analisis de la estabilidad de pilares mina el teniente

7/25/2019 Analisis de la estabilidad de pilares mina el teniente

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UNIVERSIDAD DE CHILEFACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICASDEPARTAMENTO DE GEOLOGA

ANLISIS DE LA RESISTENCIA Y LA ESTABILIDAD DE PILARES DE LA MINADIABLO REGIMIENTO, YACIMIENTO EL TENIENTE

TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGISTER EN CIENCIAS MENCINGEOLOGA

MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE GELOGO

RICARDO MAURICIO VERGARA ARAYA

PROFESORA GUA:SRA. SOFA REBOLLEDO LEMUS

MIEMBROS DE LA COMISIN:SR. SERGIO SEPLVEDA VALENZUELA

SR. RAMN VERDUGO ALVARADOSR. CEDOMIR MARANGUNIC DAMIANOVIC

SANTIAGO DE CHILENOVIEMBRE 2006


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UNIVERSIDAD DE CHILEFACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICASDEPARTAMENTO DE GEOLOGA

ANLISIS DE LA RESISTENCIA Y LA ESTABILIDAD DE PILARES DE LA MINADIABLO REGIMIENTO, YACIMIENTO EL TENIENTE

TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGISTER EN CIENCIAS MENCINGEOLOGA

MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE GELOGO

RICARDO MAURICIO VERGARA ARAYA

PROFESORA GUA:SRA. SOFA REBOLLEDO LEMUS

MIEMBROS DE LA COMISIN:SR. SERGIO SEPLVEDA VALENZUELA

SR. RAMN VERDUGO ALVARADOSR. CEDOMIR MARANGUNIC DAMIANOVIC

SANTIAGO DE CHILENOVIEMBRE 2006


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RESUMEN

La presente tesis consisti en el estudio de la resistencia y estabilidad de los pilares del sectorinicial de la mina Diablo Regimiento, yacimiento El Teniente. El objetivo especfico principal correspondia la evaluacin del efecto de la orientacin de las estructuras que componen el macizo rocoso en laestabilidad de los pilares. Para lograr los objetivos se realiz un mapeo estructural a escala 1:1000 envarias zonas del sector de estudio, y a escala de detalle en 6 pilares seleccionados del nivel deHundimiento.

El macizo rocoso del rea de estudio corresponde a un stockwork primario; las estructuras msimportantes, a todas las escalas, se agrupan en sets con orientaciones NW/30-90NE, N10E/Subverticaly N60E/20NE. Los tipos litolgicos presentes en el Sector Inicial de la mina Diablo Regimiento sonComplejo Mfico El Teniente (CMET), Brecha Hidrotermal de Turmalina-Anhidrita, Brecha Braden yPrfido Diortico.

En base a los tipos litolgicos y a los dominios estructurales presentes en el rea se definieronlos dominios geotcnicos CMET DR, Brecha Braden DR y Brecha Turmalina DR. Este estudio se centren el dominio CMET DR, dado que es el de mayor extensin areal, y se realizaron ensayos paradeterminar las propiedades geotcnicas de la roca intacta de este dominio. A partir del mapeo de detallese estim la frecuencia de fracturas asociada a cada sistema estructural y en general a cada pilar. Seclasific geotcnicamente los pilares seleccionados mediante los ndices Q y Q de Barton et al. (1974),RMR de Bieniawski (1989), RMR, IRMR y MRMR de Laubscher, y GSI a partir de Q y RMR segn las

frmulas propuestas por Hoek et al. (1995). Se estim adems visualmente el ndice GSI para todos lospilares disponibles a la fecha en el nivel de Hundimiento de la mina. Por otra parte se calcul los ndicesnombrados anteriormente simulando la condicin del macizo rocoso en la zona de Transicin, esto es, lazona inmediatamente contigua y bajo el frente de socavacin. Los ndices muestran una calidad demacizo rocoso de regular a buena para las condiciones Preminera y de Transicin, e indican ademsque la calidad geotcnica es similar entre todos los pilares. Se realiz adems un mapeo de dao decarcter exploratorio en los pilares muestreados mediante lneas de detalle, que consisti en la revisinde posibles estructuras abiertas (originalmente selladas) en las lneas. Dicha revisin mostr ser poco tilpara estimar el dao en los pilares, ya que la calidad geotcnica de los bordes de los pilares en generaldifiere de la de su interior. Las estructuras abiertas encontradas fueron pocas, de pequea traza y dedifcil interpretacin en cuanto al origen de su apertura.

Los mtodos de Hoek-Brown aplicado a pilares (Hoek y Brown, 1997), Stacey y Page (1986) yLunder y Pakalnis (1997), permitieron evaluar la resistencia y estabilidad de los pilares en tres escenarios

de esfuerzo vertical. El Escenario 1 que representa el esfuerzo vertical Preminera, el Escenario 2correspondiente a un esfuerzo vertical cuya magnitud es el doble del esfuerzo Preminera y querepresenta el esfuerzo vertical en la zona de Transiciny el Escenario 3 donde el esfuerzo vertical es eltriple del esfuerzo Preminera, del orden de la resistencia a la compresin uniaxial de la roca intactaCMET DR, que representa el caso de pilares anormalmente cargados. En el Escenario 1 todos losmtodos predicen factores de seguridad mayores a 1,5 para los pilares del nivel de Hundimiento, ymayores a 1,1 para los pilares del nivel de Produccin. En el Escenario 2 los factores de seguridad paratodos los pilares son cercanos o inferiores a 1, mientras que en el Escenario 3 los factores de seguridadson inferiores a 1 en todos los casos.

En la zona de Relajacin,que corresponde al rea bajo la zona socavada, pero alejada del frente,donde el esfuerzo vertical experimenta una fuerte disminucin y aparecen problemas de estabilidadasociados a la apertura de estructuras geolgicas por traccin, se estim que a pesar de la prdida de lacalidad geotcnica del macizo, los pilares han de presentar un comportamiento estable. Los resultados

indican que en la zonade Transicin

los pilares pueden tener problemas de estabilidad. Sin embargo, deacuerdo a lo observado en terreno, se puede decir que estos factores de seguridad son conservadores.Dado que no se han encontrado pilares fallados, no ha sido posible encontrar el factor de seguridadptimo como criterio de aceptabilidad para estos mtodos.

Un estudio evaluativo sobre la estabilidad de los pilares de ambos niveles ante distintascondiciones de esfuerzo, a travs de una modelacin numrica tridimensional de bloques, mostr que laorientacin del tensor de esfuerzo influye en la estabilidad de un pilar en el sector de estudio, y que estainfluencia est asociada por una parte a la geometra del pilar y por otra a las caractersticas de lasestructuras presentes al interior del pilar, en especial su orientacin.


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En el anlisis de modelos de pilares de la mina Diablo Regimiento sin discontinuidades seencontr que al comparar tensores de igual magnitud pero distinta orientacin, la orientacin msdesfavorable del esfuerzo ocurre cuando el azimut del esfuerzo principal mayor es de 45, o por simetra135, 225 o 215 para los pilares del nivel de Hundimiento, y de 30 o 210 para los pilares del nivel deProduccin. Se observ tambin que el caso ms desfavorable ocurre tambin cuando el buzamiento delesfuerzo principal mayor es bajo (20-40).

Modelos que incluyen los sistemas estructurales ms importantes, mapeados mediante lneas dedetalle, indicaron que la condicin de esfuerzo ms desfavorable ocurre cuando el azimut del esfuerzoprincipal mayor tiene un azimut de 135 para los pilares del nivel de Hundimiento, y de 210 para lospilares del nivel Produccin. Los modelos muestran adems que ocurre distinto dao en los bordes de lospilares dependiendo de la orientacin del tensor.

Un anlisis de sensibilidad sobre parmetros de Hoek-Brown (Hoek y Brown, 1997) para cadacondicin de esfuerzo considerada mostr que cuando el ndice GSI de un pilar de cualquiera de los dosniveles baja de 55, su resistencia disminuye notoriamente. Esto hace recomendable estudiarsistemticamente la degradacin de los pilares conforme ocurre la socavacin.

Se recomienda adems efectuar ms mediciones de esfuerzo en el sector, y nuevos anlisis deestabilidad basados en estas mediciones. Es recomendable adems, efectuar el anlisis de estabilidadde pilares mediante modelacin numrica para otras condiciones de esfuerzo y/u otras orientaciones ycaractersticas de estructuras, representativas de otras zonas del yacimiento.

Los modelos y los criterios de falla empricos indican que los pilares del nivel de Produccin son

sistemticamente ms inestables que los del nivel de Hundimiento, debido a que tienen un ancho mnimomenor.


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Tabla de Contenido

TTULORESUMEN

AGRADECIMIENTOS

CAPTULO IINTRODUCCIN 1

I.1 Antecedentes 2

I.1.1 Antecedentes Generales 2

I.1.2 Antecedentes Sobre las Metodologas de Estimacin de laResistencia de Pilares en Minera y su Aplicabilidad a laMina El Teniente 3

I.2 Objetivos 6

I.2.1 Objetivo Principal 6

I.2.2 Objetivos Especficos 6

I.3 Metodologa 7

I.4 Ubicacin y Vas de Acceso 9I.5 Antecedentes Sobre la Explotacin Actual del Yacimiento

El Teniente 10

I.5.1 Antecedentes Sobre el Mtodo de ExplotacinUtilizado en la Mina Diablo Regimiento 12

I.5.1.1 Nivel de Produccin 12

I.5.1.2 Nivel de Hundimiento 13

I.5.1.3 Nivel Correa 13

I.5.1.4 Consideraciones Sobre la Variante deHundimiento Utilizada en la Mina DiabloRegimiento 14

I.6 Trabajos Anteriores 15I.7 Limitaciones del Estudio 18

CAPTULO IIMARCO GEOLGICO 20

II.1 Geologa Regional 21

II.1.1 Rocas Estratificadas 21

II.1.2 Rocas Intrusivas 27

II.1.3 Estructuras 27

II.2 Geologa Distrital 28

II.2.1 Rocas Estratificadas 28

II.2.2 Rocas Intrusivas 28


II.3 Geologa del Yacimiento El Teniente 31

II.3.1 Litologa 31

II.3.1.1 Complejo Mfico El Teniente (CMET) 31

II.3.1.2 Unidades de Prfidos Flsicos 33

II.3.1.2.1 Prfido Dactico 33


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II.3.1.2.2 Tonalita 33

II.3.1.2.3 Prfido Diortico 33

II:3.1.2.4 Prfido Diortico Blancoy Prfido Diortico Grueso 34

II.3.1.3 Intrusivos Menores 34

II.3.1.3.1 Prfidos Latticos 34

II.3.1.3.2 Diques de Cuarzo 34

II.3.1.3.3 Diques de Lamprfido 35

II.3.1.4 Unidades de Brechas 35

II.3.1.4.1 Complejo de Brechas Braden 35

II.3.1.4.2 Brechas Hidrotermales deAnhidrita y Turmalina 36

II.3.1.4.3 Brechas gneas 36


II.3.3 Alteracin y Mineralizacin 39

II.3.3.1 Etapa Tardimagmtica 40

II.3.3.2 Etapa Hidrotermal Principal 40II.3.3.3 Etapa Hidrotermal Tarda 40

CAPTULO IIIGEOLOGA DEL SECTOR INICIAL DE LA MINA DIABLO REGIMIENTO 43

III.1 Geologa del Sector Diablo Regimiento 44

III.1.1 CMET 44

III.1.2 Prfido Diortico 44

III.1.3 Diques de Cuarzo 44

III.1.4 Diques de Guijarros 46

III.1.5 Prfido Lattico 47

III.1.6 Brecha Hidrotermal de Turmalina-Anhidrita-Cuarzo 47

III.1.7 Complejo de Brechas Braden 47

III.1.7.1 Brecha Braden 47

III.1.7.2 Brecha Turmalina 47

III.1.8 Brecha Hidrotermal de Anhidrita 48

III.2 Geologa Estructural del Sector Inicial de la Mina Diablo Regimiento 49

III.2.1 Introduccin 49

III.2.2 Anlisis de Estructuras Interpretadas de trazamayor a 30 m en la Mina Diablo Regimiento 49III.2.2.1 Caracterizacin de las Estructuras

Interpretadas de Traza Mayor a 30 m

Presentes en la Mina Diablo Regimiento 52III.2.3 Anlisis de Estructuras Intermedias en la

Mina Diablo Regimiento 53

III.2.3.1 Anlisis de Estructuras Intermediasen el Nivel de Hundimiento de la MinaDiablo Regimiento 55III.2.3.1.1 Anlisis General 55

III.2.3.1.2 Anlisis por Tipos de Estructura 57


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III.2.3.2 Anlisis de Estructuras Intermedias en elNivel de Produccin de la MinaDiablo Regimiento 59III.2.3.2.1 Anlisis General 59

III.2.3.2.2 Anlisis por Tipo de Estructura 60

III.2.4 Anlisis de Estructuras Mapeadas MedianteLnea de Detalle en los Pilares de la MinaDiablo Regimiento 62III.2.4.1 Metodologa de Levantamiento de Informacin

Geolgica de Galeras Mediante Lneas

de Detalle 63

III.2.4.2 Anlisis General de los Resultados del MapeoMediante Lneas de Detalle 65

III.3 Conclusiones Parciales del Anlisis Estructural 74

CAPTULO IVGEOTECNIA DEL SECTOR INICIAL DE LA MINA DIABLO REGIMIENTO 79

IV.1 Definicin de Unidades Geotcnicas en la mina Diablo Regimiento 80

IV.2 Caracterizacin Geotcnica de los pilares del sector inicial dela Mina Diablo Regimiento 83

IV.2.1 Propiedades Geotcnicas de la Roca Intacta de laUnidad Geotcnica CMET DR 83

IV.2.2 Estimacin de los Parmetros espaciamiento yFrecuencia de Fracturas Asociados a Cada Pilar 85

IV.2.3 Resultados de la Revisin de EstructurasPosiblemente Activadas Producto del Procesode Socavacin 88

IV.2.4 Clasificacin Geotcnica de los Pilares

Muestreados Mediante Lneas de Detalle 89IV.2.5 Estimacin Visual del ndice GSI de Hoek et al.(2002) 91

IV.2.6 Estimacin de la Calidad de Macizo Rocoso delos Pilares en la Zona de Transicin 94

IV.3 Conclusiones Parciales 96

CAPTULO VESTIMACIN DE LA RESISTENCIA Y DE LA ESTABILIDAD DE LOSPILARES DE LA MINA DR MEDIANTE LOS CRITERIOS HOEK-BROWN(HOEK ET AL., 1995), STACEY Y PAGE (1986) Y LUNDER Y PAKALNIS (1997) 99

V.1 Introduccin 100

V.2 Criterio de Falla de Hoek-Brown aplicado a la Estabilidad de losPilares de la Mina Diablo Regimiento 105

V.3 Criterio de Estabilidad de Pilares de Stacey y Page (1986)Aplicado a los Pilares de la Mina Diablo Regimiento 109

V.4 Criterio de Estabilidad de Pilares de Lunder y Pakalnis(1997) Aplicado a los Pilares de la Mina Diablo Regimiento 111

V.5 Discusin de los Resultados Obtenidos 114


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CAPTULO VIEVALUACIN DE LA ESTABILIDAD DE PILARES DE LA MINA DIABLOREGIMIENTO MEDIANTE MODELACIN NUMRICA 118

VI.1 Introduccin 119VI.2 Caractersticas de los Modelos 120

VI.2.1 Geometra de los Modelos y Layout Asociado 120VI.2.2 Propiedades de la Roca Intacta y del Macizo Rocoso 120VI.2.3 Propiedades de las Discontinuidades 121VI.2.4. Tamao del Modelo y de las Zonas que lo

Constituyen 122VI.2.4.1 Tamao del Modelo (Ubicacin de los

Bordes de Campo Lejano) 122VI.2.4.2 Tamao de las Zonas de los Modelos 124VI.2.4.3 Condiciones de Borde 125VI.2.4.4 Condicin de Esfuerzo 125

VI.3 Construccin de los Modelos 126VI.3.1 Modelos Elsticos sin Discontinuidades 126

VI.3.1.1 Condicin de Esfuerzo de los Modelos

Elsticos sin Estructuras 126VI.3.1.2 Resultados de los Modelos Elsticos sin

Discontinuidades 128VI.3.2 Modelos elsticos con discontinuidades 131

VI.3.2.1 Condicin de Esfuerzo 131VI.3.2.2 Resultados de los Modelos Elsticos con

Discontinuidades 132VI.3.2.2.1 Esfuerzos Principales,

Esfuerzo Vertical yDesplazamientos 132

VI.3.2.2.2 Esfuerzo Vertical y Mtododel rea Tributaria 138

VI.3.2.2.3 Criterio de Anlisis

Cuantitativo de los Resultados(Criterio Hoek-Brown) 140

VI.4 Conclusiones Parciales y Recomendaciones 151

Captulo VII

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 153

REFERENCIAS 163


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ANEXOS

Anexo I Lneas de Detal le Mapeadas

Anexo II Clas if icacin Geotcnica de Vetil las

Anexo III Resumen de las Caracter st icas de los Sets Est ructurales Definidos en los PilaresMuestreados Mediante Lneas de Detalle en el Nivel de Hundimiento

Anexo IV Ensayos GeotcnicosAnexo V Clculo de los Espaciamientos Reales de los Sis temas Est ructurales Definidos a

Partir de las Lneas de DetalleAnexo VI Resultados del Remapeo de las Lneas de DetalleAnexo VII Clculo de los ndices GeotcnicosAnexo VIII Secciones A, B, C, D, E y F con Esfuerzo de Cor te en los Pilares en los Modelos

Numricos sin DiscontinuidadesAnexo IX Secc iones A, B, C, D, E y F de los Pilares en los Modelos con Discont inuidadesAnexo X Sis tema de Clas if icacin Roca Primaria El Teniente. ndices de Hundibi lidad y de

FragmentacinAnexo XI Diagramas de Densidad de Polos Estructuras Intermedias Captulo III

NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Plano del Nivel de Produccin de la mina Diablo Regimiento 4Figura 1.2. Ubicacin del yacimiento El Teniente 9Figura 1.3. Distribucin de zonas, de acuerdo a los estados del macizo rocoso 11Figura 1.4. Esquema de la malla de extraccin en la mina Diablo Regimiento 13Figura 1.5. Programa de socavacin del Sector Inicial del Nivel de Hundimiento

de la mina Diablo Regimiento a Junio de 2004 14Figura 2.1. Mapa Geolgico Regional 22Figura 2.2. Mapa Geolgico del Distrito Teniente 29Figura 2.3. Zona de Falla Teniente (ZFT) 30Figura 2.4. Modelo de estructuras de tipo Riedel para una zona de transcurrencia

sinestral de rumbo N50W que coincide con la zona de falla

Ro Blanco-Codegua 31Figura 2.5. Geologa del yacimiento a la cota 2190 m s.n.m. 32Figura 2.6. Plano Geolgico Modelo de Estructuras Mayores de la mina El Teniente

a la cota 2190 m s.n.m. 38Figura 2.7. Modelo Geolgico-Estructural del yacimiento El Teniente 39Figura 3.1. Plano Geolgico Modelo del sector Diablo Regimiento, Nivel Produccin 45Figura 3.2. Plano Geolgico de la parte desarrollada del nivel de Produccin de la

mina Diablo Regimiento 46Figura 3.3. Plano Geolgico del Nivel UCL de la mina Diablo Regimiento, donde se

muestran las estructuras interpretadas a partir del mapeo a escala 1:1000 50Figura 3.4. Plano Geolgico del Nivel de Produccin de la mina Diablo Regimiento,

mostrando las estructuras interpretadas a partir del mapeo a escala 1:1000 51Figura 3.5. Diagrama de densidad de polos de estructuras mayores

interpretadas en los niveles de Produccin y UCL 52Figura 3.6. Plano geolgico del nivel de Hundimiento de la mina Diablo Regimiento,que muestra las estructuras intermedias presentes 54

Figura 3.7. Plano geolgico del Nivel de Produccin de la mina Diablo Regimiento,que muestra las estructuras intermedias presentes 55

Figura 3.8. Diagrama de densidad de polos de estructuras intermedias presentesen el nivel UCL 56

Figura 3.9. Diagramas de densidad de polos de las estructuras intermediasmapeadas en el nivel de Hundimiento 58

Figura 3.10. Diagrama de densidad de polos de las estructuras intermedias


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mapeadas en el nivel Produccin 59Figura 3.11. Diagramas de densidad de polos de las estructuras intermedias

mapeadas en el nivel de Produccin 61Figura 3.12. Ubicacin de las lneas de detalle realizadas en este trabajo 62Figura 3.13. Diagrama de Densidad de Polos de las estructuras mapeadas

mediante lneas de detalle 65Figura 3.14. Diagramas de Densidad de Polos de las estructuras mapeadas

mediante lneas de detalle 66Figura 3.15. Diagramas de Rosetas de Rumbos de las estructuras mapeadas

mediante lneas de detalle 67Figura 4.1. ndice de Fragmentacin del macizo rocoso de la mina Diablo Regimiento 81Figura 4.2. ndice de Hundibilidad del macizo rocoso de la mina Diablo Regimiento 82Figura 4.3. Envolvente de Falla y parmetros de Hoek-Brown de la

Unidad Geotcnica CMET DR 83Figura 4.4. a) Sobreexcavacin leve en la parte norte del techo de la galera Conexin

14 entre las calles 19 y 21, Nivel de Hundimientob) Tiro de Tronadura cortado debido a la activacin de estructuras alinterior del pilar 88

Figura 4.5. Carta para evaluar el ndice de Resistencia Geolgica (GSI) enmacizos rocosos fracturados 92

Figura 4.6. Comparacin entre los ndices GSI estimados visualmente y loscalculados a partir de los ndices RMR de Bieniawski (1989) yQ de Barton et al. (1974) 94

Figura 5.1. Esfuerzo Vertical medido versus Distancia al Frente de Socavacinen la mina Esmeralda del yacimiento El Teniente 102

Figura 5.2. Geometra para el anlisis del rea tributaria de pilares encompresin uniaxial 103

Figura 6.1. Geometra de los modelos analizados, vista de las excavaciones 120Figura 6.2. Solucin analtica bidimensional de Kirsch (1898) 123Figura 6.3. Tamao de los modelos 124Figura 6.4. Tamao de las zonas en el modelo elstico sin estructuras 125Figura 6.5. Condiciones de borde de los modelos 125Figura 6.6. Ploteo de vectores de esfuerzo principal coloreados por esfuerzo de corte

en el modelo 1.2.1 129Figura 6.7. Parmetro FC en las tres secciones definidas que cruzan el centro delpilar por cada caso analizado 130

Figura 6.8. Parmetro FC versus azimut del esfuerzo principal mayor y versusel buzamiento del esfuerzo principal mayor 131

Figura 6.9. Proyeccin de los vectores de desplazamiento coloreados por sumagnitud en los modelos de pilares del nivel de Hundimiento,visto en la seccin B 135

Figura 6.10. Esfuerzo Vertical en los modelos de pilares del nivel de Hundimiento,visto en la seccin A 137

Figura 6.11. Esfuerzo Vertical en el modelo 2.2.1 139Figura 6.12. Factor de Seguridad segn el criterio de Hoek-Brown bajo los parmetros

del caso 2.3 de la Tabla 6.6 en el modelo 2.1.1 143

Figura 6.13. Parmetros ZF0,5, ZF1y ZF1,5para los casos descritos en la Tabla 6.6en las tres secciones del nivel de Hundimiento 145Figura 6.14. Parmetros ZF0,5, ZF1y ZF1,5para los casos descritos en la Tabla 6.6

en las tres secciones del nivel de Produccin 146Figura 6.15. Parmetro ZF versus GSI. Nivel de Hundimiento 148Figura 6.16. Parmetro ZF versus GSI. Nivel de Produccin 149Figura 6.17. Parmetro ZF versus mb. Nivel de Hundimiento 150Figura 6.18. Parmetro ZF versus mb. Nivel de Produccin 151


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NDICE DE TABLAS

Tabla 1.1. Criterios de Aceptabilidad para pilares mineros 5Tabla 2.1. Clasificacin de estructuras en funcin de su traza observada 36Tabla 2.2. Clasificacin Gentica de Vetillas de El Teniente 42Tabla 3.1. Configuracin Dips 49Tabla 3.2. Sistemas estructurales definidos para las estructuras interpretadas

mayores a 30 m presentes 51Tabla 3.3. Caractersticas de las Estructuras interpretadas con traza mayor

a 30 m en los Niveles Produccin y UCL 53Tabla 3.4. Sistemas estructurales definidos para las estructuras intermedias

presentes en el Nivel de Hundimiento 56Tabla 3.5. Caractersticas de las estructuras intermedias presentes en el nivel

de Hundimiento de la mina Diablo Regimiento 57Tabla 3.6. Sistemas estructurales definidos para las estructuras intermedias

mapeadas en el Nivel Produccin 60Tabla 3.7. Caractersticas de las estructuras intermedias presentes en el nivel

de Produccin 60Tabla 3.8. Ubicacin de las lneas de detalle efectuadas en el nivel de Hundimiento 63Tabla 3.9. Planilla de descripcin de estructuras en Lneas de Detalle 64

Tabla 3.10. Sistemas estructurales representativos de las estructuras que cortanlos pilares de la mina Diablo Regimiento 76

Tabla 4.1. Propiedades geotcnicas de la roca intacta del sector inicial de lamina Diablo Regimiento 84

Tabla 4.2. Procedimientos de Muestreo y Factor Divisor de Jv 86Tabla 4.3. Resumen de valores medios y desviacin estndar de los

Espaciamientos de los sistemas estructurales definidos por pilar 87Tabla 4.4. Resumen de los parmetros relativos a la Frecuencia de Fracturas

y al parmetro Jvpor cada pilar muestreado 87Tabla 4.5. ndices geotcnicos RMR de Bieniawski (1989) y Q y Q de

Barton et al. (1974) obtenidos para los pilares estudiados(asociados a la condicin Preminera) 90

Tabla 4.6. ndices geotcnicos RMR y MRMR de Laubscher (1990) e IRMR

y MRMR de Laubscher y Jakubec (2001) obtenidos paralos pilares estudiados (asociados a la condicin Preminera) 90Tabla 4.7. ndices geotcnicos MRMR y DMRS de Laubscher (1984) obtenidos

para los pilares estudiados (asociados a la condicin Preminera) 90Tabla 4.8. ndice de Resistencia Geolgica (GSI) estimado visualmente en cada

pilar del nivel de Hundimiento de la mina Diablo Regimiento 93Tabla 4.9. ndices geotcnicos RMR de Bieniawski (1989) y Q y Q de Barton et al.

(1974) estimados para los pilares estudiados (condicin Zona Transicin) 95Tabla 4.10. ndices geotcnicos RMR y MRMR de Laubscher (1990) e

IRMR y MRMR de Laubscher y Jakubec (2001) estimados paralos pilares estudiados (condicin Zona Transicin) 95

Tabla 4.11. ndices geotcnicos MRMR y DMRS de Laubscher (1984) estimadospara los pilares estudiados (condicin Zona Transicin) 95

Tabla 4.12. Espaciamientos medios de los sistemas estructurales representativosde las estructuras que cortan los pilares de la mina Diablo Regimiento 97Tabla 5.1. Dimensiones de los pilares de los niveles de Hundimiento y de

Produccin de la mina Diablo Regimiento 100Tabla 5.2. Mediciones de Esfuerzo realizadas en la mina Diablo Regimiento 101

Tabla 5.3. Escenarios de esfuerzo vertical ( ) considerados en este estudio paraZZp

estimar la estabilidad de los pilares de la mina Diablo Regimiento 102

Tabla 5.4. Esfuerzo vertical promedio P que afecta a los pilares de los niveles

de Hundimiento y Produccin de la mina Diablo Regimiento


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de acuerdo al mtodo del rea Tributaria 104Tabla 5.5. Parmetros de Hoek-Brown asociados a los cuatro casos analizados para los

pilares de los niveles de Hundimiento y de Produccin 107Tabla 5.6. Resistencia, Factores de Seguridad (FS) y Probabilidad de Falla obtenidos a

travs de la metodologa de Hoek-Brown (1997) para los pilares delos niveles de Hundimiento y de Produccin 108

Tabla 5.7 Resistencia, Factores de Seguridad (FS) y Probabilidad de Falla obtenidos atravs de la metodologa de Stacey y Page (1986) para los pilares delos niveles de Hundimiento y de Produccin 110

Tabla 5.8 Resistencia, Factores de Seguridad (FS) y Probabilidad de Fallaobtenidos a travs de la metodologa de Lunder y Pakalnis (1997)para los pilares de los niveles de Hundimiento y de Produccin 113

Tabla 5.9. Tabla resumen de valores de Resistencia obtenidos para los pilaresdel Nivel de Hundimiento a travs de los mtodos de Hoek-Brown(Hoek et al., 1995), Stacey y Page (1986) y Lunder y Pakalnis (1997) 115

Tabla 5.10. Tabla resumen de valores de Resistencia obtenidos para los pilares delNivel de Produccin a travs de los mtodos de Hoek-Brown (Hoeket al., 1995), Stacey y Page (1986) y Lunder y Pakalnis (1997) 115

Tabla 5.11. Aceptabilidad de los factores de seguridad obtenidos para los pilaresdel Nivel de Hundimiento de acuerdo al criterio de aceptabilidad

de Lunder y Pakalnis (1997) 117Tabla 5.12. Aceptabilidad de los factores de seguridad obtenidos para los pilares

del Nivel de Produccin de acuerdo al criterio de aceptabilidadde Lunder y Pakalnis (1997) 117

Tabla 6.1. Propiedades geomecnicas elsticas usadas en los modelos 121Tabla 6.2. Propiedades de las discontinuidades 121Tabla 6.3. Mediciones de Esfuerzo realizadas en la mina Diablo Regimiento 127Tabla 6.4. Condiciones de esfuerzo usadas en los Modelos Elsticos sin

Discontinuidades 127Tabla 6.5. Tensores usados en los Modelos Elsticos con Discontinuidades 132Tabla 6.6. Resumen de las caractersticas ms importantes observadas en las

secciones de los modelos del nivel de Hundimiento. Esfuerzosprincipales mayor y menor, y esfuerzo vertical 133

Tabla 6.7. Resumen de las caractersticas ms importantes observadas en lassecciones de los modelos del nivel de Produccin. Esfuerzosprincipales mayor y menor, y esfuerzo vertical 134

Tabla 6.8. Parmetros de Hoek-Brown del Macizo Rocoso analizados 140Tabla 6.9. Atributos ms importantes de los factores de seguridad en los pilares

del nivel de hundimiento 141Tabla 6.10. Atributos ms importantes de los factores de seguridad en los pilares

del nivel de Produccin 142


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CAPTULO I. INTRODUCCIN

I.1 AntecedentesI.2 ObjetivosI.3 MetodologaI.4 Ubicacin y Vas de AccesoI.5 Antecedentes Sobre la Explotacin Actual del YacimientoEl TenienteI.6 Trabajos AnterioresI.7 Limitaciones del Estudio


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I. Introduccin

I.1. Antecedentes

I.1.1. Antecendentes Generales

La estabilidad de las labores en minas explotadas a travs de mtodos porhundimiento gravitacional depende no slo de las caractersticas geolgicas y delcampo de esfuerzos in situ, sino tambin del diseo minero, que incluye la orientaciny ancho de las labores, la altura de las columnas (factores geomtricos), lasvelocidades de extraccin, la duracin de las actividades mineras, y las tasas dehundimiento (Brown, 2003). En estos mtodos de explotacin el cambio en el rgimende esfuerzos asociado a la socavacin, produce un gran dao en las labores (Pardo yCavieres, 2000).

En los yacimientos donde el arreglo estructural consiste de un enrejadopolidireccional de vetillas (stockwork) la degradacin de la calidad geotcnica delmacizo rocoso se manifiesta principalmente por la activacin o trabajo de estructurasgeolgicas preexistentes (fallas y vetillas). En los macizos rocosos primarios de estetipo, todas las estructuras, salvo las fallas, se encuentran originalmente rellenas pordistintos tipos de relleno mineral, factor que determina en gran parte su resistencia.

En el yacimiento El Teniente la explotacin por hundimiento gravitacional deroca primaria ha generado colapsos de galeras, piques y pilares, los cuales seubican, generalmente, en las cercanas de estructuras con trazas mayores a 100 m,denominadas estructuras mayores. Las estructuras mayores por lo tanto son y/odelimitan zonas de debilidad. Estructuras de trazas menores tambin controlan daossignificativos en las labores, muy especialmente en la zona adyacente y bajo el frentede socavacin.

De acuerdo a Brzovic y Benado (2003), las estructuras mayores e intermedias,con trazas entre 3 y 100 m, que cruzan al menos una galera, controlan la estabilidadde los pilares de la mina El Teniente. Los pilares colapsados alcanzaron alrededor de4 a 5 m de altura, con una superficie basal inferior a 200 m2, y se ubicaban a menosde 100 m del frente de socavacin. El diseo actual de pilares considera un rea basalmayor y una altura que normalmente no supera los 5 m de altura. Si bien estageometra ha estabilizado los pilares, la respuesta de stos ante la redistribucin delrgimen de esfuerzos que genera el paso del frente de socavacin es un problemaan no entendido completamente. En particular, todava no se cuenta conantecedentes suficientes que permitan identificar cules de las estructuras presentesparticipan en el deterioro de la calidad geotcnica del macizo rocoso que compone lospilares y cmo. La experiencia en la mina El Teniente ha mostrado que la activacinde las estructuras selladas en las cercanas de las galeras ocurre generalmente portraccin (Pereira, comunicacin verbal). Aguirre (1995) identific los mecanismosmediante los cuales se desarrolla el dao en las labores de la mina, y los asoci acambios en el campo de esfuerzos, que ocurren en funcin de la distancia al frente desocavacin. De acuerdo a Cavieres (comunicacin verbal), la etapa de socavacin es

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la que causa ms daos en las labores dentro del proceso minero y trae consigo dosefectos principales sobre los pilares adyacentes al frente: por un lado cambios en laorientacin de los esfuerzos y un aumento en la solicitacin de los pilares, y por otro,una degradacin de su calidad geotcnica asociada a la apertura de estructurasoriginalmente selladas.

La presente tesis consiste en un anlisis esttico de la resistencia y laestabilidad de los pilares de una mina subterrnea por Hundimiento a medida que serealiza la fase de socavacin, tomando en cuenta las caractersticas de las estructurasgeolgicas presentes en los pilares.

La presente Tesis consiste en un estudio de las caractersticas geolgicas quecondicionan la estabilidad de los pilares. Dados los cambios en la orientacin deltensor de esfuerzos que ocurren tpicamente en la minera por hundimiento, se estudiel comportamiento del macizo rocoso (con discontinuidades geolgicas) que componelos pilares ante distintos escenarios de esfuerzo, y se compar estos resultados conlos obtenidos a travs de mtodos que consideren al macizo rocoso como istropo,sin tomar en cuenta la orientacin de las estructuras. En el marco de lo anterior estaTesis pretende contribuir a un mejor diseo de pilares, esencialmente en cuanto a laaplicacin de los mtodos tradicionales de estimacin de resistencia de pilares y a ladeterminacin de la fortificacin requerida para garantizar su estabilidad y minimizarsus costos. El estado ideal es lograr la fortificacin selectiva de labores.

El sector escogido para este estudio es el Sector Inicial de la mina DiabloRegimiento del yacimiento El Teniente (Figura 1.1), donde la socavacin (explotacin)de pilares del nivel de Hundimiento comenz el 30 de agosto de 2004.

I.1.2. Antecedentes Sobre las Metodologas de Estimacin de la Resistencia dePilares en Minera y su Apl icabil idad a la Mina El Teniente

En la actualidad existen varias metodologas empricas y semi-analticas paraevaluar la resistencia y la estabilidad de pilares en minas subterrneas, la mayora delas cuales han sido desarrolladas para el mtodo de explotacin por Cmaras yPilares (room and pillar), casi exclusivamente para la minera del carbn. Algunasmetodologas que han probado ser estadsticamente aceptables para pilares de rocadura, es decir rocas de resistencia mayor a la del carbn, son el criterio de falla deHoek-Brown para Macizo Rocoso (Martin y Maybee, 2000), y las frmulas empricasencontradas por Hedley (1978), Stacey y Page (1986), y Lunder y Pakalnis (1997).

De acuerdo a la literatura existente, en forma resumida se puede afirmar que laresistencia de un pilar:

- Es menor que la resistencia de la roca intacta medida en el laboratorio.- Depende del volumen del pilar debido a un efecto de escala asociado a los

defectos y discontinuidades presentes en el macizo rocoso,

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- Depende de la geometra del pilar, debido a un efecto geomtrico queinfluye en la distribucin de esfuerzos en el cuerpo del pilar y en suscondiciones de borde. La geometra del pilar se expresa comnmentemediante la razn entre ancho y alto del pilar1.

- Depende directamente de la orientacin y de la resistencia de las

estructuras geolgicas que lo cortan.

Figura 1.1. Plano del Nivel de Produccin de la mina Diablo Regimiento. En azul se muestra elrea de estudio, correspondiente al Sector Inicial de la mina. Coordenadas Mina cada 200 m.

-800S -800S

-600S -600S

-400S -400S

-200S -200S

0-0 0-0

0-0

+200E

+400E

+600E

+800E

1Para pilares rectangulares se utiliza el ancho menor, que minimiza la estimacin de la resistencia del

pilar, o el ancho efectivo, que corresponde a: Wef= 4 x Ap/ R. Donde Apes el rea del pilar y R es supermetro (Stacey y Page, 1986). La decisin de qu valor de W tomar depende del caso en estudio.

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En el mtodo de explotacin por Cmaras y Pilares se maximiza el reaextrada y se minimiza el rea ocupada por los pilares, de modo que stos rara veztienen una razn ancho/alto mayor a 2. El comportamiento de pilares de una raznancho/alto mayor a 2,5 no es bien conocido y se han reportado muy pocos casos enlos cuales estos han fallado completamente (Martin y Maybee, 2000). Pilares de estas

dimensiones son comunes en la minera por hundimiento (Caving). En este caso no serequiere minimizar el rea ocupada por los pilares, los cuales deben resistir loscambios en la condicin de esfuerzo que ocurren tpicamente.

La estabilidad de pilares se estima usualmente utilizando algn ndice de lacondicin de estabilidad del pilar, siendo el ms usual el factor de seguridad, definidocomo la razn entre la capacidad (resistencia) y la solicitacin (carga), aunquetambin puede utilizarse el margen de seguridad (diferencia entre la capacidad y lasolicitacin), la probabilidad de falla u otro. En general, la condicin del pilar se evalacuantitativamente mediante la comparacin de este ndice con algn criterio deaceptabilidad. En la Tabla 1.1 se muestran criterios de aceptabilidad comunes parafactores de seguridad en pilares. En particular, los factores de seguridad aceptablespara pilares en la mina El Teniente son cercanos a 1,5.

Tabla 1.1. Criterios de Aceptabilidad para pilares mineros.

Criterio de aceptabilidad Factor de Seguridad Referencia

Estable FS > 1,4 Lunder & Pakalnis (1997)

Estable FS > 1,6 Salamon (1970)

De acuerdo a la literatura existente, el deterioro de la calidad geotcnica depilares de roca relativamente masiva debido al campo de esfuerzos se ve manifestadaen un principio por el trabajo de las estructuras geolgicas, generalmente por traccin,en los bordes del pilar (spalling yslabbing; o fallamiento parcial(Martin y Maybee,2000)), debido a que el borde del pilar presenta un menor confinamiento que elncleo. Lunder y Pakalnis (1997) caracterizaron el modo de falla de pilares en rocasmasivas, llamndolo Fallamiento Progresivo, el cual consiste en el desarme delarreglo estructural del pilar a travs de la aparicin y propagacin de fracturas y suinteraccin. Cuando la friccin entre las fracturas interconectadas ha sidocompletamente puesta en accin, es decir han trabajado una o ms estructuras queen conjunto cruzan el ncleo del pilar, el pilar se encuentra en su punto de falla, dadopor una prdida de su cohesin interna.

En general, los mtodos de estimacin de resistencia de pilares de Stacey yPage (1986), Lunder y Pakalnis (1997) y Hoek-Brown (Hoek et al., 1995) deben seraplicados a casos donde es posible suponer que el macizo rocoso presenta uncomportamiento isotrpico y ninguna estructura en particular controla su estabilidad.

Asumir esta condicin puede no ser realista en algunos casos cuando el arregloestructural corresponde a un stockwork, y existe adems una anisotropa estructural aescala de estructuras mayores, intermedias y/o menores.

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Con respecto al control estructural de la resistencia de pilares, se puedemencionar que en el caso en que el esfuerzo principal mayor es vertical (caso generalde la minera por el mtodo room and pillar) las estructuras ms probables de fallarpor cizalle en los pilares son las que poseen manteos entre 30 y 60; Las estructurassubverticales pueden trabajar por traccin o por cizalle bajo condiciones de alto stress

y las estructuras subhorizontales tienen muy poca probabilidad de fallar en esteescenario. El posible control estructural existente en la resistencia de pilares enminera por hundimiento, donde el esfuerzo principal mayor vara en su orientacin, espoco conocido.

I.2. Objetivos

I.2.1. Objetivo Principal

Determinar las caractersticas geolgicas y los parmetros geotcnicos que influyenen la resistencia, la estabilidad y la degradacin de la calidad geotcnica del macizorocoso primario de los pilares de la mina Diablo Regimiento frente a la explotacin porhundimiento.

I.2.2. Objetivos Especficos

a) Estimar la resistencia y la estabilidad de los pilares del sector inicial de la minaDiablo Regimiento.

b) Clasificar geotcnicamente los pilares del sector inicial de la mina DiabloRegimiento.

c) Evaluar cuantitativa y cualitativamente el dao sufrido por pilares seleccionadosdel Nivel de Hundimiento en funcin de su distancia al frente de socavacindurante 3 meses.

d) Estimar mediante modelacin numrica el efecto de la presencia de estructurasy su orientacin sobre la resistencia y la estabilidad de pilares caractersticosde la mina Diablo Regimiento.

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I.3. Metodologa

El estudio se realiz mediante el desarrollo de las siguientes etapas:

Revisin de Antecedentes

- Recopilacin y anlisis crtico de la informacin disponible referente al desarrollode este estudio.

- Anlisis de la geologa base de la mina Diablo Regimiento disponible a la fecha.

Trabajo de terreno

- Realizacin de ensayos geotcnicos (compresin uniaxial y triaxial de la rocaintacta) tendientes a determinar las propiedades fsicas bsicas de la roca intactadel sector Diablo Regimiento.

- Mapeo de aproximadamente 700 m de galeras a escala 1:1000 en los niveles deHundimiento y de Produccin de la mina Diablo Regimiento.

- Mapeo de 140,8 m de galeras mediante el mtodo de Lneas de Detalle en el nivelde Hundimiento de la mina Diablo Regimiento, correspondientes a 6 pilares.

- Estimacin visual del ndice GSI de Hoek et al. (2002) para los pilares del sector enestudio en el nivel de Hundimiento, de acuerdo al mtodo sugerido por estosautores.

- Remapeo de estructuras posiblemente activadas en algunos de los sectores yamuestreados mediante lneas de detalle despus de cada polvorazo, durante tresmeses.

Trabajo de Gabinete

- Anlisis de los resultados

El anlisis estructural de la mina Diablo Regimiento es efectuado para lasestructuras mayores, intermedias y menores de acuerdo a los siguientes dominios:

o Niveles de Hundimiento y Produccin en conjunto. Para las estructurasintermedias interpretadas presentes en el sector.

o Nivel de Hundimiento en general. Utilizando los resultados del mapeo aescala 1:1000 (estructuras intermedias no interpretadas).

o Nivel Produccin en general. Utilizando los resultados del mapeo a escala1:1000.

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o Pilares seleccionados en el nivel Hundimiento. Ocupando los resultados delmapeo mediante lneas de detalle. De esta forma se analiz seis pilares porseparado, dos con lneas ortogonales tridimensionales y cuatro con lneasunidireccionales.

- Clculo de los siguientes ndices geotcnicos para los pilares muestreadosmediante Lnea de Detalle: Q y Q de Barton et al. (1974), RMR de Bieniawski

(1989), IRMR y MRMR de Laubscher (versiones 2001, 1990 y 1984), DRMS deLaubscher (1984) y GSI de Hoek et al. (2002).

- Estimacin de la resistencia de los pilares mediante los criterios de Stacey y Page(1986), Lunder y Pakalnis (1997) y Hoek-Brown (Hoek et al., 1995), y clculo defactores de seguridad para los pilares de acuerdo a tres escenarios de rgimen deesfuerzo.

- Evaluacin de la estabilidad de los pilares de los niveles de Hundimiento y deProduccin de la mina Diablo Regimiento ante distintas condiciones de estadotensional a travs de una modelacin numrica tridimensional de bloques,considerando explcitamente la presencia de discontinuidades geolgicas en lospilares.

- Integracin de toda la informacin en un informe final.

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I.4. Ubicacin y Vas de Acceso

El yacimiento de cobre y molibdeno El Teniente, se encuentra localizado en laVI Regin del Libertador Bernardo OHiggins, provincia de Cachapoal, en la Cordillerade Los Andes de Chile central, a una cota promedio aproximada de 2300 m s.n.m.Sus coordenadas geogrficas son 34 03 de latitud Sur y 70 21 de longitud Oeste(Figura 1.2), aproximadamente a 40 km al noreste de la ciudad de Rancagua y a unos70 km al sureste de la ciudad de Santiago.

El acceso al yacimiento se realiza por la Carretera El Cobre, ruta asfaltada queune la ciudad de Rancagua con la localidad de Coln Alto (1983 m s.n.m.) en untrayecto de 46 km.

Figura 1.2. Ubicacin del yacimiento El Teniente.

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I.5. Antecedentes Sobre la Explotacin Actual del Yacimiento El Teniente

La explotacin del yacimiento El Teniente es subterrnea y se realizaactualmente mediante el mtodo de explotacin por hundimiento Panel Caving.

Los mtodos de explotacin por hundimiento consisten en provocar el desarmedel arreglo estructural del macizo rocoso y su posterior desplome, mediante un cortehorizontal (logrado mediante tronadura) en la base del volumen a explotar. As segeneran cavidades, las cuales, al inducir una redistribucin de los esfuerzos en elmacizo rocoso (inicialmente en equilibrio), provocan la socavacin de ste alsuperarse la resistencia de la roca (Pereira, 1995). Esta socavacin ocurre hastallenarse la cavidad con el material fragmentado, reestablecindose el equilibrio. Elmaterial es extrado por una malla de puntos de extraccin (bateas) en la base delbloque a medida que se socava, de forma que el equilibrio no se reestablece y elhundimiento contina hasta la superficie.

La aplicabilidad de los mtodos de explotacin por hundimiento se relacionadirectamente con las caractersticas geolgicas y geomecnicas de las rocas,esencialmente con las discontinuidades geolgicas que cortan al macizo y el campode esfuerzos que lo afecta. Estas caractersticas determinan la granulometra de losbloques generados durante el hundimiento y la estabilidad de las labores de la mina.La secuencia de explotacin debe ser tal que se minimice la concentracin deesfuerzos en el nivel donde se ubican los puntos de extraccin (denominado Nivel deProduccin), y se maximice en el Nivel de Hundimiento o UCL2(Under Cut Level), demodo de favorecer la socavacin y mejorar la fragmentacin del macizo rocoso(Pereira, 1995).

El mtodo Block Caving (Hundimiento Gravitacional de Bloques) conextraccin manual, fue aplicado en El Teniente desde la dcada de 1940. Este mtodose utiliz considerando la extraccin de roca con mena secundaria, que presenta unaalta frecuencia de fracturas (ms de 6 vetillas/m; Quezada, 2005), una baja resistenciaa la compresin y a la traccin (Pereira y Russo, 2000), y se quiebra fcilmente enfragmentos de tamao fino a medio (eje mayor del fragmento menor a 50 cm). Eneste mtodo los principales problemas de estabilidad en las labores correspondan aplanchoneos y colapsos de galeras.

A diferencia de la roca secundaria, la roca con mena primaria de El Tenientepresenta una frecuencia de fracturas menor (0,7 a 6 vetillas/m e incluso menos;Vergara, 2005), encontrndose selladas todas las vetillas por minerales no metlicos(cuarzo, anhidrita, etc.) y slfuros (calcopirita, bornita, etc.). Este tipo de roca engeneral presenta menor ley y mayor rigidez y dureza que la roca secundaria, debido alo cual se quiebra en fragmentos ms grandes (comnmente mayores a 50 cm). Aconsecuencia de la aparicin del mineral primario en las faenas a comienzos de losaos setenta, la metodologa e infraestructura de explotacin se adapt para elmanejo de estos fragmentos de gran tamao. Esto involucr, entre otras cosas, la

2aunque es importante que el sector an no socavado de este nivel tenga un comportamiento estable.

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incorporacin de equipos cargadores LHD, el desarrollo de piques de traspaso demayor dimetro y la instalacin de un chancador al interior de la mina para lareduccin de fragmentos (Departamento Mina, 1990).

Es as como a partir de 1982 se ha utilizado el mtodo de explotacin por

hundimiento denominado Panel Caving, el cual fue diseado para la extraccin demineral primario y para mantener una alta productividad en la explotacin de colpasde granulometra gruesa (Departamento Mina, 1990). Este mtodo ha trado nuevosproblemas de estabilidad, ms complicados de controlar, como son los estallidos deroca.

En la mina El Teniente se utilizan tres variantes de hundimiento del mtodoPanel Caving, las cuales son aplicadas de acuerdo a las caractersticas geotcnicas ygeomecnicas del macizo rocoso a explotar (Pardo y Cavieres, 2000). Lo quediferencia a estas variantes es la forma de realizar la secuencia de operaciones, queson esencialmente las mismas.

La minera por Panel Caving modifica la condicin del macizo rocoso y elestado de esfuerzos de acuerdo a tres zonas bsicas, que dependen de la posicindel frente de Socavacin: Pre-Minera, Transicin y Relajacin (Figura 1.3; Pardo yCavieres, 2000).

Figura 1.3. Distribucin de zonas, de acuerdo a los estados del macizo rocoso. Tomado dePardo y Cavieres (2000).

En la Zona Pre-Mineralos esfuerzos y la condicin del macizo rocoso no hansido afectados por la minera.

La Zona de Transicinse caracteriza por sufrir continuos cambios del campode esfuerzos, tanto en magnitud como en orientacin, que ocurren comoresultado del paso del frente de socavacin. De entre las tres zonas, sta es laque presenta ms alto esfuerzo principal mayor y esfuerzo vertical.

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En la Zona de Relajacinel tensor de esfuerzos ya no sufre mayores cambiosen orientacin, y se observa una fuerte disminucin del esfuerzo vertical.

Esta es la condicin de esfuerzos que afecta al macizo rocoso durante la

explotacin. En la Zona de Relajacin se produce un fuerte desarme de los pilares,asociado a la prdida de calidad geotcnica de estos ocurrida anteriormente por elpaso del frente de socavacin y a la posterior disminucin del esfuerzo vertical.

La orientacin del frente de socavacin debe ser lo ms perpendicular posible ala direccin de esfuerzo mayor. Esto es importante para lograr la condicin msfavorable de hundibilidad y fragmentacin. Con respecto a las estructuras geolgicas,la experiencia ha demostrado que el frente de socavacin se debe orientar lo msperpendicular posible al sistema estructural ms importante, disminuyendo de estaforma la probabilidad de generar megabloques durante el hundimiento, los cuales alprovocar cargas puntuales pueden ser fuentes de inestabilidades en los niveles

inferiores (Brzovic y Benado, 2003).

I.5.1. Antecedentes Sobre el Mtodo de Explotacin Utilizado en la Mina DiabloRegimiento

A continuacin se presenta el diseo de los niveles de la mina DiabloRegimiento y el mtodo de explotacin utilizado en su sector inicial.

I.5.1.1. Nivel de Produccin

Este nivel, que se encuentra a 2192 m s.n.m., consiste de una serie de galerasparalelas de orientacin Norte-Sur denominadas calles, que constituyen las vas detrnsito de los equipos LHD. Estas galeras tienen una seccin de aproximadamente4,5 m de ancho por 4,5 m de alto, y sus ejes se encuentran separados entre s cada34 m (figura 1.4). Las galeras son intersectadas en un ngulo de 60 por estocadasde carguo denominadas zanjas o puntos de extraccin, desde donde los LHD extraenel mineral. Estos equipos vacan posteriormente el material quebrado en un sistemade chancado, que consta de un chancador de mandbula, que reduce los fragmentos aun dimetro mximo de 20 cm aproximadamente (8 pulgadas). Los fragmentosreducidos son retirados por un alimentador de correa de 20 m de largoaproximadamente, y 60 de ancho. Desde estas plantas de chancado se acarrea el

mineral mediante una lnea de correas transportadoras de 200 a 500 m de largo hacialos piques OP 20 y OP 21, que desembocan en el nivel de transporte Teniente 8. Eneste nivel se saca el mineral a la superficie mediante ferrocarril.

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N

ZANJ

A

CALLE

Figura 1.4. Esquema de la malla de extraccin en la mina Diablo Regimiento.

I.5.1.2. Nivel de Hundimiento

El Nivel de Hundimiento de la mina Diablo Regimiento se encuentra a la cota2210 m s.n.m., por encima del nivel de Produccin. Este nivel consta de galeras deorientacin norte sur separadas cada 30 m, denominadas Calles, ubicadas sobre losmismos ejes de las calles del nivel de Produccin, las cuales se encuentranintersectadas cada 16 m por galeras de orientacin este oeste, llamadas Conexiones.Estas galeras poseen una seccin de 4 x 4 m2. Esta disposicin de galeras genera

pilares de aproximadamente 16 x 30 x 4 m3

de volumen.

El proceso de socavacin del Sector Inicial de la mina Diablo Regimientoconsisti en la tronadura de pilares completos y mitades de pilares, de la forma que seindica en la figura 1.5. Los pilares fueron tronados mediante tiros horizontales deorientacin Este-Oeste (paralelos al eje mayor de los pilares).

Despus de la socavacin de los quince pilares comprendidos entre las calles17 y 27, y las conexiones 13 y 16, que finaliz en diciembre de 2004, se empez atronar las bateas entre el nivel de Produccin y el nivel de Hundimiento, para ascomenzar la produccin de la mina durante el primer semestre de 2005.

I.5.1.3. Nivel Correa

En este nivel se encuentran las correas transportadoras que acarrean elmineral proveniente de las plantas de chancado del nivel de Produccin, a los piquesOP 20 y OP 21. El sistema de traspaso para la descarga final se ubica en el nivelTeniente Sub 6, a la cota 2101 m s.n.m. El material es finalmente sacado hacia lasuperficie por un ferrocarril ubicado en el nivel Teniente 8, ubicado a 1980 m s.n.m.

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Conexin 13

Conexin 14

Conexin 15

Conexin 16

Conexin 17

Conexin 18

Conexin 19

Conexin 20

Conexin 21

Calle19

Calle21

Calle23

Calle25

Calle27

N

Figura 1.5. Programa de socavacin del Sector Inicial del Nivel de Hundimiento de la mina DiabloRegimiento a Junio de 2004.

I.5.1.4. Consideraciones Sobre la Variante de Hundimiento Utilizada en la MinaDiablo Regimiento

El sector Diablo Regimiento cubre un rea de aproximadamente 190.000 m2yse encuentra ubicado en la parte Sur a Suroeste del yacimiento El Teniente,

aproximadamente entre las coordenadas mina 100S 800S y 200E 900E. Elvolumen a explotar est comprendido entre las cotas 2210 m, correspondiente al Nivelde Hundimiento de la mina, y la cota 2376 m, que corresponde al Nivel deHundimiento de las minas Fortuna y Regimiento (Quezada, 2000). Posee reservasestimadas de alrededor de 83 Millones de Toneladas con leyes de cobre medias de0,92% y de arsnico de 89 ppm (Quezada, 2000).

La altura de las columnas de roca a explotar en la mina Diablo Regimiento esvariable segn el sector. El sector ubicado bajo la mina Regimiento (donde estcircunscrito este trabajo) tiene una columna de mena primaria del orden de 160 m, yuna columna total de roca de aproximadamente 500 m de altura. El inicio de la

socavacin de los pilares del nivel UCL se inici el 30 de Agosto de 2004, al quemarla mitad oeste del pilar ubicado entre las calles 17 y 19, entre las conexiones 13 y 14(Figura 1.4). El frente de hundimiento en rgimen tendr una disposicin Noreste(perpendicular al set estructural principal) y el avance ser en direccin al sureste. Lasbateas entre los niveles de Produccin y de Hundimiento se comenzaron a abrir enNoviembre de 2004, de modo que la produccin comenz durante el primer semestredel ao 2005.

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La variante de hundimiento utilizada en la primera fase de la mina DiabloRegimiento (sector de estudio) es el llamado Panel Caving con Hundimiento

Avanzado al Lmite y Altura de Socavacin Baja, el cual tiene la siguiente secuenciade eventos (Vsquez, comunicacin verbal):

1) Se desarrollan completamente las galeras del nivel de Hundimiento yalgunas galeras del nivel de Produccin.2) Proceso de socavacin. Las galeras del nivel Produccin bajo y adyacentes

a la zona socavada programada deben tener fortificacin definitiva (perno,malla y shotcrete) antes de comenzar la socavacin.

3) Se desarrollan las galeras faltantes.4) Apertura de Zanjas entre el nivel Produccin y el UCL.5) Proceso de extraccin (Produccin).

En este mtodo la socavacin se realiza a la altura de los pilares. El objetivoprincipal de esto es alterar al mnimo la condicin de esfuerzos Preminera.

I.6. Trabajos Anteriores

Los trabajos ms recientes relacionados con el tema en estudio son los siguientes:

Stacey y Page (1986). Presentaron un mtodo para estimar la resistencia de lospilares en minera, basado en la calidad geotcnica de los pilares medida mediante losndices MRMR y DRMS de Laubscher (1984), en la geometra del pilar (raznancho/alto), y en la resistencia a la compresin uniaxial de la roca intacta de lospilares.

Villaescusa (1991). Present un modelo tridimensional de las estructuras quecaracterizan un macizo rocoso. Se introdujo un riguroso mtodo de recoleccin deinformacin geolgica mediante lneas de detalle, y una metodologa para definir setsestructurales estereogrfica y estadsticamente, y a partir de esto estimar elespaciamiento, la frecuencia y las trazas de las estructuras que caracterizan a unmacizo rocoso.

Aguirre (1995). Este trabajo consisti en un estudio sobre el dao ocurrido en laslabores producto de la minera por hundimiento en la mina 4 Sur de El Teniente. Elautor identific los mecanismos mediante los cuales ocurre el dao, los asoci acambios en el rgimen de esfuerzos inducidos por la minera, y clasific el dao deacuerdo a su severidad. Concluy que la orientacin de los esfuerzos principalesPreminera permanece esencialmente constante alrededor y bajo el frente desocavacin (zona de Transicin), pero stos varan considerablemente en magnitud.Present un criterio de falla para la masa de roca de acuerdo al criterio de Hoek-Brown (versin 1994).

Lunder y Pakalnis (1997). Utilizaron el mtodo de las reas tributarias para estimar elesfuerzo vertical al que estn sometidos los pilares en una mina, haciendo una

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redistribucin simple del esfuerzo vertical Preminera. Propusieron un mtodo paraestimar la resistencia de los pilares integrando los resultados del anlisis mediantereas tributarias y del modelamiento mediante elementos de borde.

Brzovic et al. (1998). Realizaron un estudio de auscultacin de pilares en la mina Sub-

6 de El Teniente, en el cual utilizaron informacin recopilada de borehole camera,sondajes geotcnicos, tomografa ssmica, estimacin visual del ndice GSI, ensayospara determinar las propiedades fsicas de las rocas y mediciones de esfuerzos. Deacuerdo a las estructuras abiertas encontradas definieron el Grado de Desarme delPilar. Concluyeron, entre otras cosas, que la calidad geotcnica de los pilaresestimada mediante el ndice GSI en los bordes de los pilares es similar a la calidadgeotcnica medida mediante los sondajes y borehole camera.

Ianaccione (1999). Realiz un estudio sobre la seguridad en el diseo de minassubterrneas por pilares en Estados Unidos. Este estudio incluy un anlisis de losdiseos mineros ms comunes, las tcnicas de estimacin de la resistencia de pilaresexistentes, el modo de falla de los pilares y el efecto de la orientacin de lasdiscontinuidades en su resistencia, considerando que el esfuerzo principal mayor queafecta a los pilares es vertical.

Martin y Maybee (2000). Usaron los parmetros del criterio de Hoek-Brown (versin1997) en un anlisis de elementos finitos para determinar envolventes de falla en elcaso de pilares de roca dura en minas canadienses. Estas envolventes sobreestimanla resistencia de los pilares, lo cual se debera segn los autores a que el proceso defallamiento est controlado fundamentalmente por procesos de prdida de cohesin,en los cuales la componente de resistencia friccional no participa. De acuerdo a estosantecedentes, realizaron un modelamiento elstico usando los parmetros de Hoek-Brown: mb= 0; y s = 0,11; los cuales representan slo la resistencia cohesiva de lamasa de roca. Las curvas obtenidas de esta forma estn de acuerdo con lasenvolventes de falla empricas. Estos parmetros son aplicables a problemas donde elconfinamiento es bajo (cerca de una superficie, pilares de razn ancho/alto menores a2) y donde la resistencia friccional dependiente del esfuerzo de confinamiento puedeignorarse.

Pardo y Cavieres (2000). Este trabajo es un informe de Ingeniera GeomecnicaBsica sobre el entonces proyecto Diablo Regimiento. Entre otras cosas secaracteriz y compar las variantes de explotacin por Hundimiento y las restriccionesgeomecnicas aplicables al proyecto Diablo Regimiento.

Pardo y Cavieres (2001). Consisti en la modelacin numrica en tres dimensiones dela Sala de Chancado N1 del Proyecto Diablo Regimiento mediante el software 3DEC(Itasca Consulting Group, 2002), tendiente a conocer el escenario de estabilidad msreal de esta excavacin y su entorno, bajo los distintos escenarios geotcnicos-geomecnicos a los que se ver enfrentada a medida que se excava y tras su puestaen marcha.

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Pereira y Russo (2000). Realizaron la caracterizacin geotcnica de la roca intacta delas unidades litolgicas involucradas en los proyectos Diablo-Regimiento y Pipa Norte.Este trabajo consider la compilacin de toda la informacin relacionada a ensayosgeotcnicos disponible a la fecha (principalmente ensayos de Compresin Uniaxial yTriaxial), y la realizacin de nuevos ensayos. Cabe mencionar que los ensayos para el

proyecto Diablo Regimiento involucraron testigos de las minas 4 Fortuna, 4Regimiento y 4 Sur, que se encuentran ubicadas a alrededor de 80 m sobre la minaDiablo Regimiento.

Quezada (2000). Informe de Geologa y Geotecnia para la etapa de estudio deIngeniera Bsica sobre el proyecto Diablo Regimiento, basado en la informacin desondajes efectuados en el sector y de los niveles superiores.

Brzovic y Benado (2003). Desarrollaron un Sistema de Clasificacin Geotcnico parala roca primaria de la mina El Teniente, basndose en la frecuencia de vetillas conrellenos mineralgicos blandos (H < 3) en la escala de dureza de Mohs. Este trabajoinvolucr la realizacin y descripcin de sondajes orientados, lneas de detalle ycolpas en puntos de extraccin, y presenta varias conclusiones parciales que resultantiles para el presente trabajo.

Superintendencia Geologa (2003). Actualizacin ao 2003 de los Estndares yMetodologas de Trabajo para Geologa de Minas, realizado por la SuperintendenciaGeologa de la Divisin El Teniente. Estas metodologas sirvieron como gua paraalgunas etapas del presente trabajo.

Brady y Brown (2004). Este libro contiene captulos dedicados a las prcticas actualesde diseo de pilares y a los criterios de falla y de modelacin numrica actualmenteusados para estimar la estabilidad y la resistencia de pilares.

Quezada y Gonzlez (2004). Realizaron un anlisis geolgico estructural de la minaDiablo Regimiento a escala de estructuras mayores e intermedias.

Pereira et al. (en preparacin). Informe de la Fase II del estudio que presenta laspropiedades de la roca intacta de la Sala de Chancado N 1 de la mina DiabloRegimiento.

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I.7. Limi taciones del Estudio

Las limitaciones principales de este estudio se dieron en cuanto al trabajo deterreno y a la informacin disponible y son las siguientes:

- Existen slo dos mediciones de la condicin de esfuerzos en el sector DiabloRegimiento, efectuadas en el Subnivel de Ventilacin y en la Galera de

Exploracin DR. Ante esta dificultad se debi considerar varios escenarios para elcampo de esfuerzos en los anlisis de estabilidad de los pilares.

- Para el muestreo estructural de detalle se us el mtodo de lneas de detalle, elcual se caracteriza por ser uno de los ms rigurosos, pero a la vez posee ladesventaja de ser lento, y por lo tanto de cubrir un rea menor que otros mtodosms rpidos.

- La principal limitacin de los anlisis estructurales en la mina es la correctadeterminacin de las trazas de las estructuras, dado que sta siempre esincompleta y est condicionada al tamao de las labores. Esto adems tieneespecial relevancia en la etapa de modelacin numrica de pilares, donde la trazade cada estructura debe ser ingresada explcitamente.

- Otra limitacin importante es el sesgo por orientacin que ocurre por el diseominero dado y la falta de labores verticales para cumplir con la ortogonalidad delmuestreo estructural. Esto hace que se cuente con muy poca informacin sobre lasestructuras subhorizontales.

- No poder contar con galeras disponibles en el nivel de Produccin, debido a quese encuentran casi en su totalidad fortificadas con shotcrete. Adems, muchas delas galeras del Nivel de Hundimiento no estn disponibles para el mapeo, porencontrarse sin la mnima fortificacin o con marinas(material quebrado productode la tronadura al desarrollar las galeras y al socavar los pilares, que comnmentese acumula por ciertos perodos de tiempo en algunas labores).

- Otro sesgo importante en los datos del mapeo de galeras es producido por lasuciedad de las cajas. Esto se minimiza con el lavado de stas, el cual depende dela disponibilidad de medios en terreno, y no siempre fue posible.

- Otra limitacin es la asociada a la informacin oculta (superficies de estructurascon abundante mineralizacin y/o alteracin ocultan a otras estructuras detrs deellas). En este mismo sentido, a veces es difcil identificar estructuras intermediaso mayores si estas no manifiestan ningn rasgo distintivo en las cajas.

- Todos los anlisis de estabilidad y resistencia de pilares consideraron slo lossistemas principales definidos a partir del muestreo estructural. Se debe tenerpresente que los problemas de estabilidad muchas veces ocurren por estructurasparticulares, fuera de los sistemas, y que por otro lado, ocurren errores en elmuestreo estructural asociados a la subjetividad del mtodo.

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- Los anlisis de estabilidad efectuados fueron estticos, vale decir, no tomaron en

cuenta aspectos dinmicos como la aceleracin ssmica. Adems no se consideralgunos aspectos de diseo minero y otros operacionales, como la fortificacin delos pilares y el diseo de la tronadura y el tipo de explosivo utilizado.

- Se realizaron relativamente pocos ensayos para determinar las propiedades de laroca intacta (cuatro ensayos de compresin uniaxial y doce ensayos decompresin triaxial). Sin embargo, los resultados de estos ensayos fueronsimilares a los de estudios anteriores efectuados en el sector por otros autores(Pereira y Russo, 2000; Karzulovic, 2002; Pereira, 1999; y Pereira et al. (enpreparacin)).

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CAPTULO II. MARCO GEOLGICO

II.1 Geologa RegionalII.2 Geologa DistritalII.3 Geologa del Yacimiento El Teniente


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II. Marco Geolgico

II.1. Geologa Regional

La geologa de la Cordillera Principal de Chile Central, entre los 33 45 y 34

45 de latitud sur, fue definida por Klohn (1960) y posteriormente por Charrier (1981 y1983). A continuacin se muestran las unidades ms importantes presentes en el rea(Figura 2.1).

II.1.1. Rocas Estratificadas

Formacin Nacientes del Teno

Fue definida por Klohn (1960); corresponde a depsitos sedimentarios marinosasignados al Bajociano-Kimmeridgiano Inferior de acuerdo a antecedentespaleontolgicos (Charrier, 1983). Est constituida por sedimentos clsticos,organognicos y qumicos, adems de intercalaciones de material piroclstico (Klohn,1960). Sobreyace a ignimbritas trisicas en Chile y Argentina (Davidson y Vicente,1973), y subyace en forma concordante a la Formacin Ro Damas (Klohn, 1960).

De acuerdo a Davidson y Vicente (1973), esta Formacin se divide en dosmiembros. El miembro inferior (Miembro Rinconada y Estratos Inferiores del ValleVillagra y Quebrada La Zorra) es detrtico y calcreo, mientras que su miembrosuperior (Miembro Santa Elena), est compuesto principalmente por depsitosevaporticos de yeso y anhidrita de entre 100 y 200 m de espesor, y se encuentrafuertemente deformado (Klohn, 1960; Charrier, 1981).

Se correlaciona con la Formacin Ro Colina en el sector del ro Volcn (Thiele,1980).

Formacin Ro Damas

Klohn (1960) la defini como una unidad volcnica y detrtica continental rojizade 3700 m de espesor en su localidad tipo (ro de Las Damas, afluente del roTinguiririca), en la vertiente chilena de la Cordillera Principal. Est compuestaprincipalmente por sedimentitas clsticas rojizas, finas y gruesas, con frecuentesestructuras sedimentarias como grietas de barro, ondulitas, estratificacin cruzada ymarcas de gotas de lluvia, piroclastitas, lavas y, subordinadamente, sedimentitasqumicas (Charrier, 1983). Las intercalaciones volcnicas aumentan en los 1000 msuperiores (Charrier et al., 1996). Constituye una franja NS de 3 km de anchopromedio, y se le asigna una edad Kimmeridgiana superior en base a su posicinintercalada entre unidades fosilferas marinas de edad conocida (Charrier, 1983).

Charrier (1981) divide estos depsitos en occidentales y orientales sobre labase de su granulometra. Los depsitos occidentales se caracterizan por ser degrano grueso y predominantemente piroclsticos. Los depsitos orientales sonpredominantemente de grano fino y epiclsticos.

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ANDESITAS Y TRAQUIANDESITASFORMACIN FARELLONES

Figura 2.1. Mapa Geolgico Regional de las provincias de Colchagua y Cachapoal, modifi cadode Charrier (1983).

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Sobreyace concordantemente al miembro Santa Elena de la FormacinNacientes del Teno, y subyace concordante y gradualmente a la Formacin Baos delFlaco (Charrier, 1983).

Formacin Leas-Espinoza

De acuerdo a la definicin de Klohn (1960), corresponde a unasecuencia continua de estratos, con una parte inferior clstica y otra superior calcrea.Charrier (1981) la redefine limitndola a la parte inferior clstica, y asignando la partesuperior calcrea a la Formacin Baos del Flaco. Los afloramientos consisten enbrechas y arenitas piroclsticas que contienen subordinadamente material epiclsticoe intercalaciones pelticas, y tienen una potencia de 1200 m (Charrier, 1981). Losestratos de esta formacin forman un apretado sinclinal de orientacin NS, limitado alEste por una falla que ha producido un fuerte arrastre hacia la parte superior de lasecuencia (Charrier, 1981).

Esta formacin infrayace a la Formacin Baos del Flaco a la que pasa enforma gradual y se reconoce, en algunos sectores, cubierta discordantemente por laFormacin Coya-Machal (Charrier, 1981). Su base es desconocida. La edad de estaformacin se asigna al Kimmeridgiano, y se correlaciona cronoestratigrficamente conla Formacin Ro Damas (Charrier, 1983).

Debido a la presencia de clastos piroclsticos y al poco redondeamiento queposeen, se infiere la existencia de cordn volcnico activo, ubicado al oeste de lacuenca de sedimentacin. De acuerdo a la presencia de fsiles marinos en la partesuperior de esta formacin, y al paso gradual que presenta hacia la Formacin Baosdel Flaco, se deduce que esta cuenca tuvo conexiones con el mar, al menos al final dela depositacin de la Formacin Leas-Espinoza (Charrier, 1981).

Formacin Baos del Flaco

Fue definida por Klohn (1960). Corresponde a potentes secuenciassedimentarias marinas, compuestas principalmente de sedimentitas calcreas y,localmente, de intercalaciones detrticas, piroclsticas y de coladas de lava (Charrier,1981). Este mismo autor incluye en esta formacin la parte superior de la FormacinLeas-Espinoza definida por Klohn (1960). La localidad tipo se encuentra en lalocalidad homnima en el valle superior del ro Tinguiririca (Charrier, 1983), y elespesor medido de esta unidad vara entre 2350 y 1100 m.

Arcos (1997) divide a esta formacin en seis miembros en la parte alta del valledel ro Tinguiririca. Estos miembros consisten en calciarenitas y calcilutitas conintercalaciones finas de detritos, representando un ciclo de transgresin-regresin conuna evolucin progresiva de facies desde una plataforma cerrada hasta un borde deshelf profundo y regresando a areniscas de plataforma.

A esta formacin se le asigna una edad Titoniana-Neocomiana sobre la basede investigaciones paleontolgicas (Corvaln, 1956, Tavera, 1972, y otros, en

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Charrier, 1981), y se correlaciona con la Formacin Lo Valds en la CordilleraPrincipal a los 33 50 S (Thiele, 1980).

Formacin Colimapu

Fue definida por Klohn (1960) como una secuencia de rocas sedimentariascontinentales pardo-rojizas con intercalaciones de materiales piroclsticos y nivelesdiscontinuos de yeso, en la quebrada homnima, afluente del ro Maipo. Estfuertemente deformada y atravesada por abundantes filones y diques de colorverdoso. Su potencia y granulometra disminuyen hacia el Oeste (Davidson, 1971).

Esta formacin ha sido dividida en dos miembros. Uno inferior, sedimentario, de1500 m de potencia, compuesto por areniscas finas epiclsticas y calizas micrticas, yotro superior, volcnico y esencialmente piroclstico. Este ltimo est constituido portobas ltico-cristalinas, tobas de lapilli e ignimbritas (Charrier, 1981).

Su contacto inferior es concordante y gradual con la Formacin Baos delFlaco. El contacto superior, con la Formacin Coya-Machal, ha sido identificado comoen discordancia angular por numerosos autores (Klohn,1960; Davidson, 1971;Davidson y Vicente, 1973), mientras que para otros el contacto es concordante(Gonzlez y Vergara, 1962; Thiele, 1980). Godoy (1991) y Charrier et al. (2002)proponen tambin contactos tectnicos (Corrimiento El Fierro, al sur del roCachapoal, y Falla Chacayes-Yesillo, en el valle del ro Volcn respectivamente).

A la Formacin Colimapu se le asigna una edad mnima albiana, basada en lapresencia de carfitas fsiles en sus estratos inferiores (Martnez y Osorio, 1963; enThiele, 1980). Representa las acumulaciones del segundo ciclo sedimentariocontinental Mesozoico en el mbito de la Cordillera Principal (Charrier, 1981).

Formacin Coya-Machal (Formacin Abanico)

La Formacin Coya-Machal fue definida por Klohn (1960), y consiste de unaserie de ms de 2500 metros de depsitos volcanoclsticos y lavas cidas aintermedias con intercalaciones sedimentarias continentales, aluviales, fluviales ylacustres, algunas de las cuales forman lentes de ms de 500 m de espesor (Charrieret al., 2002).

Se encuentra separada en dos franjas paralelas de orientacin N-S por laFormacin Farellones. La franja occidental corresponde a depsitospredominantemente volcnicos y volcanoclsticos, mientras que la franja orientalpresenta una mayor abundancia de lentes sedimentarios (Thiele, 1980). Ladeformacin de ambas franjas presenta vergencias opuestas: al Este en la franjaoriental y al Oeste en la occidental.

Las rocas piroclsticas incluyen tobas lticas y cristalinas y brechaspiroclsticas, y predominan sobre las lavas y epiclastitas. En general las lavas sonandesitas brechosas de colores violceos y algunas riolitas. Las sedimentitas, que se

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reconocen hasta el techo, consisten en areniscas, lutitas y limolitas finamenteestratificadas con restos carbonosos y flora fsil (Rivera y Falcn, 1998). Las rocas deesta formacin presentan minerales de metamorfismo de bajo grado en facies ceolitaa prehnita-pumpellyita (Levi et al., 1989 y Vergara et al., 1993, en Charrier et al. 2002).Esta alteracin penetrativa afecta sobre todo la matriz de las rocas volcanoclsticas y

epiclsticas.De acuerdo a las dataciones radiomtricas y de fauna fsil que se han hecho,

es posible restringir la edad de esta formacin entre Eoceno Medio-Superior yMioceno Inferior (Charrier et al., 2002).

Esta formacin se encuentra deformada por un estilo de plegamiento yfallamiento muy irregular, con pliegues muy variables en amplitud, longitud, yvergencia, atribuible a la inversin de fallas normales asociadas al desarrollo de lacuenca donde se deposit (Charrier et al., 2002).

La Formacin Abanico se encuentra sobreyacida entre los 32 y 35S por laFormacin Farellones. El contacto entre la Formacin Abanico y la FormacinFarellones ha sido materia de discusin por muchos aos. De acuerdo a Thiele(1980), el contacto correspondera a una discordancia angular. Segn otros autores(Godoy, 1988, 1991; en Charrier et al., 2002; Godoy y Lara, 1994; Godoy et al., 1999,entre otros), el contacto sera concordante o pseudoconcordante, o por falla inversaregional de bajo ngulo. Sin embargo, las edades del techo de la Formacin Abanico ylas de la base de la Formacin Farellones son similares dependiendo de la localidad,lo que apoya la existencia de un contacto bastante complicado entre ambasformaciones, donde todas las situaciones antes descritas seran vlidas (Charrier etal., 2002).

Formacin Farellones

Fue definida por Klohn (1960), ocupando el nombre que le daba Muoz-Cristien informes inditos (Charrier, 1983), y est compuesta por alrededor de 2500 m deespesor de lavas, tobas e ignimbritas con intercalaciones de brechas, donde las lavasmanifiestan un claro predominio sobre las tobas y brechas (Thiele, 1980).

De acuerdo a Howell y Molloy (1960), en torno al yacimiento El Teniente, laFormacin Farellones presenta tres miembros: (1) El miembro inferior volcnicoandestico, donde se emplaza el yacimiento, (2) el miembro medio con andesitasepidotizadas y sedimentos lacustres pardo-morados, y (3) el miembro superior concoladas andesticas y baslticas multicolores que alternan con piroclastitas yaglomerados volcnicos.

La edad ms antigua obtenida radiomtricamente para esta formacin es de25,2 Ma (Mioceno Inferior) y su edad ms joven se extendera hasta los 7,4 Ma(Mioceno superior) (Rivera y Falcn, 1998). La Formacin Farellones se presenta engeneral bastante menos deformada que la Formacin Abanico, y esta deformacin se

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ve manifestada en un plegamiento suave segn ejes de orientacin Norte-Sur(Charrier, 1983).

Las Formaciones Abanico y Farellones se encuentran profusamenteatravesadas por diques, filones, stocks y batolitos (Thiele, 1980), y estn cubiertas por

unidades volcnicas y volcanoclsticas ms jvenes, y por depsitos de flujos dedetritos, lahricos y lacustres de edad Plioceno-Pleistoceno, como la FormacinColn-Coya (Pleistoceno) (Gmez, 2001).

Formacin Coln-Coya (Complejo Coln-Coya; Gmez, 2001)

Los depsitos de avalanchas volcnicas que cubren discordantemente a lasFormaciones Coya-Machal y Farellones en esta regin fueron descritos por primeravez por Enrione (1972; en Gmez, 2001). Estos consisten en brechas volcnicas,flujos de ceniza e intercalaciones de coladas andesticas, y fueron denominadosUnidad Chapa Verde y Complejo Alto Coln por Camus (1977). Charrier (1981,1983) los agrup dentro de lo que defini como Volcanismo Andino Joven. Gmez(2001) los defini formalmente como Complejo Coln Coya, agrupando al conjuntode depsitos de origen volcnico (acumulaciones de escombros, lavas y cenizas) ysedimentario (depsitos aluviales, fluviales y lacustres) que afloran entre el reaindustrial de Coln y el pueblo de Coya. Se incluye en esta definicin las Coladas deValle descritas por Charrier y Munizaga (1979) en las cercanas de Coya.

Los centros volcnicos que generaron estos depsitos habran estado activosdurante el Plioceno Superior-Pleistoceno (Gmez, 2001).

Volcanismo Andino Joven

Charrier (1981, 1983) introdujo este trmino para referirse a los depsitosvolcnicos de la Hoja Teniente, a los cuales divide entre los depsitos asociados acentros conocidos (estratovolcanes) y los depsitos aislados de provenienciainsegura (entre estos se encuentran los depsitos posteriormente definidos comoComplejo Coln Coya). En el primer grupo se encuentran los estratovolcanes Castillo,Listado y Picos del Barroso, de composicin predominantemente rioltica, y losvolcanes Maipo, Olla Blanca, Grupo Volcnico Tinguiririca, Ro Negro, Sordo Lucas,Don Casimiro y Andrs de composicin andestica.

Depsitos Cuaternarios

Los depsitos cuaternarios no consolidados reconocidos en el rea seacumularon principalmente en el fondo de los valles y corresponden a depsitosaluviales fluviales, lacustres y glaciofluviales, glaciales, y gravitacionales (Charrier,1983).

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II.1.2. Rocas Intrusivas

Los cuerpos intrusivos que afloran en el rea se distribuyen a lo largo de unalineacin de direccin aproximada Norte Sur emplazados principalmente en lasFormaciones Coya-Machal y Farellones (Figura 2.1). Su composicin es variada y los

tipos litolgicos ms frecuentes son granodioritas, prfidos diorticos y andesticos,monzodioritas y prfidos dacticos (Rivera y Falcn, 1998). En general se trata decuerpos relativamente pequeos y aislados correspondientes a stocks, apfisis,diques y filones (Charrier, 1983).

Rivera y Falcn (1998) estimaron en base a un conjunto de edadesradiomtricas que la actividad intrusiva en este sector se habra extendido desde elOligoceno Superior al Mioceno Superior.

En el sector del yacimiento El Teniente, Kurtz et al. (1997) definieron tresgrupos de plutones negenos basndose en dataciones Ar40 39/Ar : Plutones Antiguos,

con edades entre 21,6

4,9 y 16,2

1,2 Ma, representados por el plutn La Obra;Complejo Plutnico El Teniente, ubicado ms al Este, est formado por dos grupos deplutones: uno con edades entre los 12,4 2,5 y 11,3 0,3 Ma y otro con edades entre8,8 0,1 y 7,7 0,1 Ma y; Complejo Plutnico Joven, ubicado al Oeste del anterior, secaracteriza por edades entre 6,6 0,1 y 5,6 0,2 Ma.

II.1.3. Estructuras

De acuerdo a Thiele (1980), la mayora de las estructuras mayores de estaregin muestran un rumbo general aproximado Norte Sur. En un perfil generalizadoEste Oeste se observan numerosos cabalgamientos y una secuencia de anticlinales

y sinclinales cada vez ms apretados y volcados hacia la parte Este de la cadena. Losestratos de las formaciones mesozoicas en la Cordillera Principal de Rancaguaforman en su parte occidental, un homoclinal con manteos variables hacia el Oeste,mientras que hacia la parte oriental se desarrollan grandes pliegues apretados,existiendo en algunas zonas una sucesin de escamas con vergencia al esteformadas por apretados sinclinales, algunos recumbentes, separados por fallasinversas a lo largo de las cuales se inyect yeso (Charrier et al., 1985; en Charrier etal., 1996).

La Formacin Coya-Machal en la Cordillera Principal de Rancagua, presentaen su franja occidental, pliegues paralelos amplios con vergencia predominantemente

hacia el Oeste, mientras que en su franja oriental presenta una deformacin muyintensa, marcada por pliegues apretados y algunos con charnela quebrada, con unavergencia predominantemente hacia el Este (Charrier et al., 1985; en Charrier et al.,1996), cuya forma se ve determinada y favorecida por la existencia de intercalacionesincompetentes (Charrier, 1981). La Formacin Farellones en este mismo sector,presenta pliegues concntricos suaves cuyos flancos tienen inclinaciones de 10 a15, siendo la magnitud del acortamiento, insignificante (Charrier et al., 1985, enCharrier et al., 1996).

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II.2. Geologa Distri tal

II.2.1. Rocas Estratificadas

En el Distrito Teniente afloran principalmente secuencias volcanoclsticas de

carcter andestico y dactico que han sido asignadas a la parte basal de la FormacinFarellones (Klohn, 1960), y estn intruidas por diques y stocks de diferentescomposiciones (Figura 2.2).

De acuerdo a Howell y Molloy (1960), en torno al yacimiento El Teniente, laFormacin Farellones presenta tres miembros, separados por discordanciasintraformacionales:

i.- El miembro inferior volcnico andestico, que se reconoce en las laderas de lasquebradas Coya y Teniente. Su carcter es volcnico andestico, masivo, decolor gris oscuro y textura porfrica. Presenta intercalaciones menores debrechas fluidales. Su potencia aproximada es de 1200 m. Su base no ha sidoreconocida.

ii.- Miembro medio consistente en intercalaciones de andesitas epidotizadas ysedimentos lacustres pardo-morados, que afloran hacia la cabecera del roTeniente. Su potencia aproximada es de 800 m.

iii.- Miembro superior que est constituido por coladas andesticas y baslticasmulticolores que alternan con piroclastitas y aglomerados volcnicos, y afloraen la ladera oeste de la quebrada Coya. Su potencia aproximada es de 800 m.

Floody y Huete (1998) dividen el Distrito en dos dominios, uno al Sur de la minaEl Teniente, con presencia de abundantes flujos de rocas volcanoclsticas con buenaestratificacin y con muy pocas evidencias de intrusivos, los que slo afloran en unafranja E-W en las cercanas del ro Pangal. En el otro dominio, hacia el norte, las rocasvolcnicas estn afectadas por actividad intrusiva y procesos asociados comoalteracin y brechas hidrotermales.

II.2.2. Rocas Intrusivas

Las rocas intrusivas, en su mayora de composicin diortica, afloranfundamentalmente en la mitad norte del distrito en lo que parece ser un bloque alzado,y seran de edad Miocena (Floody y Huete, 1998).

El afloramiento ms importante corresponde a un complejo de intrusivosclaramente controlados por fallas de direccin N65E a lo largo de 20 km y de unos 6km de ancho, que aparece en parte truncado por la Chimenea de Brecha Braden(Floody y Huete, 1998). Este grupo conocido como Complejo Intrusivo Tenienteincluye dioritas, granodioritas, prfidos andesticos y gabros. Estas rocas intrusivas seencuentran emplazadas principalmente en el Miembro Inferior de la FormacinFarellones, y se les asigna una edad Miocena.


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3183

3287 3002

2023

2868 3170

3363

Qda.A

guaD

ulc

e

QuebradaMataderoQuebradaCentenario

.MalaPasada

EsteroE l Ex travio

Laguna Del Arriero

Laguna El Ocho

Laguna Sin Nombre

Laguna De Los Piuquenes

Laguna La Huacha

Laguna Negra

Laguna La Huifa

Laguna De Reyes

Ro

Coya

Tranque

Qda

RoCo

yaPuquios

Cavidad Teniente

TunelRoBlanco

Qda

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Blanco

TunelTenienteB

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Adit71

Falla

Agua

Amarg

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Zonadefallas

FallaO

llaBlanca

Falla

Agua

Amarga

6234000

6232000

6230000

6228000

6226000

6224000

6222000

380000

378000

376000

374000

372000

370000

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40

15

3410

20

Figura 2.2. Mapa Geolgico del Dis trit o Teniente (Floody y Huete, 1998).


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II.2.3. Estructuras

De acuerdo a Garrido (1995), el yacimiento El Teniente est inmerso en unacompleja zona de cizalle de orientacin N65E denominada Zona de Falla Teniente(ZFT; Figura 2.3). Las dimensiones de esta zona son 3 km de ancho y 14 km de

largo. El lmite sur de esta zona corresponde a la Falla Agua Amarga. SegnCladouhos (1994) es posible continuar esta zona unos 20 km al este, dondeintersectara el lmite norte del Co

analisis de la estabilidad de pilares mina el teniente

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