Geomecanica aplicada como controles al sub level stoping (milpo)

1. GEOMECANICA APLICADA
COMO CONTROLES EN LA
EXPLOTACION POR SUB
LEVEL STOPING UNIDAD
CERRO LINDO- MILPO
Rubén Maza Rubina
Cía. Minera MILPO SAA
rmaza10@yahoo.com
El presente trabajo tiene por objetivo
presentar el desarrollo las investigaciones
Geomecánicas aplicados en la explotación
de la mina Cerro Lindo de la Compañía
Minera MILPO S.A. donde se viene
desarrollando el Sub Level stoping como
método de explotación en torno al cuerpo
mineralizado, bajo el contexto geomecánico
del yacimiento.
El deposito de cerro lindo es un yacimiento
polimetálico de sulfuros masivos de origen
vulcanogénico (VMS) en la cual se
presenta sulfuros de Zn, Fe, Cu, Pb, Ag y
baritina. Actualmente se viene explotando 2
cuerpos mineralizados, el Ore body 5 y 2
que forman parte del mismo corredor.
Para una mina de 155000 tm/mes de
explotación y que represen 5200 tm/día con
leyes de 1.10 Onz, Ag, 0.54%Pb, 0.5%Cu y
4.45%Zn se requiere contar con
información geomecánica que nos permita
cumplir los programas a corte mediano y
largo plazo, para lo cual se ha establecido
zonificaciones geomecánicas de los
macizos rocosos caracterizados mediante
el índice de calidad RMR de Bieniawski,
estableciéndose dominios geomecánicos
en el yacimiento que nos permite
establecer metodologías apropiadas en las
excavaciones de los tajos con el método de
sub level stoping utilizando relleno en pasta
en el desarrollar del plan de minado.
Considerando los aspectos geomecánicos
de los macizos rocosos en el yacimiento
podemos indicar que un factor influyente
importante es el factor estructural, lo cual
nos conlleva a establecer, que las
condiciones de estabilidad estructuralmente
controlados son las que regirán el
comportamiento de los macizos rocosos.
Asimismo es importante el control de los
esfuerzos inducidos en los tajos de
explotación para lo cual se viene aplicando
una tecnología innovadora como el relleno
en pasta con la finalidad de explotar zonas
adyacentes y el reestablecimiento del
equilibrio entorno a las excavaciones de
gran dimensión.

2. INTRODUCCION
El presente trabajo tiene por objetivo
presentar el desarrollo las investigaciones
Geomecánicas aplicados en la explotación
de la mina Cerro Lindo de la Compañía
Minera MILPO S.A. donde se viene
desarrollando el Sub Level stoping como
método de explotación en torno al cuerpo
mineralizado, bajo el contexto geomecánico
del yacimiento.
El deposito de cerro lindo es un yacimiento
polimetálico de sulfuros masivos de origen
vulcanogénico (VMS) en la cual se
presenta sulfuros de Zn, Fe, Cu, Pb, Ag y
baritina. Actualmente se viene explotando 2
cuerpos mineralizados, el Ore body 5 y 2
que forman parte del mismo corredor.
Para una mina de 155000 tm/mes de
explotación y que represen 5200 tm/día con
leyes de 1.10 Onz, Ag, 0.54%Pb, 0.5%Cu y
4.45%Zn se requiere contar con
información geomecánica que nos permita
cumplir los programas a corte mediano y
largo plazo, para lo cual se ha establecido
zonificaciones geomecánicas de los
macizos rocosos caracterizados mediante
el índice de calidad RMR de Bieniawski,
estableciéndose dominios geomecánicos
en el yacimiento que nos permite
establecer metodologías apropiadas en las
excavaciones de los tajos con el método de
sub level stoping utilizando relleno en pasta
en el desarrollar del plan de minado.
Considerando los aspectos geomecánicos
de los macizos rocosos en el yacimiento
podemos indicar que un factor influyente
importante es el factor estructural, lo cual
nos conlleva a establecer, que las
condiciones de estabilidad estructuralmente
controlados son las que regirán el
comportamiento de los macizos rocosos.
Asimismo es importante el control de los
esfuerzos inducidos en los tajos de
explotación para lo cual se viene aplicando
una tecnología innovadora como el relleno
en pasta con la finalidad de explotar zonas
adyacentes y el reestablecimiento del
equilibrio entorno a las excavaciones de
gran dimensión.
GEOLOGIA
El deposito Cerro Lindo es un deposito de
sulfuro masivo Vulcano génico Las zonas
de mineral de sulfuro están alojadas dentro
de una secuencia Vulcano – sedimentaria
del Cretaceo medio la cual forma una
orientación de faja NW – SE de treinta por
diez kilómetros.
Esta secuencia volcánica esta compuesta
por lavas y tufos andesiticas a felsicas así
también como sedimentos marinos
formados por la erosión de arcos de isla. La
caja techo de las zonas mineralizadas de
Cerro Lindo generalmente son riodaciticas
en composición. La caja piso y la casa
techo exhiben alteración dominante y
extensa de sílice – sericita – pirita que se
extiende cientos de metros desde el
mineral. Esta alteración generalmente es
mas fuerte en la caja piso cuando sea
comparada a la caja techo.
El depósito de Cerro Lindo consiste de
cuerpos lenticulares y apelados de sulfuro
masivos incluyendo pirita, esfalerita,
calcopirita y menor cantidad de galena. La
secuencia se inclina a 65º al sur oeste y
tiene hasta 200 metros de espesor. En la
actualidad, las zonas de mineral esta
definidas sobre un área en plano de 750 m
por 200 m.
ESTRUCTURAS MAYORES
ESTRUCTURAS NW
La primera serie de fallas
predominantemente normales se orienta
NW– SE y se inclina moderadamente al sur
oeste. Este sistema es anterior a la
depositación es la que da forma al paleo
relieve controlando la forma de la cuenca.
ESTRUCTURA NE
Este sistema interviene en la depositación
de los sulfuros masivos, pueden haber sido
los conductos por donde salieron los fluidos
hidrotermales, estos ahora están ocupados
por el dique andesítico porfirítico. Que
separa el ore body 2 y el ore body 5.
SISTEMA NS
Este sistema es posterior a la depositación,
ha sido identificado porque desplaza al ore
body 1. (fig. 1)
Figura. Nº 1

3. GEOMECANICA CERRO LINDO
El Departamento de Geomecánica viene
desarrollando metodologías y técnicas para
tener un conocimiento integral del macizo
rocoso y establecer controles de los
esfuerzos inducidos generados por las
excavaciones en el macizo rocoso del
yacimiento de Cerro Lindo, considerando
que el método de minado por sublevel
stoping mediante taladros largos (long hole)
es íntegramente mecanizado con labores
de preparación, desarrollo y tajeos de
cavidades.
MACIZO ROCOSO.
RQD de Volcánicos
Los valores de designación de calidad de
Roca (RQD) en los macizos rocosos de
composición volcánica fueron calculados a
partir de testigos diamantinos así como del
mapeo geomecánico de labores de
preparación y desarrollo de la mina para
hacer un tratamiento estadístico de la data,
un aspecto que se debe tomar en cuenta
es que el RQD es bastante inferior en las
zonas de falla por lo que se debería tomar
en cuenta de forma individual.
Se muestra la población en frecuencia del
RQD promedio en la mina (fig - 3)
RQD Di st r ibut ion
0
2
4
6
8
10
12
14
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
RQD ( %)
RQD de Sulfuro
Valores de designación de calidad de roca
(RQD) fueron calculados a través de los
sondajes diamantinos así como la
información de mapeos geomecánicos, en
rocas de sulfuro.
La distribución de RQD en los sulfuros
determinan la presencia de zonas de
sulfuros que muestran índices en las cuales
no hay frecuentes fracturas asi como hay
algunas áreas de pirita de grano grueso
(0.5 – 2 mm) con poca cohesión entre los
granos de cristales de sulfuro. El material
tiene una tendencia a desintegrarse en un
estado no confinado. Aunque la roca en
estas áreas era blanda, esta no muestra
intenso fracturamiento, de allí que las
mediciones de RQD en sulfuros sean
mayores. Como se muestra la (fig-2)
RQD Distribution
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
RQD (%)
Occurrence(%)
CONDICIONES DE FRACTURAS
Las condiciones de la superficie de
fracturas en volcánicos y sulfuros se ha
determinado mediante registros del logueo
de testigos diamantinos así como mediante
el registro de mapeos geomecánicos de
labores mineras ver (fig 4 y 5)
Las juntas en el testigo de perforación
fueron categorizadas ya sea como de
espejo de falla, lisas, áspera o muy áspera.
Para ambos tipos de roca, la mayoría de
las juntas fueron encontradas a ser lisas
como se muestra.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Slickendsided Smooth Rough Very Rough
FrequencyofOccurence(%)
Sulphides
Volcanics
0
10
20
30
40
50
60
Pl anar Wavy Ir r egular
Sulphides
Volcanics
Figura. Nº 2
Figura. Nº 3
Figura. Nº 4
Figura. Nº 5

4. Resistencia de Carga Puntual
La resistencia de carga puntual en rocas
volcánicas alcanza desde 0.4 a 13.7 MPA.
Los resultados fueron correlacionados y el
factor de correlación fue determinado a ser
20. así la resistencia a la comprensión uní
axial media de las volcánicas es 140 MP.
La resistencia de carga de punto de rocas
de sulfuro alcanza desde 0.4 a 11.9 MPa.,
implicando una UCS de 60 MPa para
sulfuros. Se observo que en muchas
operaciones, ver (fig 6 y 7)
P oint Loa d S t r e ngt h Dist r i but ion
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
P oi nt Load St r engt h ( M P a)
P oint Loa d S t r e ngt h Dist r i but ion
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1 2 3 4 5
P oi nt Load St r engt h ( M P a)
ZONIFICACION GEOMECANICA
La zonificación Geomecánica del macizo
rocoso en torno al yacimiento se viene
realizando mediante los registros de
cartografiado geomecánico se ha
determinado los parámetros geomecánicos
que nos permiten establecer dominios
importantes en torno a la geología del
yacimiento, las evaluaciones se realizan
con la aplicación del RMR (rock mass
rating) de Bieniawski). Ver (fig-8)
Del análisis de la zonificación
geomecánica y del tratamiento estadístico
de la data se puede concluir que el macizo
rocoso presenta en forma global entre los
niveles 1820, 1850, 1880 índices de calidad
RMR como indica el cuadro,
predominando macizos rocosos tipo III A, III
B. (Regular) ver (fig 9)
Se debe indicar que el yacimiento por su
génesis Vulcano sedimentario presenta
englobando zonas de “enclaves” que son
macizos rocosos tipo IV (Mala)
COMPAÑIA MINERA MILPO S.A.A.96-05-01-05
INGENIERIA DETALLE - PROYECTO CERRO LINDO
M I N A
LABORES DE EXPLORACION
OB-5 NV. 1850
05-110-02-042 0
M I N A
1:1000
41 - 50
31 - 40
21 - 30
< 20
116
214
150
90
241
30
Dq- And VolcanicoSulfuros Enclaves
Fallas
CodigoColor
BUENA
REGULAR - A
MALA - A
MUY MALA
REGULAR - B
MALA - B
I I
III - A
III - B
IV - A
V
IV - B
CALIFICACION TIPORMR
61 - 80
51 - 60
Figura. Nº 6
Figura. Nº 7
Figura. Nº 8

5. CALIDAD MACIZO ROCOSO
0
5
10
15
20
25
30
21 - 30 31-40 41-50 51-60
RMR
FRECUENCIA
ASPECTOS ESTRUCTURALES
Del análisis estructural evaluamos
estadísticamente los principales dominios
estructurales que tienen influencia directa
en las excavaciones y tajos, de donde se
ha determinado que los posibles tipos de
fallamiento en las labores son del tipo en
cuñas y fallamientos planares por
volcadura en los tajeos, donde se viene
atravesando sistemas de falla transversal a
la dirección de explotación.
Es importante indicar que se ha
determinado un control estructural de
sistemas de fallas y fracturas NE a SW
asociados a fracturamientos tensionales
generados por la tectónica en el
yacimiento. Ver (fig 10 y 11)
SOSTENIMIENTO DE LABORES
EXCAVACIONES
El análisis estereográfico indica que la
tendencia estructural dominante en la zona
En el ore body 2 y 5 esta en la dirección
NE. Esto indica que la dirección mas
favorable para perforar galerías de avance
de desarrollo permanente en la dirección
NW-SE. Orientar excavaciones de largo
plazo en esta dirección dondequiera que
sea posible mejorara la velocidad de
excavación del macizo rocoso.
El sostenimiento que se viene aplicando se
ha diseñado para que poder soportar
cargas adicionales producidas por cambios
en las condiciones de esfuerzo inducidos
durante la excavación de las cavidades.
Los requerimientos del soporte han sido
estimados basados en los niveles de
sostenimiento recomendados por NGI
basados en el índice de calidad de túneles
de roca Q (Barton). Usando una relación
de sostenimiento de excavación de 1.6
Las labores de desarrollo y preparación con
secciones de 5mx4.5m en el macizo rocoso
generan una redistribución de esfuerzos
entorno a la excavación y luego del análisis
geomecánico para garantizar un factor de
seguridad > 1.5 se desarrolla el
sostenimiento con pernos helicoidales L=7´
y shotcret e=2” como los principales
elementos de soporte. Cabe indicar que
dichas labores esta sujeta a los niveles de
vibración de la voladura masiva de
producción. Ver (fig-12)
Figura. Nº 9
Figura. Nº 10
Figura. Nº 11
Figura. Nº 12

6. LABORES MINERAS Y MINADO POR
SUBLEVEL STOPING
OB2
OB5
OB1
Nv 1880
Nv 1850
Rampa Profundización OB2
OB2
OB5
OB1
Nv 1880
Nv 1850
Rampa Profundización OB2
VISTA GENERAL DE LABORES OB5, OB2, OB1
BLOCK MODEL
Figura. Nº 14
Figura. Nº 13

7. Figura. Nº 15
Figura. Nº 16
Figura. Nº 17

8. MODELAMIENTO GEOMECANICO Y
PLANEAMIENTO
En el planeamiento de las labores de
preparación, desarrollo así como la
secuencia de minado de los tajeos, en
forma general de las excavaciones. Se
priorizan los aspectos geomecánicos del
macizo rocoso. Por sus implicancias en la
seguridad y productividad. (Fig-20)
El método establecido para el minado del
mineral es el Sublevel stoping mediante
taladros largos. El mismo que se viene
desarrollando con las consideraciones que
a continuación indicamos.
RESUMEN DE PARAMETROS
GEOMECANICOS
Del análisis se ha determinado que los
parámetros geomecánicos de las zonas del
macizo rocoso que involucra la caja techo,
la zona de contacto y el ore body (sulfuros
masivos) en base al análisis de los bore
hole y de los mapeos geomecánicos son
los siguientes.
RESUMEN DE PARAMETROS GEOMECANICOS OB 5
Zona Q` Q RMR GSI Potencia
Caja Techo 8.95 3.58 55 64
Contacto 1.63 0.65 39 48 11.6
Ore body 7.35 2.94 53.2 62
ENSAYOS DE PROPIEDADES
ELASTICAS
De los ensayos de mecánica de rocas de
las muestras de bore hole CL-01-101, CL-
01-102, CL -01-104 elaborados por AMEC
y asumidos para la roca de contacto con el
Rock Lab se tiene: (fig-19)
CAJA TECHO CONTACTO ORE BODY
Unconfined Compressive
Strength (MPa)
96 94 67
Elastic Modulus (GPa) 9.6 7.9 8
Poisson’s Ratio 0.30 0.35 0.38
Samples 8 7
Malla de perforación Taladros LargosMalla de perforación Taladros Largos
CONTACTO
Figura. Nº 18
Figura. Nº 19

9. ESFUERZOS INSITU
Se ha estimado el esfuerzo vertical a partir
del criterio de carga litostática (Hoek &
Brown), considerando una profundidad de
hasta 470 m. Según este criterio, el
esfuerzo vertical in-situ resulta
aproximadamente 12 MPa. Por la
información que se ha tenido disponible
(0.0275 MPa/m) y las observaciones de
campo, la constante k = 1, σ1 = σ2
(relación de los esfuerzos) Utilizando estos
valores se ha modelado con el programa
PHASE2. ver (fig-21).
Zona E (Mpa) ‫ט‬ δc(Mpa) mb s
Caja
Techo 9600 0.3 96 2.93 0.0043
Contacto 7910 0.35 94 3.9 0.0031
Ore body 8000 0.38 67 6.4 0.0147
ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TAJEOS
Considerando los aspectos geológicos y
estructurales como información básica para
el diseño de minado, es también importante
considerar el modelamiento geomecánico
como una herramienta importante para el
control de las excavaciones en la cual se
recurre al análisis y la interpretación de los
esfuerzos.
Como se muestra en el modelo
geomecánico la trayectoria de esfuerzos y
los vectores de deformación tienden a
generar convergencia en el entorno de la
excavación.
Para el análisis se ha considerado la carga
litostática como esfuerzo principal.
Los esfuerzos inducidos generados en la
cavidad de los tajeos de explotación genera
concentraciones de esfuerzos en la zona
lateral de la excavación FS<1.
CAJA TECHO
E= 9600 Mpa
‫=ט‬ 0.3
σ= 96 Mpa
RMR: 55
CONTACTO
E= 7910 Mpa
‫=ט‬ 0.35
σ= 94 Mpa
RMR: 39
ORE BODY
E= 8000 Mpa
‫=ט‬ 0.38
σ= 70 Mpa
RMR: 54
CAJA PISO
E= 9850 Mpa
‫=ט‬ 0.38
σ= 100 Mpa
RMR: 62
60- 65º
25m
8-10m
CAJA TECHO
E= 9600 Mpa
‫=ט‬ 0.3
σ= 96 Mpa
RMR: 55
CONTACTO
E= 7910 Mpa
‫=ט‬ 0.35
σ= 94 Mpa
RMR: 39
ORE BODY
E= 8000 Mpa
‫=ט‬ 0.38
σ= 70 Mpa
RMR: 54
CAJA PISO
E= 9850 Mpa
‫=ט‬ 0.38
σ= 100 Mpa
RMR: 62
CAJA TECHO
E= 9600 Mpa
‫=ט‬ 0.3
σ= 96 Mpa
RMR: 55
CONTACTO
E= 7910 Mpa
‫=ט‬ 0.35
σ= 94 Mpa
RMR: 39
ORE BODY
E= 8000 Mpa
‫=ט‬ 0.38
σ= 70 Mpa
RMR: 54
CAJA PISO
E= 9850 Mpa
‫=ט‬ 0.38
σ= 100 Mpa
RMR: 62
60- 65º60- 65º
25m25m
8-10m
8-10m
Figura. Nº 20
Figura. Nº 21

10. La fase inicial de tajeo genera áreas
inestables en el tajeo adyacente por lo que
debe tenerse en cuenta la velocidad de
explotación para evitar tener problemas de
inestabilidad durante la explotación
DISTRIBUCION DE
ESFUERZOS
POST TAJEO CAJA
PISO
La fase inicial de tajeo genera áreas
inestables en el tajeo adyacente por lo que
debe tenerse en cuenta la velocidad de
explotación para evitar tener problemas de
inestabilidad durante la explotación
DISTRIBUCION DE
ESFUERZOS
POST TAJEO CAJA
PISO
R 1
Los esfuerzos se
redistribuyen a
causa del relleno
en pasta del
tajeo explotado
NV 1850
NV 1820
NV 1880
E= 180 Mpa
‫=ט‬ 0.3
σ= 1 Mpa
Ф= 30º
REDISTRIBUCION DE
ESFUERZOS
POST RELLENO EN PASTA
R 1
Los esfuerzos se
redistribuyen a
causa del relleno
en pasta del
tajeo explotado
NV 1850
NV 1820
NV 1880
E= 180 Mpa
‫=ט‬ 0.3
σ= 1 Mpa
Ф= 30º
REDISTRIBUCION DE
ESFUERZOS
POST RELLENO EN PASTA
30m
30m
GA 920
GA 935 GA 952 GA 965
NV 1850
NV 1820
Cable bolting
E= 180 Mpa
‫=ט‬ 0.3
σ= 1 Mpa
Ф= 30º
Relleno
en pasta
30m
30m
GA 920
GA 935 GA 952 GA 965
NV 1850
NV 1820
Cable bolting
E= 180 Mpa
‫=ט‬ 0.3
σ= 1 Mpa
Ф= 30º
30m
30m
GA 920
GA 935 GA 952 GA 965
NV 1850
NV 1820
Cable bolting
30m
30m
GA 920
GA 935 GA 952 GA 965
NV 1850
NV 1820
Cable bolting
E= 180 Mpa
‫=ט‬ 0.3
σ= 1 Mpa
Ф= 30º
Relleno
en pasta
SECUENCIA DE
RELLENO EN PASTA
Figura. Nº 22
Figura. Nº 23
Figura. Nº 24

11. APLICACIONES DE CABLE BOLTING
Uno de los aspectos importantes respecto
a la estabilidad de la caja techo en la cual
se tiene un macizo rocoso complejo por ser
de Regular a malo, Se viene ejecutando el
sostenimiento de la caja techo con cable
bolting y aplicar el principio de “escudo” de
mineral como soporte de la cavidad del
tajeo, lo que nos permite obtener un
sostenimiento temporal para poder
explotar los blocks de mineral adyacentes
al macizo rocoso de la caja techo.
GENERACION DE CAVIDADES
Si consideramos la aplicación del relleno en
pasta podemos estimar el
reestablecimiento de los esfuerzos en las
paredes perimetrales con FS>1 en la
bóveda los esfuerzos aun presentan
inestabilizar.
Es importante considerar los aportes de la
herramienta del modelamiento, a su vez se
debe considerar que los macizos rocosos
no son isotrópicos y se debe analizar las
características del mismo especialmente en
las zonas de “enclaves” macizo rocoso tipo
IV donde la inestabilidad se torna critica.
TAJEOS.
La bóveda de las cavidades de los tajeos la
misma que esta en función al tipo del
macizo rocoso en la cual esta emplazado.
Lo que nos ha permitido diagnosticar que
estamos en el límite de estabilidad. Como
se muestra e el modelamiento y el grafico
de control.
L1: 18-20m (Transversal del tajeo)
L2: 35-40m. (Longitudinal del tajeo)
T: Tiempo de auto soporte (1 mes.)
(Tiempo de abertura)
RMR: 60-65 (Roca Regular a Buena,
consideramos parámetros optimistas
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONE
Para el desarrollo del plan estratégico y los
objetivos de la unidad minera cerro lindo se
debe considerar la reducción de costos,
incremento de la producción con aportes de
la geomecánica en la seguridad.
A medida que se desarrolle la mina se va
requerir la medición de esfuerzos que
dominan en el macizo rocoso y proyectar la
tendencia de los esfuerzos principales
considerando el nivel de profundidad que
se proyecta el minado.
Análisis y modelamiento del minado para el
dimensionamiento de cavidades en función
a la redistribución de los esfuerzos
inducidos.
Evaluación constante de la influencia del
método de sublevel stoping en el macizo
rocoso.
Monitores de vibraciones sísmicas por
efectos de la voladura de taladros largos.
La generación de cavidades por la
explotación de la zona mineralizada
(tajeos) entre los niveles 1820, 1850, 1880,
1910 esta dando lugar a una
redistribución de esfuerzos inducidos en
torno a la excavación.
Por lo indicado el relleno en pasta juega
fundamental importancia para reestablecer
el equilibrio de los esfuerzos inducidos lo
que a su vez nos va permitir mantener una
secuencia de minado sostenible en el
tiempo.
Control geomecánico de las operaciones
de minado para una oportuna toma de
decisiones, estableciéndose controles de
calidad y la mejora continua de los
procesos en base a una capacitación
permanente en el desarrollo de
conocimientos geomecánicos.
BIBLIOGRAFÍA
1. Ing. CIP Ruben Maza Rubina,
Estudios Geomecánicos Mina
Cerro Lindo – Milpo, (2007, 2008)
2. Ing. CIP David Cordova Rojas., 6,
19, -(2000)
3. E. Hoek D. Sc. (Eng) Principal,
Golder Asociales Londres 09,
(1980)
4. AMEC Simons Peru S.A. Cerro
Lindo Project Ica, Peru, 09, (2001)