Geotecnia aplicada a la industria minera

(84.07) Mecánica de Suelos y Geología

Alejo O. Sfriso: asfriso@fi.uba.ar

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Índice

• Rajos mineros

• Minas subterráneas

• Presas de relaves

• Pilas de lixiviación

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Rajos mineros

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Diseño de rajos

Se aplican principios básicos de estabilidad de taludes

Se debe tener en cuenta la influencia del tamaño del corte (nivel de tensiones)sobre las propiedades resistentesde los materiales

Las estructuras pueden controlar el comportamiento

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Control estructural del comportamiento

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Etapas de diseño

• Modelos

• Dominios

• Diseño

• Análisis

• Implementa-ción

(Read & Stacey 2006)

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Modelo geológico

El modelo geológicoes una distribución delos materiales que intervienen en el análisis

• Litología

• Alteración

• Intemperismo

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Modelo estructural

El modelo estructural es una distribución de las discontinuidades

• Mayores

– Resistencia

– Rugosidad

– Rellenos

– Halos de influencia

• Menores

– Persistencia

– Espaciamiento

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Modelo estructural

El modelo estructural es una distribución delas discontinuidades

• Mayores

• Menores

Puede construirse a través de la integración de mapeosa escala banco (scan-lines)

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Minor principal stress (MPa)

Principal Stresses (ILA)

Serie S1 vs S3

Env. mejor ajuste

Env. ajuste restringido

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Minor principal stress (MPa)

Principal Stresses (IBR)

Serie S1 vs S3 (IBR)

Env. mejor ajuste

Env. ajuste restringido

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Minor principal stress (MPa)

Principal Stresses (IGR)

Series S1 vs S3 (IGR)

Env. mejor ajuste

Env. ajuste restringido

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Macizo rocoso: roca intacta y micro-defectos

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Modelos y dominios geotécnicos

Unit Weight E v T UCS mi UCS mi

(kN/m³) (MPa) ( ) (MPa) (MPa) ( ) (MPa) ( )

ILA 23,6 23700 0,25 3,5 (1) 39 25 30 41

IBR 23,4 31500 0,25 3,5 (1) 31 25 15 50

IGR 23,7 24200 0,25 3,5 (1) 37 25 32 33

Unidad

mb s a scm stm c f Em vm

( ) ( ) ( ) (MPa) (MPa) (MPa) ( ° ) (MPa) ( )

ILA 5,01 0,007 0,504 3,14 0,05 1,207 50 9680 0,25

IBR 2,93 0,001 0,511 1,03 0,01 0,635 48 5030 0,23

IGR 4,19 0,004 0,506 2,23 0,03 1,087 48 7430 0,23

Unidad

Hoek-Brown Mohr-Coulomb

Un modelo geotécnico es el conjunto de parámetros que define el comportamiento de una unidad geotécnica presente en el macizo rocoso

Un dominio geotécnico es modelo + geometría

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Ejemplo: Sección de diseño

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Ejemplo: Sección de diseño con modelos geotécnicos

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Ejemplo: análisis de banco-berma

Se estudia el comportamiento del macizo a escala banco para determinar el ancho de berma y el potencial volumen de derrame

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Ejemplo: análisis a escala global

I: Las discontinudades se “embeben” en el medio continuo

II: Algunas discontinuidades incluidas en las mallas

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Modelo numérico 3D Kindalag

(Price 2012)

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Monitoreo de rajos

Ground Probe

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Monitoreo de rajos

Ground Probe

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Índice

• Rajos mineros

• Minas subterráneas

• Presas de relaves

• Pilas de lixiviación

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Minería subterránea

(Tatiya 2005)

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Problemas geotécnicos en la minería subterránea

• Diseño de cavidades para diferentes métodos de explotación

– Pilares

– Caserones

– Cámaras

• Análisis de secuencias operativas

• Estimación de subsidencia y riesgos de derrumbe

• Análisis de cavabilidad

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Minería subterránea

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Minería subterránea

Resolution3 m cubes

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Modelo de operación subterránea

(Muaka 2012)

Actual Nivel 0Minado de pilares

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Modelo de operación subterránea

(Muaka 2012)

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Minería de hundimiento

(Hormazábal 2012)

Minería de hundimientoG

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Minería de hundimientoG

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30 (Hormazábal y Tapia 2012)

Minería de hundimientoG

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31 (Hormazábal y Tapia 2012)

Minería de hundimientoG

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Minería de hundimientoG

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33 (Hormazábal y Tapia 2012)

Minería de hundimientoG

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34 (Hormazábal y Tapia 2012)

Minería de hundimientoG

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35 (Hormazábal y Tapia 2012)

Minería de hundimientoG

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36 (Hormazábal y Tapia 2012)

Minería de hundimientoG

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37 (Hormazábal y Tapia 2012)

Minería de hundimientoG

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39 (Hormazábal y Tapia 2012)

Minería de hundimientoG

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Obras para transporte de minerales

Cajón de chancado

Piques detraspaso

Plug

Caverna

Túnel cinta

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Cajón de chancado

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Cajón de chancado

Diseño convencional

Diseño optimizado44

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Pique de traspaso y plug

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Funcionamiento del plug

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Funcionamiento del plug

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Pique de traspaso y plug

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Pique de traspaso y plug

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Índice

• Rajos mineros

• Minas subterráneas

• Presas de relaves

• Pilas de lixiviación

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Relaves

Los relaves son residuosdel proceso minero

Son partículas de limo yarena contaminadas con productos químicos

Los relaves se almacenan en recintos controlados para minimizar la contaminación del terreno

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Sieve Size (mm)

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Relaves

Los relaves se clasifican por el contenido de agua que tienen al momento de su deposición

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Disposición de relaves

Los relaves se disponen mediante diferentes técnicas

• Spigotting

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Disposición de relaves

Los relaves se disponen mediante diferentes técnicas

• Spigotting

• Descarga abierta

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Disposición de relaves

Los relaves se disponen mediantediferentes técnicas

• Spigotting

• Descarga abierta

• Relaves espesados

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Disposición de relaves

Los relaves se disponen mediante diferentes técnicas

• Spigotting

• Descarga abierta

• Relaves espesados

• Disposición en pasta

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Disposición de relaves

Los relaves se disponen mediante diferentes técnicas

• Spigotting

• Descarga abierta

• Relaves espesados

• Disposición en pasta

• Almacenamiento en seco

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Técnicas de recrecimiento

• Relleno compactado (como unapresa de tierra convencional)

• Fracción arena del propio relave empleada para la presa

– Upstream

– Downstream

– Centerline

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Resistencia al corte de los relaves

La resistencia al corte de los relaves depende de su densidad, que varía con el tiempo debido a consolidación y desecación

• Deposición

• Consolidación

• Desecación

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Riesgos asociados

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Riesgos asociados

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Riesgos asociados

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El drenaje en presas de relaves

El drenaje es la medida más económica y confiable para aumentar la seguridad de una presa de relaves, sobre todo en las upstream

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Índice

• Rajos mineros

• Minas subterráneas

• Presas de relaves

• Pilas de lixiviación

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Pilas de lixiviación

Las pilas de lixiviación son depósitos de rocas mineralizadas trituradas que se riegan con productos químicos para extraer sus minerales

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Pilas de lixiviación

Las pilas de lixiviación son depósitos de rocas mineralizadas trituradas que se riegan con productos químicos para extraer sus minerales

Se construyen por etapas, de manera que las nuevas capas cubren los materiales ya procesados

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Pilas de lixiviación

Objetivo: una pila de material estable y permeable

• Equipos no deben triturar el material para no crear una capa impermable

• Los drenes de pie deben mantener el terraplén drenado

• Las membranas de base no deben permitir la percolación de fluidos al terreno natural

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Bibliografía

Básica

• EPA. Design and evaluation of tailings dams.

• Tatiya. Surface and underground excavations. Balkema

• Brady & Brown. Rock mechanics for underground mining. Kluwer

• Wyllie & Mah. Rock slope eng., civil and mining. Spon

Complementaria

• Read & Stacey. Guidelines for open pit slope design. CRC Press

• Van Zyl. Geotechnical aspects of heap leach design. SME

• Hustrulid. Slope stability in surface mining. SMME.