Trabajo Geotable

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS TITULO:

DETERMINACION DE PARAMETROS GEOMECANICOS CON EL PROGRAMA GEOTABLE CÁTEDRA

: DISEÑO DE EXPLOTACION SUBTERRANEA

CATEDRÁTICO : Ing. VICTOR MENDIOLA OCHANTE SEMESTRE

: VIII

HUANCAYO – PERÚ 2015

INFORME DE ESTABILIDAD GEOMECANICA MINA SANTA MARTA

INFORME DE ESTABILIDAD DE LA MINA SANTA MARTA 1. GENERALIDADES. 1.1 UBICACIÓN: La Mina Santa Marta se encuentra ubicada en la zona carbonífera Zulia Sur, concretamente en la Vereda La Alejandra Parte Alta del Municipio El Zulia, departamento Norte de Santander. Plano de Localización mina Santa Marta

Mina Santa Martha (El Zulia –Departamento Santander)

1.2 EXTENSIÓN: El área total otorgada con el contrato de concesión N° FCC-823, es de 421 hectáreas con 2920 m2 definidas por un polígono irregular de 7 lados, descrito en la tabla 1, registrados en la plancha topográfica 87- IV - A del Instituto Geográfico Agustín Codazzi. (IGAC), Escala 1:25.000. 1.3 ACCESIBILIDAD: VIA

PAVIMENTO KM

AFIRMADO KM.

19

16

Municipio de Cúcuta - Mina Santa Marta

OBSERVACIONES Condiciones regulares

2. GEOLOGIA: 2.1. GEOLOGÍA REGIONAL: El objeto de recoger la información general haciendo énfasis en la delimitación de las formaciones geológicas, las formaciones portadoras de los mantos de carbón, y en especial el manto 20 del nivel 1, objeto de la presente investigación 2.2. ESTRATIGRAFIA: En el área municipal de El Zulia, afloran rocas ígneas, metamórficas y una secuencia sedimentaria cuyas edades van desde el Pre-Cretáceo, Cretáceo Superior, pasando por el Terciario hasta los depósitos recientes o Cuaternarios de origen aluvial principalmente. 2.3. GEOLOGÍA LOCAL: El área de Contrato de Concesión No. FCC-823 se encuentra enmarcada geográficamente en el municipio de El Zulia y estratigráficamente la exploración se realiza en la Formación Cuervos 2.3.1. Formación Los Cuervos (Tplc): Esta Formación consta de arcillolitas de color gris a gris oscuro, a veces carbonosas, limolitas grises, arenitas de grano fino y estratos de carbón hacia la parte inferior a media, los mantos, de 8 a 10 varían en espesor de 0.1 a 2.5 m. Por lo general, las arcillolitas, limolitas y arenitas se encuentran interestratificadas en sucesiones de capas delgadas y algunas veces en

estratos gruesos individuales. La litología más frecuente es de arcillolitas y limolitas, las cuales son frecuentemente carbonosas. 2.3.2. Formación Carbonera (Tec): Constituida por arcillolitas de color gris a gris verdoso, intercaladas con arenitas de grano fino y ocasionalmente capas finas de limolitas y estratos de carbón en la parte inferior y en el tope de la formación. En muchos sectores donde aflora no presenta horizontes de carbón económicamente explotables. 2.4. DESCRIPCIÓN DE LOS MANTOS DE CARBÓN De acuerdo al anterior estudio se identificaron cuatro (4) mantos de carbón dentro del área de contrato, distribuidos en una secuencia estratigráfica que oscila entre 40 y 80 metros. Estos se encuentran dispuestos estratigráficamente de piso a techo, como Manto 10, manto 20, manto 30 y manto 40 dentro de la formación portadora, Los Cuervos. Manto 20: El manto de carbón presenta un espesor promedio 0.9 m. Estructuralmente el manto presenta un rumbo N 11° E, buzando en promedio de 30°SE. Estratigráficamente el techo del manto de carbón lo constituye una lutita de color gris. El respaldo inferior está comprendido por arenisca dura de color gris de buena competencia. El respaldo superior e inferior presenta buena competencia, de acuerdo a la estabilidad que estos presentan en los espacios abiertos por la explotación efectuada, dicha competencia disminuye por la presencia de agua de infiltración. El manto presenta ligeras variaciones en el espesor como resultado de la tectónica compresiva del área. El carbón es negro, semibrilllante, duro, fractura irregular. Roca Techo: Arcillolita de color gris oscuro, masiva, tabular. Su espesor es de 1.0 metros. Propiedades Físico mecánicas: Dura, estable. Es un buen respaldo. Roca Piso: Arenisca gris, moderadamente dura. Espesor 1 metro. Propiedades Físico mecánicas: Regular, moderadamente estable 2.5. GEOLOGIA ESTRUCTURAL: Zona Carbonifera

Estructura

Municipio Sitio de Muestreo Espesor Nivel del

Nombre Norte de Santander

Sinclinales Zulia y Pamplonita

El Zulia

Tipo

Mina Santa Mina Marta,Nivel Activa Manto 20

manto (m) 0.9

Base

Localizacion x

y

Altura(msnm)

1155144

1371365

664

3. DIAGNOSTICO TÉCNICO DEL ESTADO ACTUAL DEL SOSTENIMIENTO DEL NIVEL UNO, MANTO 20. El presente estudio tan sólo en el Nivel 1 del manto 20 Mina Santa Marta, debido a que sobre estas labores se realizará en la menor brevedad un proyecto de explotación, cuyo requisito primordial para iniciar su ejecución, es asegurar que dichas vías de transporte, el cual estén siempre en condiciones óptimas de funcionamiento, principalmente las derivadas de una buena estabilidad En consideración a lo solicitado por el titular del área, centrado en esta labor en la cual ha realizado en el corto plazo un proyecto de explotación, se han hecho esfuerzos por asegurar que los trabajos estén siempre en condiciones óptimas de funcionamiento; en especial, las derivadas de una buena estabilidad Actualmente la mina, utiliza madera para construir los elementos del sostenimiento del Nivel de transporte 1 del manto 20 (sección en mineral)

Distancia entre puertas: Al realizar el diagnostico en el Nivel 1 del manto 20, se pudo apreciar que la separación entre puertas oscila entre 0.40m y 1.10m, para las menor y mayor encontradas, respectivamente.

3.1. RESISTENCIA DEL MATERIAL USADO ACTUALMENTE La madera utilizada como sostenimiento en el Nivel 1 del manto 20 de la Mina Santa Marta en forma de puertas, trabaja esencialmente por compresión, los parales o hastiales, se pandean cuando sus dimensiones no se adecuen para ello y por flexión, los capiz o cabeceros, fallando una vez que se supere su resistencia a la flexión. Por esto es muy importante a la hora de cuantificar parámetros mecánicos de la madera usada para el sostenimiento de las labores mediante ensayos. 3.2. CONDICIONES AMBIENTALES SUBTERRÁNEAS El debilitamiento estructural de la madera puede estar asociado a condiciones de exceso de humedad y a la creación de hogos,

5. CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO DEL NIVEL 1 MANTO 20 DE LA MINA SANTA MARTA. En la caracterización geomecanica se encontraron 3 tipos de rocas:

5.1. PROPIEDADES FISICAS:

Ensayo de compresión uniaxial. Este ensayo busca valorar y cuantificar las Propiedades Mecánicas anteriormente mencionadas; se realiza en la Maquina Universal del Laboratorio de Resistencia de Materiales de La Universidad Francisco de Paula Santander, obteniendo de ella las gráficas de Esfuerzo vs Deformación y el Circulo de Mohr, que son de gran utilidad para el análisis del comportamiento de la roca Las muestras de los diferentes tipos de roca fueron extraídas del Nivel 1 del manto 20 de la Mina santa marta, en un ambiente semihúmedo y no estaban afectadas por voladuras. 5.2. PROPIEDADES MECÁNICAS. Extraer muestras representativas de techo y piso del Macizo Rocoso, de un tamaño tal que excluyera preferiblemente en su totalidad las discontinuidades estructurales mayores o visibles Ensayo de compresión uniaxial. Este ensayo busca valorar y cuantificar las Propiedades Mecánicas anteriormente mencionadas; se realiza en la Maquina Universal del Laboratorio de Resistencia de Materiales de La Universidad Francisco de Paula Santander, obteniendo de ella las gráficas de Esfuerzo vs Deformación y el Circulo de Mohr, que son de gran utilidad para el análisis del comportamiento de la roca Las muestras de los diferentes tipos de roca fueron extraídas del Nivel 1 del manto 20 de la Mina santa marta, en un ambiente semihúmedo y no estaban afectadas por voladuras. Resultados de los ensayos de laboratorio de rocas.

ANALISIS:

La limonita presentó menor tolerancia a los esfuerzos aplicados. Su fallamiento fue rápido y por el lado más débil de su orientación interna y de sus fisuras o grietas presentes. El comportamiento se asocia al de un material frágil. Por su parte, las rocas areniscas y arcillolitas, resultaron ser más competentes.

Tipos de fallas observadas en las probetas (muestras)

5.3. Resistencia a la compresión uniaxial de la roca intacta . Después de obtener la Resistencia a la Compresión para cada tipo de muestra (probeta), se procede a determinar la Resistencia a la Compresión de la Roca Intacta en el techo de la Mina Santa Marta en su nivel 1 del manto 20

Σ resistencia * espesores Resistencia a la compresión de la roca intacta = -----------------------------

Σ espesores Para estos cálculos se tomara como espesor del techo de la mina en su sección en mineral una altura de aproximadamente 20.14 m que es la distancia estratigráfica del techo del manto hasta encontrar un estrato de carbón de 0.70

m espesor y para el espesor del techo de la sección en roca se tomara la longitud que hay entre los puntos de control topográfico en el nivel 1 del manto 20, esto se puede apreciar en la columna estratigráfica local.

Las Clasificaciones Geomecánicas aportan información sobre las características de resistencia (Cohesión y Ángulo de Rozamiento Interno de la roca). 5.3. ANÁLISIS DE LOS DIAGRAMAS DE FRACTURAMIENTO Y DE DISCONTINUIDADES. Fueron valoradas las principales discontinuidades del macizo rocoso (MR), y evaluada su incidencia sobre el Nivel 1 del Manto 20 (tanto en su sección en mineral como en roca), tanto en la parte externa como internamente por la galería de transporte).

6. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO 6.1. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO MÉTODO DE BIENIAWSKI, ROCK MASS RATING (RMR). 6.1.1. IMPORTANCIA DEL RMR: Esta clasificación se ha desarrollado a partir de experiencias realizadas en África del sur. Este método no tiene limitaciones, excepto en rocas expansivas para su aplicación.

COMBINA 6 FACTORES

Según Bieniawski la clasificación debe cumplir con los siguientes objetivos:

6.1.2. CÁLCULO DEL RMR USANDO TABLAS Y FORMULAS: El cálculo manual se realiza usando la siguiente tabla:

Entonces según la información que se brindó anteriormente se puede determinar con facilidad: Resistencia de la roca intacta: El valor de este parámetro es de 14.20 MPa para su sección en mineral y de 14.59 MPa para la sección en roca Índice de calidad de la roca teórico (RQD). El RQD fue determinado para cada una de las cuatro (4) secciones de 250m de longitud en que fue dividido y evaluado el Nivel 1. Las dos primeras y la última sección fueron evaluadas en mineral y la tercera sección fue analizada en roca. En cada tramo fue evaluada una cierta longitud y estimado el RQD como valor promedio. La expresión de Deere indica la siguiente ecuación:

Dónde, λ = inversa del espaciado medio de las discontinuidades .

Se calcula el RQD teórico debido a que no se cuenta con testigos de sondeo para realizar la relación entre la longitud del núcleo y los fragmentos no fracturados mayores a 10 cm, por tanto: Los datos tomados en campo se registró que el espaciado de las juntas se encuentran en el intervalo de 0,2 y 1,80 metros, permitiendo así aplicar la relación teórica para el cálculo del RQD.

Aplicando la ecuación anterior, tenemos lo siguiente:  Para 0,2 metros de espaciado RQD = 100^(-O, 1(10,2) (0,1(10,2)+1) = 0,032 * 100) = 3,2% 

Para 1,40 metros de espaciado RQD = 100^(-O, 1(11,8) (0,1(11,8)+1)) = 0,763 * 100 = 76,3%

Teniendo presente la relación de las diaclasas en las zonas de clasificación del macizo rocoso, se asume un valor teórico promedio ponderado de RQD: RQD = (3,2% + 76,3%) / 2 = 39.8%

En resumen los demás datos se muestran en la siguiente tabla PARAMETRO

DESCRIPCION

RCI

14.4 Mpa

RQD

39.80%

Espaciamiento entre discontinuidades

Entre 0.6 y 2.0 metros

Persistencia

Entre 0.60 y 10 metros

Abertura

Entre 1 y 5 mm

Rugosidad

Entre suave y rugosa

Relleno

Ligeramente duro 50 Em = 10(RMR-10)/40 para RMR ≤50, entonces, Em = 10 (46-10)/40 Em = 7.94GPa

Entonces podemos rellenar la tabla que se mostró anteriormente y calcular el RMR:

8

50

CORRECION POR LA ORIENTACION DE LAS DISCONTINUIDADES:

Dirección y Buzamiento

Muy Favorables

Favorables

Medias

Puntuacion

Tuneles

0

-2

-5

Cimentaciones

0

-2

-7

Taludes

0

-5

-25

Tuneles

-10

Muy desavorables -12

Cimentaciones

-15

-25

Taludes

-50

-60

Dirección y Buzamiento

Puntuacion

Desfavorables

RMR=48

CLASIFICACION:

Clase

I

II

III

IV

V

Calidad

Muy Buena

Buena

Media

Mala

Muy mala

Puntuación

100-81

80-61

60-41

40-21

4 Kg/cm2

> 45°

II

Buena

80-61

3 - 4 Kg/cm2

35° - 45°

III

Media

60-41

2 - 3 Kg/cm2

25° - 35°

IV

Mala

40-21

1 - 2 Kg/cm2

15° - 25°

I

Muy mala

4Kp/cm2 < 1 Kp/cm2 Kp/cm2 Kp/cm2 Kp/cm2

Angulo de Rozamiento

>45°

35° - 45°

25° - 35°

15° - 25°

< 15°

Relación entre el tiempo de sostén de un claro de una excavación subterránea y la clasificación geomecánica propuesta por Bieniawski

6.1.3. CÁLCULO DEL RMR DEL MACIZO ROCOSO MEDIANTE EL SOFTWARE GEOTABLE:

En primer lugar:

Entramos al programa GEOTABLE, luego nos ubicamos en la clasificación RMR para colocar los datos. El primer dato que colocamos es la resistencia a la compresión uniaxial (14,4 Mpa) ubicando en el rango que le corresponde, el segundo dato es el RQD (39,8%) que se ubica en el rango 25%-50%.

14.4 Mpa

39.8%

En segundo lugar: Ubicamos el espaciamiento de las discontinuidades: (0,6-2 metros), la persistencia de 0,6 a 10 metros y la apertura de 1 a 5 mm.

0,6 -2 m

0,6-10m

1-5 mm

En tercer lugar: Se prosigue a colocar los demás datos: Rugosidad: Entre suave y rugosa (ligeramente rugosa) Relleno: Ligeramente duro