1 UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE MINAS TESIS ANÁLISIS DE RELLENO DE AGREGADO CEMENTADO EN LA PROFUNDIZACIÓN DE MINADO POR TALADROS LARGOS EN LA MINA ISCAYCRUZ – EMPRESA MINERA LOS QUENUALES S.A. PRESENTADO POR: BACHILLER ROJAS PADILLA Jorge Lenin PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO DE MINAS CERRO DE PASCO – PERÚ 2012
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1
UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE MINAS
TESIS
ANÁLISIS DE RELLENO DE AGREGADO CEMENTADO EN LA
PROFUNDIZACIÓN DE MINADO POR TALADROS LARGOS EN
LA MINA ISCAYCRUZ – EMPRESA MINERA LOS QUENUALES
S.A.
PRESENTADO POR:
BACHILLER ROJAS PADILLA Jorge Lenin
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE
INGENIERO DE MINAS
CERRO DE PASCO – PERÚ
2012
2
DEDICATORIA
A mis amados padres Gedeón
Rojas Inga, Victoria Padilla Berrospi
y hermano Jhon Jhordan Rojas Padilla
que iluminan mi vida desde el cielo
3
PRESENTACION
El presente trabajo es la condensación de los conocimientos y
experiencias adquiridos en el campo de la práctica profesional y en particular
en la EMPRESA MINERA ISCAYCRUZ S.A; en lo referente a la utilización
de relaves como agregados para la preparación de concretos para su
aplicación en el sostenimiento de labores subterráneas la preparación de
concreto pobre para el relleno de los tajos minados
La finalidad de este trabajo es poner al alcance de profesionales y
estudiantes de minería, una información práctica que sirva como guía de
trabajo y estudio para la aplicación de esta técnica en las obras de
excavación y de relleno de labores subterráneas y que oriente los trabajos
de su aplicación en minería, dándole un uso práctico al relave, que en caso
contrario nos demanda tiempo y dinero para neutralizar sus efectos nocivos
en el medio ambiente.
La adecuada selección de los materiales integrantes de las mezclas;
el conocimiento profundo de las propiedades del concreto; los criterios de
diseño de las proporciones de la mezcla más adecuada para cada caso; el
proceso de puesta en obra; el control de la calidad del concreto, son
aspectos a ser considerados cuando se construye estructuras de concreto
que deben cumplir con los requisitos de calidad, seguridad, y vigencia en el
tiempo que se espera de ellos.
4
INTRODUCCIÓN
La utilización del relleno con resistencia es un elemento clave en la
mayoría de los métodos de minado exitosos de alta extracción, La calidad de
relleno y la velocidad de colocación controlan la velocidad de producción.
Estos requerimientos han llevado al desarrollo de rellenos cementados.
En el minado de corte y relleno, el rol primario del relleno, aparte de
proporcionar una plataforma de trabajo, es prever la convergencia, el
desmoronamiento y el hundimiento de las cajas techo y piso, sosteniendo
esencialmente la roca en su lugar. El cemento puede ser usado para hidratar
el exceso de agua y para mejorar la transitabilidad sobre la capa superior del
relleno. En este caso el cemento no es usado para mejorar la rigidez o
modificar las propiedades estructurales del relleno.
Similarmente, en el minado por tajos abiertos, el relleno es colocado
para prevenir el colapso de las paredes del tajo. Bajo estas circunstancias, el
principal requerimiento del relleno es permanecer estable cuando es
expuesto por el minado de un tajo inmediatamente adyacente. El cemento
en este caso es adicionado para proporcionar cohesión a la masa del
relleno, de tal manera que esta permanezca sin sostenimiento cuando sea
expuesta.
Los agregados componentes del hormigón factible de ser utilizados
como rellenos cementados subterráneos, requieren ser investigados en sus
características físicas y contenido de sulfatos y cloruros para determinar su
idoneidad y la dosificación optima de ellos en cuanto a resistencia deseada,
la fluidez, durabilidad y la economía.
5
ÍNDICE
Pág
Dedicatoria I
Presentación II
Introducción III
CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 15
1.1. Situación problemática 16
1.2. Formulación del Problema 16
1.3. Justificación del Problema 17
1.4. Objetivos de la investigación 19
1.4.1. Objetivos Generales 19
1.4.2. Objetivos Específicos 19
CAPÍTULO II características de la Empresa y Datos Geológicos 20
2.1. Ubicación de la mina Iscaycruz 20
2.2. Historia de la Empresa 22
2.3. Geología General 23
2.3.1. Topografía 23
2.3.2. Geología Regional 24
2.3.2.1. Estratigrafía 25
2.3.2.1.1. Formación Oyón 25
2.3.2.1.2. Formación Chimú 25
2.3.2.1.3. Formación Santa 25
6
2.3.2.1.4. Formación Carhuaz 26
2.3.2.1.5. Formación Farrat 26
2.3.2.1.6. Formación Pariahuanca 26
2.3.2.1.7. Formación Chulec 26
2.3.2.1.8. Formación Pariatambo 27
2.3.2.1.9. Formación Jumasha 27
2.3.3. Geología Estructural 29
2.3.3.1. Plegamiento 29
2.3.3.2. Fracturamiento 29
2.3.4. Geología Económica 30
2.3.4.1. Esquema 30
2.3.4.2. Ocurrencia de la Esfalerita 30
2.3.4.3. Ocurrencia de la Pirita 31
2.3.4.4. Consideración de la Génesis 31
2.3.5. Geología Local 32
2.3.5.1. Sector Limpe Centro 36
2.3.5.1.1. Alteración y Mineralización 36
2.3.5.1.2. Secuencia de formación de minerales 36
2.3.5.1.3. Cuerpos mineralizados 36
2.3.5.1.3.1. Descripción del
Cuerpo Estela 39
2.3.5.1.3.2. Descripción del
Cuerpo Olga 44
7
2.3.5.1.4. Aspectos Estructurales del Yacimiento 46
Litológicamente la formación consiste de una cuarcita de grano medio, de
textura masiva, color blanquecino. Se presenta en bancos de hasta tres
metros de potencia, fracturada y diaclasada, por su naturaleza constituye la
parte escarpada de los cerros. En el cual está construida la rampa y parte
del pívot (acceso al cuerpo)
Roca =Cuarcita
RMR ajustado= 53
Q = 12.5
Correlación entre RMR y Q = 67
Calidad de Roca = REGULAR A BUENA
Tiempo de Autosoporte= 8 meses aprox
80
123
* Persistencia
* Apertura* Rugosidad* Relleno
* Intemperismo
5
6
SISTEMA RMR 89
PARAMETROSVALORES Y
CARACTERISTICASVALUACION
Resistencia a la Compresión Uniaxial de roca intacta 50 - 100 MPa 7
RQD 75 - 90 % 17
Espaciamiento de las Discontinuidades 20 - 6 cm 8
4 Condición de Discontinuidades 3 - 10 m 2< 0.1 mm 5
Lig Rugoso 3Suave < 5 mm 1
Ligera 5
Agua Subterránea Humedo 10
Ajuste por Orientación de Estructuras Media -5RMR 89 Básico 58
Roca Tipo: REGULARRMR 89 Ajustado 53
Roca Tipo: REGULAR
Sistema Q
VARIABLES
1 RQD2 Jn3 Jr4 Ja5 Jw6 SRF
PARAMETROSCARACTERISTICAS
DEL MACIZOVALOR
RQD 60% 75Número de Sistemas de Juntas Tres Familias 9Número de Rugosidad de Juntas Ondulosas, Rugosas 3Número de Alteración de Juntas Lig. Alteracion 2Factor de Reducción por agua en juntas Secas 1Factor de Reducción de Esfuerzos Cobertura media 1
Q ' 12.5
Roca Tipo:BUENA
Roca Tipo:BUENA
Q Ajustado 12.5
Correlación entre el RMR y el Q
RMR = 9 x LnQ +44 = 67
8.8
1.612.5
Maxima abertura sin sostenimiento =
ESR =Q =
2(ESR)Q0.4
=
81
4.2.1.1.2 CONDICIONES GEOMECÁNICAS - FORMACION SANTA
La formación Santa está constituida de calizas grises azuladas,
estratificación delgada. En el área de Iscaycruz la formación Santa se ubica
longitudinalmente en la parte central y es importante por el emplazamiento
de los Cuerpos mineralizados de reemplazamiento, tiene una potencia de 40
a 80 metros. En esta formación esta constituido por la caja techo del mineral
y el cuerpo de mineral propiamente dicho. Donde hemos construido la
galería y los cruceros en mineral
Roca = Arenisca
RMR ajustado= 42
Q = 5.4
Correlación entre RMR y Q = 59
Calidad de Roca = REGULAR
Tiempo de Autosoporte= 2 meses aprox.
123
* Persistencia
* Apertura* Rugosidad* Relleno
* Intemperismo
5
6
SISTEMA RMR 89
PARAMETROSVALORES Y
CARACTERISTICASVALUACION
Resistencia a la Compresión Uniaxial de roca intacta 50 - 100 MPa 7
RQD 50 - 75 % 13
Espaciamiento de las Discontinuidades 20 - 6 cm 8
4 Condición de Discontinuidades 3 - 10 m 2< 0.1 mm 5
Lig Rugoso 3Suave < 5 mm 1
Ligera 5
Agua Subterránea Humedo 10
Ajuste por Orientación de Estructuras Muy desfavorable -12RMR 89 Básico 54
Roca Tipo: REGULARRMR 89 Ajustado 42
Roca Tipo: REGULAR
82
Sistema Q
VARIABLES
1 RQD2 Jn3 Jr4 Ja5 Jw6 SRF
PARAMETROSCARACTERISTICAS
DEL MACIZOVALOR
RQD 60% 65Número de Sistemas de Juntas Tres Familias 9Número de Rugosidad de Juntas Ondulosas, Rugosas 2Número de Alteración de Juntas Lig. Alteracion 2Factor de Reducción por agua en juntas Secas 1Factor de Reducción de Esfuerzos Cobertura media 1
Q ' 5.4
Roca Tipo:REGULAR
Roca Tipo:REGULAR
Q Ajustado 5.4
Correlación entre el RMR y el Q
RMR = 9 x LnQ +44 = 59
6.3
1.65.4
Maxima abertura sin sostenimiento =
ESR =Q =
2(ESR)Q0.4
=
83
4.2.1.2. LABORES DE PREPARACIÓN: En las labores de preparación
están ubicadas dentro de la formación Santa, que conforman la roca
sedimentaria caliza, el cual se ha evaluado geomecánicamente.
4.2.1.2.1 CONDICIONES GEOMECÁNICAS - FORMACION SANTA
La formación Santa está constituida de calizas grises azuladas,
estratificación delgada. En el área de Iscaycruz la formación Santa se ubica
longitudinalmente en la parte central y es importante por el emplazamiento
de los Cuerpos mineralizados de reemplazamiento, tiene una potencia de 40
a 80 metros. En esta formación está constituido por la caja techo del mineral
y el cuerpo de mineral propiamente dicho. Donde hemos construido la
galería y los cruceros en mineral.
Roca =Caliza
RMR ajustado= 44
Q = 5.4
Correlación entre RMR y Q = 59
Calidad de Roca = REGULAR
Máxima Abertura sin sostenimiento =6.3 m
Tiempo de Autosoporte= 2 meses aprox.
84
123
* Persistencia
* Apertura* Rugosidad* Relleno
* Intemperismo
5
6
SISTEMA RMR 89
PARAMETROSVALORES Y
CARACTERISTICASVALUACION
Resistencia a la Compresión Uniaxial de roca intacta 50 - 100 MPa 7
RQD 25 - 50 % 8
Espaciamiento de las Discontinuidades 20 - 6 cm 8
4 Condición de Discontinuidades 3 - 10 m 2< 0.1 mm 5
Lig Rugoso 3Suave < 5 mm 1
Ligera 5
Agua Subterránea Humedo 10
Ajuste por Orientación de Estructuras Media -5RMR 89 Básico 49
Roca Tipo: REGULARRMR 89 Ajustado 44
Roca Tipo: REGULAR
Sistema Q
VARIABLES
1 RQD2 Jn3 Jr4 Ja5 Jw6 SRF
PARAMETROSCARACTERISTICAS
DEL MACIZOVALOR
RQD 60% 65Número de Sistemas de Juntas Tres Familias 9Número de Rugosidad de Juntas Ondulosas, Rugosas 2Número de Alteración de Juntas Lig. Alteracion 2Factor de Reducción por agua en juntas Secas 1Factor de Reducción de Esfuerzos Cobertura media 1
Q ' 5.4
Roca Tipo:REGULAR
Roca Tipo:REGULAR
Q Ajustado 5.4
Correlación entre el RMR y el Q
RMR = 9 x LnQ +44 = 59
6.3
1.65.4
Maxima abertura sin sostenimiento =
ESR =Q =
2(ESR)Q0.4
=
85
4.2.1.3. LABORES DE EXPLOTACIÓN: Nuestras labores de explotación
están íntegramente en la Formación Santa, el cual conforma la zona de la
caliza que han sido reemplazado mineralógicamente por el proceso de skar.
Las condiciones geomecánicas de detallan en los cuadros siguientes:
86
4.2.2. MINA CHUPA
4.2.2.1 CONDICIONES GEOMECÁNICAS:
Roca =Caliza
RMR ajustado= 51
Q = 15.0
Correlación entre RMR y Q = 68
Calidad de Roca = REGULAR
Máxima Abertura sin sostenimiento =9.5 m
Tiempo de Autosoporte= 8 meses aprox.
123
* Persistencia
* Apertura* Rugosidad* Relleno
* Intemperismo
5
6
SISTEMA RMR 89
PARAMETROSVALORES Y
CARACTERISTICASVALUACION
Resistencia a la Compresión Uniaxial de roca intacta 50 - 100 MPa 7
RQD 50 - 75 % 13
Espaciamiento de las Discontinuidades 20 - 6 cm 8
4 Condición de Discontinuidades 1 - 3 m 4< 0.1 mm 5
Lig Rugoso 3Suave < 5 mm 1
Ligera 5
Agua Subterránea Humedo 10
Ajuste por Orientación de Estructuras Media -5RMR 89 Básico 56
Roca Tipo: REGULARRMR 89 Ajustado 51
Roca Tipo: REGULAR
87
Sistema Q
VARIABLES
1 RQD2 Jn3 Jr4 Ja5 Jw6 SRF
PARAMETROSCARACTERISTICAS
DEL MACIZOVALOR
RQD 60% 60Número de Sistemas de Juntas Dos Familias y ocasioanles 6Número de Rugosidad de Juntas Ondulosas, Rugosas 3.0Número de Alteración de Juntas Lig. Alteracion 2Factor de Reducción por agua en juntas Secas 1Factor de Reducción de Esfuerzos Cobertura media 1
Q ' 15.0
Roca Tipo:BUENA
Roca Tipo:BUENA
Q Ajustado 15.0
Correlación entre el RMR y el Q
RMR = 9 x LnQ +44 = 68
9.5
1.615
Maxima abertura sin sostenimiento =
ESR =Q =
2(ESR)Q0.4
=
88
4.2.3. MINA TINYAG 1
4.2.3.1. CONDICIONES GEOMECÁNICAS:
Calidad de roca del Mineral:
123
* Persistencia
* Apertura* Rugosidad* Relleno
* Intemperismo
5
6
SISTEMA RMR 89
PARAMETROSVALORES Y
CARACTERISTICASVALUACION
Resistencia a la Compresión Uniaxial de roca intacta 25 - 50 MPa 4
RQD 25 - 50 % 8
Espaciamiento de las Discontinuidades < 6 cm 5
4 Condición de Discontinuidades 1 - 3 m 4< 0.1 mm 5
Lig Rugoso 3Suave < 5 mm 1
Moderadamente 3
Agua Subterránea Humedo 10
Ajuste por Orientación de Estructuras Media -5RMR 89 Básico 43
Roca Tipo: REGULARRMR 89 Ajustado 38
Roca Tipo: MALA
Roca =Arenisca
RMR ajustado= 41
Q = 8.30
Correlación entre RMR y Q = 63
Calidad de Roca = REGULAR
Máxima Abertura sin sostenimiento =7.5 m
Tiempo de Autosoporte=2 meses aprox.
89
123
* Persistencia
* Apertura* Rugosidad* Relleno
* Intemperismo
5
6
SISTEMA RMR 89
PARAMETROSVALORES Y
CARACTERISTICASVALUACION
Resistencia a la Compresión Uniaxial de roca intacta 25 - 50 MPa 4
RQD 50 - 75 % 13
Espaciamiento de las Discontinuidades 20 - 6 cm 8
4 Condición de Discontinuidades 1 - 3 m 4< 0.1 mm 5
Lig Rugoso 3Suave < 5 mm 1
Ligera 5
Agua Subterránea Humedo 10
Ajuste por Orientación de Estructuras Muy desfavorable -12RMR 89 Básico 53
Roca Tipo: REGULARRMR 89 Ajustado 41
Roca Tipo: REGULAR
Sistema Q
VARIABLES
1 RQD2 Jn3 Jr4 Ja5 Jw6 SRF
PARAMETROSCARACTERISTICAS
DEL MACIZOVALOR
RQD 50% 50Número de Sistemas de Juntas Tres Familias 9Número de Rugosidad de Juntas Ondulosas, Rugosas 3.0Número de Alteración de Juntas Lig. Alteracion 2Factor de Reducción por agua en juntas Secas 1Factor de Reducción de Esfuerzos Cobertura media 1
Q ' 8.3
Roca Tipo:REGULAR
Roca Tipo:REGULAR
Q Ajustado 8.3
Correlación entre el RMR y el Q
RMR = 9 x LnQ +44 = 63
7.5
1.68.3
Maxima abertura sin sostenimiento =
ESR =Q =
2(ESR)Q0.4
=
90
4.2.4. YACIMIENTO DE TINYAG II
4.2.4.1. CONDICIONES GEOMECÁNICAS:
123
* Persistencia
* Apertura* Rugosidad* Relleno
* Intemperismo
5
6
SISTEMA RMR 89
PARAMETROSVALORES Y
CARACTERISTICASVALUACION
Resistencia a la Compresión Uniaxial de roca intacta 25 - 50 MPa 4
RQD < 25 % 3
Espaciamiento de las Discontinuidades < 6 cm 5
4 Condición de Discontinuidades 1 - 3 m 4< 0.1 mm 5
Lig Rugoso 3Suave < 5 mm 1
Moderadamente 3
Agua Subterránea Humedo 10
Ajuste por Orientación de Estructuras Media -5RMR 89 Básico 38
Roca Tipo: MALARMR 89 Ajustado 33
Roca Tipo: MALA
Roca =Arenisca
RMR ajustado= 48
Q = 8.3
Correlación entre RMR y Q = 63
Calidad de Roca = REGULAR
Máxima Abertura sin sostenimiento =7.5 m
Tiempo de Autosoporte= 2 meses aprox.
91
123
* Persistencia
* Apertura* Rugosidad* Relleno
* Intemperismo
5
6
SISTEMA RMR 89
PARAMETROSVALORES Y
CARACTERISTICASVALUACION
Resistencia a la Compresión Uniaxial de roca intacta 25 - 50 MPa 4
RQD 50 - 75 % 13
Espaciamiento de las Discontinuidades 20 - 6 cm 8
4 Condición de Discontinuidades 1 - 3 m 4< 0.1 mm 5
Lig Rugoso 3Suave < 5 mm 1
Ligera 5
Agua Subterránea Humedo 10
Ajuste por Orientación de Estructuras Media -5RMR 89 Básico 53
Roca Tipo: REGULARRMR 89 Ajustado 48
Roca Tipo: REGULAR
Sistema Q
VARIABLES
1 RQD2 Jn3 Jr4 Ja5 Jw6 SRF
PARAMETROSCARACTERISTICAS
DEL MACIZOVALOR
RQD 50% 50Número de Sistemas de Juntas Tres Familias 9Número de Rugosidad de Juntas Ondulosas, Rugosas 3.0Número de Alteración de Juntas Lig. Alteracion 2Factor de Reducción por agua en juntas Secas 1Factor de Reducción de Esfuerzos Cobertura media 1
Q ' 8.3
Roca Tipo:REGULAR
Roca Tipo:REGULAR
Q Ajustado 8.3
Correlación entre el RMR y el Q
RMR = 9 x LnQ +44 = 63
7.5
1.68.3
Maxima abertura sin sostenimiento =
ESR =Q =
2(ESR)Q0.4
=
92
4.3. ESTUDIO DE LOS TIPOS DE SOSTENIMIENTO REQUERIDO DE
LAS LABORES DE EXPLORACIÓN SUBTERRÁNEA
4.3.1. ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO
4.3.1.1. PERNOS DE ANCLAJE BARRA HELICOIDAL
Los pernos de anclaje de barra helicoidal podrán ser de 2.10m o 3.00 m. de
longitud siendo estos encapsulados con lechada de cemento, el diámetro de
los taladros de perforación será de 38 a 36mm. La composición del acero de
la barra helicoidal corresponderá a las especificaciones técnicas de esta, es
decir sujeto a los requisitos de propiedades mecánicas ASTM A615 grado 60
y grado 75.
La barra helicoidal tendrá un diámetro de 22mm. (7/8) y estará conjugada
con placas de sujeción de 200mm x 200mm que deberán tener como norma
técnica las especificaciones ASTM A536, grado 60; asimismo poseerán
tuercas de fijación que deberán tener norma ASTM A36.
4.3.1.2. SHOTCRETE VIA SECA
El concreto lanzado es un material cohesivo y alcanza mayor resistencia que
un concreto convencional con proporción de mezcla similar, esta
característica se obtiene por el grado de compactación que recibe como
consecuencia de la velocidad de impacto, con la que el “Chorro” de mezcla
se lanza sobre la superficie rocosa, que es del orden de 80 m/s
93
Su alta resistencia inicial se atribuye a la baja relación agua / cemento y al
empleo de acelerantes de fraguado, que han sido desarrollados para
conseguir altos valores de resistencia inicial.
4.3.1.2.1- FIBRAS DE REFUERZO
La introducción de la fibra metálica en el concreto, ofrece un refuerzo
tridimensional y aleatorio en toda la masa, transformando el concreto en un
material más flexible y dúctil. La resistencia a la tensión no sólo se da en una
o dos zonas en el concreto, sino que ocurre en toda la masa y en todas las
direcciones. El concreto reforzado con fibra metálica, puede resistir
esfuerzos mayores, antes y después de la aparición de la primera grieta.
Además ofrece mayor resistencia a la fatiga y al impacto que el concreto
reforzado con varilla o malla, y reduce la aparición de grietas y
despotillamientos. Si el concreto se agrieta, la fibra metálica minimizará la
apertura de esta grieta.
4.3.1.3. ESTABILIZACIÓN FORTIFICADA CON MALLAS Y PERNOS DE
ANCLAJE
En terrenos de roca incompetente fracturada, con tendencia al
desgajamiento por capas debido a al acción de las fuerzas de presión y
esfuerzo dinámicos, se hace necesario asegurar al arco de la bóveda a la
estructura de roca masiva e inalterada que se halla por encima de la zona
94
fracturada, y esto es posible mediante la introducción de los pernos de
anclaje. El elemento principal de fortificación es el perno de anclaje.
Asimismo, cuando se efectúan excavaciones de cámaras subterráneas para
la instalación de equipos, talleres de reparación, comedores, bodegas,
galerías de extracción y acceso, es decir, labores cuyo funcionamiento ha de
tener una larga duración, también se aplica la estabilización fortificada con
pernos de anclaje y mallas.
En este tipo de trabajos, el concreto proyectado es el complemento de la
estructura conformada por los pernos y la malla donde sin embargo cumple
una destacada función integradora, ya que sin el concreto, el trabajo de
estos elementos de fortificación sería deficiente y no cumplirían el trabajo
para el cual han sido instalados.
Para la estructura formada por pernos y mallas, el concreto proyectado
contribuye a darle la rigidez necesaria para que trabajen a plenitud, por
cuanto integra a estos elementos con la estructura natural del soporte
haciéndolos un todo indivisible. El perno asegura al conjunto con las
estructuras de roca sana y no fracturada, la malla aporta su tenacidad a los
esfuerzos de tracción y cizallamiento y el concreto consolida la integración
de la malla con el soporte. Además evita el desplazamiento de los estratos.
95
4.3.1.4. CIMBRAS O CERCHAS METÁLICAS
Son estructuras fabricadas con perfiles de acero de ala ancha para soporte
rígido, cuya función es otorgar inmediata seguridad, ajustándose lo más
posible a la línea de excavación en el frente de avance del túnel. Las vigas
son curvadas de acuerdo con la geometría solicitada por el cliente.
Fabricado en dos piezas para una máxima velocidad de instalación, según
las características de la sección, se pueden fabricar en tres o más piezas.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Material: Perfiles H de alas anchas WF Standard americano
Norma Técnica ASTM A-36
Limite elástico (MPa) 370
Resistencia (MPa) 640
Alargamiento 18%
DESIGNACION DE LAS CIMBRAS
96
Valores de la carga de colapso para perfiles de acero sometidos a cargas
puntuales en la corona, en relación al diámetro y dimensiones de la sección
Se ha hecho un retro análisis (back analysis) de este fenómeno ocurrido, y
utilizando los parámetros de la masa rocosa involucrados en esta ocurrencia
y la información actualizada sobre la morfología de la mineralización y del
terreno de superficie, se ha determinado que se requiere dejar un pilar de
corona o puente de 10 m de altura mínima. Esta determinación provoca
restricciones para el minado actual de las labores indicadas en el párrafo
inicial de este tema. Las características de la masa rocosa, la influencia de
las vibraciones producidas por las voladuras, la influencia del efecto
gravitatorio sobre la masa rocosa por la apertura de excavaciones, y la
influencia del minado de los niveles inferiores, podrían seguir provocando
riesgos por rodamientos y saltos de bloques rocosos pendiente abajo, en
caso de continuar con el minado de la zona que aquí se está evaluando
PERFILES DE ACERO
UTILIZADOS H6 x 20 Lb/pie H6 x 21 Lb/pie H6 x 25 Lb/pie H4 x 13 Lb/pie
* Otros perfiles segun requerimiento
L
H
6
x
2
0
L
b
s
/
p
i
e
97
4.4. CONTROLES DE LOS ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO
4.4.1. Pernos de Barra Helicoidal
98
Foto N° 03 PRUEBAS DE TEST – PERNOS DE ANCLAJE
Los dos principales sistemas de discontinuidades del área: los estratos
(N25°W, 70°-75°NE) y las diaclasas (N15W, 30°-35°SW), presentan
condiciones favorables para soltar los bloques rocosos en dirección SWW.
4.5. REVISIÓN DE LA CALIDAD DE LA ROCA DE LA
PROFUNDIZACIÓN DE LA MINA
La calidad de la roca, con el fin de proyectar la rampa en los niveles
inferiores. Para esto se han realizado observaciones in-situ del avance de la
rampa y se ha revisado la nueva data geomecánicas:
99
Las rocas ubicadas entre las Secciones 270 y 280, las mismas que
involucran la zona principal de fallamiento, el resto de las rocas son por
lo general competentes, con valores de RMR de 40 a 50 y en algunos
casos de 50 a 60. En estas rocas no habrán problemas para la
construcción de la rampa, no requiriendo sostenimiento sistemático, sino
solo esporádico según la roca lo requiera.
La revisión de la información ha revelado que, si conforme avance el
sistema de rampa en profundidad se le da un ligero plunge hacia el NW,
las condiciones de la roca mejorarían, debido al alejamiento de la zona
de influencia de la falla principal. Es recomendable considerar este
hecho para el planeamiento del futuro minado de Chupa.
El criterio adoptado para clasificar a la masa rocosa fue el de Bieniawski
(1989), el cual se resume en el siguiente cuadro:
Cuadro 01. Criterio para la clasificación de la masa rocosa
Tipo de roca Rango RMR Calidad
según RMR
II > 60 Buena
IIIA 51 – 60 Regular A
IIIB 41 – 50 Regular B
IVA 31 – 40 Mala A
IVB 21 – 30 Mala B
V < 20 Muy Mala
100
4.6. Revisión del cálculo de requerimiento de resistencia del relleno
cementado
Este es otro tema que ha demandado considerable tiempo de dedicación. Se
ha dejado en el Departamento de Ingeniería, el texto manuscrito de la
metodología utilizada, con la formulación matemática correspondiente y los
cálculos realizados, a fin de que esta información sea puesta a un
procesador de textos.
De los resultados obtenidos bajo las condiciones de minado establecidas por
el Departamento de Ingeniería, indicados en la agenda de trabajo,
señalamos lo siguiente:
Para el Nv. –3, el requerimiento de resistencia del relleno cementado
para tajeos de 5 m de ancho x 17 m de altura y hasta 30 m de longitud,
sigue siendo 2 MPa. Esta resistencia permite exponer paredes y techos
autoestables.
Para el Nv. –6, el requerimiento de resistencia del relleno cementado
para tajeos de 5 m de ancho x 17 m de altura y hasta 30 m de longitud,
es 2.2 MPa. Esta resistencia permite exponer paredes y techos
autoestables.
Para los tajeos inmediatos superiores a los Nvs. –3 y –6, el
requerimiento de resistencia del relleno cementado para tajeos de 5 m
de ancho x 17 m de altura y hasta 30 m de longitud, es 1,2 MPa. Esta
101
resistencia permite exponer paredes autoestables, mas no techos
autoestables
El Gráfico 5, muestra las condiciones de falla de un bloque confinado de
relleno cementado en el tajeo primario; en este bloque cuando se recupera
en pilar adyacente, el relleno cementado quedará expuesto en una de sus
paredes adyacente al pilar, lo cual se asemeja a un talud vertical. De este
modo el relleno cementado brindará, soporte al área global de minado y
permitirá a la recuperación de pilares.
El talud vertical se analiza por el método de equilibrio límite utilizando el
criterio de falla de Coulomb para condiciones drenadas, donde el factor de
seguridad estará dado por la relación:
izadorasdesestabilFuerza
dorasestabilizaFuerzasSF
_
_.
Las fuerzas estabilizadoras están asociadas a la resistencia al corte en la
superficie potencial de falla del relleno cementado y a la cual contribuye la
cohesión y el ángulo de fricción; las fuerzas desestabilizadoras están
asociadas al componente del peso del bloque a lo largo de la superficie de
falla
WSen
TgWnCosWLC
SF cos
..
.. 5.1
Donde: Wn= WH (L - 2Cb)
H* = H –W tg / 2
C = Cohesión aparente en la superficie potencial de falla
102
Asumiendo en el equilibrio límite que C = Cb y que K>W, para cualquier
valor de , la resistencia al corte requerida para el relleno cementado
vendrá dado por:
21
1*
*2
Sentg
tgL
H
HCb
5.2
Como normalmente se usa para determinar los requerimientos de resistencia
de relleno cementado la resistencia compresiva no confinada ‘c’,
introducimos este parámetro considerando la relación teórica c = 2Cb; y
asumiendo que =0 se obtiene:
L
H
Hc
1
5.3
Figura N° 03 Condiciones de falla de un bloque confinado de relleno
cementado en un tajeo
103
Donde: H = Altura de la pared vertical del relleno expuesto
H* = Altura promedio de la superficie potencial de deslizamiento
W = Ancho del tajeo (panel)
L = Longitud del panel (tajeo)
= Densidad in-situ del relleno cementado
Cb = Resistencia al corte del relleno cementado
= Angulo de fricción del relleno cementado
Un análisis simple de esta última ecuación, nos indica que ésta introduce el
efecto arco, lo cual hace menores los valores de la resistencia del relleno
con respecto a los métodos convencionales, no obstante, la aplicación de
esta ecuación conlleva a un diseño conservador por considerar = 0, en la
práctica hay contribución significativa por fricción en la movilización por corte
104
CAPÍTULO V
SISTEMA DE RELLENO HIDRÁULICO
5.1. Generalidades
La primera noticia que se tuvo del relleno hidráulico data de 1864, mas de
130 años atrás, en que un sacerdote de Shenandoah, Pennsylvania,
convenció al presidente de Philadelphia and Reading Coal and Iron Co.
Para que rellenen las labores de una mina antigua con material estéril o
polvo de carbón, y salvar de esta manera la iglesia del pueblo que estaba
amenazada por un hundimiento de superficie. El proyecto tuvo éxito y el R/H
fue aplicado en varias minas de carbón al este de USA, para el control de
hundimientos. En 1884 se aplicó el R/H por primera vez para controlar un
incendio en mina, también en Pensylvania.
De esa misma época son los trabajos en la cuenca carbonífera francesa de
Pas-de-Calais, donde se reporta el uso de una mezcla de agua y arena para
105
rellenar cámaras de explotación, la que a funcionado por más de 20 años.
En 1901 se le reporta en Alemania, en 1909 ya es conocido en Sudáfrica y
aplicado en la mina Village Gold en Transvaal. Hacia 1917 se le empleó en
Cuba y refieren el uso de tubería forrada en caucho, en instalaciones de R/H
que lo consideraban como parte del ciclo de minado.
En el Perú, los pioneros en el uso de mezclas agua –arena introducidas en
mina con propósitos de relleno, fueron la Cerro de Pasco Corporation y la
Compagnie des Mines de Huarón. Esta última transportó sus primeros cubos
de agua / relave en carritos balancín para después, luego de muchos
ensayos, bombear pulpas desde su planta concentradora directamente hasta
sus tajos. Poco a poco se ha extendido su aplicación hacia materiales cada
vez más finos y pulpas más densas, aprovechándose las nuevas tecnologías
de materiales y nuevos diseños de bombas.
5.2. VENTAJAS DEL RELLENO CON PRODUCTOS FINOS
Se define como una mezcla de partículas finas (relave), cemento y agua, con
un contenido de 72 a 85 % de sólidos en peso. Es una mezcla homogénea
que usa material fino totalmente limpio y libre de impurezas; y que no es
fácilmente, que las partículas finas se separen de la mezcla o masa de
relleno. Puede colocarse en los tajeos a través de tuberías en interior mina y
cumpliendo los requerimientos de resistencia a las cuales fue diseñado. Esto
106
nos sirve no solamente para reducir costos si no también como eliminar o
minimizar la contaminación ambiental de la zona.
1. Es aplicable a una gran variedad de estructuras mineralizadas (cuerpos,
mantos, vetas, y otros) y se adapta a las formas irregulares de los tajeos.
2. Transporte hidráulico en tuberías es mucho más eficiente rápido,
continuo y fácil de controlar
3. Debido a su gran fluidez, rellena completamente los tajeos, sin dejar
vacío ningún lado
4. Resistencia a la compresión mayor que todos los otros materiales, a
excepción del concreto. La tasa de compresión media es de 5 al 10%, lo
máximo 20%; mientras que esta puede alcanzar el 50% con el desmonte
abatido con explosivos.
5. Posibilidad de formar paredes verticales con represas muy ligeras;
facilita la recuperación de pilares
6. Equilibrar el sistema de fuerzas generado en un espacio abierto en el
interior del yacimiento.
7. Contribuir a solucionar el gran problema de almacenaje de relaves que
en la actualidad se perfila como un gran reto para restablecer y
preservar el equilibrio ecológico de la zona
107
5.3. CONDICIONES DEL RELAVE
El relave como agregado tiende a mantener un contenido alto de humedad.
La absorción del material hace que en mezclas de mayor contenido de
relave, la relación agua/cemento se incremente sin que afecte la resistencia.
Así tenemos que para 10% de relave la relación agua cemento será de 1.65
y para 20% de relave será de 1.80. En el relave abunda principalmente la
pirita (63.36 %) como tal puede o no generar drenajes ácidos, dependiendo
de la capacidad de neutralización del resto de materiales y de la cantidad de
sulfuros que produciría drenaje ácido.
La neutralización de la contaminación del medio ambiente por medio de los
relaves se controlan cuando los sólidos están sumergidos en un tirante
mínimo de 2 metros debajo del agua, estos procedimientos requieren
cuidado especial, capacitación del personal y empleo de equipos que tienen
un costo adicional a la operación minera.
En el proceso de investigación de Laboratorio de Concreto se encontró la
forma de darle un uso útil al relave, al ser empleado como agregado en la
producción de concretos con buenos resultados en resistencia y durabilidad;
logrando que un porcentaje del relave producido en la Planta Concentradora
regrese al interior de la mina como concreto. El volumen de la pirita en
relación del volumen total es insignificante, lo que evita que se produzcan
108
drenajes ácidos; así mismo la mayor cantidad de volumen de este concreto
está protegido del aire y de la humedad.
No se recomienda el uso de granos muy gruesos (mayores a 1.7 mm.) ya
que se presentan los siguientes inconvenientes:
1. Incremento de las velocidades de flujo necesarias para un transporte
seguro; de ello se incrementan las pérdidas de carga y se reduce la
distancia posible de transporte horizontal por gravedad.
2. Aumenta el desgaste de las tuberías que es proporcional al cubo del
diámetro de los granos.
3. Obtención de un relleno esponjado e incremento de la tasa de
compresión.
De otra parte, el relleno no debe contener elementos ultra finos por lo
siguiente:
1. Estos elementos son indecantables y aumentan el desgaste en las
bombas de desagüe.
2. Su presencia disminuye la velocidad de percolación del agua (es decir, el
paso del agua a través de la arena decantada) y ello incrementa los
tiempos de secado.
109
3. Provocan la retención de una gran cantidad de agua por lo que el relleno
permanece bajo la forma de una masa fluida sobre la cual es imposible
trabajar y que provoca una presión sobre su base igual a la altura
multiplicada por un factor del orden de 1.7
En la práctica, se recomienda una velocidad de percolación superior a 7.5
cm/hrs. Este resultado es obtenido deslamando los productos menores a 20
micrones, pero sólo la experiencia puede fijar exactamente el corte
adecuado para los ciclones de preparación.
RELAVE CICLONEADO:
Proveniente del excedente del mineral tratado en la Planta Concentradora,
con la siguiente composición mineralógica:
Contenido de Pb 0,20%
Contenido de Zn 1,52%
Contenido de Cu 0,09%
Contenido de Fe 21,52%
Contenido de Ag 0,47%
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
Peso específico de masa 3,37 gr. / cm3.
Peso específico S.S.S. 3,41 gr. / cm3.
110
Porcentaje de absorción 1,30 gr. / cm3.
Porcentaje que pasa 74 micrones 17,40 %
RELAVE TOTAL
Se efectuaron las siguientes pruebas:
Prueba petrográfica según ASTM – 295
Prueba de reacción alcalina según ASTM – C-289-81
5.4. CONTROL DE CALIDAD DE LA ARENA
El control de la velocidad de percolación, como característica de la arena
obtenida luego del cicloneo, debe hacerse constantemente sobre las
muestras tomadas durante la preparación de la pulpa. Se efectúa con la
ayuda de un aparato muy simple: un tubo de 5 a 7 cm. De diámetro y 50 a
60 cm. De altura, se fija una tela filtrante en un extremo y se vacea la pulpa
obtenida en el underflow del último ciclonaje hasta unos centímetros del
borde superior. La carga constante de agua se logra provocando el rebose
por un pequeño tubito lateral de descarga.
Se recibe el agua que pasa a través de la tela filtrante, se mide su caudal Q
expresándolo en cm3/hora; se obtiene así: K=Q*L/(S*h) donde S es la
sección interior del tubo en cm2, L la altura de arena y h la altura de la
columna de agua en centímetros.
111
5.5. ALMACENAMIENTO DE LAS PULPAS DE RELLENO
Es indispensable prever un almacenamiento entre la planta de preparación
de las pulpas y la mina, para lograr cierta independencia entre la planta y la
mina y para facilitar una distribución uniforme hacia el subsuelo,
Se puede operar bajo dos modalidades:
1. Relave almacenado en suspensión; la ventaja de este método es que ya
no hay problema de repulpeo; el inconveniente mayor es su alto
consumo, de fuerza motriz. Encontramos:
Agitadores con hélices: La agitación es sólo mecánica y se requiere
una potencia de 30 a 50 HP para un silo de 200 a 250 m3; las hélices
deben ser forradas si se quiere evitar paradas frecuentes y muy
costosas para su mantenimiento.
Agitadores con rastras y apoyo de aire comprimido: : Se requiere
insuflar aire comprimido por los inyectores de las rastras que giran a
baja velocidad (10 r.p.m.)
2. Relave almacenado en reposo:
Relave depositado sobre rampas de concreto como las de Huaron. Se
requiere un buen diseño para que las pulpas no resulten muy diluidas.
112
Relave en silos: El underflow cae sobre grandes silos de fondo
esférico que trabajan como espesadores o sedimentadores. El
repulpeo de arena se hace por inyección de agua en la base
5.6. TEORÍA DEL RELLENAJE
5.6.1. DEFINICIÓN DE VARIABLES
La complejidad de un análisis del transporte hidráulico de sólidos es debida,
principalmente, al número de variables que afectan el flujo, las que siendo
más de 100 y por estar interrelacionadas, hacen más difícil la tarea de darles
definición clara y escueta. Veamos las más importantes:
Dn Diámetro nominal de una partícula. Es el diámetro de una esfera de
volumen igual al de la partícula. El diámetro nominal medio ponderado
es un valor derivado con propósitos de correlación y describe un
material que, como el relave, contiene partículas de diferentes
diámetros nominales. El relave es un material de granulometría
extendida.
Vs Velocidad de caída de una partícula. Para una partícula simple en el
agua, relativa al agua detenida, es un valor medido que depende del
tamaño, forma y gravedad específica de la partícula. La velocidad de
caída estorbada es un valor calculado, que esta en función de la
concentración volumétrica de sólidos, granulometría del relave y
Número de Reynolds de las partículas.
113
Cd Coeficiente de arrastre de las partículas: Valor calculado que esta en
función del tamaño, forma gravedad específica y velocidad de
sedimentación de las partículas. El coeficiente de arrastre medio
ponderado es un valor usado para correlacionar y describir el
comportamiento de un material de granulometría extendida.
C Concentración friccionante. Concentración volumétrica de los
elementos con dn>150, contenidos en el relave.
Ss Gravedad específica de los sólidos: Es la relación entre el peso de un
volumen de sólidos y el peso de un volumen igual del agua que va a
usarse en su transporte.
Vm Velocidad media de transporte: Es un valor calculado a partir de la
relación que existe entre el volumen de pulpa pasado por unidad de
tiempo por el área de la sección transversal de la tubería.
Vc Velocidad crítica de flujo: Es definida como la velocidad a la cual el
régimen de transporte cambia de flujo turbulento a flujo laminar
estacionario con deposición. Este valor es sumamente importante.
Vst Velocidad estándar: Velocidad de flujo a la cual la caída de presión
ocasionada por una pulpa de cualquier concentración es igual a la de
un fluido con densidad igual a la de la pulpa y viscosidad igual a la del
agua.
Cv Concentración volumétrica descargada: Es la relación entre el
volumen de sólidos descargados y el total del volumen de mezcla
descargado.
114
Sm Gravedad específica de la mezcla descargada: Es un valor que
está en función de la Cv y de la Ss; es calculada relacionando el peso
de un volumen de pulpa con el peso de un volumen igual de agua.
Iw Caída de presión por fricción para el agua: Es la pérdida de carga
por fricción ocasionada por cada metro de longitud de tubería que
conduce agua. Suele expresarse en mm de altura de agua/m
Im Caída de presión por fricción para las pulpas: Es la pérdida de carga
por fricción ocasionada por cada metro de longitud de tubería que
conduce pulpas. Se expresará también en mm de altura de agua/m
5.6.2. MEZCLAS APROPIADAS
Podemos decir que una mezcla es la apropiada cuando a su dilución
corresponde:
El caudal máximo de sólidos
El desagüe mínimo y
El desgaste mínimo de las tuberías
5.6.3. REQUERIMIENTO DE RESISTENCIA EN TAJO DE MINA
El cálculo requerido para determinar la resistencia de relleno de concreto
pobre en un tajo de mina que se va a exponer una cara cuando un pilar de
mineral adyacente se extrae es:
115
Donde:
RC = Resistencia compresiva
d = Gravedad específica del relleno in situ: relaves + cemento + agua +
agua retenida (% de humedad del relleno)
g = Gravedad (m/seg2)
ht = Altura vertical en metros, entre el piso del tajo minado y la cobertura de
superficie
lg = Longitud máxima o parcial en metros de la futura cara expuesta del
relleno cementado
ESTELA CHUPA
d
g
ht
lg
RC
RC
RC
2,6 Tn/m3
9,81 m/seg2
370 m (-12)
25 m
597,29 Kpa
6,09 kg/cm2
60 Mpa
2,6 Tn/m3
9,81 m/seg2
300 m (Nv 4533)
30 m
695,62 Kpa
7,09 kg/cm2
70 Mpa
116
5.6.4. MATERIALES UTILIZADOS
Los materiales que se utilizaron en la confección de hormigones, fueron:
Áridos
Relave
Agua
Cemento
Aditivos.
117
CAPITULO VI
SISTEMA DE RELLENO CEMENTADO
6.1. GENERALIDADES
La utilización del relleno con resistencia es un elemento clave en la mayoría
de los métodos de minado exitosos de alta extracción. La calidad de relleno
y la velocidad de colocación controlan la velocidad de producción. Estos
requerimientos han llevado al desarrollo de rellenos cementados.
Antes de discutir el rol del relleno en el minado, mencionaremos algunos
tipos de relleno más usados en minería:
Relleno detrítico, constituido por desmonte de mina
Relleno hidráulico, compuesto por relave total y agua bombeado por
tubería
Rock Fill.- Desmonte no chancado, usualmente development mullock,
tipped directamente a los tajos o vía chimeneas para la transferencia de
relleno.
118
Paste Fill, que es el relave más lechada de cemento
Concreto pobre, constituido por agregados, cemento y agua con los
principios de la fabricación de concretos.
Los agregados componentes del hormigón factible de ser utilizados como
rellenos cementados subterráneos, requieren ser investigados en sus
características físicas y contenido de sulfatos y cloruros para determinar su
idoneidad y la dosificación optima de ellos en cuanto a resistencia deseada,
la fluidez, durabilidad y la economía.
El éxito de una mina tanto en seguridad como en productividad radica
plenamente en la oportuna estabilidad del vacío creado propio de una
explotación, por lo cual habiendo varios tipos de relleno. Cada uno de ellos
son empleados dependiendo del tipo de explotación subterránea, Iscaycruz
opto por el sistema de relleno cementado la cual se presta
satisfactoriamente al método de explotación usado en esta mina, por lo cual
velando también por la correcta estabilidad del macizo rocoso se opto por un
laboratorio de concreto en la que se hace un minucioso y correcto estudio,
prueba y análisis del relleno a fin de que su uso en mina sea segura y
confiable en las futuras operaciones en niveles inferiores.
119
El ciclo de relleno cementado es el siguiente:
Preparación de agregados (gravas y arenas) en la planta de agregados.
Dosificación y preparación de mezcla en la planta de concreto.
Transporte y colocación en la zona de tajeos.
6.2. OBJETIVOS DE LA APLICACIÓN DEL RELLENO CON
AGREGADO CEMENTADO
La idea es la de diseñar el Relleno Cementado a utilizar, a fin de obtener un
techo seguro después del relleno y continuar con las operaciones de minado
debajo del relleno; optimizar los costos que demande su producción,
transporte y colocación; asegurando un buen comportamiento, frente a
caídas grandes de la mezcla, mayores a 200 mts, en donde no se puede
controlar completamente la homogeneidad, cohesión, exudación y
segregación del concreto. Por ende es difícil obtener las resistencias
requeridas
Los requerimientos técnicos para un mejor rendimiento del relleno están
siendo cada vez de mayor demanda, al mismo tiempo, los costos están
disminuyendo. El reto es producir y emplazar suficientes cantidades de
relleno disponible, con materiales de bajo costo que satisfagan los
requerimientos del método de minado. Únicamente por medio de la
consideración del relleno como parte total de la operación puede elegirse la
mejor opción.
120
6.3. RESISTENCIA DEL RELLENO CEMENTADO
Analizando cómo va el minado del cuerpo mineralizado, se observa que los
requerimientos de la resistencia requerida para cada uno de los tajeos,
dependerá de los siguientes criterios:
El relleno deberá tener una resistencia Compresiva adecuada para que
pueda trabajar como pared auto estable en todos los niveles, solamente
se expondrá 10 m. de altura.
El relleno deberá soportar el empuje de las cajas laterales en todos los
niveles.
El relleno entre los niveles -08 a -09 actuara como un techo auto estable
para que el minado proceda hacia abajo.
También se evaluara que el relleno cementado del Nv -8 al Nv -7,
deberá soporta el empuje del techo del Nv -7.
En base a estos criterios de requerimiento de resistencia se realizaron los
cálculos respectivos:
a. Como Pared Auto estable.
Resistencia RC = n&h/(1+h/l)
n factor de seguridad.
& densidad del relleno cementado.(Nm/m3)
h Altura del tajeo. (m)
l Longitud del tajeo vista de planta (m).
121
Cuadro N° 02
Niveles Longitud del tajeo Resistencia (MPa)
-7 al -8 35 m 0,549
-8 al -9 40 m 0,573
-9 al -10 45 m 0,592
b. Para soportar la presión lateral (empuje de cajas).
Resistencia RC = n(&o)ha/(Kl)
n factor de seguridad.
&o densidad sobrecarga (MN/m3)
h Profundidad de la sobrecarga. (m)
a ancho del tajeo (m)
l Longitud del tajeo vista de planta (m).
K = (1+sen 0) / (1 - sen 0).
Para el análisis del -7 al -12 se tomaron los siguientes datos:
&o densidad de la sobrecarga = 0,026 MN/m3
n = 1,5
a = 5 m.
l = 5 m.
ө = 30°
122
Cuadro N° 03
Niveles Profundidad de la
sobrecarga Resistencia (MPa)
-7 al -8 110 m. 1,430
-8 al -9 127 m. 1,651
-9 al -10 144 m. 1,872
c. Para soporte del techo del Nv -8 al -7
Datos:
n = 1,5
&o densidad sobrecarga (relleno) = 0,024 MN/m3
h altura del tajeo = 13.5 m
La Resistencia es de 1,458 Mpa, pero para la secuencia del minado el pilar
de Relleno cementado se asume ½ de la carga y el otro ½ se asume a la
roca, es decir, que la carga efectiva es igual a 0,729 Mpa.
d. Para soporte como techo auto estable del Nv -12 al -11.
Ancho del tajeo 5m
Altura del tajeo 10 m.
Altura de la Losa 10 m.
& relleno cementado 0.024 MN/m3
Esfuerzo vertical <> 2 h 34 m. 8Kg/cm2
123
Donde el requerimiento de resistencia es de 2.478 Mpa para un factor de
n=1.5
Los Requerimientos de resistencia para cada uno de los niveles es de:
Niveles Cargas requeridas o
calculadas (Mpa)
Resistencia Total
(MPa)
-7 al -8 0.549 + 1.430 + 0.729 2.708
-8 al -9 0.573 + 1.651 2.224
-9 al -10 0.592 + 1.872 2.464
124
RELLENO CEMENTADO Pag 2
CALCULO DE RESISTENCIA COMPRESIVA hsq
may-01
g = 9.81 m /seg
Futura Cara de Exposicion
Densidad Insitu Relleno
RelaveCemento 2,608 Kg / m3Agua
SUPERFICIE
lg
CALCULO DE RESISTENCIA COMPRESIVA
g = 9.81 m /seg
125
Figura Nª 04 RESISTENCIA DEL RELLENO CEMENTADO
126
CALCULO DE RESISTENCIA COMPRESIVA
may-01
El cálculo requerido para determinar la resistencia compresiva en un relleno cementado al exponer una cara de relleno cuando un pilar de mineral adyacente se extrae es :
( Ref.: Black Mountain Mine, South Africa; Tara Mines, Irlanda) RC = d * g * ht = KN / m2 (Kpa)
1+ht / lg
RC =
Resistencia compresiva
d = Gravedad especifica del relleno insitu : relaves + cemento + agua retenida ( en este caso % de
humedad del relleno insitu).
g = Gravedad (m/seg2) ht = Altura vertical en metros, entre el piso del tajeo minado y la cobertura de superficie
lg = Longitud maxima o parcial en metros de la futura cara expuesta del relleno cementado.
DATOS :
Ejemplo : Exposicion de tajeos de 15 mts de longitud : Estela
d = 2.61 Ton / m3 g = 9.81 m / seg2 ht = 140.00 mt.( -3 )
127
lg = 15.00 mt. RC = 346.63 Kpa
1 psi = = 6.985 KN = 6.985 Kpa
3.53 Kg / cm2
m2
0.35 Mpa
1 KN = 1,000 Kgs . m
1 Pascal = 1 N
1 Kg / cm2
= 98,066 Pascal
98.066
seg2
m2
2.6 x 1,000 kg x 9.81 m x 140
m
RC =
m3
seg2
1 + 140.00
m
15.00 m
RC = 2.6 x 1 KN x 140 x 1
m2
10.33
364 x K x N
RC = m2
10.33
364 x K x 1 Pascal
RC =
10.33
128
RC = 364 Kpa
10.33
RC = 35.23 Kpa
RC = 0.36 Kg
cm2
RC = 0.035 Mpa
Ejemplo :
Exposicion de tajeos de 20 mts de longitud : Estela
Sistema de pesaje de cemento: Se utiliza báscula o tolva pesadora con
células de carga incorporadas
Sistema de pesaje de agua: Se utiliza báscula o tolva pesadora con células
de carga incorporadas. Como alternativa más económica puede utilizarse un
contador de agua, que realiza una medición volumétrica.
Mezcladora: Dependiendo del tipo de concreto a producir, de la viscosidad
del mismo, del nivel de homogeneización deseado, del tamaño de los áridos,
se utilizará un tipo u otro de mezcladora de tambor con una capacidad de
4m3.
Sistema de control: Las plantas de concreto son instalaciones
completamente automatizadas, con sistemas integrados de control de peso y
producciones. El gobierno de los elementos de la planta se realiza mediante
sistemas PLC.
Existen otros elementos más o menos utilizados en la plantas de concreto,
como pueden ser los sistemas de dosificación de aditivos, sistema de
dosificación de fibras, sistemas neumáticos de carga de cemento, etc... Su
incorporación o no dependerá de cada planta y del tipo de concreto a
fabricar.
145
Foto N° 05 PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CONCRETO
6.10. CANTIDAD DE RELLENO CON AGREGADO CEMENTADO (RAC)
REQUERIDO.
CALCULO DEL VOLUMEN DE RELLENO La producción de mineral es de tajeos subterráneos de los cuerpos Estela, Olga, Tinyag, Chupa. Para el tratamiento de mineral, se esta asumiendo, un tratamiento día de 4 200 ton, y 14 días de paradas por reparación y mantenimiento en la planta concentradora
.
Datos :
Tratamiento mineral TPD 4.200 TPD
Días trabajados * año 351 Días
Tratamiento mineral * año ( Ton ) 1.474.200 Ton
P.E. Mineral 3,80 Ton / m3
Volumen vacio por rellenar (m3) 387.947 m
3
Peso Unitario del relleno mescla 1/25 2,61 Ton / m3 2 608 Kg / m
3
Relleno cementado requerido (Ton) 1.011.767 Ton
146
DISTRIBUCION DEL RELLENO CEMENTADO :
Mescla 1/25 o % de Cemento 4,00 %
Relaves 2,474 Ton 94,85 %
Cemento 0,103 Ton 3,95 %
Agua 0,031 Ton 1,20 %
Total ( Ton ) 2,608 Ton 100,00 %
% de humedad en el relleno 12,00 %
100
Considerando los datos iníciales se tiene ( Ton ) :
Relaves 959.641 Ton 94,85 %
Cemento 39.985 Ton 3,95 %
Agua 12.141 Ton 1,20 %
Total relleno cementado requerido (Ton) 1.011.767 Ton 100,00 %
CALCULO DEL TONELAJE DE RELAVES :
TONELAJE 1.474.200
% Zn 15,29
% Pb 1,52
% Cu 0,34
CONC. Zn 397.319
Ley Concentrado Zn 52,80
Recuperación Concentrado Zn 93,07
CONC. Pb 23.398
Ley Concentrado Pb 60,00
Recuperación Concentrado Pb 62,65
CONC. Cu 5.566
Ley Concentrado Cu 22,00
Recuperación Concentrado Cu 24,43
RELAVES 100% 1.047.917
ALTERNATIVA : Relaves totales
Relaves Usados en Planta Paste Fill 75% 785.938
Relaves a deposito relavera 25% 261.979
Total Relaves 100% 1.047.917
DIFERENCIA DE CONSUMO
Total relleno cementado requerido 100% 1.011.767 Ton
Relaves Usados en Planta Paste Fill 75% 785.938 Ton
Faltante de relaves 225.829 Ton
147
6.11. REQUERIMIENTO DE LA CANTIDAD DE AGREGADOS
Labor Niveles
Cuerpo Detritico Agred Fill
Nivel Sup Nivel Inf (m3) (m
3)
PIVOT -17 Estela
TJ 338 -19 -20 Estela 800
TJ 270 -18 -19 Estela 600
TJ 170 -25 -26 Estela 800
TJ 154 -25 -26 Estela 1000
TJ 130 -7 -8 Chupa 2500 1000
TJ 190-205 -7 -8 Chupa 1,000
TOTAL 5,200
6.12. PRODUCCIÓN NETA DE RELLENO CON AGREGADO
CEMENTADO.
La función de la planta es la de dosificar los agregados, el cemento y el agua
por peso de acuerdo al volumen a preparar donde la producción máxima es
de 60 m3/Hr y el promedio producido es de 47.3Tn/Hr
CALCULO TPH SOLIDOS
TPH sólidos = TPH pulpa * % peso sólidos
Calculo de % peso sólidos ( cw )
CW = % peso sólidos
CW = ( Sg * ( d - 1 ))
( d * ( Sg - 1 ))
Sg = gravedad especifica del material de relleno ( dato de laboratorio)
d = densidad de pulpa
Datos
148
Gravedad especifica del material de relleno = 3
CW = ( 3 * ( 2,200 - 1 )) = 3,6 = 81,8 %
( 2,200 * ( 3 - 1 )) 4,4
Calculo del tonelaje de sólidos ( TPH sólidos )
TPH sólidos = 57,79 ton * 81,82 = 47,3 ton
hr 100 hr
Calculo del % de volumen de solidos ( Vs )
Vs = ( d - 1 )
( Sg - 1 )
Vs = ( 2,200 - 1 ) = 1,20 = 60 %
( 3 - 1 ) 2,00
Calculo del % de volumen de agua ( Va )
Va = (100 % - Vs %)
Va = 100 - 60 = 40 %
6.13. TRANSPORTE DEL MATERIAL DE RELLENO
6.13.1. EQUIPO DE TRANSPORTE
Son transportados por camiones mercedes Benz modelo AXOR de 12 m3 de
capacidad.
6.13.2. MOVIMIENTO DE AGREGADOS
Se emplea un cargador frontal para acarreo del stop pile dela planta
chancadora hacia la tolva de agregado.
149
6.13.3. RED DE CHIMENEAS
Se realiza la descarga del material por las chimeneas de servicios CH-480 y
CH-190, el cual por gravedad baja hasta el nivel de las operaciones.
6.13.4. VELOCIDAD DE TRANSPORTE A LAS CHIMENEAS
La velocidad estimada es de 15 Km/h en superficie y a 10 Km/h en interior
mina y su estricto cumplimiento
6.13.5. TIEMPO DE OPERACIÓN DE RELLENO CON SCOOPTRAMS
La duración continua de relleno es de 4 horas, con un ciclo de 50m3/h.
Scoop 3.5 Yd3 Scoop 6.0 Yd3
Velocidad Ida (Con Carga)
5,00 km/hr Velocidad Ida (Con Carga) 5,00
km/hr
Velocidad Retorno (Sin Carga)
6,00 km/hr Velocidad Retorno (Sin Carga) 6,00
km/hr
PARAMETROS ST 3.5 YD3 ST 6.0 YD3
Factor de llenado 0,9 0,9 0,9
Factor de Esponjamiento 30% 30% 30%
Pe. Relleno 2,26 2,26 2,26
Capacidad de la cuchara Yd3 3,50 Yd3 6,00 Yd3
Distancia 155 155 155
Velocidad de ida (con carga) 1,39 m/s 1,39 m/s
Velocidad de retorno (sin carga) 1,67 m/s 1,67 m/s
Tiempo de Carguío 15 seg 15 seg
Tiempo de Descarga 10 seg 10 seg
Tiempo Muerto 10 seg 10 seg
Ciclo 3,99 min 3,99 min
Capacidad de la cuchara m3 2,41 4,13
Tm. Relleno/cuchara 5,44 9,33
Utilización Mecánica 74,00% 74,00%
Disponibilidad Mecánica 88,00% 88,00%
Tiempo efectivo hr/Grd 6,6 Hr 6,6 Hr
Rendimiento Relleno M3/hr 36 m
3/hora 62 m
3/hora
Rendimiento Relleno M3/Grd 178 m
3/Gd 305 m
3/Gd
Rendimiento Relleno M3/dia 356 m
3/dia 610 m
3/dia
Rendimiento Relleno M3/Mes 8893 m
3 15245 m
3
150
6.13.6. EFICIENCIA DEL RELLENO CON AGREGADO CEMENTADO
Topeo por parte del Scooptrams y acomodo, con la finalidad de conseguir
un óptimo contacto entre relleno y los contornos de la galería, evitando
cavidades.
6.14. PROCESO DE RELLENO CON AGREGADO CEMENTADO DE UN
TAJO
6.14.1. Preparación y Transporte del Relleno Cementado
De acuerdo al volumen a preparar, pudiendo ser hasta 4 m3, la que es
mezclada y descargada en forma controlada y recepcionada por camiones
Mercedes Benz de 12 m3 de capacidad.
151
6.14.2. Rellenado del Tajeo
Recojo del material en el nivel inferior de operaciones mediante Scooptrams
y transportado por estos hasta la zona de relleno.
6.14.3. Máxima Distancia Horizontal
Considerando la velocidad del Scooptrams la distancia es de 150 metros de
la cámara de acumulación hacia al tajo de relleno.
6.14.4. Problemas en el Proceso de Rellenado
El exceso de agua puede ocurrir de diferentes maneras. Por ejemplo, si se
ha permitido que los agregados lleguen a estar excesivamente húmedos
(antes de ser mezclado con el agua de diseño) y no se haga la corrección
del diseño por humedad, se obtendrá un slump mayor a lo diseñado así
como debido a la presencia de agua subterránea en la chimenea de relleno,
agua de filtración dentro del tajo, o debido a un pobre control de calidad
durante el mezclado, el producto resultante será adversamente afectado
La planta de concreto se encuentre inoperativo para la preparación del
agregado cementado.
Falta de agregado en stop pile de material chancado para la mezcla con
material fino que proviene del zarandeado.
Falta de cemento en los silos de almacenamiento para la lechada con
agregados y dar resistencia en el relleno.
152
Figura N° 05 DESCARGA DE AGREGADO CEMENTADO EN LOS
VOLQUETES
UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE MINAS
Dibujado CAD Jorge Rojas Padilla SISTEMA DE LIMPIEZA, CARGUÍO Y
TRANSPORTE DE MINERAL Fecha: 10/10/211
Revisado Luis Villegas Landa DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ESC : S/E
153
CAPITULO VII
DISEÑO DE CONCRETO POBRE USADO EN RELLENO SUBTERRÁNEO
7.1. Granulometría de los Agregados
Como se visualiza en la siguiente grafica, el agregado total que se usa en el
relleno es de regular calidad, debido a que las partículas están cubiertas con
un poco de material fino de las nuevas canteras de escondida y dos cruces.
154
7.2. Diseño de mezcla con diferentes porcentajes de cemento.
DISEÑO DE MEZCLA
C-100 C-140 C-175 C-210 C-280 C-350
CEMENTO (A.G. 1") 242 283 317 375 443 568
CEMENTO (A.G. 3/4") 324 385 460 580
CEMENTO (A.G. 1/2") 330 388 463 589
AGREGADO FINO (A.G. 1") 764 740 726 697 668 605
AGREGADO FINO (A.G. 3/4") 721 690 655 598
AGREGADO FINO (A.G. 1/2") 1789 1718 1633 1479
AGREGADO GRUESO (1") 1169 1132 1111 1067 1021 926
AGREGADO GRUESO (3/4") 1103 1056 1002 914
155
AGUA (A.G. 1") 145 156 159 169 177 199
AGUA (A.G.3/4") 162 173 184 203
AGUA (A.G.1/2") 165 175 185 206
RELACION A/C 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35
7.3. Cuadro de resistencia comparativa
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
MPa
EN
ER
O
FE
BR
ER
O
MA
RZ
O
AB
RIL
MA
YO
JUN
IO
JUL
IO
AG
OS
TO
SE
PT
IEM
BR
E
OC
TU
BR
E
NO
VIE
MB
RE
DIC
IEM
BR
E 7 Ag.dîas
7 Rlv dîas
Meses 1999
Resistencia 3,5%
7 Ag.dîas
14 Ag dîas
21Ag dîas
7 Rlv dîas
14 Rlv dîas
21Rlv dîas
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
MPa
EN
ER
O
FE
BR
ER
O
MA
RZ
O
AB
RIL
MA
YO
JUN
IO
JUL
IO
AG
OS
TO
SE
PT
IEM
BR
E
OC
TU
BR
E
NO
VIE
MB
RE
DIC
IEM
BR
E 7 Ag.dîas
7 Rlv dîas
Meses 1999
Resistencia 4,0%
7 Ag.dîas
14 Ag dîas
21Ag dîas
7 Rlv dîas
14 Rlv dîas
21Rlv dîas
156
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
MPa
EN
ER
O
FE
BR
ER
O
MA
RZ
O
AB
RIL
MA
YO
JUN
IO
JUL
IO
AG
OS
TO
SE
PT
IEM
BR
E
OC
TU
BR
E
NO
VIE
MB
RE
DIC
IEM
BR
E 7 Ag.dîas
7 Rlv dîas
Meses 1999
Resistencia 5,0%
7 Ag.dîas
14 Ag dîas
21Ag dîas
7 Rlv dîas
14 Rlv dîas
21Rlv dîas
157
CAPITULO VIII
COSTOS DEL RELLENO CEMENTADO
8.1. COSTO DE CONCRETO POBRE
Concreto pobre, constituido por agregados, cemento y agua con los
principios de la fabricación de concretos
8.1.1. Inversión en Concreto Pobre para Relleno Subterráneo