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1 INCIDENCIA DE LA GEOMECÁNICA EN LOS PROCESOS DE PERFORACIÓN Y VOLADURA EN LABORES MINERAS SUBTERRÁNEAS Rubén Maza Rubina - Jefe de Geomecánica Arturo Ramos Yataco - Asistente de Geomecánica Cía. Minera Poderosa S.A. 1. ANTECEDENTES El área de Mina de Cía. Minera Poderosa S.A., a través de su departamento de Geomecánica y del Círculo de Mejoramiento Continuo “GEOPERVOL”, viene dando un fuerte impulso a la implementación de la geomecánica como herramienta de ingeniería, en las principales actividades unitarias de minado como son la perforación, voladura y sostenimiento. El proyecto que se viene desarrollando está destinado básicamente al control de pérdidas por desprendimiento de rocas, dotándolas de un contexto funcional para analizar sus fuentes y mejorar la productividad, el mismo que requiere de un enfoque con parámetros cualitativos y cuantitativos del macizo rocoso en nuestras operaciones mineras. 2. METODOLOGÍA El proyecto de mejora que se describe en el presente trabajo se viene desarrollando bajo el enfoque de la calidad total, según modelo japonés, denominado “La ruta de la calidad o metodología de los 7 pasos” que: analiza, evalúa, traza objetivos, plantea estrategias, ejecuta contramedidas, define lineamientos de control y realiza seguimiento para lograr de manera sostenida, acciones que demuestran eficiencia y eficacia y en los que el uso óptimo de los recursos que intervienen: mano de obra, materiales, máquinas, métodos, son la clave para el logro de la calidad.

geomecanica subterranea

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INCIDENCIA DE LA GEOMECÁNICA EN LOS PROCESOS DE PERFORACIÓN Y VOLADURA EN LABORES MINERAS

SUBTERRÁNEAS

Rubén Maza Rubina - Jefe de Geomecánica

Arturo Ramos Yataco - Asistente de Geomecánica

Cía. Minera Poderosa S.A.

1. ANTECEDENTES El área de Mina de Cía. Minera Poderosa S.A., a través de su departamento de

Geomecánica y del Círculo de Mejoramiento Continuo “GEOPERVOL”, viene

dando un fuerte impulso a la implementación de la geomecánica como

herramienta de ingeniería, en las principales actividades unitarias de minado

como son la perforación, voladura y sostenimiento.

El proyecto que se viene desarrollando está destinado básicamente al control

de pérdidas por desprendimiento de rocas, dotándolas de un contexto funcional

para analizar sus fuentes y mejorar la productividad, el mismo que requiere de

un enfoque con parámetros cualitativos y cuantitativos del macizo rocoso en

nuestras operaciones mineras.

2. METODOLOGÍA El proyecto de mejora que se describe en el presente trabajo se viene

desarrollando bajo el enfoque de la calidad total, según modelo japonés,

denominado “La ruta de la calidad o metodología de los 7 pasos” que: analiza,

evalúa, traza objetivos, plantea estrategias, ejecuta contramedidas, define

lineamientos de control y realiza seguimiento para lograr de manera sostenida,

acciones que demuestran eficiencia y eficacia y en los que el uso óptimo de los

recursos que intervienen: mano de obra, materiales, máquinas, métodos, son la

clave para el logro de la calidad.

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2

ACCIDENTES ACUMULADOS POR AÑO, POR DESPRENDIMIENTO DE ROCA

0

3

6

9

12

15

ENE FEB M AR ABR M AY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

2000

2001

2002

3. OBJETIVOS

• Generar labores seguras, sin riesgo de desprendimiento de rocas,

interrelacionando los procesos de perforación, voladura y parámetros

geomecánicos.

• Establecer una mejora sustancial de los índices de productividad

(indicadores de perforación y voladura).

• Reducir costos en los procesos de perforación, voladura y sostenimiento.

El objetivo final de todo este trabajo es conocer, cuantificar y mejorar los índices

más relevantes, tanto en seguridad como en operación mina, en función de las

aplicaciones geomecánicas.

4. SITUACIÓN INICIAL Las estadísticas actuales indican que el desprendimiento de rocas es la

principal causa de accidentes en nuestras operaciones. El trabajo subterráneo

es más difícil en las profundizaciones donde se presentan grandes esfuerzos

alrededor del macizo rocoso, lo que requiere de una evaluación geomecánica.

La Cía. Minera Poderosa, en su afán por brindar un ambiente seguro a los

trabajadores en el interior de la mina, toma muy seriamente los datos

estadísticos que indican que el desprendimiento de rocas es un problema en

toda operación minera, dando a este tema prioridad y el enfoque técnico

debido.

Gráfico 1

Page 3: geomecanica subterranea

3

Ante la importancia de la geomecánica, resulta esencial llevar a cabo un

adecuado planeamiento y control de los índices de gestión como el factor de

potencia (tmb / k), propiedades índices de rocas, parámetros geomecánicos,

etc. Es fundamental considerar una serie de variables que influyen en el control

en las operaciones unitarias de perforación, voladura y sostenimiento.

Gráfico 2. Situación inicial del factor de potencia en labores convencionales

Gráfico 3: Situación inicial del factor de potencia en labores trackless

A medida que nuestras operaciones mineras subterráneas adoptan nuevas

tecnologías en las diferentes etapas de los procesos de perforación, voladura y

sostenimiento, se puede notar la gran importancia de la geomecánica como

herramienta de soporte. Los costos de sostenimiento pueden reducirse

significativamente si se conocen las condiciones del macizo rocoso.

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4

COSTO UNITARIO SOSTENIMIENTO EN U.S$/TMTAÑO 2002

0.30

1.80

3.30

4.80

U.S

.$/T

MT

REALIZ. 002 3.59 3.76 3.19 4.39 4.52 4.72

PROM. 001 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65

ENE FEB MAR ABR MAY JUN

Este proyecto presenta de manera esquemática aspectos prácticos de las

técnicas de los procesos de perforación, voladura y sostenimiento, enfatizando

los beneficios económicos que podrían obtenerse con su aplicación.

Gráfico 4: Situación actual de costos en perforación

Gráfico 5: Situación actual de costos en voladura

Gráfico 6: Situación actual de costos en sostenimiento

Page 5: geomecanica subterranea

5

5. PLANEAR ACTIVIDADES En nuestro proyecto se definieron primero los objetivos fundamentales, para

luego elaborar un plan de actividades y plantear estrategias y tácticas para el

logro de ellos. Es importante indicar que el plan elaborado es un proceso de

mejora continua y que fue importante delegar responsabilidades para su

cumplimiento de manera efectiva.

Cuadro 1: Cronograma de actividades para el cumplimiento de objetivos

6. ANÁLISIS DE CAUSAS Una vez que nuestros objetivos han sido definidos y el plan de actividades ha

sido elaborado se hace uso de los diagramas de causa – efecto que permitirán

determinar las posibles causas de un gran número de defectos y determinar la

relación entre algún efecto y todas las posibles causas que influyen en él. Cabe

indicar que se ha determinado la “causa raíz” en nuestros procesos de

perforación y voladura para su respectivo análisis y elaboración de

contramedida.

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6

Gráfico 7: Análisis de causa – efecto de sostenimiento

Gráfico 8: Análisis de causa – efecto de perforación

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7

DEFECTOS EN PERFORACIÓN

0

500

1000

0%20%40%60%80%100%

Total 483 223 189 60 56%parcial 48% 22% 19% 6% 6%Acumul 483 706 895 955 1011% l 48% 70% 89% 94% 100%

Materi Métod Mano Medio Máqui

DEFECTOS EN VOLADURA

0

1000

0%20%40%60%80%100%

Total 794 475 414 122 49%parcial 43% 26% 22% 7% 3%Acumul 794 1269 1683 1805 1854% l 43% 68% 91% 97% 100%

Materi Mano Métod Medio Máqui

Gráfico 9: Análisis de causa – efecto de voladura

Gráfico 10. Diagrama de Pareto de Perforación

:ráfico 11. Diagrama de Pareto de voladura

Page 8: geomecanica subterranea

8

7. IMPLEMENTAR CONTRAMEDIDAS Analizando nuestro proyecto, se establecieron estrategias y tácticas para cada

objetivo capacitando a todo nivel en conocimientos generales de geomecánica

y realizando prácticas de campo basadas en mapeos geomecánicos para

determinar las características del macizo rocoso.

Tabla 1: Clasificación geomecánica GSI Gráfico 12: Mapeo geomecánico

Sobre la base de la experiencia que se está obteniendo en las unidades de

producción con la aplicación de la geomecánica y contando con personal

técnico calificado en el tema, se vienen desarrollando técnicas en el diseño de

mallas de perforación dando importancia a los parámetros GSI, Q y RMR.

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9

F/R Gráfico 14: Paralelismo correcto en una

perforación

Gráfico 13: Malla de perforación con el Gráfico 15: Gráfica de control-Nº de taladros vs. eventos

índice GSI

8. VERIFICAR RESULTADOS De acuerdo con los resultados obtenidos, se ha hecho uso de histogramas,

gráficas de control y gráficas de dispersión, las que nos han permitido verificar y

mejorar los resultados.

8.1 Labores piloto En esta etapa verificamos los resultados de las contramedidas implementadas.

Esto significa identificar características de control que han cambiado desde que

se implementaron las contramedidas. Es preciso indicar que se ha trabajado

fundamentalmente en la determinación del diseño de mallas de perforación

sobre la base de parámetros geomecánicos del macizo rocoso. Los resultados

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10

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GRAFICO DE CONTROL FACTOR DE POTENCIA CR N, NV. 2450

0.65

0.75

0.85

0.95

1.05

1.15

1.25

1.35

1.45

1.55

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53

D A TO S

LC S =1.4

P R O M =1.11

LC I = 0.83

fueron medidos en términos numéricos, comparados con valores teórico-

prácticos y analizados usando las herramientas de la calidad para ver la mejora

obtenida. Para ello se tomaron labores piloto el CR N, NV. 2450, Mina Consuelo

y RA LOLA 2, NV. 1907, Mina Papagayo.

Á

Gráfico 16: Gráfica de control tmb / k vs. eventos

Gráfico 17: Histograma – tmb / k

Gráfico 18: Gráfica de dispersión tmb / k vs. tacos

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FACTOR DE POTENCIA RAMPA LOLA 2

02468

10

<0,54-0,61]

<0,61-0,68]

<0,68-0,75]

<0,75-0,82]

<0,82-0,89]

<0,89-0,96]

<0,96-1,03]

RANGO

GRÁFICA DE CONTROL FACTOR DE POTENCIA RAMPA LOLA 2, NV. 1907

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31

DATOS DE CAMPO

TON

ELA

DA

S/K

ILO

GR

AM

O

Fact. Pot.PROMEDIOL.C.SL.C.I

LCS = 0.90PROM = 0.77

Gráfico 19: Gráfica de control - factor de potencia

Gráfico 20. Histograma – tmb / k

Gráfico 21: Gráfica de dispersión tmb / k vs. tacos

Page 12: geomecanica subterranea

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8.2 Caracterización de los macizos rocosos para el diseño de la voladura En Cía. Minera Poderosa S.A. se ha implementado el uso de la clasificación

geomecánica del GSI (Geological Strength Index) como técnica de

caracterización geomecánica, el mismo que correlaciona los índices Q (Barton),

y RMR (Bieniawski).

En nuestras labores piloto se han determinado relaciones matemáticas de

correspondencia lineal entre el factor de potencia y el RMR que nos permitirá

establecer diseños de voladura.

Gráfico 22: Clasificación geomecánica vs. tmb/kg (trackless)

Gráfico 23: Clasificación geomecánica vs. tmb / k (convencional)

Page 13: geomecanica subterranea

13

8.3 Planos geomecánicos La implementación de los planos geomecánicos tiene mucha importancia

debido a que dicha información nos permitirá un conocimiento integral de los

parámetros del macizo rocoso. Asimismo, es importante establecer mapeos

estructurales de los sistemas de discontinuidades, siendo una herramienta que

nos permite determinar un sostenimiento adecuado y oportuno. Los mapeos

continuos los vienen realizando la supervisión de operación mina para la toma

de decisiones, teniendo como objetivo final conseguir que el mapeo GSI sea

manejado por el personal de línea y a todo nivel.

Gráfico 24: Plano geomecánico

8.4 Costos Las excavaciones subterráneas dentro de nuestras operaciones mineras

representan uno de los mayores presupuestos en relación con otras obras de

ingeniería. Por tanto, es de gran importancia obtener información geomecánica

útil para los fines de diseño de perforación, voladura y sostenimiento.

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14

COSTO UNITARIO DE PERFORACIÓN EN U.S$/TMTAÑO 2002

6.007.008.009.00

10.0011.0012.0013.0014.00

U.S

.$/T

MT

REALIZA 7.79 7.68 7.13 8.34 11.00 13.48 11.24 10.32 8.85 8.64 7.56 6.50PROM. 2001 7.63 7.63 7.63 7.63 7.63 7.63 7.63 7.63 7.63 7.63 7.63 7.63

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

COSTO UNITARIO DE VOLADURA EN U.S$/TMTAÑO 2002

0.200.701.201.702.202.703.203.704.204.70

U.S

.$/T

MT

REALIZA 02 2.65 2.63 2.66 2.66 3.47 4.09 3.80 1.81 1.55 1.70 1.54 0.31PROM. 001 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04 3.04

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

COSTO UNITARIO SOSTENIMIENTO EN U.S$/TMTAÑO 2002

0.201.202.203.204.205.206.20

U.S

.$/T

MT

REALIZ. 002 3.59 3.76 3.19 4.39 4.52 4.72 5.22 4.45 3.54 3.25 4.6 4.6PROM. 001 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65 2.65

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOVI DIC

Gráfico 25: Resultados en costos de perforación

Gráfico 26: Resultados en costos de voladura

Gráfico 27: Resultados en costos de sostenimiento

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9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• La metodología aplicable al diseño de perforación, voladura y sostenimiento

en la excavación subterránea, con el aporte de la geomecánica, está dando

resultados satisfactorios en nuestras operaciones, encaminándolas hacia la

“productividad”.

• El resultado final del proyecto nos permitirá contrastar la conveniencia de los

diseños realizados y según el caso, modificarlos para adaptarlos a las

exigencias del terreno de una forma segura y económica.

• Los Procedimientos y la Estandarización planteados en base a un análisis

geomecánico, además de la Capacitación y el Cambio de Actitud del trabajador,

son la base para el éxito en la Seguridad de nuestras labores mineras.

• La explotación de nuestros depósitos minerales a mayor nivel de

profundización, nos obliga a entender y a cuantificar el comportamiento del

macizo rocoso, para dar soluciones prácticas, inmediatas y oportunas,

permitiendo mantener nuestras operaciones seguras.

• La técnica de la voladura controlada es la mejor y más eficaz forma de

mejorar el autosoporte en nuestras labores mineras.

• La relación numérica lineal entre el factor de potencia y el RMR obtenidos se

debe tomar en consideración como parámetro de diseño de mallas de

perforación en nuestras operaciones.

• Considerar el mapeo geomecánico como soporte para el control de nuestras

operaciones, lo que se viene implementando a todo nivel.

• La voladura controlada, técnica usada para evitar el daño en la periferia de

la roca excavada, será óptima cuando establezcamos correlaciones entre los

parámetros geomecánicos aplicados al diseño de malla de perforación para

cada tipo de roca.

• Los histogramas y diagramas de dispersión y gráficos de control nos

permitirán controlar la relación entre los resultados de la voladura y la

evaluación del macizo rocoso, que en nuestro proyecto, es de mejora continua.

• Dentro de nuestras operaciones, los costos de perforación y voladura

tienden a reducirse donde se toma en cuenta la incidencia de la geomecánica y

se logra el establecimiento de controles.

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10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Gutiérrez, M. 1993. Nociones de calidad (Conceptos y herramientas básicas).

Círculo de mejora continua “PERVOL“. 2000. “Estandarizar el uso de los recursos de

perforación y voladura en labores mineras” (manual de mejora continua). Cia.

Minera Poderosa S.A

Deza, C. 1999. Bases para la gestión de proyectos de mejora de la calidad.

Deza, C. 2000. Herramientas estadísticas de la calidad.

Instituto Tecnológico Geo-Minero De España. 1992. Manual de perforación y voladura

de rocas.

López, J. C. 1997. Manual de túneles y obras subterráneas.

López, J. C. 1998. Ingeo túneles.

Hoek, D. E [y] E. Brown. 1980. Excavaciones subterráneas en rocas.

UNI, E.A.P. Minas. 1990-1. Primer simposio de perforación y voladura de rocas.

Hartman, H. 1992. SME Mining engineering handbook.