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5/21/2018 1. Modelamiento Geomecnico 3D Software Vulcan
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USO DE SOFTWARES EN EL MODELAMIENTOGEOLGICO Y GEOMECNICO.
MsC. Ing. Edmundo Campos Arzapalo
Email. [email protected]
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RESUMEN
Durante la ltima dcada la aplicacin de software
minero se ha generalizado en la mayora de minas del
Per, pero en todos los casos, aplicados directamente a
planeamiento de minado, trazado de proyectos,
modelamiento geolgico y cubicacin de reservas. Eneste trabajo se expone los pasos para utilizar esta
herramienta de la informtica creando un modelamiento
geomecnico, basado en logueos y mapeos
geomecnicos. Los resultados de esta aplicacin sernutilizados para definir el Mtodo de explotacin msconveniente, sus aberturas y el tipo de sostenimiento a
aplicar, si se diera el caso.
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INTRODUCCION
Compaa Minera Atacocha, compuesto por capitales
peruanos, ha decidido mejorar sus ndices de productividady Seguridad, para lo cual se ha considerado modificar sus
Mtodos de Explotacin, donde las condiciones geolgicas
y geomecnicas le permitan optimizar o cambiar el mtodo
de minado actual.
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Mina Atacocha extrae anualmente una produccin de
1240,000 t de minerales polimetlicos. Su litologa est
conformada por calizas negras, caliza silicificada, areniscay sills de dacita porfirtica. Atacocha es un yacimiento
polimetlico de origen hidrotermal y de contacto, con
mineralizacin de sulfuros y sulfosales primarios de Pb-Zn-
Ag-Cu, con bajo contenido de Au., Bi. y Mn.
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El presente, es el caso, del Ore Body 17, ste fue ubicado
en el ao 2001, sin conocerse el potencial real con que se
contaba. Durante el ao 2003 se ha conocido la verdadera
magnitud y dimensin, determinndose que tiene un rea
mineralizada aproximada a 5,000 m2 en el nivel 3660. El
Ore Body 17 se caracteriza por tener una calidad de roca
muy baja (RMR = 35 a 45); incluyendo las cajas, que en
algunos casos tienen ndices geomecnicos ms bajos
que el mineral.
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Es debido a este bajo ndice geomecnico que el minado
de este cuerpo se realiza a travs de cmaras y pilares,
lo cual afecta la recuperacin mineral y por ende reduce
la rentabilidad de su explotacin. Una alternativa para
incrementar la recuperacin de mineral es adaptar unminado por taladros largos con relleno cementado, que a
la vez se reduzca los costos de minado (el costo actual
de minado en el Ore Body 17 es de 12.07 US$/TM el
cual podra ser reducido a 9.0 US$ / TMS con laimplementacin de taladros largos).
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1. Geologa Local:
El distrito minero de Atacocha, se encuentra ubicado en el
Departamento Pasco y en la principal Provincia
Polimetlica Andina de la Regin Central del Per. Est
conformado por vetas de sulfuros polimetlicos y depsitos
de reemplazo (rumbo N-S) los cuales estn muycercanamente asociados en tiempo y espacio,
desarrollados en calizas con intercalaciones de lutitas
pizarrosas correspondientes al Grupo Pucar (Trisico
Sup.- Jursico Inf.), definida por las formacionesCondorsinga, Chambar y Aramachay. En menores
proporciones existe mineralizacin en estructuras de
extensin E-W en el Grupo Goyllarisquizga compuesta por
areniscas y cuarcitas.
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2. Geologa del Ore Body 17:
Las caractersticas geomtricas son:
Rumbo Buzamiento Potencia Plunge
N 20-30 W 80-85 NE 35 a 70 mts. 90
El cuerpo mineralizado se ubica en la zona central de la
mina, en la interseccin de falla regional Atacocha-Milpo
con la Falla 1, lo cual origina una brecha de falla de hasta
100 mt. de potencia. Los clastos son mayormente decaliza silificada y dacita. La mineralizacin presente se
halla a manera de clastos recubiertos por un cementante
arcilloso.
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Este cuerpo ha sido reconocido desde superficie (4300msnm) hasta el nivel 3600, encontrndose en forma de
ramales desde la cota 3750 hacia arriba y en forma masiva
desde el nivel 3750 al 3660. Se tienen las siguientes leyes
en promedio:
Zinc Plata Plomo Cobre Oro4.13% 225 g/t 4.84 % 0.39% 0.51 g/t
El departamento de geologa ha ejecutado el
modelamiento geolgico, se aprecia en la figura 1.
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Figura 1: Modelamiento geolgico
Nivel
3660
Nivel3720
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3. Geomecnica del Cuerpo Mineral Ore Body 17:
Para determinar las caractersticas geomecnicas de la
zona en estudio, se cuenta con labores en el nivel inferior ysuperior, y con sondajes diamantinos que han cortado el
macizo rocoso entre los niveles de estudio (ver figura 2).
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Nivel 3660
Nivel 3720
Sondajesdiamantinos
Figura 2: Sondajes diamantinos en St. 948
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Con la finalidad de tener una buena informacin del Ore
Body 17, entre los niveles de estudio, se realizaron 12
perforaciones diamantinas y se tomo informacin de los
stopes 948 y 985 (nivel 3660), 877 y 998 (nivel 3720) as
como de labores aledaas.
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3.1 Logueo geomecnico:
El logueo geomecnico de los taladros diamantinos serealiz a la par con el logueo geolgico, tomndose en
cuenta los datos que se presentan en la figura 3.
Los resultados obtenidos de este logueo son los
siguientes: Indice RMR (Rock Mass Rating)
Indice Q ( De Barton)
Indice GSI ( Geological Streing Index)
Indice RMi (Rock Mass index).Los tres primeros ndices son bastante conocidos, por lo
que nos centraremos en la descripcin del ltimo de ellos,
es decir el Indice RMi.
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3.2 Indice RMi (Rock Mass index):
El RMi, fue desarrollado para satisfacer la caracterizacin
de esfuerzos del macizo rocoso, usndose para diseos en
ingeniera de rocas. El mtodo se basa en multiplicar la
resistencia del macizo rocoso (c) con un parmetro
basado en el tamao del bloque y el parmetro de los
bloques que forman las fracturas del macizo rocoso. En el
siguiente cuadro 1se resume la metodologa de clculo.
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Esfuerzo a laCompresin Uniaxial
c
Volumen delBloque
Vb
Densidad defracturas
Factor decondicin de
fracturasjC
Rugosidad defracturas
jR
Alteracin de
fracturasjA
Tamao de fracturay terminacin
jL
Material Rocoso
ROCK MASS
INDEX
Parmetro defracturamiento
(jP)
Cuadro 1: Metodologa de aplicacin del Rmi
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El RMi, se basa principalmente en la reduccin de
esfuerzos de la roca causada por el fracturamiento y
se expresa como:
RMi = c XJP (1)Donde:c = Resistencia a la compresin uniaxial
JP = Parmetro de fracturamiento el cual es un
factor de reduccin de esfuerzos.
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Para calcular el parmetro JPse aplica:
jC = jL x (jR / jA) (3)Donde:
jL = Tamao de fracturara y terminacin
jR = Rugosidad de fracturas
jA = Alteracin de fracturas
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Vb = S1xS2xS3 / Sen1xSen 2xSen 3 (4)
Donde:
S1, S2 y S3 espaciamiento promedio de sistemas defracturas
Sen 1, Sen 2 y Sen 3 seno de los ngulos promedio
de los sistemas de fracturas.
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Los valores obtenidos de RMi se comparan con la tabla 1,para determinar la calidad del macizo rocoso. En el cuadro2se observan las aplicaciones del RMi.
Una vez ingresada la informacin de los logueos en unabase de datos (tal como la que se aprecia en la figura 3), lacual debe de ser compatible con el software minero a
utilizar, se importa la base de datos al software minero,
obtenindose una trama de sondajes con las diferentescalidades de roca (puede ser con RMR, Q, GSI o RMi).
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COMPARACION Valor de RMiPara RMi Dureza de la roca
Extremadamente bajo Extremadamente suave < 0.001
Muy bajo Muy suave 0.001 - 0.01
Bajo Suave 0.01 - 0.1Moderado Medio 0.1 - 1
Alto Duro 1 10
Muy alto Muy duro 10 100
Extremadamente alto Extremadamente duro > 100
Tabla 1: Rango de calidades de roca para el RMi.
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ROCK MASS INDEX
APLICACIN EN
INGENIERIA DEROCAS
Fragmentacin yvoladura
Clculos deestabilidad y
diseo desoporte
Evaluacin deavance en TBM
APLICACIN EN
DISEO DESOSTENIMIENTO
SistemaRMR
SistemaQ
NATM
INGRESO DE DATOSPARA MECANICA DEROCAS
Criterio de Falla
Modela mientonumrico
Mdulo deDeformacin del
macizo rocoso
Cuadro 2: Aplicaciones del RMi
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Figura 3 : Base de datos (TM-Thetys) compatible con software mineros
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3.3 Mapeo Geomecnico:El mapeo geomecnico se realiz en el stope 948-Nivel
3660, considerndose los ndices RMR, Q y GSI, para lo
cual se tom como base la tabla geomecnica de laMina Atacocha (ver figura 4).Adems, se han levantadolneas de detalle, con la finalidad de determinar los
principales sistemas de fracturas, alteracin, relleno,
rugosidad y humedad del macizo rocoso. El anlisis de
fracturas se ha evaluado con el software DIPS (figura5). Se han determinado 5 sistemas de fracturas.
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Figura 4 : Tablageomecnica desostenimientousada en MinaAtacocha,utilizada para elMapeogeomecnico.
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Figura 5: Principales sistemas de fracturas del Ore Body 17, Stope 948 ala norte.Nivel 3660
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3.4 Muestreo
De los sondajes diamantinos se realizaron 450 pruebas decarga puntual, para determinar la resistencia a la
compresin uniaxial en los diferentes tramos. Estos datos
se tomaron en cada tramo del logueo, en el cual la
recuperacin del core lo permita.
Adems se ha realizado dos perforaciones diamantinas
con el mtodo del triple tubo (este permite conservar mejor
la calidad del core), envindose muestras al laboratorio de
mecnica de rocas para determinar las propiedadesmecnicas (mdulo de elasticidad, relacin de Poisson,
ngulo de friccin y cohesin) de las diferentes calidades
de roca que se presentan en el macizo rocoso. Los
resultados se observan en el cuadro 3.
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MATERIAL RMR Q GSI c mi mb S a c Em
Caja piso (Brecha de falla) 36 - 44 0.4 - 1.0 MF/P 40 12 0.282 0.0001 0.514 0.778 19.27 1796
Mineral (brecha de fallamineralizada)
36 - 44 0.4 - 1.0 MF/P 40 14 0.292 0.0001 0.516 0.778 19.46 1600
Caja techo (Zona de falla) 15 - 25 0.04 0.9 IF/MP -IF/P 35 10 0.085 5.44e-6 0.544 0.357 10.90 631
Cuadro 3: Caractersticas mecnicas del Ore Body 17.
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4. ANALISIS DE LOS RESULTADOS
CON SOFTWARE MINEROCon la trama tridimensional de taladros y mapeo
geomecnico se realiza el modelamiento geomtrico
geomecnico (figura 6), para lograr esto se han realizadosecciones horizontales cada 20 m., en las que se aprecialos talaros diamantinos con la informacin geomecnica
de ellos, se interpola la informacin con el mapeo
geomecnico obtenindose slidos segn el tipo de
calidad y segn los ndices RMR, Q, GSI o RMi, tal comose observa en la figura 7.
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Estos slidos sirven para elaborar secciones para la
interpretacin geomecnica y tambin para la
interpolacin de los ndices numricos de calidades de
roca (RMR, Q, GSI o RMi), como ejemplo se tiene lafigura 8. Esta interpolacin de valores es un procesoque se viene desarrollando por mtodos
geoestadsticos, aunque la informacin es todava
escasa para este tipo de anlisis.
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Es ya posible describir cierta correlacin espacial de los
ndices geomecnicos usando variogramas en la
direccin referencial de los taladros. Cuando exista
mayor informacin para describir el comportamientoespacial de estos valores en diferentes direcciones se
ajustarn los modelos variogrficos que sern usados
para el krigeado de bloques en una malla tridimensional
de bloques de 3x3x3m que abarca todo el Ore Body 17.
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Nivel 3660
Nivel 3720
Sondajesdiamantinosy seccionesen planta
Figura 6: Trama tridimensional de taladros y secciones en planta cada 20 m.
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Figura 7: Modelo geomecnico del Ore Body 17. St. 948 entre niveles 3660 y 3720
Nivel 3660
Nivel 3720
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Otra opcin para incrementar la informacin para el
anlisis geoestadstico de los ndices geomecnicos es
utilizar los datos del mapeo geomecnico. Esto se logra
asignando un indicador numrico a cada nodo de una
malla que se superpone sobre el mapeo. Para cada nodo,
el valor discreto de la indicatriz depender de su ubicacin
dentro de los poligonos clasificacin de la calidad de roca
del plano de mapeo.
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Posteriormente se modelan los variogramas para cada
clasificacin que sern usados para un Kriging de
indicadores. El modelamiento as definido se interceptacon el modelamiento geolgico y se determina las
caractersticas de cada zona (caja techo, caja piso y
mineral).
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Figura 8: Seccin geomecnica trasversal del Ore Body 17, Nivel 3660 a 3720
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5. Aplicaciones del modelamiento Geomecnico
El modelamiento geomecnico realizado, tiene lassiguientes aplicaciones practicas:
1. Definicin de mtodo de explotacin ms adecuadopara el yacimiento (se utiliza el mtodo UBC), paraello se usa la geometra del Ore Body, sudistribucin en leyes y las caractersticas
geomecnicas.
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2. Se ingresa en el software PHASES las seccionestransversales, definidas por el modelo geomecnico,conteniendo las caractersticas mecnicas delmacizo rocoso, el sostenimiento a instalar, lasecuencia de minado, direccin y valor de los
esfuerzos in situ y el tipo de relleno a utilizar(hidrulico, cementado, mecnico, etc.). El programanos arroja principalmente como resultado, losesfuerzos principales alrededor de la labor, el factor
de seguridad de la estabilidad de la labor, eldesplazamiento del macizo, etc. El resultado sepuede observar en la figura 9.
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Figura 9 : Seccinlongitudinalmostrando el cuerpomineral y el factor deseguridad, para elmtodo de cmaras ypilares en breasting,
con pilares de 1.5 m.de espesor.
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3. Determinacin de las aberturas mximas utilizando
el Mtodo Grafico de Estabilidad, para lo cual seutiliza las caractersticas geomecnicas, lassecciones transversales geomecnicas, los sistemasde fracturas principales obtenidas con el programaDIPs, los esfuerzos obtenidos con el programaPHASES y las caractersticas mecnicas del macizorocoso.
4. Determinacin del tipo de sostenimiento, se utiliza
las caractersticas geomecnicas y la definicin delos principales sistemas de fracturas, ingresando losdatos en el software Rocsupport.
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6. CONCLUSIONES:
1. El modelo geolgico y geomecnico son losprimeros pasos que se debe de realizar pararealizar el estudio geomecnico respectivo.
2. La toma de muestras en brechas debe derealizarse con mtodos especiales de extraccin(como perforacin con triple tubo), ya que lamuestra sale menos disturbada siendo losresultados de las caractersticas mecnicas de laroca ms representativos.
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3. La interrelacin de los modelos geolgicos ygeomecnicos es obligatorio, ya que con ellose asegura que los contactos litolgicos seanlos correctos.
4. Luego de interrelacionar los modelosgeolgicos y geomecnicos, se debe derealizar un seccionamiento cada 10 m para
realizar los ajustes necesarios.
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5. Es de vital importancia que el logueo geomecnicoest bien realizado, ya que sin ello se cometernerrores en las conclusiones finales. La densidad de
los sondajes depende del tipo de yacimiento, esdecir debe de determinarse usando lasherramientas geoestadsticas, es decir se determinael variograma del rea de estudio, siendo el alcance
el espaciamiento entre taladros.
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6. El uso de software mineros minimiza el tiempo
necesario para crear un modelo geomecnico quepermita representar la distribucin espacial de lascaractersticas mecnicas, calidad de roca yubicacin de los diferentes materiales que se tieneen el macizo rocoso.
7. La definicin del modelo geomecnico es de vitalimportancia para definir las aberturas mximas, tipode minado, proyectar dilucin y ley de explotacin
segn el mtodo propuesto y finalmente nos ayuda adefinir el sostenimiento mas adecuado. Para ello sedebe de utilizar otros software tales como PHASES,Anlisis Grfico de estabilidad, etc.
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7. BIBLIOGRAFIA
1. P. Abril on Characterizing rock mass by the Rmifor use in practical rock engineering. Tunnellingand underground space technology, N2, Vol. 11.