Evaluación Geotécnica y Procedimiento para colapso de Pilar Corona entre Tajo Filos y rebaje 7106, Mina Subterránea San Andrés
Por: Cynthia Guadalupe Dorantes Castro1*, Miguel Angel Morales de la Cruz1
Resumen
El presente estudio es producto del análisis geotécnico que tuvo como objetivo establecer la metodología y pasos a seguir para asegurar que el minado y las fases que se tienen para la profundización de los bancos en tajo Filos, zona 70, sea minado de forma segura con procesos y análisis definidos para minar el pilar corona con respecto a la cavidad del rebaje 7106 identificado en mina Subterránea San Andrés, para controlar los riesgos asociados al personal o equipo que esté trabajando en el área de influencia.
Se realizó un primer cálculo con la información que se recolectó del último levantamiento de la mina subterránea con el escáner CMS en el año 2021, el cual arrojó un Factor de seguridad (F.S) de 1.24 estable. Posterior a esto se llevó a cabo la ejecución de dos barrenos de exploración, el primer barreno se realizó con la finalidad de definir la posición y dimensiones reales del rebaje 7106 de mina subterránea San Andrés, ingresando el escáner GSM-16 para la medición a detalle de la cavidad, y con la información proporcionada del escáner se determinó el espesor del pilar corona actual con respecto al rebaje, para la realización del cálculo del F.S.
El segundo cálculo fue en función a las dimensiones de la cavidad y distancia reales que se obtuvieron con el escáner GSM-16, el cual nos arrojó un factor de seguridad de 1.4, la probabilidad de que fallara era baja (10-20%).
Como controles adicionales se implementaron monitoreos con instrumentos geotécnicos, por lo que el segundo barreno fue para el monitoreo del pilar corona instalando un cable TDR, que tuvo la función de medir la progresión del hundimiento hacia la superficie del tajo Filos.
Adicional a esto se determinó la distancia permisible a la que se podía profundizar obteniendo un FS mayor o igual a 1 y poder llevar a cabo un plan de acción para el hundimiento del pilar corona. La distancia arrojada fue de 24m, por lo que se propuso que una vez llegando al banco 1606 se ejecutarían los trabajos para realizar de forma efectiva el hundimiento del pilar corona.
El equipo de barrenación y voladura realizó el diseño de voladura y cargado en base a la plantilla realizada por planeación, para ejecutar de forma exitosa el hundimiento del pilar corona de la obra subterránea con respecto al banco 1606 del tajo filos, esto con la finalidad de colapsar y poder realizar un plan de acción para rellenar la cavidad y eliminar la condición de riesgo.
Abstract
The present study is the product of the geotechnical analysis that aimed to establish the methodology and steps to follow to ensure that the mining and the phases that are in place for the deepening of the banks in the Filos pit, zone 70, are mined safely with processes and analysis defined to mine the crown pillar with respect to the cavity of stope 7106 identified in the San Andrés Underground mine, to control the risks associated with the personnel or equipment that is working in the area of influence.
A first calculation was made with the information collected from the last survey of the underground mine with the CMS scanner in the year 2021, which yielded a stable SF of 1.24. After this, two exploration holes were carried out, the first hole was carried out in order to define the position and real dimensions of stope 7106 of the San Andrés underground mine, entering the GSM-16 scanner for detailed measurement. of the cavity, and with the information provided from the scanner, the thickness of the current crown pillar was determined with respect to the recess, for the calculation of the F.S.
The second calculation was based on the dimensions of the cavity and real distance that were obtained with the GSM-16 scanner, which gave us a safety factor of 1.4, in which the probability of failure was low (10-20%).
As additional controls, monitoring with geotechnical instruments was implemented, so the second hole was for monitoring the crown pillar, installing a TDR cable, which had the function of measuring the progression of subsidence to-wards the surface of the Filos pit.
In addition to this, the permissible distance to which it could be deepened was determined, obtaining a FS greater than or equal to 1 and being able to carry out an action plan for the collapse of the crown pillar. The distance thrown was 24m, for which reason it was proposed that once the 1606 bank was reached, the works would be carried out to effectively carry out the collapse of the crown pillar.
The drilling and blasting team carried out the blasting and loading design based on the template made by planning, to successfully execute the sinking of the crown pillar of the underground work with respect to bank 1606 of the edge pit, this with the purpose of collapse and be able to carry out an action plan to fill the cavity and eliminate the risk condition.
Introducción
Antecedentes
La Mina Subterránea San Andrés en el año 2020 se encontraba minando y extrayendo mineral del rebaje 7106, el cual presentó problemas de inestabilidad, lo cual género que se colapsara el rebaje de forma progresiva. Las áreas involucradas en conjunto realizaron un análisis para la ejecución de trabajos requeridos a fin de extraer el mineral de forma segura, el cual se estuvo extrayendo hasta el año 2021. El mineral era extraído esporádicamente ya que se hacia cuando estaba al alcance del equipo scoop sin acceder a la cavidad y se daba un periodo de tiempo hasta que el rebaje se volvía a auto-rellenar para continuar con la extracción de mineral de forma segura sin exponer a personal o equipo, estos trabajos se realizaron con el scoop a control remoto y llevando los controles de seguridad establecidos.
Por parte del equipo de topografía subterránea se realizaron 3 levantamientos de la cavidad con el escáner CMS en diferentes periodos de tiempo y se dejó de extraer al ya no caer mineral, lo que se desprendía eran bloques de caliza, por lo que esto género que se creara una cavidad de gran dimensión, la cual fue imposible rellenar por las dimensiones generadas.
Actualmente la mina San Andrés ya no está operativa por lo que el rebaje 7106 quedó inactivo después de la extracción de toneladas que se generaron con el colapso de la obra, por lo que el último levantamiento que se realizó de la cavidad con el scanner CMS fue en enero del 2022.
El Tajo Filos se activó en el año 2021 por lo que avanza la profundización de los bancos y en base al proyecto final del tajo filos, se estará minando parte del rebaje 7106, lo cual involucra estar posicionados trabajando debajo de la cavidad.
Objetivos
Objetivo General
- Conocer las dimensiones actuales de la cavidad del rebaje 7106 para el cálculo del pilar corona y así establecer la metodología de trabajos a realizar con el fin de asegurar que el minado y las fases para la profundización de los siguientes bancos en tajo filos, zona 70 sea de forma segura, anticipando la posible falla del pilar corona con respecto a la cavidad, con el fin de prevenir algún hundimiento que ponga en riesgo a personal o equipo que este trabajando en el área de influencia.
Objetivos Específicos
- Conocer las dimensiones reales de la cavidad del rebaje 7106 para el análisis geotécnico y poder establecer la distancia y límites permisibles de minado para trabajar con un F.S mayor a 1.
- Realizar el cálculo del pilar corona, el cual permitirá determinar el límite seguro de minado del tajo filos con respecto a la cavidad.
- Determinar las acciones para el hundimiento del pilar corona y poder descubrir la cavidad para rellenar después con material estéril de forma segura controlando los riesgos
Importancia del estudio
Actualmente el Tajo Filos se encuentra activo por lo que la profundización de minado avanza y en base al proyecto final del tajo, se estará minando parte del rebaje 7106, lo que significa trabajar debajo de la cavidad, esto genera un riesgo por las dimensiones conocidas del último levantamiento realizado del rebaje, el cual no se encuentra relleno, lo que pone en riesgo trabajar de forma segura, ya que se desconoce si el rebaje continua creciendo y se requiere realizar un nuevo levantamiento a fin de realizar el cálculo del pilar corona en base a las dimensiones actuales de la cavidad para conocer el factor de seguridad y definir el banco limite que se deberá llegar para ejecutar un plan de acción del hundimiento del pilar corona de forma segura y así descubrir la cavidad para rellenar después con material estéril y continuar profundizando eliminando el riesgo.
Metodología
El desarrollo de este trabajo se llevó a cabo en cuatro etapas: trabajo de gabinete, trabajo de campo, trabajo de análisis e interpretación de los resultados, y por último la ejecución del plan de acción.
El estudio consistió en la recopilación de la información existente: antecedentes y reportes del rebaje 7106, levantamiento topográfico de las obras subterráneas de mina San Andrés, así como los últimos levantamientos realizados con el escáner CMS de la cavidad del rebaje 7106. Con esta información se georreferenciaron las obras subterráneas con respecto al tajo filos.
Las obras subterráneas más cercanas a la superficie del tajo filos son dos, el rebaje 7106 y 932, ubicadas en la zona 70 como se muestra en la figura 1.
De acuerdo con los levantamientos ejecutados con el escáner CMS se tienen realizados 3 escaneos en diferentes periodos de tiempo (figura 2), el color azul se ejecutó en marzo de 2020, en septiembre del 2021 se realizó el segundo levantamiento (rosa oscuro), y el más reciente es el que se observa en un tono rosa más tenue. Se pueden apreciar en base a los levantamientos con el scanner que se ha mantenido a la misma altura, pero hacia el horizontal ha incrementado.
Se realiza sección del tajo con respecto a la cavidad y se estima un pilar de 54m el cual de acuerdo con la litología y reservas del área se tiene roca caliza, (figura 3) el contacto de los óxidos con el intrusivo se desplaza hacia la cara del talud. Se realiza el levantamiento en campo de los parámetros geotécnicos (RQD, Jn, Jr, Ja, Jw) para obtener el Q y RMR (calidad del macizo rocoso) para posterior realizar el cálculo del pilar corona de acuerdo con las dimensiones estimadas de la cavidad con respecto al banco 1633 de tajo filos.
Los parámetros geotécnicos obtenidos fueron los siguientes: RQD 49, Q de 3.03, dando un RMR de 54, lo que nos indica que es una roca de calidad regular, (Barton, N., Lien, R & Lunde, J., 1974). Se realizó el primer cálculo del pilar corona con los datos del último levantamiento de la cavidad (enero 2022), por lo que se tomaron las siguientes distancias: ancho de 30m, altura de 20m y el espesor de roca que se tiene desde el techo de la cavidad hacia el piso del banco 1633 fue de 54m y como resultado el factor de seguridad arrojado fue de 1.24 estable. Los datos arrojados del RMR nos indica una roca de calidad regular en la base, pero el contacto del intrusivo con la caliza y óxidos es lo que ha hecho que siga creciendo hacia los extremos por lo que es importante controlar y minimizar cualquier situación de riesgo, se propone dar dos barrenos para corroborar que no ha crecido la cavidad y que continuamos manteniendo el factor de seguridad mayor a 1 para continuar minando de forma segura.
El área de geotecnia realizó la proyección de 2 barrenos (figura 4) los cuales se ejecutaron con máquina de exploración. El primer barreno se proyectó a una distancia de 45m con un ángulo de 84° el cual comunico al rebaje 7106 a los 43.5m. Se realizó el logueo geotécnico del núcleo del barreno y con la información que se arrojó se obtuvo la calidad del macizo rocoso (RMR) real de la roca presente a todo lo largo del barreno. El RMR (tabla 1), arrojado de acuerdo con el promedio de toda la longitud del barreno resultó de 60, lo que corresponde a una roca de calidad regular a buena.
Para realizar el levantamiento de la cavidad se adquirió un escáner modelo GSM-16, el cual se ingresó por el barreno para realizar el escaneo y hacer la comparación con el último levantamiento del escáner CMS que realizó la subterránea (figura 5), como se puede observar los dos levantamientos son muy parecidos, sin embargo con el levantamiento actual puede apreciarse algunas diferencias en las paredes del rebaje, pero sobre todo se corroboró que el caído no ha incrementado en altura y se mantiene.
Anteriormente se había realizado el cálculo con un RMR de 54, roca regular, con un espesor de pilar de corona de 54m tomando en cuenta el piso del banco 1633 y nos arrojó un F.S. de 1.24. (Carter et al., 2008).
Realizando nuevamente el cálculo del pilar corona con los datos reales obtenidos con el escáner GSM-16, nos arrojó un factor de seguridad mayor a 1, basándonos en la tabla de probabilidad de falla (Carter, T.G., and Miller, R.I., 1995) nos indica la falla del pilar con respecto al F.S y los controles que se deben de llevar en función al pilar corona. En este caso nos indica que es estable y no habría riesgo ya que se tiene un F.S de 1.4, por lo cual la probabilidad de que falle es baja (10-20%), sin embargo, se recomienda llevar un control de monitoreo con instrumentos geotécnicos.
El segundo barreno se proyectó en el banco 1642 a 75m con un ángulo de 54°, pero se decidió no comunicarlo y profundizarlo a 60m con el fin de instalar el cable coaxial, quedando instalado a 60.2m (figura 6) esta fue la lectura con la que se estuvo monitoreando periódicamente con la finalidad de medir la progresión del hundimiento hacia la superficie del tajo. Los cables TDR son cables coaxiales estándar que se cementan en barrenos, con el instrumento de lectura se mide la longitud del cable periódicamente, a medida que el terreno se va hundiendo, va rompiendo el cable con lo que se registra la progresión del hundimiento.
Por lo tanto, se continuó con la profundización del tajo llevando los siguientes controles de instrumentación para el monitoreo del pilar corona:
- Monitoreo las 24hrs con el Radar EVO- en tajo Filos para saber en tiempo real si se presenta algún movimiento, desplazamiento y aceleración que nos cause algún riesgo y poder anticiparnos a tomar las acciones correspondientes.
- Instalación de cable TDR para el monitoreo continuo.
- Realización de vuelos de dron de la zona de interés para el monitoreo.
Por último, se realizó otro cálculo del pilar corona, para conocer el nivel máximo permisible de avance de minado que cumpla con el F.S mínimo de 1 (Hoek, E. 1989).
Para cumplir con dicho factor, la distancia del pilar corona con respecto a la cavidad del rebaje 7106 arrojado fue de 20m, mínimo para obtener un F.S de 1.02, por lo que se definió el banco 1606 (figura 7) como el más cercano, con una distancia de 24m, el cual arroja un F.S de 1.12.
Con base en el análisis de la información obtenida se convocó a una reunión a los involucrados (servicios técnicos y operación mina) con la finalidad de generar un plan de acción para el hundimiento del pilar corona de forma segura, se llegó a los siguientes acuerdos:
- Nivel máximo de avance 1606
- Marcar el diámetro de la obra en sitio
- Realizar un barreno en el centro para comunicar a la cavidad
- Ingresar el escáner GSM-16 y realizar nuevo escaneo para confirmar que se mantienen en las mismas condiciones
- Diseñar la plantilla de barrenación y cargado
- Revisión de la zona colapsada
- Rellenar la cavidad hasta nivel de piso
Una vez que se llegó al banco 1606 se delimitó el área y se dio un barreno con la leopard a una profundidad de 22.5m para comunicar a la obra subterránea, se corrobora que el pilar corona se mantiene por lo que se realizó una plantilla de barrenación de acuerdo con lo proyectado de la obra subterránea para colapsar la zona de forma exitosa.
Acudió a sitio equipo de geotecnia y topografía para la realización del levantamiento con el escáner GSM-16, pero por fallas con el equipo no se logra realizar el levantamiento, por lo que se tuvo que optar por meter una cámara adaptada a las necesidades para corroborar la distancia y grabar la longitud del barreno y profundizar hasta donde topara con material de roca. Se corrobora que la distancia en la que comunicó el barreno fue a 22.5m y una vez llegado a la comunicación se continuó bajando la cámara 15m mas que fue donde topó con material de roca como se aprecia en la figura 8.
Una vez comunicado y obteniendo los datos, el equipo de planeación generó la plantilla de barrenación (figura 9), en la que cada barreno fue diseñado con diferente profundidad en base a los datos obtenidos con el levantamiento del escáner GSM-16 más reciente.
Generada la plantilla, el equipo de topografía realizó la marcación de la misma en el área y por parte del equipo de operación mina se procedió a la barrenación con la máquina leopard.
Cuando se realizaron los barrenos, personal de geotecnia ingresó al área a realizar el levantamiento y grabación de cada barreno, para corroborar la profundidad real en la que quedó cada barreno y así tener identificados cuales fueron los barrenos que comunicaron a la cavidad, una vez identificados los barrenos comunicados se dejaron marcados en el área para su identificación.
Realizados los trabajos, el equipo de barrenación y voladura hizo el diseño de voladura y cargado para ejecutar de forma exitosa el hundimiento del pilar corona que se tiene de la obra subterránea con respecto al banco 1606 del tajo filos, esto con la finalidad de colapsar y poder realizar un plan de acción para rellenar la cavidad y eliminar la condición de riesgo.
Lo primero que se realizó antes de comenzar con el cargado de los barrenos, fue taponear los 7 barrenos comunicados con unas tablas al interior del barreno. A inicio de turno, el equipo de DUFIL(servicio de cargado explosivo al barreno) adicionó una bolsa de gas a los barrenos comunicados, la cual tiene la función de sellar el barreno y evitar que se fugue el explosivo, ya que, al introducir la bolsa de gas, esta se infla de acuerdo con la geometría del barreno y queda sellado el hueco, evitando que el explosivo se vaya al vacío y así asegurar que el barreno quede cargado.
Una vez colocado el tapón comenzaron con el cargado de cada barreno. Se colocó por barreno lo siguiente:
- 2 Handidet 25/200
- 4 Bosters-Pentex-450
- 17Kg por metro de Nitrato de Amonio (emulsión)
- 2 bolsas de gas
- Grava
El supervisor de geotecnia estuvo presente en el área de cargado con el equipo de voladura (DUFIL), hasta que terminaron de cargar un total de los 36 barrenos y posterior se inició con el amarre para la voladura.
Ya que iba a iniciarse la voladura, estuvieron presentes compañeros de cada área (operación mina, barrenación y voladura, servicios técnicos y DUFIL) en el evento, observando desde una zona fuera del área de influencia de la voladura. Una vez ejecutada la voladura, (figura 10) se logró ver que detona, y después se observa el hundimiento del piso. Se aprecia que la voladura fue exitosa.
Cuando se libera el área por evento de voladura de acuerdo a procedimiento, solo una parte de la plantilla colapsó ya que la mayoría de la plantilla (24 barrernos) no tuvieron hundimiento, pero si agrietamiento alrededor de los barrenos, por lo que en turno de noche se colocó un bordo para evitar el ingreso a personal o equipo.
Lo primero que se realizó fue la delimitación del área con un rango de influencia el cual dejó marcado personal de geotecnia, posteriormente equipo de topografía realizó un vuelo con el dron de la zona de interés. Se tomaron las distancias que tenía y arrojó un claro de 12m y una profundidad aproximada de 24m.
En campo se toma la decisión con los involucrados de realizar trabajos con la excavadora posicionándose en la zona segura (fuera del bordo), y con el brazo de la excavadora tratar de colapsar la zona de debilidad (zona de barrenos no colapsados) por lo que se realizan los trabajos con éxito (figura 11) y se descubre bien la cavidad colapsando todo el pilar corona considerado en la plantilla.
Una vez que se realizan los trabajos se miden las distancias actuales, obteniendo lo siguiente: 20m de claro con una profundidad en diagonal de 36m y en la horizontal de 27.
Se observa que toda la zona de la plantilla barrenada colapsó, eliminándose así la zona de riesgo. Cabe mencionar que se observa como la cavidad corre hacia el N/W- S/W y que parte de caído o cavidad del rebaje 7106 de la obra subterránea se auto rellenó con el material de la voladura.
La altura que se tiene del banco 1606 a la zona que se auto rellenó es de 27m aproximadamente con un claro de 20m. Se tiene un hueco de 27m el cual debe ser rellenado a nivel del piso 1606, esto por seguridad ya que se tiene una altura considerable y un diámetro de 20m, más aparte para la recuperación de mineral de las siguientes plantillas y bancos a barrenar.
Planeación diseñó el sólido con los datos proporcionados por geotecnia para tener el estimado de las toneladas que se requerían de material estéril para el relleno de la cavidad (figura 12), el tonelaje total para relleno de la cavidad es de 24 mil toneladas.
Por último, se ejecutó un plan de acción para el relleno de la cavidad de forma segura siguiendo las siguientes recomendaciones de geotecnia:
- Colocación de un bordo 4m atrás de la zona del hundimiento
- Una vez que se comience con el relleno deberá de realizarse en la zona donde contamos con mayor pilar corona (marcado en sitio) y que no fue afectado por la voladura.
- El material deberá de ser depositado 4m atrás de la cavidad (zona del bordo) y el tractor deberá estar en sitio en todo momento encargándose de empujar el material estéril.
Una vez rellenado en su totalidad hasta el nivel del piso 1606 se liberó el área para continuar minando los siguientes bancos eliminando el riesgo y tapando por completo la cavidad del rebaje 7106.
Agradecimientos
En primer lugar, deseo expresar mi agradecimiento al Ingeniero Jesus Alejandro Bárcenas, por la dedicación y apoyo que ha brindado a este trabajo, por el respeto a mis sugerencias e ideas y por la dirección y el rigor que ha facilitado a las mismas. Gracias por la confianza ofrecida desde que llegué al departamento de servicios técnicos OP.
Asimismo, agradezco a mis compañeros del departamento de servicios técnicos OP, por el apoyo incondicional, ya que un buen trabajo realizado siempre es fruto de ideas, proyectos y esfuerzos previos que involucran a varias personas.
Finalmente, gracias a todo el equipo de Operación Mina OP y contratista de Dufil, ya que gracias a ellos fue que se ejecutaron los trabajos que se requerían y se logró con éxito cumplir con el objetivo.
A todos los involucrados muchas gracias.
Referencias
- Barton, N., Lien, R & Lunde, J., 1974. Engineering classifi-cation of rock masses for the design of tunnel support. Rock Mechanics Vol.6, No.4, pp.189-236.
- Carter, T.G., and Miller, R.I., 1995. Crown Pillar Risk As-sessment – Cost Effective Measures for Mine Closure Reme-diation Planning. Trans. Inst. Min. Metl, Vol 104, pp.A41-A57.
- Hoek, E. 1989. A Limit Equilibrium Analysis of Surface Crown Pillar stability. Proc. Int. Conf. on Surface Crown Pi-llars Active & Abandoned Metal Mines Timmins, pp.3-13.
1 Mina Los Filos, EquinoxGold, Mezcala, Guerrero, México.
