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Aspectos geotécnicos del relave cementado en la aplicación del método
minado sublevel stoping
Joel Cabrera Laura
Noviembre 2017
Índice
1. Introducción2. Características del relave cementado3. Influencia de la geometría del tajo y secuencia de minado4. Comportamiento de la resistencia en el tiempo5. Dosificaciones de cemento6. Ensayos de resistencia in-situ7. Retro-análisis de estabilidad física8. Diseño de resistencia requerida y estabilidad física9. Conclusiones
1. Introducción• La principal función del relleno de relave cementado es ayudar a manejar la estabilidad del minado subterráneo, ayudar a flexibilizar las estrategias de extracción del mineral y permite una mayor recuperación del yacimiento mineral.
• Recuperación de pilares de mineral.• Plataforma o piso de trabajo.• Soporte del macizo rocoso.• Minado en la parte superior, al lado o bajo relleno.
• Asimismo, permite retornar a interior mina los residuos de relave evitando la generación de nuevos espacios en los depósitos de relaves.
2. Características del relave cementado• Granulometría del relave• Relación agua/cemento• Tipo de cementante (cemento, escoria, )• Aditivos• Calidad del agua
2. Características del relave cementado
• Granulometrías típicas de diferentes rellenos en pasta en el Perú
Curvas granulométricas del relave en pasta (mina Cerro Lindo)
Curvas granulométricas del relave en pasta (mina San Rafael)
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30
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50
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100
1 10 100 1000
Porcen
taje que
pasa
Tamaño de Particula (micras)
Muestra 1
Muestra 2
2. Características del relave cementado• Variabilidad de la granulometría del relave de Zn.
Variabilidad del porcentaje de finos bajo la malla N° 200 del relave de la mina Cerro Lindo
3. Influencia de la geometría del tajo y secuencia de minado
Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3
• El tamaño de los tajeos y la secuencia de minado influye directamente en la estimación de la resistencia de relleno requerida.
• A continuación se muestra una secuencia de minado de tajeos primarios y secundarios, con relleno cementado.
3. Influencia de la geometría del tajo y secuencia de minado• Explotación de la mina Cerro Lindo, secuencia de minado de tajeosprimarios y secundarios, con dos y tres niveles de explotación.
• Resistencia de relleno requerida 620 kPa (0.62 MPa) para dos niveles y 680 kPa (0.68) para tres niveles
Tajeos rellenados
Tajeos sin relleno o vacío
3. Influencia de la geometría del tajo y secuencia de minado• Explotación del sector Block 10 de la mina San Rafael, secuencia de minado en retirada con dos niveles de explotación.
• Resistencia de relleno requerida 450 kPa (0.45 MPa)
01
02
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Sección típica con secuencia de minado Vista Isométrica
4. Comportamiento de la resistencia en el tiempo• Evolución de la resistencia del relave cementado para diferentes edades de fraguado.
• La influencia de factores químicos o físicos puede llevar a incrementar o disminuir la resistencia en el tiempo.
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0 20 40 60 80 100 120
Resis
tencia (M
Pa)
Edad (Dias)
GRÁFICO DE RESISTENCIA TAJO 014BN ‐ OB5B
26/11/2015 27/11/2015 30/11/2015 TJ‐014_Laborat.
Evaluación de la evolución de la resistencia a la compresión simple del relave en pasta (Cerro Lindo)
Muestra Inalterada del TajoMuestra en Laboratorio
5. Dosificaciones de cemento• Es importante conocer el incremento de resistencia que puede generar diferentes dosificaciones de cemento, para aplicar recetas de diseño de mezcla especificas en cada uno de los tajeos, con la finalidad de optimizar costos.
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100
200
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1000
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1200
0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0%
Resistencia a la co
mpresión UC
S en
kPa
Porcentaje de Cemento (%)
UCS kPa
Polinómica (UCS kPa)
Resultados de resistencia de relleno en pasta a los 28 días de fraguado, con cemento (100%) – Mina San Rafael
5. Dosificaciones de cemento• Con la finalidad de reducir costos, se puede adicionar cementantes de bajo costo como es la escoria.
• En la figura siguiente se muestra resultados de resistencia para diferentes dosificaciones de cemento y escoria, realizadas en la mina San Rafael.
0100200300400500600700800900
1000110012001300140015001600170018001900200021002200
0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0% 11.0% 12.0% 13.0%
Resisten
cia a la com
presión UCS
en kPa
Porcentaje total de Cemento (80%) más Escoria (20%)
UCS kPa 28 Días
Polinómica (UCS kPa 28 Días)
0
100
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1400
0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0% 11.0% 12.0% 13.0% 14.0%
Resistencia a la com
presión UCS
en kPa
Porcentaje total de Cemento (60%) más Escoria (40%)
UCS kPa 28 Días
Polinómica (UCS kPa 28 Días)
Resultados de resistencia de relleno en pasta a los 28 días de fraguado, con cemento (80%) y escoria (20%)
Resultados de resistencia de relleno en pasta a los 28 días de fraguado, con cemento (60%) y escoria (40%)
6. Ensayos de resistencia in-situ• Es importante realizar ensayos in‐situ o pruebas de resistencia a partir de muestras inalteradas para conocer su resistencia real y su variabilidad.
• El grafico muestra la variabilidad de la cohesión y ángulo de fricción para el relleno en pasta con dosificación de cemento de 3%. Resultados de ensayos triaxiales UU del relleno en
pasta, con muestras inalteradas de 5 tajeos (mina Cerro Lindo)
6. Ensayos de resistencia in-situ• Se puede realizar ensayos SPT para estimar la resistencia del relleno cementado a lo largo de la profundidad del tajeo
Análisis de la variabilidad de la resistencia a la compresión estimada a partir de los ensayos SPT (mina Cerro Lindo)
6. Ensayos de resistencia in-situ• La humedad de los tajeos se mantiene uniforme a lo largo del tiempo de fraguado.
Análisis de la variabilidad de la humedad del relleno con relación al tiempo de fraguado (mina Cerro Lindo)
7. Retro-análisis de estabilidad
020406080100120140160180
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Resis
tencia a la Coh
esión kPa
N° Tajeos
Estimación de la Cohesión para un Phi=22°
• Para validar la resistencia in‐situ del relave cementado es necesario realizar retro‐análisis de estabilidad.
• En la figuras muestran un resumen de retro‐análisis de estabilidad en 14 tajeos que fallaron en la mina Cerro Lindo. Donde se estimó que para un Phi de 22° se tiene una cohesión promedio de 112 kPa (mescla con 3% cemento).
Simulación de retro‐análisis de estabilidad (mina Cerro Lindo)
112 kPa
7. Retro-análisis de estabilidad
Algunos casos de colapso de taludes de relleno cementado (mina Cerro Lindo)
8. Diseño de resistencia requerida y estabilidad física
• La resistencia a la compresión simple es uno de los parámetros que usualmente se controla para conocer la calidad del relleno cementado.
• La complejidad de los modelos de estabilidad física y la necesidad de optimizar costos genera la necesidad obtener parámetros de ángulo de fricción, cohesión, propiedades elásticas, etc.
• En algunos casos cuando la resistencia de relleno requerida es baja, es importante descartar el riesgo de potencial de licuación por efecto de voladuras o micro‐sismicidad inducida.
8. Diseño de resistencia requerida y estabilidad física
• Metodologías de evaluación de la estabilidad física de taludes.
Criterio generalizado de Li (2014) Criterio generalizado con grietas de tensión Li y Aubertin (2012)
Criterio generalizado de Mitchell (1982)
8. Diseño de resistencia requerida y estabilidad física
• Metodologías de evaluación de la estabilidad física de taludes.
Análisis de equilibrio límite o modelo numéricos 2D
Análisis de equilibrio límite o modelo numéricos 3D
9. Conclusiones• La disposición relave cementado en interior mina ofrece múltiples beneficios operativos y oportunidades de optimización de costos de operación.
• El consumo de cemento representa entre el 50 a 80% del costo de operación del relleno cementado, razón por la cual es necesario realizar diseños óptimos.
• Los diseños deben ajustarse a la dispersión de los insumos, condiciones operativas y conversar con el plan de minado, para garantizar una adecuada aplicación de relleno cementado.