Rigoberto Molina S. Ing Civil Minas, M.Cs Geomecánica Rigoberto Molina S. Ing Civil Minas, M.Cs Geomecánica
CURSO FORMACION DE EXPERTOS EN SEGURIDAD
MINERA AÑO 2013
SERNAGEOMIN
Geotecnia y fortificación de minas
“TIPOS DE SOSTENIMIENTO Y
CONCEPTOS GEOTECNICOS” CRITERIO TECNICO DE SELECCIÓN DE
FORTIFICACION
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PROCEDIMIENTOS FORMALES DE DISEÑO PARA
LOS SISTEMAS DE FORTIFICACIÓN
- El procedimiento, busca dar respuesta a las siguientes preguntas:
¿Donde?: ubicación de los problemas de estabilidad o puntos críticos del proceso
de extracción.
¿Por qué?: motivos de la inestabilidad.
¿Qué?: acciones que se requieren para manejar los problemas de estabilidad.
¿Cómo?: forma de implementar las acciones propuestas.
- Un procedimiento formal de diseño intentará:
1.- Identificar la demanda del macizo rocoso
Caracterización del macizo rocoso
Masivo
Estratificado
Blocoso
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Seleccionar el adecuado sistema de fortificación para satisfacer la demanda del macizo
rocoso:
La demanda del macizo rocoso (presión), se puede estimar con las siguientes
expresiones que toman en cuenta la presencia de estructuras y la clasificación de
macizo dada por el Q de Barton.
Transferencia de carga:
Reforzamiento
Soporte
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Comportamiento del reforzamiento:
Reglas de diseño (para estimar
longitud de los pernos):
Elección de métodos para detectar
zonas de altos esfuerzos o mayor
inestabilidad:
Métodos continuos
Análisis de bloques
Metodología de instalación de la fortificación
Momento en el cual se instala la fortificación
respecto a la variación de esfuerzos durante
su vida útil
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ANTECEDENTES PARA EL DISEÑO DE SOPORTE
» Ubicación del Sector
» Antecedentes Geológicos
» Estados del Macizo Rocoso
» Método de Explotación
» Layout de los diferentes niveles
» Clasificación del Soporte
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UBICACIÓN DEL SECTOR
• Altura de Roca Primaria
• Interacción con otros sectores
• Si se sitúa en un lugar cercano a un sector
ya explotado
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ANTECEDENTES GEOLÓGICOS
Litología Estructuras Hidrogeología
Unidades
Litológicas Estructuras Mayores
Sistemas
Estructurales
Existencia de Agua
Subterránea
RMR
Clase
FF/m3
Índice de Calidad
Geotécnica
Dip (º)
DipDir (º)
Dip (º)
DipDir (º)
Tipo de Relleno en
las Estructuras
Análisis de ésta
Propiedades de Resistencia
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ESTADO DEL MACIZO ROCOSO
EXTRACCION
ZONA RELAJACION
ZONA
TRANSICION
ZONA PRE-MINERIA
NIVEL HUNDIMIENTO
SOCAVACION
ZONA RELAJACION
DESARROLLOS
Zona de Pre-minería: El macizo
rocoso se encuentra alejado de la
minería, por lo tanto los esfuerzos
(magnitud y orientación) no se ven
afectados por ésta.
Zona de Relajación: En esta el macizo
se encuentra bajo zona hundida, por lo
tanto el sector no se ve afectado por el
frente de socavación. Los esfuerzos
generalmente son menores en esta zona.
Zona de Transición: Es la zona del
macizo rocoso donde el estado
tensional sufre continuos cambios
(magnitud y orientación) y es el
sector más propenso a que ocurran
daños.
Estado Tensional
Esfuerzos Magnitud Azimut Inclinación
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PANEL CAVING - HUNDIMIENTO TRADICIONAL
ZONA DE RELAJACIONZONA DE
TRANSICIONZONA DE PREMINERÍA
PANEL CAVING – HUNDIMIENTO TRADICIONAL
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SUB LEVEL STOPING
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HUNDIMIENTO POR SUB NIVELES
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BLOCK/PANEL CAVING
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LAYOUT DE LA ZONA A FORTIFICAR
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METODOLOGÍA DE DISEÑO APLICADAS PARA DETERMINAR EL SISTEMA DE FORTIFICACIÓN
• Semi - empíricas: Basadas en aspectos geométricos de la labor, en el comportamiento del macizo rocoso, geología y estructura de la zona.
• Analíticas: Basada en la implementación computacional de aspectos geométricos de la labor, geometría y propiedades de resistencia del macizo rocoso.
• Numéricas: Basada en la implementación computacional de aspectos geométricos de la labor, geometría y propiedades de resistencia del macizo rocoso y aspectos de distribución de esfuerzos.
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METODOLOGÍAS SEMI-EMPÍRICAS
Tab le 4: su m m ary of geo m etric p aram eters o f f ailed blo cks
C as e Se S V A B EA a e D d /a e
1 6 x 6 6 4 5 3 .6 30 1 4 .3 2 .1 5 .7 2 .7 0
2 6 x 6 6 4 6 4 .4 3 1 .4 32 3 .2 7 .6 2 .3 8
3 1 0 x 4 10 7 0 6 .8 31 3 8 .3 3 .5 10 .3 2 .9 4
4 1 2 x 4 12 4 1 4 .1 30 4 6 .3 3 .7 7 .8 2 .1 3
W h ere:
S e: sectio n o f ex cavation , is th e wid th o r len gth an d the h eigh t
o f the tu n n el (m x m ).
S : max im u m s pan o f the excavation , w hich resp on d s to wid th
o r len gth (m ) .
V : vo lu m e o f th e b lo ck (m3).
A: m ax im u m ap ex o f th e b lock (m ).
B : b asal area of th e blo ck (m2) . Is th e area def in ed in the
in te rsectio n o f the ex cavation wall or ro o f, and th e b lo ck .
E A: excav atio n area (m2) . Is th e area of the cros s section
o p enin g.
ae: eq ui valen t r ad iu s for th e excav atio n cro ss sectio n (m ).
d : d istan ce fro m th e cen ter of ex cavatio n wh ere th e s tresses are
calculated = ae + A
Tab le 4: su m m ary of geo m etric p aram eters o f f ailed blo cks
C as e Se S V A B EA a e D d /a e
1 6 x 6 6 4 5 3 .6 30 1 4 .3 2 .1 5 .7 2 .7 0
2 6 x 6 6 4 6 4 .4 3 1 .4 32 3 .2 7 .6 2 .3 8
3 1 0 x 4 10 7 0 6 .8 31 3 8 .3 3 .5 10 .3 2 .9 4
4 1 2 x 4 12 4 1 4 .1 30 4 6 .3 3 .7 7 .8 2 .1 3
W h ere:
S e: sectio n o f ex cavation , is th e wid th o r len gth an d the h eigh t
o f the tu n n el (m x m ).
S : max im u m s pan o f the excavation , w hich r esp on d s to wid th
o r len gth (m ) .
V : vo lu m e o f th e b lo ck (m3).
A: m ax im u m ap ex o f th e b lock (m ).
B : b asal area of th e blo ck (m2) . Is th e area def in ed in the
in te rsectio n o f the ex cavation wall or ro o f, and th e b lo ck .
E A: excav atio n area (m2) . Is th e area of the cros s section
o p enin g.
ae: eq ui valen t r ad iu s for th e excav atio n cro ss sectio n (m ).
d : d istan ce fro m th e cen ter of ex cavatio n wh ere th e s tresses are
calculated = ae + A
Cables
Estimación del pattern de cableado
principalmente en zonas donde existe
intersección de labores.
Pernos
Estimación del largo de
pernos para una
determinada labor.
RMR fc
0 – 20 1.3
21 – 30 1.2
31 – 40 1.15
41 – 50 1.10
51 – 60 1.05
>60 1.00
LP: Largo del perno
fc: Factor de Corrección
Bonani, A.., Rojas E.., Brunner, F. & Fernández. F.: Fitht International Symposium on Ground Support in
Mining and Underground Construction. Australian, Octuber 2004.
LP = (B*fc*0.33) + 1 Laubscher (1990)
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ABACO DE HOEK (1981)
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METODOLOGÍAS ANALÍTICAS
Programa KB-TUNNEL
Programa UNWEDGE
Análisis de los bloques formados por estructuras
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METODOLOGÍA NUMÉRICA
PHASES
UDEC (Version 3.10)
LEGEND
15-Nov-00 18:36
cycle 3009
block plot
Shear Force on Structure
Type # Max. Value
cable 1 5.437E+05
displacement vectors
maximum = 2.593E-01
0 1E 0
-2.000
0.000
2.000
4.000
6.000
-4.000 -2.000 0.000 2.000 4.000
JOB TITLE : Tarea 03: MODELAMIENTO DE EXCAVACION CON DOS SET DE FRACTURAS
Itasca Consulting Group, Inc.
Minneapolis, Minnesota USA
UDEC
FLAC3D
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VALIDACIÓN DE LA FORTIFICACIÓN
Back-análisis: Sobre-excavaciones de galerías
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Estado del Macizo
Rocoso
Zona de Transición. Dinámico
Zona de Pre-Minería. Estático
Zona de Relajación. Estático
Magnitud y Orientación de
Esfuerzos
Geometría de la Excavación
Forma
Tamaño
Intersecciones
Layout de la zona a
fortificar Clasificación de Soporte
Temporal
Primario
Secundario
Soporte Unidades Litológicas
Propiedades y Clasificación
Antecedentes
Geológicos
Estructuras y Sistemas
Estructurales
Propiedades y orientación
Antecedentes Necesarios para desarrollar un Sistema de Soporte Adecuado
Metodología de Diseño para determinar el Sistema de Fortificación
Semi - empíricas
Criterio de Laubscher
Abaco de Hoek
Analíticas
KB-TUNNEL
UNWEDGE
Numéricas
UDEC
3DEC
FLAC 2D y 3D
PHASES
Juicio Experto
Diseño del Sistema de Soporte
Continuar con el sistema de soporte para el sector
SI
NO
__________Revisión_________ Antecedentes
Modelamientos Numéricos
Procedimientos de Instalación
RETROALIMENTACION
Validación en Terreno
Método de
Explotación
Panel Caving
con alguna de
sus variantes
Altura de
columna,
Sectores
aledaños
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SISMICIDAD Y
RIESGO SISMICO
Terremotos
Inducida por Actividad Minera
Tronadura
Terremotos: Son de ocurrencia Natural, por lo tanto no hay control.
Inducida por Actividad Minera: Tiene su origen en el quiebre del macizo rocoso durante el proceso de caving.
-Si la sismicidad es excesiva, se pueden generar “estallidos de rocas”.
-Esta asociada a velocidades de extracción y socavación, por lo tanto tiene grados de control.
Sismicidad producto de la Tronadura: Son de origen artificial y sobre ellas se tiene completo control.
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Estallido de Roca:
Consiste en la pérdida de continuidad del proceso
productivo a causa de la ruptura y proyección
instantánea del macizo rocoso, originado por la
actividad sísmica asociada a la explotación.
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UCL
FRENTE DE
DESPLOME
MATERIAL FRACTURADO
FRENTE
ACTIVO
ACTIVIDAD MINERA Y SISMICIDAD
DAÑO EN LAS
GALERIAS
EVENTO
SISMICO
ESTALLIDO
DE ROCAS
RUPTURA DE
MACIZO ROCOSO
ACTIVIDAD MINERA FUENTE SÍSMICA MEDIO RESPUESTA LOCAL
Estallido de Rocas: Pérdida de la continuidad del proceso productivo de la operación minera provocado
por la ruptura y proyección instantánea del macizo rocoso.”
LIBERACION
DE
ENERGIA
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Sobre tensionamiento del área, por pilares remanentes.
Contactos litológicos (Diorita – Andesita).
Avances de los frentes de extracción y socavación.
Mal estado o déficit de la fortificación (perno – malla –
shotcrete).
Sismicidad fuera de banda sísmica normal.
Altas velocidades de extracción en puntos cercanos.
Tronadura de bateas o conexiones. Un alto porcentaje de los
Estallidos de Rocas ocurre Post-Polvorazo.
CAUSAS DE LOS “ESTALLIDOS DE ROCAS”
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Rigoberto Molina S. Ing Civil Minas, M.Cs Geomecánica 26
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CONCLUSIONES
• no existe un criterio de fortificación definido, que permita tener un
procedimiento de cómo se debe diseñar un sistema de soporte..
• Mucho del diseño de fortificación se basa en la experiencia del
Ingeniero Geomecánico, en una primera etapa, la cual,
posteriormente es validada en terreno, a través de la metodología
para obtener el diseño del sistema de soporte.
• Las herramientas para diseñar un sistema de soporte son variadas
pero el empleo de éstas depende del tiempo que se requiere para el
diseño de una fortificación.