Sostenimiento en Labores Mineras Subterráneas

“Sostenimiento en Minería Subterránea”

• Ing. Arturo Ramos Yataco• Jefe de Geomecánica•

Enfocado a Pequeños Mineros Artesanos

“Cerro Rico”AREQUIPA-PERU

Sostenimiento en Labores Mineras Subterráneas

SOSTENIMIENTO EN MINERIA SUBTERRANEA

En toda explotación minera, el sostenimiento de las labores es un trabajo adicional de alto costo que reduce la velocidad de avance y/o producción pero que a la vez es un proceso esencial para proteger de accidentes a personal y al equipo.

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Selección entre refuerzo y soporteEvert Hoek (2004)

Existe una confusión entre lo que es un soporte de roca y un refuerzo de roca.Refuerzo de roca generalmente consisten en sistemas de empernado o cables que proveen un refuerzo a la masa rocosa aumentando la resistencia friccional entre bloques que la componen.

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Soporte, consistente en cerchas de acero o concreto, shotcrete o cuadros de madera, son diseñados para estabilizar la masa rocosa mediante el control del colapso progresivo o deformación de la misma.En términos simples se dice que el refuerzo en un sistema “activo” mientras que el soporte es uno “pasivo”.

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SOSTENIMIENTO CON MADERA

El sostenimiento con madera tiene por objeto mantener abiertas las labores mineras durante la explotaciòn , compensando el equilibrio inestable de las masas de roca que soporta .

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CLASES DE TERRENOEl conocimiento de las diversas clases de terrenos es fundamental para el enmaderador a fin de terminar la necesidad de sostenimiento de las labores .Desde un puntos de vista practico podemos dividir los terrenos en cuatro clases.

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1-Terreno compacto Es el formado por cristales o por particulas bien cementadas

2- Terreno fracturado Muestra una serie de planos paralelos de discontinuidades como los planos de estratificacion en la roca sedimentaria

3-Terreno arcilloso : Constituido por rocas casi elásticas que se deforman bajo la presión

4- Terreno suave : El cual esta formado por fragmentos gruesos o finos o una mezcla de ambos tamaños

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CLASES DE TERRENOS

AREA DE INFLUENCIA

ZONA DE PERTURACIONES

EQUILIBRIO DINAMICO

TERRENO SUAVE TERRENO ARCILLOSO

TERRENO FRACTURADOTERRENO COMPACTO

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SOSTENIMIENTO SEGÚN LA CLASE DE TERRENO

Terreno compacto : no requiere sostenimiento sino la formacion de una buena bóveda auto sostenida .Terreno fracturado : exige solo un sostenimiento ligero , esta clase de terrenos es mas resistente en direccionperpendicular a las rajaduras o planos de discontinuidad que en dirección paralela a los mismos . Terreno suave : requiere de tipo pesado . En esta clase de terrenos las presiones son mayores cuando mas fino es el tamaño de los fragmentos .Terreno arcilloso : exige un sostenimiento estremadamente resistente o estructuras flexibles capaces de adaptarse a las presiones que se desarrollan .

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GRADOS DE SOSTENIMIENTO

TERRENO COMPACTO TERRENO FRACTURADO

TERRENO ARCILLOSO

EXTREMADAMENTERESISTENTECONCRETO ARMADO

PESADOCUADROS DE MADERA

LIGEROPERNOS DE ROCA

NO REQUIERE

TERRENO SUAVE

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PRINCIPIOS DE SOSTENIMIENTO CON CUADROS DE MADERA

Las estructura debe ser colocada lo mas cerca posible al frentepara permitir solo el mínimo reajuste de terreno antes de dicha colocación .Ella debe ser rígida para que el reajuste que se produce después de la colocación sea reducida al mínimo .La estructura debe estar constituidas por pieza fácil de construcción manipuleo e instalación .Las partes de la estructura que han de recibir las presiones ochoques mas fuertes deben tener tales características y ubicación que trabajen con el menor efecto sobre la estructura principal misma .Ellas deben interferir lo menos posible a la ventilación y no estar sujetos a riesgos de incendio .Su costo debe de ser tan bajo como lo permita su buen rendimiento

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TIEMPO DE VIDA DE LA MADERALa madera es el material mas barato que puede utilizarse . En la mayoría de casos es satisfactorio ; desde el punto de vista de su resistencia , pero su corta duración es la característica desfavorable .La duración de la madera en la mina es muy variable , pues depende de las condiciones en que trabaje , por ejemplo:

- La madera seca ; dura mas .- La madera descortezada , dura mas que aquella que conserve la

corteza .- La madera “curada” ( tratada con productos químicos para evitar

su descomposición ) dura mas que la que no ha sido tratada .- La madera en una zona bien ventilada dura mas que en una zona

húmeda y caliente . PUEDE ESTIMARSE QUE LA MADERA TIENE UNA VIDA QUE FLUCTUA ENTRE UNO OTRE AÑOS .

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CUADROS DE MADERASon un tipo de estructura de Sostenimiento de acuerdo al tipo de terreno y a condiciones especiales de cada Mina.Se utilizan en labores horizontales e inclinados.Su dimensión está de acuerdo al diseño de la labor.

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TIPOS DE CUADROSCUADROS RECTOS.

CUADROS CONICOS .

CUADROS COJOS.

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CUADRO RECTO

Son usados cuando la mayor presión procede del techo, están compuestos por tres piezas, un sombrero y dos postes, asegurados con bloques y cuñas , en donde los postes forman un angulo de 90ºcon el sombrero.

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CUADRO RECTO

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CUADROS CONICOSSon usados cuando la mayor presión procede de los hastíales, la diferencia con los cuadros rectos, solo radica en el hecho de que los cuadros cónicos se reduce la longitud del sombrero , inclinando los postes, del tal manera de formar un Angulo de 78º a 82º, respecto al piso, quedando el cuadrado de forma trapezoidal.

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CUADROS CONICOS

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CUADRO CONICO: SI LAS PRESIONES DEL TECHO SON IMPORTANTES SE REDUCE LA LONGITUD DEL SOMBRERO

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CUADROS COJOSEstos están compuestos por solo un poste y un sombrero, se utilizan en vetas angostas menores de 3 m de potencia, su uso permite ganar espacio de trabajo pueden ser verticales o inclinados ,según el buzamiento de la estructura mineralizada , estos cuadros deben adecuarse a la forma de la excavación para que cada elemento trabaje de acuerdo a las presiones ejercidas por el terreno.

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CUADRO COJO

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ELEMENTOS DE UN CUADRO

SOMBREROSOMBRERO

POSTESPOSTES

TIRANTESTIRANTES

SOLERASOLERA

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SOSTENIMIENTO DE LABORES HORIZONTALES

TIPOS DE ESTRUCTURAS DE SOSTENIMIENTO :

Labores horizontales se emplean principalmente , los sgtes tipos :

- Cuadros de madera - Cuadros de madera reforzados

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SOPORTAN ESFUERZOS COMBINADOS DE COMPRESION Y FLEXION

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SOLERA SOMETIDA EN SUS EXTREMOS A ESFUERZO DE COMPRESION PERPENDICULAR A SUS FIBRAS

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TERRENOS ARCILLOSOS Y MOLIDOS LA SOLERA TRABAJA LA FLEXION

TERRENO POCO RESISTENTE LAS PRESIONES HACIA EL PISO SON DESIGUALES

++

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SE PRODUCEN ESFUERZOS DE CORTE VERTICAL Y DEBEN SER PERPENDICULAR A SUS FIBRAS.

VISTA DE FRENTE

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EN TERRENO POCO RESISTENTE SE USA SOLERA

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CUADROS LONGITUDINALES DE SOMBRERO LARGO , SE USA EN TERRENOS MOLIDOS O ARCILLOSOS.

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SI LA MADERA FALLARA EN LOS 6 O 9 MESES ES CONVENIENTE USAR SOMBRERO DE ACERO

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ELEMENTOS AUXILIARES DE SOSTENIMIENTO

Son alguna piezas de madera que , generalmente complementan el trabajo de la estructura de sostenimiento ; ya sea transmitiendo las cargas , o fijando una pieza hasta que las presiones la sujetan definitivamente o evitando la caída de pequeños trozos de techo o las hastíales sobre la labor , etc. .

Bloques o blocks.Cuñas .Encribados o “emparrillados”.Longarina.

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LOS BLOQUES : SIRVEN PARA MANTENER FIRMEMENTE LAS ESTRUCTURAS DE SOSTENIMIENTO HASTA QUE SEAN FIJADOS POR LA PROPIA PRESION DEL TERRENO – TRANSMITEN LAS CARGAS DEL TERRENO A LAS PIEZAS DE SOSTENIMIENTO .

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LA MADERA TIENE UNA MAYOR RESISTENSIA A LA COMPRESION PARALELA A SUS FIBRAS

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CUANDO EL CUADRO ES CONICO LA CARGA TRANSMITIDA AL POSTE ES MAYOR Y TAMBIEN SE DESARROLLA UNA FUERZA HORIZONTAL QUE TIENDE A FLEXIONAR LA CABEZA DEL POSTE A MAYOR INCLINACION DEL POSTE LA CARGA TRANSMITIDA A ESTE ES MAYOR Y TAMBIEN LA CARGA DE FLEXION VA AUMENTANDO

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CUÑA : SIRVE PARA MANTENER EN SU LUGAR LOS ELEMENTOS DE SOSTENIMIENTO LIMITE DEL ANGULO 15º A 20º

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USO DE LA CUÑA

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USO DE LAS CUÑAS

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ENCRIBADOS ( EMPARRILLADOS) : ES NECESARIO CUANDO EL TECHO DE UNA LABOR HORIZONTAL

SE HALLA ELEVADO MUCHO .

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LONGARINA: Se usa cuando se va a comunicar una chimenea o tajeo a un nivel superior y se coloca debajo de la solera.

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TIPOS DE ESTRUCTURA DE SOSTENIMIENTO

Aunque la variedad de estructuras en esta clase de labores ( chimenea y tajeos ) no es tanto como en las labores horizontales . Conviene establecer una clasificación según los elementos de sostenimiento empleados consideramos los siguientes tipos :CUADROS DE MADERA.PUNTALES.

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HERRAMIENTAS Y ACCESORIOS PARA ARMAR UN CUADRO

•• JUEGO DE BARRETILLASJUEGO DE BARRETILLAS•• CORVINACORVINA•• FORMONFORMON•• PUNTASPUNTAS•• MARTILLO DE 6 MARTILLO DE 6 LbsLbs..•• CORDELESCORDELES•• AZUELAAZUELA

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PROCEDIMIENTOSPROCEDIMIENTOSPARA PARA

ARMAR ARMAR UNUN

CUADROCUADRO

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1.- Marcar el Centro de la labor

IDENTIFICAR LOS PUNTOS IDENTIFICAR LOS PUNTOS DE DIRECCION Y DE DIRECCION Y COLOCAR LOS CORDELES COLOCAR LOS CORDELES SUSPENDIDOS Y ORIENTAR SUSPENDIDOS Y ORIENTAR AL TOPE DE LA LABOR AL TOPE DE LA LABOR LOS PUNTOS Y MARCAR LOS PUNTOS Y MARCAR EL CENTRO DE LA LABOREL CENTRO DE LA LABOR

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2.- Marcar los puntos de Gradiente

COLOCAR LOSCOLOCAR LOSCORDELES EN LOS CORDELES EN LOS PUNTOS DE PUNTOS DE GRADIENTE Y GRADIENTE Y ORIENTAR HACIA ORIENTAR HACIA EL TOPE DE EL TOPE DE LA LABORLA LABOR

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3.- Picar las patillas

PATILLASPATILLAS

DE ACUERDO A LA DE ACUERDO A LA UBICACIUBICACIÓÓN DE LOS N DE LOS ELEMENTOS Y DEL ELEMENTOS Y DEL COMPORTAMIENTO COMPORTAMIENTO DEL TERRENO, DEL TERRENO, PICAR LAS PATILLAS PICAR LAS PATILLAS CON LA LONGITUD CON LA LONGITUD NECESARIANECESARIA

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4.- Colocar los elementos

REALIZADO LAS REALIZADO LAS PATILLAS CORTAR PATILLAS CORTAR TODOS LOS ELEMENTOS TODOS LOS ELEMENTOS DE ACUERDO A LA DE ACUERDO A LA DISTANCIAS OBTENIDAS DISTANCIAS OBTENIDAS EN EL PICADO DE EN EL PICADO DE PATILLASPATILLAS

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5.- Nivelación del Cuadro

COLOCADO LOS COLOCADO LOS ELEMENTOS: POSTES Y ELEMENTOS: POSTES Y EL SOMBRERO, COLOCAR EL SOMBRERO, COLOCAR LOS CORDELES EN LOS LOS CORDELES EN LOS EXTREMOS DEL EXTREMOS DEL SOMBRERO; Y A LA SOMBRERO; Y A LA ALTURA DEL PUNTO DE ALTURA DEL PUNTO DE GRADIENTE MEDIR LAS GRADIENTE MEDIR LAS DISTANCIAS DEL POSTE DISTANCIAS DEL POSTE AL CORDEL.AL CORDEL.

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6.- Bloquear y Enrejar

NIVELADO LOS NIVELADO LOS ELEMENTOS BLOQUEAR ELEMENTOS BLOQUEAR EN PRIMER LUGAR EL EN PRIMER LUGAR EL SOMBRERO A LAS CAJAS SOMBRERO A LAS CAJAS Y LUEGO COLOCAR LOS Y LUEGO COLOCAR LOS TIRANTES.TIRANTES.PRIMERO SE DEBE PRIMERO SE DEBE ENCRIBAR EL TECHO Y ENCRIBAR EL TECHO Y ENREJAR LOS ENREJAR LOS HASTIALESHASTIALES

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PUNTALESSon elementos mas simples y de uso mas frecuente en el sostenimiento de labores inclinadas . Generalmente se emplean puntales de madera .( cuartones de 5”x 6”, 6” x 8” , 8” x 10” ) o redondos de 8” a 12 “ de diametro con longitud de 5` a 10`.

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PROCEDIMIENTO PARA COLOCAR PUNTALES

Colocar y marcar el sitioDesatar el techo Desquinchar el pisoHacer la plantilla en la caja piso Cortar la plantilla Medir el largo del puntal Preparar el puntal Colocar el puntal

NOTA : cuando el puntal es muy largo o las cajas son muy paradas será necesario preparar previamente un andante apoyado sobre 2 puntales inferiores.

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SI LOS PUNTALES VAN HA SOPORTAR PRESION LATERAL , POR MINERAL O DESMONTE CONVIENE QUE EL FONDO DE LAS PATILLAS TENGA INCLINACION ADECUADA EN TAL SENTIDO .FIG 2

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PUNTALES

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PRECAUCIONES ANTES DE CUALQUIER TAREA POR SU SEGURIDAD

COMPROBAR LA VENTILACION : DESATAR EL TECHO HASTIALES Y FRENTES SOSTENER PROVISIONALMENTE COLOCAR EL GUARDA CABEZA LIMPIAR EL PISO TRAER LA MADERA