Recerca en el camp de la mineria - Escola Politècnica Superior d

Exemples de recerca
aplicada en el camp de la
mineria
Josep Font Soldevila
Departament d’Enginyeria Minera i Recursos Naturals. UPC
Manresa, 23/01/2012
2
Investigació: “Indagació sistemàtica i amb rigor científic”
Darreres accions:
A. Restauració i manteniment del patrimoni
miner.



Parc arqueològic Mines de Gavà
Museu de les Mines de Cercs (Sant Corneli i Fumanya)
Parc Cultural Muntanya de sal (Cardona)
B. Detecció de mines antipersona
C. Geofísica subterrània
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
Complex Prehistòric Miner de Gavà
3
Investigacions relatives a la conservació de les Mines Prehistòriques de Gava
Grup format per:
• Josep Bosch (Director i arqueòleg del Complex Prhistòric)
• Joan Carles Melgarejo (responsable de geologia del Complex)
• Josep Font (responsable de la restauració del Complex)
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
4
Complex Prehistòric Miner de Gavà
1.
Analitzar les afeccions dels serveis
municipals
2.
Microtopografia (o escàner mitjançant radar
d’alta resolució o similar)
3.
Mecanismes de control de bombejament
4.
Recobriment amb pintura epòxica.
Reconsiderar noves reïnes
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
5
1. Analitzar les afeccions dels serveis municipals
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
6
2. Microtopografia
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
3. Mecanismes de control de bombejament
7
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
3. Mecanismes de control de bombejament
8
A. Restauració i
manteniment patrimoni
miner Gavà
3. Mecanismes de control
de bombejament
9
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
3. Mecanismes de control de bombejament
10
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
4. Assaig de consolidació granular amb resines
11
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
4. Assaig de consolidació granular amb resines
12
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
4. Assaig de consolidació granular amb resines
 Amb
TEGOVAGON
 Amb:
SILOXANO
13
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
4. Assaig de consolidació granular amb resines
Aportacions científiques del grup de la Universitat de
Barcelona:
La superfície està parcialment recoberta de vegetació del
Grup Cianoprocariotes:
 Chroococcales: família Gloeocapsa
 Filamentoses: família Phormidium
 Molses mortes
Les solucions proposades per la no proliferació han estat:
 Utilitzar una llum al límit d’extinció mostral
 Possibilitat d’utilitzar llum discontinua (mitjançant l’ús de
sensors que limitin el temps de exposició a un temps
baix, inferior a 1 min)
 Com el ús de longituds d’ona verd-blau
 Canvi dràstic de condicions ambientals





Disminució de l’aigua disponible
Augment de la llum provinent del sol directe.
Augment de la presencia d’altres plantes (mesura no aplicable).
Augment del pH del sol mitjançant l’agregat de calç mineral.
Trànsit o intervenció de la superfície de creixement de la molsa.
14
A. Restauració i manteniment patrimoni miner Gavà
4. Assaig de consolidació granular amb resines
15
Per tal de realitzar la imprimació de la pintura, cal realitzar una neteja del material orgànic, ja que cal una resistència mínima a la tracció.
Les principals mesures de la preparació del suport són:
Físiques:
 Fresat: Eliminació d’una capa superficial a la zona a tractar. Procés no practicable per la necessitat de conservar la superfície original.
 Raig de sorra: Raig de partícules de sorra propulsades per aire comprimit. Procés menys destructiu que el previ. Produeix gran quantitat de
residus i alteració de la superfície.
 Raig d’aigua: Raig projectat de 10 a 35 MPa, elimina partícules soltes i capes de vegetació. Problema de recollir la aigua projectada.
 Raig d’aigua d’alta pressió i Hidrodemolició: Idèntic sistema que l’anterior i problemàtica. Raig de 35 a 300 MPa i més de 300
respectivament.
 Granellat: Projecció de boles de acer que impacten a la superfície, requereix un manteniment, recollida i neteja dels projectils.
 Escatat o llimat: Es provoca la erosió de la superficie mitjançant el fregament amb materials de elevada duresa.
Tèrmics:
 S’utilitza la projecció de escalfor de 1500ºC per produir un xoc tèrmic.
Químiques:
 Utilització d’àcids, detergents i altres productes: No es consideren ja que poden alterar la roca i afectar-la seriosament.
 Utilització d’algicides i herbicides. Les molses poden ser mortes amb productes que continguin ferro sulfats, o ferro sulfat d’amoni; no
perjudicials per al ecosistema, però no n’evita la reaparició.
B. Detecció de mines antipersona
16
Finalitat de construir un robot
autopropulsat que escombri
intel·ligentment un camp de mines
Empresa interessada:
 Mechatronics Systems / Demining
Consultant
Consistiria en aplicar diferents mètodes
de geofísica: GPR, detector de metalls,
electromagnetisme, sísmic, acústic,
geoelèctric
Department d’Enginyeria Minera i
Recursos Naturals s’encarrega dels
Mètodes de:
 Georesitivitat.
 Tomografia elèctrica.
 Mètode Wenner
B. Detecció de mines antipersona
1. Fonaments geofísics
17
B. Detecció de mines antipersona
2. Assaig de georesistivitat a petita escala
18
B. Detecció de mines antipersona
3. Metodologia i problemàtica de la
georesistivitat a petita escala detectades
 S’injecten 10- 20 V en pocs
nano segons
 Mostren senyal de pics amb
oscil·lacions d’amortiguament
quedant una senyal asintòtica
 Poden haver-hi interferències
electromagnètiques d’antenes
(barres de coure com antenes)
i altres
19
C. Geofísica subterrània
1.
2.
3.
4.
5.
20
Problemàtica
Estat de la qüestió
Assaigs realitzats
Resultats obtinguts
Conclusions
Col.laboradors:
•
•
•
•
•
•
Button, Edward A. (Project Engineer) Schiedhaldenstrasse 8, 8700 Küsnacht, ZH,
Switzerland
Font, Josep (Cap de Secció de Propspecció i Investigació de Mines), Department
d’Enginyeria Minera i Recursos Naturals. UPC
Gödde, Wolfram, DMT GmbH & Co.KG, Exploration & Geosurvey Am, Technologiepark 1,
Essen, Germany
Krueger, Dirk (Geophysicist M.Sc.), Amberg Technologies AG
Trockenloostrasse 21, 8105 Regensdorf-Watt, Switzerland
Moser, Peter (Head of Department), Department Mineral Resources & Petroleum
Engineering, University of Leoben, Franz Josef Street 18, A-8700 Leoben
Piedra, Ignacio (geòlogo) Amberg Infraestructuras SA, Avda. de La Industria, 37-39, 28108
Alcobendas (Madrid)
C. Geofísica subterrània
1.Problemàtica. 1r considerar la geologia
21
C. Geofísica subterrània
22
2. Estat de la qüestió. 2n recerca antecedents
Diagrafies
Coneixement directe de
l’entorn del sondeig.
Pot ésser:
• Sonda calibre.
• Sonda temperatura.
• Sonda elèctrica.
• Sonda gamma natural.
• Sonda gamma-gamma.
• Sonda neutró-neutró.
• Sonda conductivitat.
• Piezòmetres.
• Ph metros.
“Borehole”
A hole driven into the ground to
obtain:
• Geological investigations
• Engineering investigations
• Environmental investigations
• Hydropower dams investigations
• Fracture detection
• Cavity detection
• Karstified area investigation
• Salt layers investigations
Predicció
Preveure l’estructura que es
trobarà al front del túnel
• BEAM (Polarització induïda)
• TSP (Túnel Seismic Prediction)
• TST Tunnel seismic Tomography
• TRT (Tunnel Reflection
Tomography)
• SSP (Sonic Softground Probing
or Seismic softground Probing)
C. Geofísica subterrània
2. Estat de la qüestió. a) SURFACE TO
BOREHOLE GPR
23
C. Geofísica subterrània
2. Estat de la qüestió. b) DOWNHOLE SÍSMIC
24
C. Geofísica subterrània
2. Estat de la qüestió. b) DOWNHOLE SÍSMIC
25
C. Geofísica subterrània
2. Estat de la qüestió. c) DIPOLE REFLECTION
GPR
26
C. Geofísica subterrània
2. Estat de la qüestió. d) CROSSHOLE GPR
27
C. Geofísica subterrània
2. Estat de la qüestió. e) CROSSHOLE SÍSMIC
28
C. Geofísica subterrània
2. Estat de la qüestió. f) GPR polidireccional
29
C. Geofísica subterrània
30
2. Estat de la qüestió. g) TRT (Tunnel Reflection
Tomography)
C. Geofísica subterrània
31
2. Estat de la qüestió. h) TSP (Tunel Sismic Prediction)
Método de predicción sísmica en túneles. Emplazamiento de las
24 cargas explosivas por detrás del frente y exploración de 40 a
150 m en avance
C. Geofísica subterrània
3. Resultats obtinguts. h) TSP
32
C. Geofísica subterrània
3. Resultats obtinguts. h) TSP
33
C. Geofísica subterrània
3. Resultats obtinguts. Selecció mètodes disponibles
Tipo
Método
34
Caracterización
A través de un sondeo mecánico se introduce una
cámara con un conector rígido. Se obtiene un registro
óptico según profundidad.
Observaciones
Se complementa con información del perforista.
Rápido y datos directos sin interpretar. Permite
utilizarlo con otras técnicas de GPR.
2. GPR borehole dipolo
Emisor y receptor transcurren uno detrás de otro por el
sondeo. Similar al georadar de superficie pero con la
lectura de toda la información 360º alrededor del pozo.
Se necesitan 11 sondeos de 23 m de largo a manera
de paraguas.
Simple y rápido. No reconoce la situación exacta
de la anomalía. Si se cabalga con otros, puede
dar mucha información. Necesita sondeos
mecánicos
3. GPR crosshole entre 2 sondeos
Emisor en un sondeo y receptor se desplaza por el otro
sondeo. Posteriormente se desplaza un tramo el
emisor y vuelve el receptor a desplazarse por todo el
segundo sondeo. Se conoce también como tomografía
entre dos sondeos.
Facilita mucha información pero es lento y
complejo.
A través de sondeos mecánicos que se pueden
situar en forma de estrella o perimetral.
4. GPR polidireccional
A través de un sondeo de diámetro de medianas
proporciones (aproxi. 0,7 m) e inclinado hacia abajo
por debajo de la traza del túnel, se desliza emisor y
receptor similar a la metodología normal para el
exterior. Mediante una alza o guía central se puede
dirigir el georadar hacía una lado y otro del túnel.
Problema de un sondeo de 0,7 m de diámetro
pero, a más de la información directa que facilita
un sondeo en la base del túnel, se suma la
amplia información contrastada del georadar.
5. TRT True Reflection Tomography (NSA Engineering,
Inc.)
Una de las primeras técnicas sísmicas de predicción
en túneles (unos 10 años). Experiencias en minas de
carbón. Interpretan los resultados en su compañía y
posteriormente entregan sus conclusiones
Un problema es que se depende de la
interpretación que se realiza exterior al entorno
del túnel. 2 horas para preparar y registrar.
Posibles problemas en materiales no rígidos
6. Summit II (DMT)
Permite el registro de sísmica pasiva y activa (con
explosivos). Es útil tanto en roca vista como en túneles
encofrados
DMT es una empresa muy seria. 60-90 minutos
por registro. Mediante las microexplosiones,
permite la prospección de un mayor abanico de
materiales.
Evalúa las señales sísmicas reflejadas por cargas
explosivas. Sistema similar al de DMT. Se necesitan 24
barrenos para los microexplosivos más 2 para la
recepción.
Filtra la superficie del túnel. Gran resolución a través
de la velocidad sísmica en las diversas rocas
Formación y soporte es magnífico. Como
máximo ellos informan que se necesita 4 horas
por ensayo.
1. Óptico
Físico
Georadar
Técnicas de predicción en
avance de túneles
7. TSP Tunnel
Technologies)
Sismic
Prediction
8. TST Tunnel seismic Tomography (TDEG)
9. BEAM, NAV, HSP, …
(AMBERG
Existen diversos métodos no contrastados.
Producto asiático
C. Geofísica subterrània
3. Resultats obtinguts. Investigació ”in situ”
del DIPOLE REFLECTION GPR
35
C. Geofísica subterrània
3. Resultats obtinguts. Investigació ”in situ”
del DIPOLE REFLECTION GPR
36
C. Geofísica subterrània
3. Resultats obtinguts. Realització de l’assaig 37
DIPOLE REFLECTION GPR
Introducción de la antena de georadar en unos de los 11 sondeos
en el frente del túnel
Esquema de las perforaciones en abanico por
donde se introduce la antena de georadar
“borehole”. También se dibuja en rojo las
anomalías detectadas
C. Geofísica subterrània
3. Resultats obtinguts. Assaig DIPOLE REFLECTION
38
C. Geofísica subterrània
3. Resultats obtinguts. Assaig DIPOLE
REFLECTION
39
C. Geofísica subterrània
3. Resultats obtinguts. Realització de l’assaig
TSP (Tunel Sismic Prediction)
40
C. Geofísica subterrània
3. Resultats obtinguts. Assaig TSP
41
Son 24 cargas explosivas de 40-180 g
Barrenos retacados con agua para no dañar
Zona a detallar con
georadar “borehole”
Proyección de agua en la microvoladura
C. Geofísica subterrània
42
4. Conclusions
 Predicción sísmica en túneles. Es una alternativa rápida y
económica a otros métodos de prospección, la cual permite predecir
cambios estructurales relevantes dentro del macizo rocoso y evaluar
parámetros mecánicos de la roca en el área del túnel y por delante
del frente en avances de 40 a 100 m.
 Georadar tipo “borehole”. La metodología tiene por objetivo
determinar cavidades superiores a 2 m3 en un radio aproximado de
6-12 m alrededor del túnel de avance y 10 m por delante del frente.
 La dificultad de obtener información geotécnica y estructural (como
fallas y cavidades) detallada del macizo rocoso, concretamente
frente del avance en un túnel, se puede mejorar substancialmente
con la combinación geofísica de dos métodos: uno de gran alcance
(como es la predicción sísmica en túneles), conjuntamente con otro
método de más precisión (georadar tipo “borehole”) aplicado en
aquellas zonas anómalas detectadas por el primero.