to the Tj. 9146-W. Geologically, quartz veins with gold are of variable power from a few centimeters, up to 2.00 m. The mineral has RMR 42and is of quality IIIB-Regular B. The maximum width is 2.9 m, to avoid stability problems the section should be 2.1m x 2.1m. For permanent work the support must be with systematic bolt with helical bolts (6ft / 5fts) or Split Set (5fts), mainly and in temporary work the support must be with wooden struts.
Keywords: Sustainment, geomechanics, stability, bolts.
INTRODUCCIÓN
El diseño de sostenimiento para soportar o mejorar la estabilidad de las labores subterráneas en la explotación de minas, que pueden ser permanentes o temporales, involucra el estudio de la litología en particular en las que se desarrollaran tales labores, para que con esos datos o informaciones se pueda elegir el sostenimiento adecuado para la explotación sustentable, así como la protección de los equipos y maquinarias.
En la actualidad se tiene como herramientas importantes los diferentes criterios de clasificación geomecánica, siendo los más usados el criterio de Bieniawski con el Índice RMR, el sistema de Barton con el índice para tunelería Q, el criterio de Hoek y Marinos, es decir el índice GSI. Por lo que en la se caracteriza el macizo rocoso, calculamos el tiempo y aplicar el tipo de sostenimiento.
El Informe final consta de cuatro capítulos, que son el planteamiento del problema, donde describimos el problema, el marco teórico sobre sostenimiento y geomecánica, la metodología de la investigación, identificando la población, muestra y técnica de recolección y procesamiento de datos; el último capítulo referimos a los resultados y discusión. Se culmina con conclusiones y recomendaciones.
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Fundamentación del problema
La estabilidad de las labores mineras subterráneas son preocupación importante en la actividad de minera. La estabilidad de dichas labores garantiza un lugar de trabajo seguro para cuidar a los colaboradores y a los equipos que se encuentran en esos sitios.
La estabilidad de las labores no solamente se halla asegurada por una buena práctica en la perforación y voladura, sino también porque son estabilizados mediante diferentes métodos de sostenimiento seleccionados de acuerdo a las calidades de las rocas.
Entonces la evaluación y la clasificación de las rocas es muy importante, se ha realizado una evaluación del sostenimiento de las labores con resultados costosos el cual requiere corregir. En tales evaluaciones los sostenimientos en los que el material prioritariamente usado es madera, se ha observado que existe mucha deformación del material, provocandola presencia de deslizamientos de las labores.
Los deslizamientos en las galerías han generado caída de los techos, además, el desplazamiento de los hastiales de la labor creando incluso inhabilitación para el transito normal de los trabajadores y
equipos, impidiendo las operaciones normales de algunas zonas de la mina.
Estos inconvenientes han dado origen a la preocupación de tales eventos, por los que en la unidad minera San Juan de Arequipa, se ha planteado como urgentemente necesario realizar una investigación para realizar los diseños de sostenimiento correctos para obtener estabilidad permanente de las labores subterráneas, para mejorar la producción y aumentar la seguridad de los trabajadores y equipo.
1.2 Formulación del problema 1.2.1 Problema general
¿Cuál es el tiempo de estabilidad que ofrece según el tipo de sostenimiento en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining?
1.2.2 Problemas específicos
1.2.2.1 ¿Cuál es el tiempo de estabilidad que ofrece según los valores geomecánicos en las labores?
1.2.2.2 ¿Cuánto es el costo de la estabilidad según el tipo de sostenimiento en las labores?
1.3 Objetivos de la investigación 1.3.1 Objetivo general
Determinar el tiempo de estabilidad que ofrece según el tipo
de sostenimiento en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining.
1.3.2 Objeticos específicos
1.3.2.1 Determinar el tiempo de estabilidad que ofrece según los valores geomecánicos en las labores.
1.3.2.2 Estimar el costo de la estabilidad según el tipo de sostenimiento en las labores.
1.4 Justificación e importancia del proyecto
La Investigación se realiza porque en la mina se requiere estabilizar las labores subterráneas para mantenerlos en requilibrio durante y después de cada trabajo realizado en tales infraestructuras.
El sostenimiento sirve para que se cumpla con la actividad productiva programada en la unidad minera, porque los desplazamientos inoportunos de las labores no permitirán el acceso a los lugares de explotación y es posible la ocurrencia posible de incidentes peligrosos o accidentes mortales por caída de rocas que son los más usuales por el desprendimiento de la masa rocosa.
También se justifica y es importante porque permitirá el uso de los conocimientos de la mecánica de rocas, la geomecánica, la perforación y lavoladura, validándolas en la vida real de la explotación minera.
1.5 Alcances y limitaciones de la investigación
La investigación se abocó al diseño del sostenimiento de las labores subterráneas de desarrollo principalmente en aquellos niveles en los que se presentan la mayor incidencia de desprendimientos e inestabilidad.
El alcance es el diseño del sostenimiento con fines de mejora de la estabilidad de labores, localizada en las inmediaciones del distrito de Rio Grande, de la provincia de Condesuyos, en la región Arequipa.
El desarrollo de la investigación estuvo a cargo del interesado para obtener su título profesional con la anuencia de la empresa y con apoyo del departamento de geomecánica.
CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes del estudio
Lazo, R., (2018), en la tesis “Optimización del sistema de sostenimiento de las labores subterráneas para una mina con problemas de altos esfuerzos”
concluye que:
“ El objetivo principal de este proyecto de tesis frente a la problemática de los altos esfuerzos es evaluar las condiciones geológicas, geomecánicas de la mina y la actividad sísmica presente, con el propósito de optimizar el diseño de los sistemas de sostenimiento de las labores de una mina subterránea. La metodología del proyecto inicia con la revisión bibliográfica sobre los mecanismos de origene implicancias de eventos sísmicos, las características de la sismicidad inducida, diseño de sostenimiento principios de sostenimiento.
Después, se realiza el estudio de la geología, lacaracterización geomecánica de la mina y el análisis numérico de esfuerzos. Luego de ello, se recopila toda la información sísmica existente de la mina, en función a la ubicación y magnitud del evento sísmico, lo que va a ayudar a determinar la probabilidad de ocurrencia de estos eventos en las labores.”
Loarte, A. (2018), en la tesis para título profesional “Geomecánica para el diseño del sostenimiento de las labores mineras en la Corporación Minera Toma La Mano – CORMITOMA S.A. – AÑO 2018”, concluye:
“En este caso el sostenimiento es esporádico, ya que el levantamiento litológico
estructural se realizó en la zona mineralizada. Split set de 5 y 7 pies espaciados cada uno de 1.2 x 1.2 mts. distribuidos en forma de tres bolillos
+ malla electrosoldada en terrenos muy fracturados o cuadros de madera donde requiera. Puntales de seguridad, en las partes donde requiera, hacer un buen control de perforación y voladura. Sostenimiento en caso los requiera, por el proceso de meteorización de la roca; realizandocontrol preventivo. En lo referente al sostenimiento de acuerdo a los valores determinados por Bieniawski (RMR) y Barton (Q), en el caso del Mineral no requiere sostenimiento; en el caso de la Zona de Contacto el sostenimiento es esporádico, ya que el levantamiento litológico estructural se realizó en la zona mineralizada; en el caso de la Pizarra el sostenimiento será a través de Split set de 5 y 7 pies espaciados cada uno de 1.2 x 1.2”
2.2 Bases teóricas 2.2.1. Sostenimiento
El sostenimiento es una actividad de servicios auxiliares en las operaciones mineras, producto de la preparación, desarrollo, explotación y relleno; existe dos tipos se sostenimiento pasivo y activo, en este caso nos interesa los activos, que son medios artificiales a base de acero, cementados o material detrítico, como señala (Pflucker, 2019), además reitera:
“Los factores de riesgos presentes en minería subterránea se deben a las características de la roca, el uso de explosivos, la presencia de gases tóxicos, el empleo creciente de máquinas y equipos, la presencia de aguas subterráneas, etc. La importancia del sostenimiento en minería subterránea se debe a la seguridad que estos proporcionan al personal, maquinaria y equipo. Además, puede ser considerado el método más efectivo para garantizar las dimensiones requeridas para la excavación y satisfacer al mismo tiempo las necesidades de producción en el periodo de explotación. El objetivo de esta investigación fue analizar los
estudios teóricos sobre sostenimiento de labores subterráneas, entre los años 2009-2019;
para ello se usaron las bases de datos Redalyc, Ebsco y Google Académico. Se consideraron los documentos publicados en los últimos 10 años, en idioma español e inglés, los términos de inclusión fueron sostenimiento, labores subterráneas, factor de seguridad y desprendimiento de rocas. El 90% de los estudios encontrados se realizaron en Perú y el 10% en Ecuador. El sostenimiento constituye una importante contribución a la seguridad en labores subterráneas. Por lo tanto, los encargados de esta importante labor minera tienen una gran responsabilidad y deben estar seguros de un trabajo bien hecho”.
Existen varias técnicas, tal como sostiene el Instituto de Seguridad Minera (ISEM) por sus siglas:
Cimbras Metálicas:
La cimbra es de material acerado en forma de arco, su característica es de perfil en forma de U o T, es muy utilizado en varias minas, como por ejemplo en la mina ya cerrada de Rosaura, ubicado en Casapalca. Señala además que:
“Las cimbras son utilizadas por su excelente resistencia mecánica y sus
propiedades de deformación; lo cual, además, contrarresta el cierre de la excavación y evitasu ruptura prematura. Incluso, una de sus ventajas es que es un sistema que proporciona soporte tras haber sufrido deformaciones importantes.”
Gatas:
Las gatas son de soporte en forma temporal constituido por postes, tiene un diseño muy parecido al que utilizan los camiones, requiere la ayuda de una
palanca para tener la firmeza entre la cara de la roca y el piso.
“Elemento auxiliar antes de la instalación de los pernos de roca o para la
instalación de la malla metálica. Asimismo, esta técnica de sostenimiento en minería subterránea se utiliza para soportar bloques o cuñas potencialmente inestables del techo de los tajos.”
Relleno:
El relleno es un conjunto de material de diversas fuentes para cubrir los tajeos vacíos, dicho material va desde los detrítico, cementados o rellenos hidraúlicos con el uso de relaves. Incluye los siguientes parámetros:
“Para demostrar el potencial del sostenimiento con relleno se consideran tres
mecanismos: El primero, para restringir los desplazamientos de los bloques sueltos de las paredes; el segundo, como técnica de soporte de las paredes sujetas a desplazamientos, a causa de minado contiguo. Finalmente, el tercero, si la masa del relleno es confiscada de forma eficaz, actúa como elemento de sostenimiento global en la minería subterránea.”
2.2.2. Mecánica de Rocas
Es una especialidad que refiere a estudios de las propiedades y características del macizo rocoso (Ramírez y otros, s/f), porque la mineralización siempre está asociado a las rocas encajonantes, son propios de los yacimientos. Hay un estudio de los esfuerzos internos y externos a que están sometidos los macizos rocosos y relacionar el comportamiento de las rocas.
2.2.3 Geomecánica
La aplicación de la mecánica de rocas y sometido a presiones genera un movimiento o deformación de las rocas que estudia la geomecánica para determinar el tipo de sostenimiento, (Córdova, 2008). Además, hay varias clasificaciones:
La clasificación RMR
El autor en mención consideras 6 parámetros, el valor de 0 a 100:
“La resistencia uniaxial de la matriz rocosa, el grado de fracturación en parámetros
del RQD, espaciado de las discontinuidades (planos de debilidad), las condiciones de las discontinuidades, parámetros o condiciones hidrogeológicas y la orientación de las discontinuidades con respecto a la estructura de excavación.”
Clasificación de Barton
Es una segunda clasificación observando el aspecto litológico, el autor señala que:
“Esta clasificación geomecánica permite estimar parámetros geotécnicos del macizo
rocoso y lo que es más importante diseñar sostenimientos para túneles y otras excavaciones subterráneas.”
Clasificación Geological Strength Index (GSI)
El índice de resistencia geológica es una tercera forma de clasificar de manera empírica en base a observaciones de la roca y con ello se determina los parámetros.
2.3 Definiciones Labor minera
Es una infraestructura que sirve para transporte de maquinaria y personal, tales como chimenea, galerías, cruceros, ore pass, etc.
Avances
Se refiere al aumento de la longitud de las labores horizontales de exploración, desarrollo y preparación por cada disparo.
Costos unitarios
Son recursos consumidos por unidad de tiempo o de producción, como por ejemplo 50 $/mes.
2.4 Planteamiento de la hipótesis de investigación 2.4.1. Hipótesis general
La estabilidad dura desde 5 horas hasta años cuando el sostenimiento sea de natural a metálico en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining.
2.4.2. Hipótesis específicas
a) Valores mayores a 40 de RMR ofrecen mayor estabilidad en las labores.
b) El costo varía desde 100 $/mes a 25 000 $/mes en las labores
.
2.5 Identificación y Clasificación de las VariablesVariable X:
Diseño de sostenimiento.
Variable Y:
Estabilidad de labores.
2.6 Operacionalización de las variables
Tabla 1 Operacionalización de variables
VARIABLE DEFINICIÓN CONCEPTUAL DE LA VARIABLE
DEFINICIÓN OPERACIONALDE LA VARIABLE
DIMENSIONES INDICADORES
Variable X: Es el proceso de Es la elección de la - Clasificación - RMR.
Diseño de asociar la situación técnica de
sostenimiento de las rocas frente sostenimiento de deBieniawski.
a un esfuerzo y las labores generar una
respuesta. subterráneas en base a la
caracterización
- Clasificación de Barton.
geomecánica de las - Clasificación Variable X:
Estabilidad de labores
Es el proceso de generar
estabilidad o equilibrio de los
mismas.
Es una situación estable si se mantiene en estado
GSI.
Tiempo Horas Días Meses Años cuerpos sometidos estacionario, es
a esfuerzo. decir, igualen el tiempo y una modificación razonablemente pequeña delas condiciones iniciales no altera significativamente el futuro de la situación.
CAPITULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
3.1 Método de Investigación
El método científico es lo que aplicamos en los trabajos académicos, se observa el problema de sostenimiento de rocas, se analiza el problema, se comprueba la hipótesis que resuelve el problema (Sampietri, 2014). Tipo y nivel de investigaciónTipo de investigación
La investigación usada fue el del tipo aplicada porque está aplicando los conocimientos de la mecánica rocas en el sostenimiento de una mina en explotación.
Nivel de investigación
El nivel de investigación utilizado fue el descriptivo y explicativo, describe la situación del macizo rocoso en sus propiedades y características; luego explicamos la razón de los tiempos de sostenimiento aplicados en la mina materia de investigación (Sampietri, 2014).
3.2 Diseño de investigación
El diseño es la investigación descriptiva simple.M1--- O1
Donde:
M1: muestra.
O1: observación.
3.3 Población y muestra
Población
Todos lo tajeos ubicados en las vetas de la unidad minera en estudio.
Muestra
Se eligió de manera no probabilística al tajeo en explotación Tj. 9146-W, por ser conveniente para la investigación.
3.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos
Como técnicas para la recolección de datos fueron la observación directa planificada cada 7 días durante 12 semanas y la no planificada, el cual obedecía a una coyuntura.
Mientras que como instrumentos se usaron las hojas de evaluación y de registro utilizado por el área de geomecánica.
3.5 Técnicas de procesamiento y análisis de los datos
Para el procesamiento y análisis de los datos se hizo uso de la hoja Excel y el word.
CAPITULO IV
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1 Presentación de los resultados 4.1.1 Aspectos generales
Ubicación
La unidad minera está ubicada en el departamento de Arequipa, distrito de Camaná, que se llega en dos tramos, el primero de Lima a Ocoña con 250 kilómetros y de Ocoña a la mina, medianate tramo de trocha con 80 kilómetros de distancia.
Reservas probadas y probables de mineral
El informe del área de geología de la mina indica que:
“El yacimiento filoniano es de oro y plata, cuyomineral de mena es la pirita
aurífera, los afloramientos del yacimiento están descubiertos en toda su longitud salvo en algunas zonas o tramos están cubiertas por material eluvial, coluvial (cuaternario). Para objetivos de la ejecución del plan de minado se tomarán como dato principal las reservas probadas y probables, las cuales están distribuidas en: Sistema Esperanza (San Juan Split Norte, San Juan Sur, Intermedio y San Juan Norte), el sistema Mercedes (Norte y Sur), sistema Millonaria (Luna, Sta. Mónica, Zoraida y Rosario, Sistema Diagonales, Apillao,
Chillihuay y Jessica.”
Las reservas de mineral probadas y probables ascienden a 109 195 TM.
Figura 1 Laboreo de preparación y desarrollos en la veta San Juan Fuente: Oficina Mina
Las zonas operativas dentro de la unidad están divididas en 04 zonas que abarcan diferentes vetas en su extensión.
4.1.2 Geología local
Dicho yacimiento está dentro de la cadena de mineralización Nazca-Ocoña, correspondiente a vetas relacionadas a intrusiones Mesozoicas, de edad Cretácico Superior a Terciario Inferior, del Batolito de la Costa.
El informe geológico de la mina señala:
“El yacimiento Aurífero de San Juan de Chorunga, es un yacimiento producido por el Batolito de la Costa, donde se han depositado en forma de vetas de cuarzo con sulfuros de pirita diseminada, emplazadas en cajas de intrusivo granodiorítico (Unidad Incahuasi).
Las vetas de cuarzo son de potencia variable que va de unos centímetros, hasta 2.00 metros aproximadamente. El rumbo de las vetas varía desde N60ºW, N85ºW, hasta E-W teniendo en general un rumbo preferencial de E- W. El buzamiento varía entre 60ºN-NE hasta 85ºN-NE.
Se ha determinado las fallas características de la zona, mediante mapeo geológico superficial y subterráneo, donde se indica que la orientación de las fallas va desde NE –SW hasta N-S y una inclinación o buzamiento orientado hacia SE y NW.
En la cuenca del Río Chorunga se ha identificado rocas
hipabísales del Complejo Bella Unión, rocas plutónicas intrusivas del Batolito Costanero, rocas volcánicas, rocas sedimentarias pertenecientes a la Formación Caravelí, rocas intrusivas hipabísales andesíticas, tobas y brechas tobáceas de la Formación Sencca y materiales sueltos inconsolidados de edad cuaternaria.”
4.1.3 Aspectos geomecánicos desarrollados a) Caracterización de la roca
Para el análisis de estabilidad y el diseño de soporte del macizo rocoso de labores de la Unidad Minera San Juan, se tomó en cuenta los siguientes aspectos técnicos y luego han sido mapeados:
Toma de datos y caracterización geomecánica(Índice RMR)
Clasificación geomecánica con el índice Q y GSI, ya que esto nos permitirá diseñar el soporte adecuado a instalar.
Diseño de soporte mediante la aplicación del ábaco SPM y de la tabla GSI
b) Caracterización Geomecánica
Continuamos el reporte de la geología de minas:
“Para clasificar geomecánicamente al macizo rocoso se utilizó el criterio de
Bieniawski (RMR – Valoración del Macizo Rocoso – 1989) y el criterio de clasificación GSI de Hoek & Brown. Correlacionados con el índice Q de Barton.
Las condiciones geomecánicas en ambas Vetas es de carácter similar por lo cual se hará un análisis conjunto. Los resultados de la clasificación del macizo rocoso en Veta San Juan y Veta Mercedes se presentan en la siguiente tabla, el cual se ha realizado en relación con la litología.”
Tabla 2 clasificación geomecánica Vetas San Juan y Mercedes
LITOLOGIA RMR
RMR
PROMEDIO CALIDAD
Mineral 26-57 42 REGULAR B
Falsa caja Granodiorita 25-37 30 MALA B
Falsa caja Dique 20-35 25 MALA B
Intrusivo 43-58 49 REGULAR B
Dique 30-45 35 MALA A
Fuente: Área de geomecánica
Seguidamente en la tabla posterior se realiza lacorrelación.
GSI = RMR'89 – 5
RMR = 9 Ln Q + 44
Tabla 3 Correlación entre las clasificaciones geomecánicas RMR, GSI y Q
LITOLOGIA RMR GSI Q
Mineral 42 37 0.8
Falsa caja Granodiorita 30 25 0.2
Falsa caja Dique 25 20 0.1
Intrusivo 49 44 1.7
Dique 35 30 0.4
4.1.4
Fuente: Área de geomecánica
Análisis estructural
Consideramos un trabajo de la proyección estreográfica con el software DIPS versión 5.103 de Rocsience Inc. Los resultados se muestran en el siguiente cuadro:
Tabla 4 Dominios Estructurales principales (DipDirection°/Dip°)
Sistema de Tipo de Buzamiento Dirección de Discontinuidades Discontinuidad Buzamiento
F1 Dominio Estructural 74 175
F2 Dominio Estructural 72 355
F3 Dominio Estructural 72 80
Fuente: Área de geomecánica
Se han agrupado los principales dominios estructurales tanto en caja
piso, mineral y caja techo.
Figura 2 Estereograma de los dominios estructurales
Se tiene también dos sistemas más que corresponden a estructuras ligadas a la mineralización como son las estructuras perpendiculares al rumbo de las vetas y otro sistema secundario paralelo, pero buzando al S.
En la siguiente figura observamos las cuñas que resaltan en los hastiales y techos.
Figura 3 Cuñas inestables generados por la intersección de dominios
4.3 Demostración de las hipótesis
4.3.1 Demostración de la hipótesis general
Para comprobar la hipótesis se tiene en cuenta los siguientes:
a) Cálculo de aberturas máximas de labores permanentes ytemporales
De acuerdo con la clasificación geomecánica el terreno correspondiente a labores permanentes corresponde a Roca intrusiva, Mineral y dique (RMR 49, 42 y 35 respectivamente) cuyo promedio RMR corresponde a 42, tipo III - A (REGULAR A).
Se empleó el método gráfico de estabilidad para determinar en base a la clasificación RMR y Q las aberturas máximas.
Tabla 5 Factor de corrección de esfuerzos por Barton
La profundidad máxima para el block granodiorítico es de500 m por lo que se considera un factor de esfuerzos = 1 (según Barton) para una zona de esfuerzos moderados.
Por otro lado, se realizarán los cálculos en base al valor de ESR = 1.6.
Considerando labores permanentes.
La fórmula empleada para el cálculo es la propuesta por Barton:
Ancho máx = 2(ESR)Q’(0.4)
Debido a que en este caso particular el factor de corrección por esfuerzos es 1 los valores de Q y Q’ son los mismos.
Tabla 6 Anchos máximos para labores permanentes
TIPO RMR Q Q’ ANCHO MAX.
IIIB 42 0.8 0.8 2.9
De acuerdo a lo diseñado por Wang (2000) para los casos de tajo, labores temporales y labores permanentes y considerando el peor tipo de roca; en este caso nos encontramos en la zona potencialmente inestable o estable consostenimiento.
Por lo tanto, todas las aberturas deben considerarse estables con sostenimiento, este ancho sin sostener puede generar problemas de estabilidad. La recomendación de sección a llevar será de 2.1m x 2.1m, para tener un factor de seguridad que nos garantice la estabilidad del macizo rocoso.
Figura 4 Estimación de anchos según Wang (2000)
b) Cálculo de tiempo de autosoporte
De acuerdo con el estándar de sostenimiento de nuestra unidad minera, para poder avanzar cualquier tipo de labor esta debe ser previamente sostenida hasta el tope, es decir, debe cumplir con el principio de labor disparada labor sostenida.
El tiempo de autosoporte nos da un tiempo estimado entrela detonación del frente y cuando la roca empieza a relajarse; momento en el cual el sostenimiento a instalarse no es 100% efectivo.
Para realizar la estimación del tiempo de autosoporte de las labores se empleará el ábaco diseñado por Barton y validado por el NGI. Los valores
a ingresarse serán los valores más bajos de RMR considerados en las tablas, de forma que el análisis sea realizado para las peores condiciones del macizo rocoso.
Figura 5 tiempo de autosoporte para labores permanentes
Finalmente, las labores permanentes de 2.1m de ancho excavadas en roca tipo IIIB tienen un tiempo de auto - soporte de 2 días antes de que el terreno comience a relajarse. Estas labores deben considerarse como prioridad.
Hay que tener en cuenta que factores como una mala voladura afectan la estimación del tiempo de auto - soporte reduciéndolo.
En caso de no poder realizar a tiempo el sostenimiento, se debe realizar un re - desatado antes de colocar el sostenimiento, para evitar que éste sea instalado sobre un terreno ya relajado.
Tabla 7 Correlación entre las clasificaciones geomecánicas RMR, GSI, Q
LITOLOGIA RMR GSI Q TIEMPO DE AUTOSOPORTE
Mineral 42 37 0.8 2 dias
Falsa caja
Granodiorita 30 25 0.2
6 horas
(INMEDIATO) 4 horas
Falsa caja Dique 25 20 0.1 (INMEDIATO)
Intrusivo 49 44 1.7 2 meses
Dique 35 30 0.4
8 horas
(INMEDIATO)
c) Diseño de sostenimiento para labores permanentes
Las labores permanentes son aquellas tales como los niveles, rampas, chimeneas de ventilación principal, etc., para ello se calcula la dimensión equivalente con la otra variable de excavation support ratio.
De = Dimensión Equivalente ESR = Excavation Support Ratio
Tabla 8 Tipo de excavación y ESR
En el caso del diseño de soporte de las labores permanentes como es el caso de labores horizontales de sección 2.1x2.1m se tiene:
Dimensión equivalente para la sección de 2.1 x 2.1m.
De = 2.1/1.6 De = 1.3
Tabla 2 Dimensión equivalente según la litología
LITOLOGIA Q De (dimensión equivalente) para ancho 2.1 m
Intrusivo Granodiorita 1.7 1.3
Intrusivo Granodiorita alterada 0.2 1.3
Figura 6 Diseño de soporte para labores de avance horizontal sección 2.1mx2.1m
Del análisis realizado con el ábaco SPM anterior, el diseño de soporte a considerar en las labores horizontales de sección2.1m x 2.1 m, se estimó desde perno sistemático con pernos helicoidales (6pies/5pies) o Split Set (5pies), en complemento c/s malla electrosoldada o eslabonada hasta sostenimiento con puntual u ocasional con pernos helicoidales de 6pies/5pies.
d) Diseño sostenimiento labores temporales
Las labores temporales son consideradas los tajos, ventanas hacia los tajos, chimenea cara libre, etc.
El diseño de soporte se realizó aplicando la tabla GSI. De acuerdo a la descripción a las tablas de caracterización geomecánica, la clasificación GSI
y diseño de soporte para los tajeos de producción y labores de carácter temporal se definió de la siguiente manera:
Tabla 3 Comportamiento Geomecánico del entorno de las Vetas según GSI, RMR y Q
Litologia GSI00 RMR89 Q93 valor Clase Valor Tipo Clase Valor Clase
Mineral 37 MF/R 42 II Regular B 0.8 Regular
Falsa caja Granodiorita 25 MF/P 30 IV Mala B 0.2 Mala
Falsa caja Dique 20 IF/P 25 II Mala B 0.1 Muy Mala
Del análisis realizado con la tabla GSI que se aplica en la Unidad minera, el diseño de soporte a considerar en las labores temporales será el estimado desde sostenimiento puntual con Puntales de madera para soporte de falsas cajas o sostenimiento sistemático con puntales de madera así como cuadros de madera completos y/o cuadros cojos.
De acuerdo al cálculo realizado se ha establecido que el tiempo mínimo de autosoporte para la labor de 2.1mx2.1m, en un terreno de calidad Regular IIIB, mínimo es 2 días.
Dependiendo del tipo de labor si es permanente o temporal de acuerdo a las clasificaciones geomecánicas podemos extender el tiempo de sostenimiento, es decir podemos confirmar lo señalado en la hipótesis general que dice:
“La estabilidad dura desde 5 horas hastaaños cuando el sostenimiento sea de natural a metálico en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining”
Figura 7 GSI - Unidad minera San Juan
Del análisis realizado con la tabla GSI que se aplica en la Unidad minera, el diseño de soporte a considerar en las labores temporales será el estimado desde sostenimiento puntual con Puntales de madera para soporte de falsas cajas o sostenimiento sistemático con puntales de madera así como cuadros de madera completos y/o cuadros cojos.
De acuerdo al cálculo realizado se ha establecido que el tiempo mínimo de autosoporte para la labor de 2.1mx2.1m, en un terreno de calidad Regular IIIB, mínimo es 2 días.
Dependiendo del tipo de labor si es permanente o temporal de acuerdo a las clasificaciones geomecánicas podemos extender el tiempo de sostenimiento, es decir podemos confirmar lo señalado en la hipótesis general que dice:
“La estabilidad dura desde 5 horas hastaaños cuando el sostenimiento sea
de natural a metálico en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining”
4.3.2 Hipótesis específicas
a) Demostración de la primera hipótesis específica
De acuerdo a lo determinado en el cálculo del auto sostenimiento y mostrados en la Tabla 6, podemos observar los diferentes tiempos de autosoporte. En ella podemos establecer que: en el mineral que tiene un valor de RMR igual a 42 el tiempo de auto sostenimiento es de 2 días; en el caso de la caja de granodiorita de RMR igual a 30, el tiempo
de autosoporte es 6 horas por lo que el sostenimiento debe ser colocado de inmediato; respecto a la caja de dique de RMR igual a 25, el tiempo de auto sostenimiento es de 4 horas, es decir se debe sostener inmediatamente; en roca intrusiva de RMR igual a 49 el tiempo de auto soporte es de dos meses y en una masa rocosa de dique de RMR igual a 35, el tiempo de auto sostenimiento es de 8 horas.
De los resultados se observa que en aquellas litologías en los que el valor RMR es mayor a 40 existe mayor estabilidad y permiten la colocación del sostenimiento de manera ordenada y segura.
Consecuentemente se está demostrando la hipótesis específica a) que señala: “Valores mayores a 40 de RMR ofrecen mayor estabilidad en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining”, como verdadera.
b) Demostración de la segunda hipótesis específica
En el caso de la hipótesis específica b) consideramos que el costo de sostenimiento calculado es de 6 $/TM, considerando una producción de las Vetas Juan y Mercedes de 100 TM/días,se tendrá una producción de 3000 TM/mes.
Con estas consideraciones se puede establecer que con la producción diaria se tendrá un costo de sostenimiento de 600 $/día o 18 000 $/mes.
Más aún, se puede señalar que el costo mensual no sobrepasará los 25 000 $/mes llegando a ser solo el 72% de lo programado.
Por tal motivo se concluye que: “El costo varía desde 100 $/mes a
25 000 $/mes en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining”, quedando demostrado la veracidad de la hipótesis.
Tabla 11 Costo mensual de sostenimiento
Mes Costo ($/mes) Enero 18 200 Febrero 18 580 Marzo 17 390 Abril 17 900 Promedio 18 017
4.4 Discusión de resultados
Del aspecto geológico se pueden señalar las rocas predominantes en la Unidad Minera son las rocas granodiorita y tonalita son rocas ígneas intrusivas. Con relación a los aspectos geomecánicos realizados los más importante es la caracterización geomecánica de las Vetas San Juan y Mercedes. En la caracterización se determina que el mineral es de calidad Regular B, la Falsa caja granodiorita es de calidad Mala B, la Falsa caja dique Mala B, el intrusivo es Regular B y el Diquees de calidad Mala A, donde el tiempo de auto sostenimiento es corto.
La clasificación geomecánica realizada como resultado de la caracterización geomecánica permite la clasificación de la litología en los índices RMR, GSI y Q usando las ecuaciones que permiten correlacionar estos índices para poder posteriormente usarlos en la determinación de los tipos de sostenimiento requeridos, los tiempos de autosoporte, etc.
En sus dos zonas de producción de la mina los sostenimientos determinados son los pernos sistemáticos (6pies/5pies), pernos sistemáticos + malla, cimbras, cuadros de madera, dependiendo de la calidad de roca y
sostenimiento que indique la tablaaplicada GSI, que dan respuesta las rocas de tipo III y IV, el cual es razonable.
Para calidades de roca malas a muy malas (Rocas tipo IV y V) el de los tajeos de producción el uso de madera será el más conveniente. Para Zonas de avance y macizos rocosos de regular calidad (tipo III): combinación de malla y pernos sistemáticos y para macizos rocosos de buena calidad (tipo II):
el uso de pernos puntuales. El sostenimiento determinado en los By passes es el de pernos sistemáticos (Rocas tipo III-A) y en ocasiones solo sostenimiento con pernos puntual (Rocas tipo II), en otras zonas (Rocas tipo III-B) sostenimiento con malla y perno.
En los tajos, el sostenimiento recomendado es el de puntales de caja a caja en forma puntual en Rocas de calidad Buena (Rocas tipo II) y en forma sistemática en rocas de calidad regular (rocas tipo III), como también el colocado de cuadros de madera en otras zonas (tipos IV y V).
El costo de inversión en este tipo de sostenimiento es alto por el uso de la madera y los demás elementos, que alcanza los 18 mil dólares mensuales.
CONCLUSIONES
1° Geomecánicamente, la caracterización correspondiente se determina qué de acuerdo a la litología presente, el mineral tiene RMR 42 y es de calidad Regular B; la Falsa caja granodiorita de RMR 30 es de calidad Mala B, la Falsa caja dique de RMR 25 es de calidad Mala B, el intrusivode RMR 49 es de calidad Regular B y el Dique de RMR 35 es de calidad Mala A.
2° Estructuralmente existen tres sistemas discontinuos, también se evidenció la generación de cuñas en hastiales y techos, provocando una zona de inestabilidad estructural controlable.
3° Todas las aberturas deben considerarse estables con sostenimiento, y el ancho máximo es 2,9 m. para evitar problemas de estabilidad la sección debe ser 2.1m x 2.1m, para tener un factor de seguridad que garantice la estabilidad del macizo rocoso.
4° Para labores permanentes el sostenimiento debe ser con perno sistemático con pernos helicoidales (6pies/5pies) o Split Set (5pies), con o sin malla electrosoldada o eslabonada hasta sostenimiento con puntual u ocasional con pernos helicoidales de 6pies/5pies.
5° En labores temporales el sostenimiento debe ser con puntales de maderapara soporte de falsas cajas o sostenimiento sistemático con puntales de madera, así como cuadros de madera completos y/o cuadros cojos.
6° Con la producción de actual de 3000 TM/mes considerando un costo de 6
$/TM el costo del sostenimiento será de 18 000 $/mes.
RECOMENDACIONES
1° Comparar el costo de sostenimiento madera, malla y pernos, de acuerdo a los intereses de la unidad minera.
2° Se recomienda realizar de manera cotidiana la caracterización de la masa rocosa para poder ajustar el sostenimiento en cada zona geomecánica y evitar desestabilidad en las labores.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Chura, W. (2006). Caracterización geomecánica del macizo rocoso y su aplicación en el diseño de sostenimiento en labores de desarrollo de la Unidad Económica Administrativa Ana María La Rinconada. Puno, Perú: Tesis para optar el título profesional de Ingeniero de Minas, Universidad Nacional del Altiplano.
Córdova, D. (2001). Curso mecánica de rocas en minería y obras civiles. Lima, Perú:
Universidad Nacional de Ingeniería. 230p.
Cueva, J. y Arana, J. (2019). Caracterización geomecánica en minería subterránea.
Cajamarca, Perú: Trabajo de investigación para optar el grado de: Bachiller en Ingeniería de Minas, UPN.
Loarte, O. (2018). Geomecánica para el diseño del sostenimiento de las labores mineras en la Corporación Minera Toma La Mano – CORMITOMA S.A.- año
2018. Huaraz, Perú. Tesis para optar el título de ingeniero de minas, Universidad Nacional “Santiago Antúnez De Mayolo” Facultad de Ingeniería de Minas Geología y Metalurgia.
Instituto de Seguridad Minera (s/f) Técnicas alternativas de sostenimiento.
https://www.revistaseguridadminera.com/operacionemineras/tecnicas- alternativas-de-sostenimiento/
Sampietri, R. (2014). (2001) Metodología de la investigación científica. Edit. Mc Graw Hill.
ANEXOS
PROBLEMA OBJETIVO HIPOTESIS VARIABLES METODOLOGÍA POBLACION
¿Cuál es el tiempo de estabilidad que ofrece según el tipo de sostenimiento en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining?
Determinar el tiempo de estabilidad que ofrece según el tipo de sostenimiento en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining.
La estabilidad dura desde 5 horas hasta años cuando el sostenimiento sea de natural a metálico en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining.
Variable X:
Diseño de sostenimiento .
Variable Y:
Estabilidad de labores.
Tipo de Investigación:
Aplicada.
Nivel de investigación:
Descriptiva y explicativa.
Diseño de la Investigación:
Descriptiva simple.
Población
Labores de las labores en las vetas San Juan y Mercedes.
Muestra
Muestra fue elegida de manera no probabilística y se tiene al Tj. 9146-W.
a) ¿Cuál es el tiempo de estabilidad que ofrece según los valores geomecánicos en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining?
b) ¿Cuánto es el costo de la estabilidad según el tipo de sostenimiento en las labores en unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining?
a) Determinar el tiempo de estabilidad que ofrece según los valores
geomecánicos en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining.
b) Estimar el costo de la estabilidad según el tipo de sostenimiento en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining.
a) Valores mayores a 40 de RMR ofrecen mayor estabilidad en las labores en la unidad minera San Juan de Arequipa de Century Mining.
b) El costo varía desde 100 $/mes a 25 000
$/mes en las labores en la unidad minera San Juan de
Arequipa de
Century Mining.
ANEXO 1. MATRIZ DE CONSISTENCIA
“DISEÑO DE SOSTENIMIENTO PARA MEJORAR CONDICIONES DE ESTABILIDAD DE LABORES EN UNIDAD MINERA SAN JUAN DEAREQUIPA – CENTURY MINING”
ANEXO 2.
Plano de Tj. 9146-W.
ANEXO 3.
Análisis de formación de cuñas en caja techo y piso con Unwedge.
ANEXO 4 PLANO DE UBICACIÓN
