Geomecanica Y Cierre De Minas

GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014

Geomecánica y Cierre de Minas

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014

Índice: Introducción

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Objetivos

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Cierre de Minas

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Objetivo de cierre de mina

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Plan de Cierre

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Criterios

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Duración del Cierre de Minas

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Ventajas del Cierre de mina

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Mina a Cielo Abierto

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Tipos de Cierre

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Ejemplo

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Mina subterránea

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Diseño de Tapones

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Tapones de concreto Monolitico

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Conclusiones

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Bibliografía

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INTRODUCCION El cierre de actividades minero-metalúrgicas plantea con especial fuerza el tema de la equidad intergeneracional. Ello, porque en muchos casos los efectos negativos pueden manifestarse sólo décadas o incluso siglos después del cierre de las operaciones. Como en otros ámbitos, el cierre de minas puede ser enfocado solamente en términos del simple (pero esencial) cumplimiento legal o bien incluir igualmente un serio interés por hacer muy bien aquello que efectivamente importa. De lo anterior se desprende la necesidad de que un buen plan de cierre se fundamente en un buen estudio de impacto ambiental, que a su vez sea el sustento conceptual de la gestión ambiental de las operaciones y del futuro plan de cierre (lo contrario a ello es un estudio de impacto ambiental realizado para “pasar la evaluación”, una gestión ambiental “para poder certificar” y un plan de cierre para salir lo antes posible de los problemas legales y olvidarse del asunto). La presentación del Plan de Cierre de Minas es una obligación exigible a todo titular de actividad minera, que se encuentre en operación, que inicie operaciones mineras o las reinicie después de haberlas suspendido o paralizado antes de la vigencia de la Ley, y no cuenten con un Plan de Cierre de Minas aprobado. En el presente informe se dará conocer la relación de la geomecánica que tiene con el cierre de minas. Se presenta un resumen de las diversas estructuras de cerramiento con el fin de clausurar zonas explotadas y/o en operación, para fines de cierre ambiental y por medidas de seguridad.

Objetivos  Ver la importancia de la geomecanica en el Cierre de minas  Conocer de manera general que significa el cierre de minas  Conocer los tipos de cierre tanto en minería superficial como subterránea.  Dar a conocer los tipos de taponeos para cierre de bocamina, galerías, etc.  Conocer las leyes que regulan el cierre de minas

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 Cierre de Minas El cierre de minas incluye todas las tecnologías que se requieren para alcanzar la seguridad física y la protección ambiental a largo plazo en los alrededores de la instalación minera. La gama de actividades para el cierre de instalaciones de desperdicios de minas podría incluir desde una nivelación mínima para mejorar la derivación y escorrentía de las aguas superficiales hasta una nivelación completa, colocación de una cobertura y la revegetación. Las actividades de cierre de minas dependerán de las condiciones climáticas y ambientales específicas del lugar, sin embargo, pueden incluir: Derivaciones permanentes del agua superficial alrededor de las áreas de instalaciones con el objeto de mantener bajo control el flujo de agua en casos extremos de tormentas. El Cierre de Minas es la actividad que busca rehabilitar las áreas utilizadas por la minería una vez concluidas las operaciones, para que el terreno tenga condiciones similares a las que existían antes del desarrollo de la actividad minera. Los objetivos del cierre de minas son: La protección de la salud humana y el medio ambiente mediante el mantenimiento de la estabilidad física y química. Un uso beneficioso de la tierra una vez que concluyan las operaciones mineras (por ejemplo, hábitat para la fauna silvestre, campos de pastoreo, recreación, o futura exploración y explotación minera). Mantener la estabilidad física y química es fundamental para proteger la salud humana y el medio ambiente. La estabilidad física implica la estabilidad de taludes, con lo que se protege de derrumbes catastróficos tanto a las áreas locales como aquéllas ubicadas aguas abajo. Sin embargo, también se refiere a la estabilidad contra la erosión eólica y del agua, y por lo tanto, el transporte desde la instalación de polvo o sedimentos que pudieran tener un impacto dañino sobre la salud humana y el medio ambiente. Resulta necesario mantener la estabilidad de taludes de los tajos, botaderos de desechos, o depósitos de relaves a menos que el acceso a las áreas se encuentre permanentemente limitado. • Asegurar el cierre y estabilidad de las labores mineras superficiales y subterráneas. • Prevenir la erosión, remoción en masa y subsidencia asociada a los efectos de la explotación minera realizada. • Estabilizar y proteger los desechos sólidos producto de la explotación minera. FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 • Resolver satisfactoriamente lo relativo a suelos contaminados en el área de la explotación, así como a depósitos de residuos peligrosos y no peligrosos enterrados en ella. • Restaurar en lo posible la hidrología original del sitio o al menos una red hidrológica estable. • Procurar que el cierre de la explotación implique el menor grado posible de efectos socio-económicos negativos para los trabajadores y la comunidad situada en su área de influencia económica y laboral. Establecer las medidas necesarias de seguimiento y control de los resultados del Plan de Cierre de Mina Plan de Cierre de Minas El Plan de Cierre de Minas debe ser elaborado a nivel de factibilidad. Debe ser ejecutado en forma progresiva durante la vida útil de la operación minera, al término de la cual se debe cerrar el resto de áreas, labores e instalaciones que por razones operativas no hubieran podido cerrarse durante la etapa productiva o comercial, de forma tal que se garantice el cumplimiento efectivo de los siguientes objetivos:

a) Estabilidad física a largo plazo. b) Estabilidad química a largo plazo. c) Rehabilitación de las áreas afectadas. d) Uso alternativo de áreas o instalaciones e) Determinación de las condiciones del posible uso futuro de dichas áreas o instalaciones. Para tal efecto, en la elaboración del Plan de Cierre de Minas se tendrá en cuenta lo siguiente: Debe incluir las medidas y presupuesto necesarios para rehabilitar el lugar en el que se han desarrollado actividades mineras, asegurar la estabilidad física y química de los residuos y componentes mineros susceptibles de generar impactos negativos y establecer condiciones adecuadas para que el desarrollo y término del proyecto minero, sea acorde con los mandatos establecidos en la legislación vigente. Su contenido debe sujetarse a las características propias de la unidad minera correspondiente, a la aplicación de prácticas, métodos y tecnologías probados, considerando la ubicación geográfica de la unidad minera, la cercanía a centros FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 poblados, los atributos del área e influencia, entre otros factores relevantes. Debe incluir el estimado del presupuesto el cronograma anualizado y las garantías del Plan de Cierre de Minas, la atención prioritaria de los componentes de mayor riesgo para la salud de las personas y el medio ambiente. En caso que en el Plan de Cierre de Minas se deba considerar medidas para la rehabilitación de áreas que han sido impactadas por las operaciones del titular de actividad minera solicitante y por terceros, se podrá optar por presentar: a) Medidas de rehabilitación colectivas, con expresa indicación de los componentes que estarán a cargo de cada titular de actividad minera participante, cada uno de los cuales debe suscribir ante la Dirección General de Asuntos Ambientales Mineros, los compromisos que corresponden al cierre de las áreas, labores o instalaciones a su cargo. b) Medidas de rehabilitación individual, para lo cual el titular de actividad minera deberá presentar los estudios que sustenten la responsabilidad de dicho titular y consecuentemente las medidas de rehabilitación ambiental que estarán a su cargo. Debe incluir medidas relativas a: a) El cierre progresivo de áreas, labores o instalaciones. b) Eventuales suspensiones temporales de operaciones. c) El cierre final de la unidad minera. d) El post cierre. Criterios Los criterios para el cierre de minas deberían ser específicos para cada lugar e incluyen: · Carácter físico y químico de la mina y el material de desecho; · Condiciones climáticas e hidrogeológicas del yacimiento; · Condiciones del agua superficial y subterránea locales incluyendo calidad, cantidad, usos futuros y proximidad al yacimiento; · Potencial para hechos extremos como terremotos, derrumbe de tierras e inundaciones; · Balance de agua del yacimiento incluyendo precipitación, balance del agua superficial y subterránea a través de la mina y material de desecho;

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 · Diseño de ingeniería de las instalaciones de la mina; · Historia operativa de la mina incluyendo los resultados de los controles ambientales; · Uso requerido de la tierra después de las actividades mineras. Si bien el potencial para hechos extremos, incluyendo terremotos e inundaciones, debe cumplir un papel importante en el diseño del cierre, no es posible establecer un período de retorno uniforme para el plan de cierre bajo todas las condiciones. El diseño para hechos extremos debe tomar en cuenta las consecuencias potenciales de derrumbe así como la probabilidad de ocurrencia. Por ejemplo, en los Estados Unidos, el diseño de desviaciones permanentes del agua superficial alrededor de áreas con desmonte de bajo riesgo rehabilitadas podrían variar de una tormenta con un período de retorno de 100 a 500 años. En los casos de instalaciones con un alto riesgo potencial asociado con derrumbes como el de un depósito de relaves, el período de retorno para la tormenta podría ser de 10,000 años o más. Otros asuntos que deberán ser abordados específicamente de acuerdo a cada yacimiento son la hidrogeología y los impactos potenciales sobre la calidad del agua subterránea así como la sensibilidad relativa del medio ambiente próximo a la mina. Para desarrollar el plan de cierre de una mina son comunes tres enfoques generales que a continuación aparecen por orden de preferencia: · Abandono simple: Un cierre en el cual la compañía minera simplemente se retira del lugar. Este enfoque no requerirá de un monitoreo o mantenimiento adicional luego de que las actividades de cierre hayan culminado. · Cuidado pasivo: Se efectuará cuando exista una mínima necesidad de que las estructuras críticas sean objeto de un monitoreo ocasional y mantenimiento menor poco frecuente después de finalizadas las actividades de cierre. · Cuidado activo: Requerirá de operaciones, mantenimiento y monitoreo continuos del yacimiento después de las actividades de cierre. Este cuidado activo podría incluir el tratamiento químico de soluciones de lixiviación o el mantenimiento continuo de estructuras de derivación. Duración del Cierre de Minas El proceso de Cierre de Minas puede tomar muchos años, ya que se estiman períodos de por lo menos 5 años para la observación de las áreas restauradas después del cierre (monitoreo post cierre). En algunos casos estos periodos de observación pueden ser permanentes hasta asegurar la estabilidad física y química de estas áreas. FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 Luego de este periodo de observación, se determina si el cierre tuvo éxito. Esto se da cuando las áreas restauradas o cerradas pueden mantenerse estables en el tiempo sin necesidad de acción humana alguna y si se dan las condiciones necesarias para mantener la armonía y equilibrio con el ambiente natural y social del lugar. VENTAJAS DE PREPARAR E IMPLEMENTAR UN PLAN DE CIERRE La experiencia internacional sobre el impacto que ha producido al medio ambiente el abandono inadecuado de faenas mineras ha permitido establecer que: 1. La mayor parte de los impactos ambientales negativos del abandono de faenas mineras pueden ser predichos antes del cierre y pueden ser minimizados y/o controlados tomando acciones preventivas simples y económicas. 2. Si al momento de diseñar una faena minera se incluyen las consideraciones ambientales del cierre, las metas ambientales podrían alcanzar de manera más eficiente y económica 3. Si se deja el cierre para el final, podrá tener un costo más elevado. Es mejor comenzar el cierre de manera progresiva, cerrando adecuadamente aquellas instalaciones que ya hayan concluido su vida útil, aún cuando la faena minera siga operando. 4. Un buen diseño y correcta ejecución del Plan de Cierre puede significar reducir significativamente los impactos al medio ambiente y por lo tanto los daños que puedan generar la responsabilidad del titular u operador minero. 5. El cierre de faenas mineras es parte de las buenas prácticas ambientales en minería, por lo tanto la comunidad, los clientes y la autoridad estarán atentos a su aplicación.

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 Actividades de Cierre

Desmantelamiento Demolición, Recuperación y Disposición Estabilidad Física Estabilidad Geoquímica Manejo de agua Establecimiento de la Forma del Terreno y Rehabilitación de Hábitats Revegetación Rehabilitación de Hábitats Acuáticos Programas Sociales Las principales acciones que deben ser consideradas en los planes de cierre, incluyen el desmantelamiento de instalaciones, cierre de accesos, sellado de bocaminas y/o piques, señalizaciones, cierre de almacenes de explosivos etc. a) Establecer el riesgo sísmico por magnitud de los terremotos de la zona. b) Asociar la aceleración con los sismos de la zona (coef. sísmico) y c) Determinar el factor de seguridad

Minas a Cielo Abierto Los temas que normalmente requieren atención en el cierre de los tajos corresponden a la estabilidad en el largo plazo de los taludes y el drenaje de aguas hacia el fondo de los tajos, pues podrían constituir un riesgo en el caso que personas pudieran sufrir accidentes o que las aguas acumuladas pudieran afectar la calidad de acuíferos o cursos de aguas. Se debe proporcionar la siguiente información referente a la etapa de cierre: Antecedentes Generales • Fecha estimada del cierre. • Descripción de actividades de verificación de la estabilidad de taludes y bancos, y corrección de taludes deficientes. • Superficie, forma y profundidad del tajo en la etapa de abandono. Se debe incluir un plano que refleje el aspecto y características fisiográficas del área de impacto en la etapa de abandono del proyecto. FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 • Acciones de disposición y eliminación de residuos. Magnitud y características de éstos. • Descripción de actividades de prevención como instalación de cercos y letreros, cierre de vías de acceso a la mina, etc. • Asignación de personal de vigilancia, si se requiere y/o programa de inspecciones periódicas. Medidas para el cierre de tajos Principales riesgos  Inestabilidad de taludes  Generación de Drenaje Acido de Mina (DAM)  Accidentes por inestabilidad de taludes  Contaminación atmosférica por material particulado (en zonas de erosión eólica)

Tipos de cierre Cierre de tajo con relleno parcial

Cierre de tajo con relleno total

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Reservorio de agua dentro del tajo

Cierre de un depósito de desmonte

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Cierre de una pila de lixiviación

Ejemplo: Desde el año 2000, Yanacocha viene realizando actividades de cierre de minas en las diferentes áreas que fueron utilizadas por la actividad minera. Entre los objetivos de cierre de la empresa minera se encuentra lograr la estabilidad física de las paredes del tajo y taludes de los depósitos de desmonte y pilas de lixiviación. Además, asegurar la estabilidad química y la calidad del agua mediante su manejo y tratamiento, para finalmente devolver a las áreas utilizadas por la minería, monitoreo posterior al cierre, impacto visual positivo, planes de desarrollo de largo plazo (autosostenibilidad), establecimiento de flora nativa y fauna silvestre y cumplimiento de la legislación peruana. Los tipos de cierre utilizados en Yanacocha son: cierre de tajo con relleno parcial, cierre de tajo con relleno total, cierre de una pila de lixiviación, cierre de un depósito de desmonte y reservorio de agua dentro del tajo.

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 Un ejemplo exitoso de cierre de minas es la ejecutada en la zona de Maqui Maqui, que se ha convertido en un centro experimental. En el lugar se realizan pruebas piloto con miras al desarrollo de unidades autosostenibles en ecosistemas de Jalca. Posee un jardín especial para pastizales, un vivero forestal y una zona de crianza de alpacas, entre otros espacios.

Minas Subterráneas Los principales riesgos asociados a Minas Subterráneas se relacionan con el acceso de personas que pudieran accidentarse, las posibilidades de subsidencias y los efluentes que pudieran migrar desde las labores subterráneas, los que deberían ser controlados mediante adecuadas acciones de cierre. Las principales acciones que deben ser consideradas en los Planes de Cierre del Proyecto, se incluyen a continuación. - Desmantelamiento de instalaciones, si fuere necesario, - Cierre de accesos, - Sellado de bocaminas y/o piques a superficie, - Señalizaciones, - Cierre de almacenes de explosivos, - Caracterización de efluentes.

Diseño de Tapones para el Cierre de labores Mineras Debido a las necesidades de estabilidad a largo plazo de las estructuras de retención necesarias para las aplicaciones del cierre de mina, estos lineamientos sólo abordan el diseño de tapones, tal como han sido definidos anteriormente. Por lo tanto, sólo el término tapón (que significa una barrera permanente o estructura de bloqueo para retener fluidos bajo presiones elevadas) será usado en el resto de este documento. De acuerdo al tamaño del túnel, y la posibilidad de acceso de las tuberías usadas para colocar el concreto, los tapones pueden construirse en un sólo vertido de concreto (tapones de concreto monolítico) o pueden formarse de múltiples segmentos vaciados por secciones. Los tapones de concreto monolítico por lo general se construyen de uno o múltiples vertidos de concreto sin refuerzo de acero al interior de la geometría del tapón. Los diseños de tapones de núcleo hueco comúnmente se usan en túneles de gran diámetro (es decir, > 6 m de diámetro) para facilitar la inyección de contacto, como se ilustra en la Figura 2-1 (e – f). La construcción implica el FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 vaciado de concreto por secciones y la formación de una galería en el centro del tapón, la que posteriormente se usará para la inyección de contacto. Tanto los tapones monolíticos como los de núcleo hueco pueden tener lados paralelos (de sección casi constante) o en cuña (donde la sección transversal varía con la longitud), o indentados, donde se construye una ampliación de la sección transversal hacia el túnel o pique para aumentar la resistencia al corte. La decisión de construir un tapón, que por su definición es de naturaleza permanente, debe estar respaldada por información técnica referente a características geológicas, hidráulicas, ambientales, geotécnicas y geomecánicas del lugar donde se construirá. Estas son consideradas como las características mínimas que deberán ser presentadas por el proponente. No obstante, cabe la posibilidad de que haya otros factores que influyan en el diseño, los cuales deben acompañar al estudio de ingeniería de detalle del proyecto. El término Proponente se usará para definir a la compañía minera que solicita al MEM la autorización para construir un tapón. El proponente deberá contar con la aprobación del MEM antes de comenzar la construcción del tapón.

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Nota: a) y b) tapones indentados (resistencia estructural adecuada pero por lo general insuficiente resistencia a las fugas); c) tapón de concreto en cuña y monolíticos sin refuerzo (resistencia estructural y resistencia a las fugas FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 adecuada, pero menos económico que otras alternativas); d) de lados paralelos y monolítico sin refuerzo (por lo general económico con adecuada resistencia estructural y resistencia a las fugas); e) cilíndricos, de concreto, de lados paralelos sin refuerzo, con acceso limitado en la vía principal; f) similar a e) pero con un acceso mayor, con acceso en toda su altura; y g) sección compuesta – indentado, con una galería de inyección aguas abajo (logra una resistencia adecuada y resistencia a la fuga) (modificado por Auld, 1983). REQUERIMIENTOS DE ESTUDIOS (1) Dondequiera que sea necesario construir un tapón de cierre, se deberán

realizar los estudios geotécnicos y estructurales adecuados para determinar la estabilidad del tapón a largo plazo. Para mantener la seguridad pública, estos estudios deberán ser desarrollados y certificados por ingenieros geotécnicos y estructurales calificados. (2) Los estudios a los que se refiere la subsección (1) deberán por lo menos incluir la información necesaria para definir: (a) La razón por la cual se construye el tapón; (b) El tipo de excavación dentro de la cual se va a instalar el tapón (e.g., un pique vertical o un túnel horizontal); República del Perú Ministerio de Energía y Minas (c) El área y perímetro de la sección del túnel donde se va a instalar el tapón; (d) La infraestructura de la mina en riesgo, incluyendo detalles de la proximidad del lugar del tapón con el pique y otros tajos operativos; (e) La superficie posible y los impactos ambientales subterráneos que podrían ser causados por una falla del tapón propuesto; (f) La geometría más adecuada del tapón (e.g., de lados paralelos o de cuña, monolítico o de núcleo hueco – ver Figura 2-1) y sus dimensiones; (g) El tipo, características, y la carga de presión de control del fluido que se retiene (e.g., si es agua de drenaje ácido de la mina, relaves o una combinación de agua con potenciales relaves o lodo, tal como sería el caso bajo condiciones de liquefacción); (h) El potencial para cargas dinámicas y su probable magnitud debido a una falla del pilar de corona o de la cobertura, o ingreso de relaves; (i) La actividad sísmica de la zona;

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 (j) La geología de la zona donde se pondrá el tapón, e información sobre surelación estructural con el pilar corona y/o con las aberturas subterráneas que está aislando; (k) La calidad del macizo rocoso y los esfuerzos in situ en la roca que rodea al tapón; (l) La resistencia del material del tapón y los esfuerzos sobre éste (e.g., el concreto); (m) Todos los supuestos pertinentes al enfoque de diseño que se usará en el diseño del tapón. Esto deberá incluir las hipótesis sobre fallas y las decisiones respecto a las mejores metodologías que serán usadas para preparar la evaluación de la estabilidad y cálculos para el diseño de las dimensiones del tapón; (n) El método de construcción del tapón; y, según sea aplicable, (o) Preparación de los planos de obra y las especificaciones para la geometría del tapón, el concreto,

RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN En el caso de los tapones diseñados para proteger las aberturas subterráneas del ingreso de materiales de cobertura (e.g., huayco) debido a la falla de un pilar de corona y para cualquier tapón cercano a la superficie (es decir, con profundidades <50 m), las condiciones de superficie y cobertura deben caracterizarse adecuadamente para una liquefacción potencial, además de caracterizar completamente macizo rocoso de la zona donde se planea ubicar el tapón. Se deberá evaluar la siguiente Información Mínima: Para todos los tapones propuestos, información sobre las condiciones de la superficie, incluyendo: (a) la topografía de la superficie cerca al área del futuro tapón, incluyendo caminos, construcciones, puntos de referencia y detalles topográficos; (b) la presencia o la ausencia de cuerpos de agua (e.g., lagos y ríos); y (c) el área de la superficie que sería afectada en el caso de una falla de pilar corona. Para tapones cercanos a la superficie, o para tapones construidos para controlar la inestabilidad potencial de un pilar corona, se deberá caracterizar la cobertura de suelo, incluyendo: FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 (d) la preparación de secciones que muestren el perfil del suelo, a menos que no haya comunicación posible entre la cobertura y el tapón planeado; (e) la definición de la topografía de la interfaz roca/suelo sobre la zona del tapón; (f) la determinación de los tipos y espesores de los estratos de suelo, a menos que un ingeniero calificado considere que esta información es innecesaria y lo declare específicamente y por escrito; (g) la determinación de las condiciones del régimen de agua subterránea y las condiciones de la presión hidrostática; y (h) si se lleva a cabo una investigación del suelo, se deberá recoger la siguiente Propiedades del Suelo y de la Roca Intacta Puesto que la determinación de las características del material y la resistencia de los suelos y las rocas es importante para la evaluación adecuada de la estabilidad del tapón, la información sobre estos parámetros de control deberá incluirse en el informe de diseño. La información sobre el grado de meteorización y la extensión de las zonas de alteración en las proximidades de la ubicación del tapón planeado deberá estar documentada en la entrega del diseño. Clasificación del Macizo rocoso Los dos sistemas predominantes de clasificación comúnmente utilizados para caracterizar los macizos rocosos en las proximidades de la ubicación elegida para el tapón son la Clasificación de macizo rocoso, RMR (Bieniawski, 1976 ó 1989) y/o el Qsystem (Barton et al., 1974). Para el diseño de tapones, estas clasificaciones se usan con frecuencia como punto de partida para la definición de resistencia al corte de una discontinuidad o de un macizo rocoso. Por ejemplo los parámetros de Rugosidad de las Discontinuidades (Joint Roughness - Jr) y de Alteración de las Discontinuidades (Joint Alteration - Ja) del Sistema-Q pueden ser usados para un cálculo grueso de la resistencia al corte residual y pico a lo largo de discontinuidades importantes en el sitio del tapón. Resistencia al Corte del Macizo rocoso Para el diseño de tapones, la resistencia al corte del macizo rocoso puede por lo general determinarse sobre la base de enfoques empíricos como por ejemplo, usando la Tabla 2-1, que presenta algunos valores empíricos de máxima resistencia al corte admisible, considerando un factor de seguridad de 3 (valor entre paréntesis). FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 EJEMPLOS DEL DISEÑO DE TAPONES En los Anexos D y E se presentan ejemplos de diseño para Tapones Indentados y de Lados Paralelos, respectivamente. Estos ejemplos se ofrecen solamente con propósitos de referencia general y el proponente no está obligado a seguirlos como norma tal como se presentan. El proponente deberá remitirse a la Sección 2.12 que ofrece referencias adicionales que lo podrán ayudar en la preparación del diseño de los tapones. Para la verificación de la envergadura del tapón, el diseño de los tapones interactuando con el macizo rocoso se puede simular a través de la definición de los parámetros de resistencia y deformabilidad de todos los materiales involucrados en la geometría dispuesta. Posteriormente, se puede constituir el modelo en algoritmos ya introducidos en programas comerciales especializados como los siguientes: •Método de elementos finitos (PLAXIS) •Método de diferencias finitas (FLAC) •Método de elementos distintos (UDEC) •Método hibrido (PHASES)

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 DISEÑO DE TAPONES DE LADOS PARALELOS Por tapón de lados paralelos comúnmente se entiende un diseño de tapón “sin indentado”. Pueden ser tapones monolíticos o huecos según se describe en la Figura2-1 (d y f). Este tipo de tapón se ha usado en el Perú, Estados Unidos, Sudáfrica y Canadá. Las directrices de diseño para este tipo de tapón se encuentran, por ejemplo, en “USBM Circular Informativa 9020, - Diseño de Muros de Separación para Controlar agua en Minas Subterráneas”. Por ejemplo, en la mina Antamina del Perú se ha construido una combinación de tapón de lados paralelos de sección monolítica/hueca. En el concepto de diseño de tapón de lados paralelos se asume que la carga inducida por la presión hidrostática sería transmitida del tapón de concreto a la roca como corte alrededor del perímetro del tapón y a lo largo de toda su longitud (Figura 3-1). En la Tabla 2-2 (Sección 2.6) se resumen los Factores de Seguridad recomendados a usarse en el diseño de tapones paralelos.

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 Diseño por Corte En el caso de tapones paralelos, el enfoque de diseño que el proponente deberá seguir asume que la carga inducida por la presión hidrostática sería transmitida del tapón de concreto a la roca como corte y alrededor del perímetro del tapón y en toda su longitud, según se ilustra en las Figuras 3-1 y 3-2. En consecuencia, la longitud de un tapón debe diseñarse para: (i) Ser suficiente para mantener el esfuerzo de corte desarrollado en el concreto del tapón debajo de los límites ACI y, (ii) Ser suficiente para mantener el esfuerzo de corte en la roca adyacente

muy por debajo de la resistencia al corte. Como resultado de ello, la falla por corte debería evaluarse en el concreto, en el contacto roca/concreto y a través del macizo rocoso.

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 TAPONES DE CONCRETO MONOLÍTICO Dentro de la clasificación presentada se encuentran los tapones de concreto monolíticos, que son estructuras de cerramiento que estarán sometidas a presiones de 100 Kpa o más. A diferencia de las otras estructuras mencionadas, estos tapones son diseñados como sellos permanentes y no requieren mantenimiento durante el desarrollo de su vida útil. Consecuentemente, estas estructuras, en el proceso de diseño, incorporan factores de seguridad, teniendo en consideración un adecuado control de calidad durante el proceso constructivo que se garantice a través de las especificaciones técnicas propuestas por el diseñador y donde la supervisión tendrá la responsabilidad de cumplir con dichas especificaciones. En el Cuadro 1 se presenta una serie de tipos de tapones de concreto monolítico, los mismos que deben proyectarse de acuerdo con el uso que se les quiera dar. A continuación se hace una breve descripción de los tipos de clausura comúnmente utilizados:

Descarga Nula Este tipo de clausura tiene como principio construir un tapón que se ubique al interior de la galería para confinar el agua con el fin de tratar de recuperar el 2 nivel freático e inundar las áreas sulfuradas evitando que se produzca el DAR. Este tipo de cerramiento se recomienda usar para labores mineras que no tengan galerías interconectadas. Ver Plano 1 al final del documento.

Rebose Aplicable a sectores de labores mineras interconectadas, este tipo de clausura permite inundar las labores y drenar el agua hacia niveles superiores por medio de las galerías existentes. Ver Plano 1. Cierre de Ingreso de Aire Este tipo se adopta en el caso de que no sea posible la construcción de un tapón que evite la salida del efluente de mina. Estas estructuras de cierre se proyectan para disminuir el ingreso del aire hacia el interior de la galería, por lo cual se reduce el proceso de oxidación y la generación del DAR. Ver Plano 1.

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 Método Mixto Este caso es una combinación de los métodos de rebose y cierre de ingreso de aire; es aplicable a galerías que presentan interconexión entre ellas y se aprecian bocaminas de bajo caudal en niveles superiores y/o intermedios y bocaminas de gran caudal en nivel y/o niveles inferiores. Es posible el monitoreo de este tipo de cierre tanto en los niveles superiores, colocando sistemas de drenaje en los sellos, como en las zonas intermedias y superiores, con lo cual se puede verificar el proceso de oxidación y la recuperación del nivel freático respectivamente. Este método de cierre es el que se desarrolla en la unidad de producción Julcani y es materia del presente trabajo. Ver Plano 1.

METODOLOGÍA DE DISEÑO PARA EL CÁLCULO DE LONGITUD DEL TAPÓN DE CONCRETO MONOLÍTICO Estos métodos propuestos se basan sobre las experiencias obtenidas en países como Japón, a través de la Organización Minera Metálica del Japón (OMMJ), ente de apoyo al gobierno de dicho país; en Canadá y en los Estados Unidos, con las experiencias de Chekan (1985), quien inicia los estudios referentes a este campo, y por Abel J.F. (1998), Lang B. (1999), quienes continúan con el desarrollo de estas teorías. A continuación se detallan los dos métodos de diseño utilizados para la construcción de estas estructuras. Método Japonés Método que presenta dos alternativas para el cálculo de la longitud. Las fórmulas son aplicables para tapones del tipo paralelo y del tipo barril, según las características geométricas del sello por utilizar. Este método considera para el cálculo sólo condiciones estáticas de diseño. A continuación se detallan las fórmulas propuestas en la Normas Nacionales de Japón (OMMJ-1996).

Dónde: L : Longitud del tapón de clausura (m). P : Presión hidráulica que recibe el tapón de clausura (T/m2). A : Superficie de corte frontal de tapón de clausura (m2). FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 a: Resistencia de corte permisible del concreto, (55 T/m2) si la resistencia de la roca basal del lugar de clausura fuera mayor que la resistencia del concreto. l : Longitud media de la circunferencia del tapón de clausura (m). Fs:Factor de seguridad (normalmente fijado en 2 para condiciones estáticas).

bo: El mayor valor entre el ancho y altura de la galería en el lugar del tapón de clausura (m). b: El menor valor entre el ancho y altura de la galería en el lugar del tapón de clausura (m). f´c: Resistencia a la compresión permisible del concreto. a: Resistencia de corte permisible del concreto, si la resistencia de la roca basal del lugar de clausura fuera mayor que la resistencia del concreto. Fs: Factor de seguridad (normalmente fijado en 2 condición estática).

Método Canadiense Método que presenta dos alternativas para el cálculo de la longitud. Las fórmulas son aplicables para tapones del tipo paralelo y del tipo tronco cónico, según las características geométricas del sello por utilizar. Lo resaltante del FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 método es que considera los aspectos estático y dinámico (sísmico) para el cálculo de la longitud del tapón. A continuación se detallan las fórmulas propuestas por Chekan G,J. (1985) y utilizadas por organismos de seguridad minera del Canadá.

Propuesta por TRC para tapones del tipo paralelo basándose sobre la bibliografía Chekan (1984). Fs: Factor de seguridad (fijado en 3 para condiciones estáticas). Donde: L: Longitud del tapón (m). ρ: Densidad del H20 (kg/m2). H: Altura de la carga de agua (m). w: Ancho del túnel (m). h: Altura del túnel (m). ȶa: Esfuerzo de corte de la roca o esfuerzo de corte del concreto si éste es menor (Pa). g: Aceleración de la gravedad (m/s2).

Donde: FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 L: Longitud del tapón. p: Densidad del H20 (kg/m3). H: Altura de la carga de agua (m). w: Ancho del túnel (m). h: Altura del túnel (m). 6 a: Esfuerzo de corte de la roca o esfuerzo de corte del concreto. Tomar el menor de ambos. g: Aceleración de la gravedad (m/s2). Fs: Factor de seguridad (fijado en 3) para condiciones estáticas. Cálculo de la Vmax de onda: Ésta se calcula en función del máximo sismo creíble (MSC) obtenido de los estudios de peligro sísmico. Fórmula propuesta para roca por Seed, Idriss y Arango (1983).

Donde: c: velocidad del sonido en el agua (m/s). v: velocidad máxima de onda (m/s). d: densidad del agua (kg/m3). FIGMM

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 Ubicación del Tapón: Debe estar  En un área donde la roca sea competente y libre de  Características geológicas significativas (fallas, zonas de corte, etc.)  En un área que no tenga demasiados esfuerzos y que esté  Lo más alejada posible de otras aberturas de minas  En una zona donde la resistencia in situ sea mayor a las que aplicará la presión hidrostática  En un área donde la permeabilidad general de la roca  Circundante sea minima  A una distancia adecuada de cualquier tajeo, punto de carga de mineral o zona de minado activo Casos Prácticos Cierre de Bocaminas: Métodos  Tapones de concreto y muros simples  Tabiques de mampostería  Relleno mecánico y/o empleo de voladura  Cierres tipo sifón e hidráulicos  Puertas y barras metálicas Relleno con escollera y tubería corrugada Soporta el terreno, evita deslizamientos o colapsos Presencia

de

pequeños drenajes Permite monitorear el aire Materiales: • Tubería corrugada de 90 cm f • Tubería de PVC

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GEOMECANICA Y CIERRE DE MINAS 2014 • Material de relleno • Suelo vegetal (topsoil) Relleno con escollera y tubería corrugada

Tabiques en sifón (control agua y aire) •Evita el ingreso de aire y deja pasar el agua •Se emplea cuando en la bocamina existe gran cantidad de agua •Evita el intercambio entre gases contaminados y aire limpio • Materiales: ladrillos o bloques de concreto, tubería PVC, redondos de Fe

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Relleno y tubería para drenaje Condiciones: • Agua ácida • Terreno inestable • No existe emisión de gases • Transito de personas y animales

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Conclusiones  Se conoció de manera general en que consiste el cierre de minas  La aplicación de taponeo es importante para el cierre de labores subterráneas.  Para realizar el cierre de minas es importante hacer estudios constantes tanto geológicos como geo mecánicos de manera de saber la estabilidad de la labor y de qué manera se cerrara.  Existen diferentes tipos de cierre a tajo abierto.

Bibliografía  Guía de Cierre de minas del Ministerio de Energía y Minas  Guía de diseño de tapones para Cierre de minas del Ministerio de Energía y Minas  Estructuras de cerramientos para el abandono de labores subterráneas Carlos Rivera – David Tapia NURIV S.A.  Cierre de minas de Yanacocha (web).  Tesis de cierre de minas  Trabajo pasado de Mecánica de Rocas II

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