Por: David Ojeda Farfán, Malena Arrieta Quiroz, Efraín Flores Quispe, Minera Las Bambas.

Resumen 

La ocurrencia de deslizamientos de taludes en tajos abiertos es muy frecuente dentro de las operaciones mineras. Por ende, estos eventos no deseados ponen en peligro la integridad de personas, equipos y, en algunos casos, el riesgo de la viabilidad operacional del negocio minero. Por lo tanto, determinar un sistema de alerta temprana de deslizamiento de rocas y suelos es vital para la gestión y reducción de riesgos dentro de una organización.

El yacimiento minero Ferrobamba es uno de los depósitos en el que actualmente se realizan actividades mineras de explotación, cuyas reservas representan el 100% de la producción de Minera Las Bambas en los próximos 10 años, debido a su avance y desarrollo, se cuenta con 112 inestabilidades en todo el tajo Ferrobamba durante los siete años de operación.

En el presente trabajo usaremos como muestras representativas tres eventos significativos de deslizamientos ocurridos en el tajo Ferrobamba los cuales se detalla a continuación:

ν Inestabilidad #83: deslizamiento parcial de seis bancos desde el nivel 3870 al nivel 3780. El material deslizado quedó retenido en las banquetas inferiores del nivel 3750 y nivel 3720 sin daños a equipos y personas. El evento fue identificado por tres sistemas y dos equipos de monitoreo geotécnico (Radares, Prismas e imágenes Insar).

ν Inestabilidad #105: deslizamiento de talud a gran escala localizado en la pared oeste del tajo Ferrobamba, que comprometió parte de la producción de mineral y una rampa de acceso al sector norte de la fase 05. El evento fue identificado por diferentes sistemas de monitoreo geotécnico (Radares, Prismas, imágenes Insar e inclinómetros).

ν Inestabilidad #112: la zona deslizada afecta cinco bancos desde el nivel 3915 hasta el nivel 3990 con un área de 600 metros cuadrados y un volumen de 30,000 metros cúbicos. El sector presenta una litología de caliza sucia y una ruptura por la estructura tipo cuña multibanco. El evento fue identificado por dos radares: IBIS FM01 y FM02.

En este trabajo se muestra cómo se lograron identificar tempranamente los sectores con riesgo de deslizamientos con la aplicación de herramientas geotécnicas y la precisión del nuevo modelo de alerta temprana para emitir avisos de advertencia, que son utilizados por el equipo de monitoreo geotécnico en Minera Las Bambas.

Introducción

El trabajo en minería de cielo abierto implica actividades que presentan sus propios riesgos y el nivel de estos puede aumentar dependiendo de la velocidad y cantidad de la producción. En el caso de Minera Las Bambas, es una de las minas más grandes del Perú, ocupando el cuarto lugar de producción de cobre a nivel nacional y se ubica entre las diez principales minas de producción cuprífera del mundo.

Por otro lado, las operaciones mineras son afectadas por daños y pérdidas de millones de dólares causados principalmente por los deslizamientos de los taludes de macizos rocosos, debido a distintos factores predominantes en su equilibrio, los cuales son designados como actividades de alto riesgo. El tajo Ferrobamba es el único en producción de Minera Las Bambas, y debido al gran nivel de avance y producción, además de los factores climáticos, el macizo rocoso constantemente está en proceso de reacomodo, en la actualidad ya cuenta con 112 eventos significativos (deslizamientos).

Es por ello, que es importante realzar un continuo monitoreo y seguimiento del comportamiento de los taludes, con el fin de alertar de forma anticipada a la operación, ante un posible colapso o deslizamiento, que sea efectivo y preventivo para así evitar las consecuencias de fatalidades como ha sucedido en otras compañías mineras en el país.

Objetivos

Objetivo general

Aplicar/dar a conocer el nuevo modelo de alerta temprana para emitir niveles de alerta cualitativos al equipo de monitoreo geotécnico y detectar tempranamente el desarrollo de deslizamientos en el tajo Ferrobamba.

Objetivo específico

Niveles de alerta

ν Contar con un nuevo modelo de alerta temprana, alineada a las condiciones y la geología local propia del tajo Ferrobamba.

ν Validar si este nuevo método con umbrales de ángulo tangente se alinea a las condiciones y geología de Minera Las Bambas.

ν Generar un plan de respuesta de riesgo geotécnico efectivo para cada tipo de nivel de alerta

Monitoreo geotécnico

ν Generar niveles de alerta objetivos al equipo de monitoreo.

ν Generar un plan de respuesta de riesgo geotécnico efectivo para cada tipo de nivel de alerta.

Riesgos geotécnicos

ν Identificar y mapear sectores con riesgo geotécnico alineado a los niveles de alerta en el tajo Ferrobamba.

Desarrollo y colección de datos

Tarps del tajo Ferrobamba

En el tajo Ferrobamba, el equipo de monitoreo geotécnico se basa en la evaluación y detección de deformación de taludes de acuerdo con el Tarp de Velocidades de Deformación (Figura 3) y Tarp de Evaluación de la Condición del Talud (Figura 4), con sus respectivos niveles de alerta.

Los umbrales de las alarmas del Tarp de Velocidad de Deformación establecidos para el tajo Ferrobamba con el monitoreo del Radar Ibis fueron obtenidos de un back análisis del evento de la caída de una estructura planar ocurrida en Jahuapaylla Alta (3 y 4 de septiembre del 2017), donde se obtuvieron los resultados de la Tabla 1.

Los umbrales alineados al Tarp de Evaluación de la Condición del Talud están enfocados en la tendencia de la curva de deformación tiempo. En base a ello, se establece el nivel de alerta.

Como observación respecto a estos umbrales, podrían generar una ambigüedad y errores subjetivos al no tener definido un indicador o valor, lo que podría ocasionar la tardía identificación de una inestabilidad, cuyo riesgo podría afectar a personas y equipos.

Metodología Ángulo Tangencial

La metodología del Ángulo Tangencial es aplicada en el artículo de “Alerta temprana exitosa y respuesta de emergencia de un deslizamiento de rocas desastroso en la provincia de Guizhou, China”. El trabajo presenta un caso de alerta temprana exitosa y evacuación oportuna antes de un gran deslizamiento de rocas que ocurrió el 17 de febrero de 2019, en la provincia de Guizhou, China. El desprendimiento de rocas se desencadenó inicialmente en 2014 debido a la excavación del talud para la expansión de la carretera.

En la aplicación del caso, se utilizó instrumentación geotécnica inalámbrica que combina sensores en el sitio y el método geodésico del Sistema de Navegación Satelital Global (GNSS) para monitorear continuamente el desplazamiento de la superficie del deslizamiento de rocas.

El criterio de alerta temprana (Figura 4) de deslizamiento fue desarrollado por State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection (SKLGP), que es un laboratorio estatal, ubicado en la ciudad de Chengdu (China), dedicado a la investigación básica aplicada sobre la prevención de riesgos geológicos y la protección del geoambiente.

De acuerdo con el artículo se concluye que, en comparación con los umbrales tradicionales de desplazamiento y velocidad, los del ángulo tangencial se pueden utilizar para varios tipos de deslizamientos. Por esta razón, realizaremos una simulación y aplicación de los eventos significativos registrados en el tajo Ferrobamba con este método. Validaremos si este, con umbrales de ángulo tangente se alinea a las condiciones y geología de Minera Las Bambas.

Registro de Eventos Significativos

Inestabilidad 83

El 2 de diciembre de 2019, se observa una tendencia progresiva desde las 09:35 aprox. con una velocidad de deformación de 2mm/h, para posteriormente acelerarse y pasar a una curva de tendencia crítica con una velocidad de deformación de 70 mm/h hasta su colapso a las 07:10 horas, aproximadamente.

La zona deslizada presentó una afectación que abarca cuatro bancos simples y un banco doble desde el Nv. 3870 al Nv. 3780, con un volumen de 20,882 m³, en el sector geotécnico E1 y E2. La zona presenta una litología de monzonitas biotititas (MzB) en contacto con calizas, presentando un tipo de ruptura en estructura mixta. (Planar & Cuña).

Se registró el desplazamiento vs tiempo con el radar Ibis FM01, ubicado perpendicularmente a la inestabilidad i83 ubicada en la Fase 2A noreste, sector con estructuras de cuñas y planares a nivel multibanco.

El pronóstico de falla fue a las 07:05 horas y colapsó a las 07:10 horas, teniendo cinco minutos de desfase.

En las Figuras 7 y 8, se muestra el registro fotográfico del antes y el después del deslizamiento de la inestabilidad 83.

Con la data registrada por el radar Ibis FM01, se procedió a exportar la información y elaborar el análisis con los dos Tarp estándar en Minera Las Bambas (Tendencia & Velocidad de Deformación) y el Tarp Ángulo Tangente. Con ellos, podremos comparar y analizar que tanto el método del Ángulo Tangente se alinea a las condiciones y comportamiento de la inestabilidad 83.

Tarp N° 1: Gráfica de Tendencia

Se analizó el desarrollo del deslizamiento de la inestabilidad 83 según el Tarp de Tendencia, mostrando las siguientes observaciones:

ν Alerta geotécnica verde: en este tipo de alerta se ubica la tendencia Inactiva y Regresiva de 30/11 11:02 hasta 13:06 horas (±2h).

ν Alerta geotécnica amarrilla: en este tipo de alerta se ubica la tendencia Lineal y Transgresiva de 30/11 13:07 hasta 01/12 18:00 horas (±29h).

ν Alerta geotécnica naranja: en este tipo de alerta se ubica la tendencia Progresiva de 01/12 18:01 hasta 02/12 00:11 horas (±6h).

ν Alerta geotécnica roja: en este tipo de alerta se ubica la tendencia Crítica de 02/12 00:12 hasta el colapso a las 07:10 horas (7±h).

Tarp N° 2: Gráfica Velocidad de Deformación

Se analizó el desarrollo del deslizamiento de la inestabilidad 83 según el Tarp de Velocidad de Deformación, mostrando las siguientes observaciones:

ν Alerta geotécnica verde: este tipo de alerta presenta una velocidad de deformación menor < 1.0 mm/h (±2 horas).

ν Alerta geotécnica amarrilla: este tipo de alerta presenta una velocidad de deformación menor < 1.5 mm/h (±20 horas).

ν Alerta geotécnica naranja: este tipo de alerta presenta una velocidad de deformación menor < 3.5 mm/h (±10 horas).

ν Alerta geotécnica roja: este tipo de alerta presenta una velocidad de deformación mayor 3.5 mm/h, llegando a una velocidad de deformación máxima de 56 mm/h hasta el quiebre (±12 horas).

Tarp N° 3: Gráfica Ángulo Tangente

Se analizó el desarrollo del deslizamiento de la inestabilidad 83 según el método Ángulo Tangente, mostrando las siguientes observaciones:

ν Alerta geotécnica verde: este tipo de alerta presenta un Ángulo Tangente con la pendiente menor a < 45° (±2 horas).

ν Alerta geotécnica amarrilla: este tipo de alerta presenta un Ángulo Tangente con la pendiente entre 45° a 80° (±30 horas).

ν Alerta geotécnica naranja: este tipo de alerta presenta un Ángulo Tangente con la pendiente entre 80° a 85° (±5 horas).

ν Alerta geotécnica roja: este tipo de alerta presenta un Ángulo Tangente con la pendiente mayor a 85° (±7 horas).

Inestabilidad 105

El 5 de mayo de 2021, se observa una tendencia progresiva desde las 20:30 aproximadamente, con una velocidad de deformación de 8.5 mm/h, para posteriormente acelerarse y pasar a una curva de tendencia crítica con una velocidad de deformación de 102.13 mm/h hasta su colapso el 8 de agosto de 2021 a las 13:56 horas aproximadamente.

La zona deslizada presentó una afectación que abarca 14 bancos desde el Nivel 3840 hasta el Nivel 3870, con un volumen de 1.3 Mtonnes, en el sector geotécnico NW1 y NW2. La zona presenta una litología de MZQ (diques de intrusivo), BX (Brecha) y LMT_S (Caliza alterada), presentando un tipo de ruptura en estructura rotacional controlada por la Falla Jhoshua.

Se registró el desplazamiento vs tiempo con el radar Ibis FM02, ubicado perpendicularmente a la inestabilidad i105, situada en el tramo 3 superior y pared oeste de la Fase 03 con presencia de estructura rotacional controlada por un sistema de diques de intrusivo (MZQ), en el extremo norte, sur y la Falla Joshua, con persistencia de estructuras paralelas a la dirección del talud.

El pronóstico de falla fue a las 00:56 horas y el momento del colapso fue a las 13:56 horas, teniendo 13 horas de desfase.

En las Figuras 14 y 15, se muestra el registro fotográfico del antes y el después del deslizamiento de la inestabilidad 112.

Con la data registrada por el radar Ibis FM02, se procedió a exportar la información y elaborar el análisis con los dos Tarp estándar en Minera las Bambas (Tendencia & Velocidad Deformación) y el Tarps Ángulo Tangente, con ello podremos comparar y analizar que tanto el método de Ángulo Tangente se alinea a las condiciones y comportamiento de la inestabilidad 105.

Tarp N° 1: Gráfica de Tendencia

Se analizó el desarrollo del deslizamiento de la inestabilidad 105 según el Tarp de Tendencia, mostrando las siguientes observaciones:

ν Alerta geotécnica amarrilla: en este tipo de alerta se ubica la tendencia Lineal y Transgresiva desde 11/04/21 13:12 hasta 29/04/21 14:15 horas (±18 días).

ν Alerta geotécnica naranja: en 6 días este tipo de alerta se ubica la tendencia Progresiva desde el 29/04/21 22:49 hasta 04/05/21 14:15 horas (±6 días).

ν Alerta geotécnica roja: en este tipo de alerta se ubica la tendencia Crítica desde el 06/05/21 14:16 hasta el colapso 08/05/21 a las 23:33 horas (±2 días).

Tarp N° 2: Gráfica Velocidad Deformación

Se analizó el desarrollo del deslizamiento de la inestabilidad 105 según el TARPS de Velocidad de Deformación mostrando las siguientes observaciones:

ν Alerta geotécnica amarrilla: este tipo de alerta presenta una velocidad de deformación menor < 1.5 mm/h (±13 días).

ν Alerta geotécnica naranja: este tipo de alerta presenta una velocidad de deformación menor < 3.5 mm/h (±8 días).

ν Alerta geotécnica roja: este tipo de alerta presenta una velocidad de deformación mayor a 3.5 mm/h, llegando a una velocidad de deformación máxima de 30 mm/h hasta el quiebre (±5 días).

Tarp N° 3: Grafica Ángulo Tangente

Se analizó el desarrollo del deslizamiento de la inestabilidad 105 según el método Ángulo Tangente, mostrando las siguientes observaciones:

ν Alerta geotécnica amarrilla: este tipo de alerta presenta un Ángulo Tangente con la pendiente entre 45° a 80° (±19 días).

ν Alerta geotécnica naranja: este tipo de alerta presenta un Ángulo Tangente con la pendiente entre 80° a 85° (±5 días).

ν Alerta geotécnica roja: este tipo de alerta presenta un Ángulo Tangente con la pendiente mayor 85° (±2 días).

Inestabilidad 112

El 15 de marzo de 2023 se observa una tendencia progresiva desde las 20:30 aproximadamente, con una velocidad de deformación de 3.04 mm/h, para posteriormente acelerarse y pasar a una curva de tendencia crítica con una velocidad de deformación de 99.1 mm/h hasta su colapso a las 23:33 horas, aproximadamente.

La zona deslizada presentó una afectación que abarca 05 bancos desde el Nivel 3915 hasta el nivel 3990, con un área cercana a los 600 m² y un volumen de 30,000 m³, en el sector geotécnico NW2. La zona presenta una litología de LMT_S3 (caliza Sucia), registrando un tipo de ruptura en estructura de cuña multibanco.

Se registró el desplazamiento vs tiempo con el radar Ibis FM02, ubicado perpendicularmente a la inestabilidad i112, situada en el tramo 3 superior, sector con estructuras de cuñas a nivel multibanco.

El pronóstico de falla fue a las 00:01 horas y el momento de colapso fue a las 23:33, teniendo 28 minutos de desfase.

En las Figuras 21 y 22, se muestra el registro fotográfico del antes y el después del deslizamiento de la inestabilidad 112.

Con la data registrada por el radar Ibis FM02, se procedió a exportar la información y elaborar el análisis con los dos Tarp estándar en Minera las Bambas (Tendencia & Velocidad Deformación) y el Tarp Ángulo Tangente, con ello, podremos comparar y analizar que tanto el método de Ángulo Tangente se alinea a las condiciones y comportamiento de la inestabilidad 112.

Tarp N° 1: Gráfica de Tendencia

Se analizó el desarrollo del deslizamiento de la inestabilidad 112 según el Tarp de Tendencia, mostrando las siguientes observaciones:

ν Alerta geotécnica verde: en este tipo de alerta se ubica la tendencia Inactiva y Regresiva desde el 15/03/23 a las 0:00 hasta 10:18 horas (±10h).

ν Alerta geotécnica amarrilla: en este tipo de alerta se ubica la tendencia Lineal y Transgresiva desde el 15/03/23 a las 10:18 hasta 21:38 horas (±11h).

ν Alerta geotécnica naranja: en este tipo de alerta se ubica la tendencia Progresiva desde 15/03/23 a las 21:38 hasta 22:44 horas (±1h).

ν Alerta geotécnica roja: en este tipo de alerta se ubica la tendencia Crítica desde el 15/03/23 a las 22:44 hasta el colapso a las 23:33 horas (±1h).

Tarp N° 2: Gráfica Velocidad de Deformación

Se analizó el desarrollo del deslizamiento de la inestabilidad 112 según el Tarp de Velocidad de Deformación, mostrando las siguientes observaciones:

ν Alerta geotécnica verde: este tipo de alerta presenta una velocidad de deformación menor < 1.0 mm/h (±10h).

ν Alerta geotécnica amarrilla: este tipo de alerta presenta una velocidad de deformación menor < 1.5 mm/h (±7h).

ν Alerta geotécnica naranja: este tipo de alerta presenta una velocidad de deformación menor < 3.5 mm/h (±2h).

ν Alerta geotécnica roja: este tipo de alerta presenta una velocidad de deformación mayor a 3.5 mm/h, llegando a una velocidad de deformación máxima de 35 mm/h hasta el quiebre (±4h).

Tarp N° 3: Gráfica Ángulo Tangente

Se analizó el desarrollo del deslizamiento de la inestabilidad 112 según el método de Ángulo Tangente, mostrando las siguientes observaciones:

ν Alerta geotécnica verde: este tipo de alerta presenta un Ángulo Tangente con la pendiente menor a < 45° (±10h).

ν Alerta geotécnica amarrilla: este tipo de alerta presenta un Ángulo Tangente con la pendiente entre 45° a 80° (±11h).

ν Alerta geotécnica naranja: este tipo de alerta presenta un Ángulo Tangente con la pendiente entre 80° a 85° (±1h).

ν Alerta geotécnica roja: este tipo de alerta presenta un Ángulo Tangente con la pendiente mayor a 85° (±1h).

Presentación y discusión de resultados

Análisis comparativo Tarp i83

Se analiza cada Tarp por cada nivel de alerta geotécnica, observando los márgenes de tiempo y holgura entre cada uno de ellos.

Con respecto al nivel de alerta amarrilla se visualiza que el Tarp Ángulo Tangente está a 2 min de diferencia del Tarp Tendencia y, estos a su vez, presentan una diferencia con el Tarp Velocidad de Deformación de ±10 horas.

Con respecto al nivel de alerta naranja se visualiza que el Tarp Ángulo Tangente está a 1 hora de diferencia del Tarp Tendencia y, estos a su vez, presentan una diferencia con el Tarp Velocidad de Deformación de 4 horas.

Con respecto al nivel de alerta rojo se visualiza que el Tarp Ángulo Tangente está a 1 min de diferencia del Tarp Tendencia y, estos a su vez, presentan una diferencia con el Tarp Velocidad de Deformación de 5 horas.

Análisis comparativo Tarp i105

Se analiza cada Tarp por cada nivel de alerta geotécnica, observando los márgenes de tiempo y holgura entre cada uno de ellos.

Con respecto al nivel de alerta naranja se visualiza que el Tarp Ángulo Tangente está a 20 horas de diferencia del Tarp Tendencia y, estos a su vez, presentan una diferencia con el Tarp Velocidad de Deformación de ±5 horas.

Con respecto al nivel de alerta roja se visualiza que el Tarp Ángulo Tangente está alineado con el Tarp Tendencia y, estos a su vez, presentan una diferencia con el Tarp Velocidad de Deformación de ±3 días.

Análisis comparativo Tarp i112

Se analiza cada Tarp por cada nivel de alerta geotécnica, observando los márgenes de tiempo y holgura entre cada uno de ellos.

Con respecto al nivel de alerta amarrilla se visualiza que el Tarp Ángulo Tangente está en el tiempo promedio de los otros dos Tarp estándar del tajo Ferrobamba. Generando una variación del nivel de alerta amarrillo de ±1 minuto.

Con respecto al nivel de alerta naranja se visualiza que el Tarp Ángulo Tangente está a 2 min de diferencia del Tarp Tendencia y, estos a su vez, presentan una diferencia con el Tarp Velocidad de Deformación de 3 horas y 30 minutos.

Con respecto al nivel de alerta Roja se visualiza que el Tarp Ángulo Tangente está a 2 min de diferencia del Tarp Tendencia y, estos a su vez, presentan una diferencia con el Tarp Velocidad de Deformación de 2 horas y 26 minutos.

Conclusiones

Se concluye que el modelo de alerta temprana para emitir niveles de alerta utilizados por el equipo de monitoreo geotécnico en Minera Las Bambas, viene permitiendo:

1. Lograr estandarizar los criterios de niveles de alerta generando un tercer Tarp para la identificación temprana de inestabilidades dentro del tajo Ferrobamba.

2. Se logró validar el nuevo método con umbrales de Ángulo Tangente alineado a las condiciones y geología de Minera Las Bambas.

3. Se permitió generar un plan de respuesta de riesgo geotécnico efectivo para cada tipo de nivel de alerta.

4. Se logró identificar y mapear sectores con riesgo geotécnico alineado a los niveles de alerta en el tajo Ferrobamba.

Agradecimientos

Los autores agradecen a Minera las Bambas por el permiso para publicar el presente artículo.

Bibliografía

Xuanmei, A. et al. 2019. Successful early warning and emergency response of a disastrous..., ResearchGate. Available at: https://www.researchgate.net/profile/Qiang-Xu/publication/335486528_Successful_early_warning_and_emergency_response_of_a_disastrous_rockslide_in_Guizhou_province_China/links/61 639a291eb5da761e794382/Successful-early-warning-and-emergency-response-of-a- disastrous-rockslide-in-Guizhou-province- China.pdf (Accessed: April 2022).