TT-102 Final.pdf - PERUMIN - 31 Convención Minera

SIMULACIÓN NUMÉRICA Y MODELAMIENTO GEOESTADÍSTICO DE LAGEOMECÁNICA DE LOS TAJOS NORTE Y SUR DEL PROYECTO ANTAPACCAYPERUMIN, 29 Convención MineraComité de Trabajos TécnicosNúmero de registro: TT-102Tema: Investigación MineraAUTORESJorge A. Vargas ZevallosSuperintendente de Geotecnia & HidrogeologiaTelf. 084-301150 anexo 2552, email: JVargas@xstratacopper.com.peLuis M. Tejada Cervantes MSc, Ingeniero GeotécnicoTelf. 084-301150 anexo 2566, email:LTejada@xstratacopper.com.peGian C. Ticona Jove Geólogo GeotécnicoTelf. 084-301150 anexo 2523, email:GTiconaj@xstratacopper.com.peEmpresa: Xstrata Tintaya S.A. Av. San Martín 301 – Vallecito – ArequipaMayo - 20091

SIMULACIÓN NUMÉRICA Y MODELAMIENTO GEOESTADÍSTICO DE LAGEOMECÁNICA DE LOS TAJOS NORTE Y SUR DEL PROYECTO ANTAPACCAYÍNDICE1. RESUMEN2. OBJETIVOS3. ASPECTOR GENERALES3.1. UBICACIÓN Y ACCESIBILIDAD3.2. GEOLOGIA GENERAL4. APLICACIÓN5. RECOLECCION DE DATA5.1. LOGUEO GEOMECANICO5.2. ENSAYOS DE LABORATORIO6. DESARROLLO6.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICO6.2. MODELO GEOESTADÍSTICO6.2.1. COMPOSITOS6.2.2. ANALISIS VARIOGRÁFICO6.2.3. BACKGROUND6.2.4. DEFINICIÓN DE KRIGING BASE Y ORDINARIO6.3. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD6.3.1. SECTORES DE ANALISIS6.3.2. INTERPRETACIÓN DE MATERIALES6.3.3. ANÁLISIS DE EQUILIBRIO LIMITE7. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES2

SIMULACIÓN NUMÉRICA Y MODELAMIENTO GEOESTADÍSTICO DE LAGEOMECÁNICA DE LOS TAJOS NORTE Y SUR DEL PROYECTO ANTAPACCAY1. ResumenEl proyecto Antapaccay es un depósito tipo pórfido-skarn de Cu (Ag, Au y Mo) depropiedad de la División Sur de Xstrata Copper, donde se tiene planificado realizar laexplotación a través de dos tajos abiertos denominados Norte y Sur. Para lo cual serealizó una extensa campaña de investigaciones geotécnicas con la finalidad dedeterminar los parámetros geotécnicos y el comportamiento geomecánico del macizorocoso presente y así evaluar la estabilidad de los taludes de diseño.Por la variabilidad de los parámetros en aproximadamente once diferentes litotipos seadoptó un tratamiento del tipo geoestadístico para determinar los parámetros deresistencia y deformabilidad basándose en el mapeo geomecánico y en ensayos delaboratorio (PLT, UCS, corte directo y triaxial); aplicando el krigagem básico y ordinariofueron definidos los modelos geoestadísticos del RQD, RMR, GSI, C y .2. Objetivosa. Presentar los análisis geoestadísticos (variografía) de los parámetrosgeotécnicos empleando el método de interpolación espacial kriging.b. Presentar el modelo geotécnico empleando parámetros geomecánicos deresistencia.c. Presentar la metodología seguida en los análisis de estabilidad utilizando elmétodo rígido plástico bidimensional de equilibrio límite.3. Aspectos Generales3.1. Ubicación y accesibilidadEl proyecto Antapaccay se encuentra ubicado a 4100 m.s.n.m. en el distrito de Yauri,provincia de Espinar en Cusco – Perú; a aproximadamente 256 km. al SE de la ciudadde Cusco y 265 km al NE de la ciudad de Arequipa (Figura 3.1).3.2. Geología GeneralEl proyecto Antapaccay es un depósito de tipo pórfido – skarn de Cu, Au, Ag y Mo, lamineralización se encuentra emplazada en los cuerpos intrusivos como diseminado yrellenando fracturas y hacia el contacto con las rocas sedimentarias (calizas) sedesarrolla el skarn, el depósito se encuentra cubierto por material aluvial.3

Figura 3.1 – Localización del Proyecto Antapaccay4. AplicaciónEste trabajo se inicia con la toma de datos geomecánicos de los cores y los ensayosde laboratorio, siguiendo la clasificación RMR de Bieniawski (1989) para así aplicarherramientas geoestadísticas, para el modelamiento geotécnico y análisis deestabilidad.5. Recolección de datosLa base de datos proviene de la información de taladros que cubren el proyectoAntapaccay y zonas adyacentes alcanzando un metraje total de 142,463m, a los quese les hicieron los procedimientos de logueo y ensayos geomecánicos.5.1. Logueo GeomecánicoSe realizó el logueo geomecánico bajo formato establecido, orientado a la estimacióndel RMR de los diferentes taladros geotécnicos que se encuentran ubicados en elcontorno del diseño preliminar de los dos tajos propuestos. Toda esta información fueusada para desarrollar el modelo geomecánico adoptando el método geoestadístico.5.2. Ensayos de LaboratorioEn los testigos de las perforaciones se realizaron ensayos de carga puntual (PLT).compresión uniaxial (UCS) y de corte directo llevados a cabo en el Laboratorio deGeotecnia de Xstrata Tintaya S.A., así también se enviaron muestras a Laboratoriosexternos donde se efectuaron ensayos de compresión triaxial y uniaxial. La Tabla 5.1resume el número de muestras ensayadas.Tabla 5.1 – Número de muestras por cada ensayo geotécnico.Laboratorio PLT C. Uniaxial Corte Directo C. TriaxialTintaya 10725 71 205 -4

Externo - 17 - 34Total Ensayos 10725 88 205 346. Desarrollo6.1. Análisis EstadísticoSe desarrollo el análisis estadístico descriptivo por cada parámetro geomecánicoagrupado por tipo litológico, la Tabla 6.1 muestra los principales tipos litológicos paralos análisis geotécnicos determinados en el proyecto.Tabla 6.1 – Códigos litológicos empleados en el modelo y análisis geotécnicoLito Geotecnia Códigos de Logueo Agrupados Códigos de Interp AgrupadosDioritas 13 13,63 13Brechas 15 15,46,47 15Hornfels 30 21,28,30,34 30,68Caliza-Mármol 32 22,26,27,31,32,48,35 32ExoSkarn 40 40,41 40EndoSkarn 53 53,84,90,94,95,92,96,97 53,84,90,97Pórfido Atalaya 74 74,64 74Pórfido Norte 75 66,67,69,75,79,86 75,86,79Dique Sur 83 83,93,78,88,80,91 83,80,78Pórfido Sur 85 81,82,85 85,65Cobertera 99-101 99,101 99,101Es preciso resaltar que los resultados de los ensayos de PLT fueron llevados atérminos de Is(50) y consecuentemente a UCS empleando el factor de correlaciónpropuesto por Hoek & Bray (1981).Tabla 6.2 – Análisis estadístico de UCS (PLT) por tipos litológicosCódigo Litología LitoGNro.MuestrasUCS (PLT)MPaDesv EstándarUCS (PLT)13 Diorita 13 39 108.59 22.6715 Brecha 15 20 85.87 22.3130 Hornfels24 88.31 18.023068 Pórfido 68 4 55.63 19.9732 Caliza-Mármol 32 79 86.45 16.4740 ExoSkarn 40 13 102.56 17.9353 EndoSk Diorita1 29.30 -84 Pórfido 84 0 - -5390 EndoSk Porf 90 3 134.91 4.3897 EndoSk Porf 97 2 31.07 9.4274 Pórfido 74 74 3 84.94 29.5175 Pórfido 7527 95.92 19.487586 Pórfido 86 3 92.56 27.9278 Pórfido 7811 77.93 18.5280 Pórfido 80 831 34.98 -83 Pórfido 83 7 102.00 25.6465 Pórfido 6530 111.36 18.598585 Pórfido 85 59 82.66 22.575

Tabla 6.3 – Análisis estadístico y c de los ensayos de corte directo.Cohesión (kN/m 3 ) Φ (°)Código Litología Media Desv Estand Valor Usado Media Desv Estand Valor Usado13 Diorita 888.57 261.28 627.29 31.79 6.33 25.4615 Brecha 1130.00 328.10 801.90 22.90 2.08 20.8130 Hornfels 607.33 184.34 423.00 30.85 8.22 22.6332 Caliza Mármol 866.00 309.70 556.30 24.57 3.46 21.1153 EndoSk Diorita 403.50 386.79 403.50 30.33 1.04 30.3374 Pórfido 74 391.75 88.56 303.19 32.65 3.78 28.8775 Pórfido 75 401.20 398.06 401.20 29.10 7.35 29.1083 Pórfido 83 370.00 155.56 370.00 27.07 7.18 27.0785 Pórfido 85 216.00 113.46 216.00 23.71 1.74 23.71Adicionalmente, de los ensayos de compresión triaxial en muestras de roca intacta seextrajeron los parámetros cohesión y ángulo de fricción (Tabla 6.4), mientras losensayos de corte directo se realizaron en planos de discontinuidades.Tabla 6.4 – Parámetros f y cohesión de ensayos triaxiales.Litología Cód. (°)Cohesión(Mpa)Diorita 13 58.36 22.67Hornfels 30 49.34 14.01Caliza-Mármol 32 48.21 15.14Pórfido Atalaya 74 49.70 12.22Pórfido Norte 75 52.70 18.78Pórfido Dique 83 53.25 20.76De estudios anteriores, se obtuvieron valores de densidad por tipo litológico tal comose muestra en la Tabla 6.5.Tabla 6.5 – Valores de densidad (TN/m 3 ) por tipos litológicos.Código Litología Muestras Mínimo Máximo MediaDesv.Estándar13 Diorita 5338 1.83 4.43 2.56 0.0215 Brecha 1007 1.71 4.46 2.55 0.0632 Caliza - Mármol 190 2.03 4.66 2.64 0.2730 Hornfels 259 2.05 4.02 2.59 0.1740 ExoSkarn 723 2.14 4.78 3.23 0.5753 Endoskarn 223 1.74 3.69 2.6 0.2974-75-83-85 Pórfidos 2421 1.87 4.37 2.56 0.0299-101 Cobertera 37 1.33 2.45 1.66 0.296.2. Modelo Geoestadístico6.2.1. Definición de CompositosLa información de los taladros se introdujo al software MineSight generandocompositos cargandose al MSDA para realizar análisis estadísticos de los parámetrosRQD, RMR, UCS(PLT), ángulo de fricción y cohesión, se observó una desviación6

estándar muy elevada, se decidió ajustar la data realizando reportes estadísticosdiscriminado en rangos (1er quartil y 3er quartil).6.2.2. Análisis VariográficoEl análisis variográfico se realizó con la data de los compositos definiendo bajos yaltos erráticos en cada parámetro geomecánico (RQD, RMR, UCS(PLT), ángulo defricción y cohesión) definiendo dominios geoestadísticos principales; para este análisisse empleo el software SAGE 2001. En la Tabla 6.6 se muestra los resultados delanálisis variográfico del parámetro geomecánico UCS(PLT).Tabla 6.6 – Resultados del análisis variográfico del parámetro geomecánico UCS(PLT)6.2.3. BackgroundSe definió el background de la media de los valores menos una desviación estándarpara cada parámetro geomecánico con la finalidad de tener un valor base en elmodelo de bloques, evitando la presencia de bloques vacios que se ubiquen fuera delos alcances de los análisis variográficos, diferenciando por litología y por sector.6.2.4. Definición de Kriging Base y OrdinarioSe utilizó el método de kriging para realizar la interpolación espacial de los parámetrosgeomecánicos, primero se aplicó el criterio del kriging base para aquellas litologíasdiscriminadas por sector. A continuación se muestra el modelo de bloques delparámetro geomecánico RMR, con el perfil del diseño del pit final propuesto (Figura6.2).7

Figura 6.2 – Vista en Sección SE-NW del Modelo RMR con el diseño del PitAntapaccay Sur (izquierda) y Antapaccay Norte (derecha).6.3. Análisis de EstabilidadUn total de 16 secciones fueron desarrolladas para el análisis de estabilidad de ambospit, distribuidas 8 secciones en cada tajo. Los parámetros de resistencia de Morh-Coulomb han sido definidos para cada sección a partir de los ensayos y de lapropuesta de Hoek et al. (1995).El método de evaluación del análisis de estabilidad está basado en la teoría delequilibrio límite (MEL). La simulación computacional se llevó a cabo en el programaSLIDE v.5.0 de Rocscience utilizando el método de Bishop para la obtención de larelación entre la resistencia del material y los esfuerzos solicitantes, este valor esdenominado factor de seguridad (FOS).Se establecieron FOS mínimos para conseguir el objetivo descrito en el item 2, para elestado estático se definió un FOS igual 1.2 y para el estado pseudo estático un FOSmínimo de 1.0 asumiendo un coeficiente de aceleración máxima de 0.30g (Vector,2008) y con un coeficiente de diseño de 0.15g, asumiendo que solo ocurrirán la mitadde los eventos sísmicos en un periodo de retorno similar al tiempo de vida de la mina.Todo esto para el caso de taludes globales (OA) y taludes interrampa (IRA).6.3.1. Sectores de AnálisisEl análisis, de los sectores fue definido para ambos tajos, se realizó una sectorizacióngeotécnica. La Figura 6.3 representa gráficamente los sectores en ambos tajos.6.3.2. MaterialesEn cada sector se realizo una sección en el software MineSight, y del modelo debloques con fines geotécnicos utilizando el parámetro correspondiente al ángulo defricción delimitando los materiales presentes en la sección. Se realizo una agrupación8

por rangos del parámetro ángulo de fricción, asignado una leyenda de colores, paradiferenciar los bloques en las secciones y se pueda realizar la digitalización de cadamaterial (Figura 6.4), los que se muestran en la Tabla 6.7.Figura 6.3 – Sectorización geotécnica de los tajos norte y surTabla 6.7 – Materiales agrupados en rangos del parámetro ángulo de fricción.Material Rango Ang Fricción Color21 10° - 15°22 15° - 20°23 20° - 25°24 25° - 30°25 30° - 35°26 35° - 40°27 40° - 45°28 45° - 50°29 50° - 55°Figura 6.4 – Digitalización de materiales en secciones de modelo de bloques.9

Se conformaron sólidos para cada material con la finalidad de extraer la data delmodelo de bloques conteniendo dentro de cada solido (ángulo de fricción, cohesión ydensidad). La Figura 6.5 muestra un corte de los sólidos con el perfil del diseño de lostajos.Figura 6.5 – Sólidos de materiales en secciones.6.3.3. Análisis de Equilibrio LimiteA continuación se presentan análisis asumiendo dos propuestas de diseño (A yB) mostrándose en la siguiente secuencia: sección litológica, cuadro depropiedades de los materiales, análisis de equilibrio límite estático del diseño A,análisis de equilibrio límite pseudo estático del diseño A, análisis de equilibriolímite estático del diseño B y análisis de equilibrio límite pseudo estático deldiseño B.400039003800SLEYENDACoberteraDioritaHornfelsPórfido NortePórfido 75Pórfido 86Sección 1N40003900380037003700360036003500350034003400Figura 6.6 – Litología de la sección 1. (S-N)Tabla 6.8 – Parámetros geotécnicosMaterialesRango AngFricciónParámetrosGeotécnicosMedia Desv. Std. Media -1DSValorEmpleadoUnidadesAngF 23.69 1.722 21.968 21.968 grados23 20 - 25 Cohesión 0.6476 0.0273 0.6203 620.3 kN/m 2Densidad 2.608 0.02 2.588 25.88 kN/m 3AngF 29.802 3.104 26.698 26.698 grados24 25 - 30 Cohesión 0.6142 0.1284 0.4858 485.8 kN/m 2Densidad 2.671 0.146 2.525 25.25 kN/m 325 AngF 31.342 1.786 29.556 29.556 grados30 - 35 Cohesión 0.5863 0.1809 0.4054 405.4 kN/m 210

2627Densidad 2.583 0.043 2.54 25.4 kN/m 3AngF 37.948 1.794 36.154 36.154 grados35 - 40 Cohesión 0.6325 0.2375 0.395 395 kN/m 2Densidad 2.596 0.035 2.561 25.61 kN/m 3AngF 40.857 0.891 39.966 39.966 grados40 - 45 Cohesión 0.7957 0.1805 0.6152 615.2 kN/m 2Densidad 2.574 0.012 2.562 25.62 kN/m 3Figura 6.7 – Análisis de MEL estático, seccion1 – diseño AFigura 6.8 – Análisis de MEL pseudo-estático, seccion1 – diseño AFigura 6.9 – Análisis de MEL estático, seccion1 – diseño BTabla 6.8 – Resultados de la evaluación de estabilidad de la sección 1 – Diseño AANALISIS DE EQUILIBRIO LIMITE ANTAPACCAY NORTE - DISEÑO ASECCION IRA BANCOS LITOFOSESTATICOFOS SEUDOESTATICO11

SECCION139º 3 Cobertera 1.01 0.7944º 7 Diorita 2.26 1.8645º 12 Diorita - PM75 2.34 1.9445º 6 PM75 4.10 3.34OA 36º 28 1.56 1.23Tabla 6.9 – Resultados de la evaluación de estabilidad de la sección 1 – Diseño BIRABANCOSTramo .Mts.RESUMEN DEL ANALISIS DE EQUILIBRIO LIMITE ANTAPACCAY NORTE - DISEÑO BLITOBFA15MTS.C.B.IRAPromedioC.B.PromedioFOSEstaticoFOSSeudoEstatico32 46 Cobertera 37 4.10 32.0 4.10 3.99 3.61AnguloGlobalMáximoUsadoNro.DeRampasOAFOSEstaticoOAFOSSeudoEstatico47 97 Diorita 63 6.342.12 1.75139 3 1.746 1.39746 175 Diorita - PM 75 63 6.84 46.7 6.51 2.26 1.8647 73 PM 75 63 6.34 3.55 2.97OA 391 387. Conclusiones y Recomendaciones En la parte superior de los taludes hacia la El contacto entre los taludes ensuelo con los taludes en roca debe estar limitado por una plataforma con unancho mínimo de 20m.Para taludes excavados en suelo, los ángulos recomendados para el BFA y elIRA son de 37° y 32° respectivamente con un ancho de berma mínimo de4.0m. Para taludes excavados en roca, el ángulo recomendado para el BFA es de 63°con un IRA variable entre 44° y 47°, siendo este valor dependiente de laresistencia del macizo rocoso, con un ancho de berma promedio de 7.0m. Para los parámetros de ángulo de fricción, cohesión y uniaxial (resistencia a lacompresión uniaxial), se tiene una población de muestras relativamente baja locual no permite tener un análisis geoestadístico con una confiabilidad alta. Se recomienda complementar análisis estructurales con fines de optimizaciónde los ángulos de banco (BFA) mediante análisis cinemáticos, de esa formaconseguir identificar mecanismos de falla locales.8. Referencias BibliográficasBIENIAWSKI, Z.T. (1989). Engineering Rock Mass Classification: A Complete Manualfor Engineers and Geologists in Mining, Civil and Petroleum Engineering, USA, 251p.HOEK, E. & BRAY J.W. (1981). Rock Slope Engineering. The Institution of Mining &Metallurgy, London, UK, 358 p.HOEK, E., KAISER P. K. & BAWDEN W. F. (1995). Support of UndergroundExcavations in Hard Rock, A. A. Balkema, Rotterdam, The Netherlands, 350 p.12

VECTOR (2008). Estudio de Peligro Sísmico Proyecto Antapaccay. Informe Final.Lima, Perú, 73p.13