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Curso Minería Subterránea Clase 4 – Geomecánica Raúl Espinoza Noriega

Mecánica de Rocas La mecánica de rocas nos permite: • Estudiar el comportamiento mecánico (estático y dinámico) de las rocas y el macizo rocoso • Estudiar la respuesta del macizo rocoso a los esfuerzos generados en un ambiente minero • La roca es usada como el principal material estructural

Mecánica de Rocas En minería los principales objetivos son: • Extracción segura y económica del mineral • Maxima recuperacion con minima dilucion • Tener control sobre los indicadores de produccion (KPI) como seguridad, dilucion, recuperacion de minado, produccion, y costos ($/m, $/ton).

Información Básica Necesaria La caracterización del macizo rocoso necesita de: • Datos de perforación diamantina (DDH) Permite extrapolar datos como forma, tamaño, ley, tonelaje y conducta geomecánica • Mapeo Información necesaria para complementar lo registrado en las extrapolaciones de los DDH. • Geofísica Debidamente calibradas, estas herramientas permiten mejorar la delineación de la estructura minera (cuerpo o veta).

Geomecánica en el proceso de Planeamiento de Mina • Proveer el sustento de condiciones de terreno para una extracción minera segura, eficiente, continua y rentable. • Ayuda a asegurar los niveles de producción propuestos en el largo plazo • Asegura retornos económicos satisfactorios

Metodología Sugerida Input Básico • Delineación inicial de la estructura mineralizada • Caracterización del macizo usando datos de DDH • Selección del método de minado Control del Comportamiento de la Excavación • Problemas de diseño a nivel global (donde ubicar las rampas, los accesos?) • Problemas de diseño a nivel de detalle (que tipo de soporte darle a la tunelería como pernos, mallas, etc.) Completar el círculo de trabajo para el diseño de mina • Back analysis (análisis retrospectivo) y documentar!!

Etapas del proceso de Diseño de Mina Orebody Delineation

Geology INPUT DATA

Rockmass Characterization

Geology & Rock Mechanics

Access & Infrastructure

Mine Planning

Stope & Pillar size

Rock Mechanics

Global sequences (Stress analysis)

Mine Planning & Rock Mechanics

Global Economics

Mine Planning

GLOBAL DESIGN

No

Acceptable Design Yes Infill delineation drilling

Geology

Drill & Blast design

Mine Planning

Rock Reinforcement

Rock Mechanics

Detailed Economics

Mine Planning

Extraction Monitoring

No

Acceptable Design

DETAILED DESIGN

Operations, Mine Planning, Geology & Rock Mechanics Yes Document Results

END

CLOSURE OF DESIGN LOOP

Problemas de Diseño Globales • • • • • • • • • • •

Requerimiento de perforación DDH para delinear las áreas de diseño Tonelaje y ley de mineral requerido para alcanzar los objetivos de producción Área caracterizada a partir de información de DDH Requerimientos de infraestructura principal, como sistemas de extracción, talleres, etc. Calendario de producción, detalles y tiempos Estreses inducidos a causa de la secuencia de minado, incluyendo la dirección de extracción Dimensiones de los tajeos primarios y secundarios (incluyendo constitución de pilares regionales) Requerimiento de Relleno Requerimiento de equipo Ventilación Evaluación Económica Global

Problemas de Diseño a Detalle Los problemas de diseño y estabilidad a detalle están relacionado a la extracción individual de los tajeos en un área global. • • • • • •

Delineación detallada de mineral Análisis económico (alcanzando la dilución esperada). Perforación y Voladura Soporte geomecanico de labores Monitoreo de extracción. Documentación y back analysis (análisis retrospectivo)

Característica de las Rocas Roca Intacta

Macizo Rocoso

Discontinuidades del Macizo Rocoso Principales Tipos: • Planos de estratificación • Fallas • Zonas de Corte • Diaclasas • Foliación • Contactos litológicos • Venilleo (vetas)

Discontinuidades del Macizo Rocoso

Propiedades de las Discontinuidades • • • • • •

Orientación Espaciamiento Persistencia Rugosidad Relleno Contactos litológicos • Venilleo

Mapeo Geomecanico • Toma de registro lineal • Identificación de las propiedades de discontinuidades y buzamientos

Tipos de Fracturamiento

Tipos de Fracturamiento

Tipos de Fracturamiento

Tipos de Fracturamiento

Toma de Datos

Clasificación Geomecánica de la Roca El Criterio RMR de Beniawski (1989) • Resistencia a la Compresión (UCS) • RQD • Espaciamiento • Condición de Discontinuidades • Presencia de Agua

Clasificación Geomecánica de la Roca

Índice GSI

Zonificación Geomecánica

Zonificación Geomecánica

Zonificación Geomecánica

Radio Hidráulico En diseños empíricos y para tajeos de grandes dimensiones (o de no acceso por personal), se usa el término Radio Hidráulico, el cual define las dimensiones de tajeos (Stopes) con las que se podría minar. Ayuda a definir varias formas y dimensiones que puede tomar el tajeo. El radio hidráulico de un tajeo se puede calcular a partir de las dimensiones del tajeo (desde la caja piso o al techo), siendo la relación la siguiente:

Radio Hidráulico En taladros largos – definición del área critica. Por lo general a la caja techo (recomendable revisar caso por caso)

 

H

HR
   

Caja Techo

HR
L w

 

 

Luego Calcular N’ (número modificado de estabilidad) N’ = Q’xAxBxC Q’ de Barton Modificado

Tipos de Sostenimiento Pilares

Tipos de Sostenimiento Pernos y Cables

Cálculo de RQD

RMR

Sistema Q

Propiedades de la roca intacta • Propiedades de Resistencia (a la tracción, a la compresión, triaxiales) • Propiedades elásticas (módulo de Young, módulo de Poisson, c - ángulo de cohesión, Φ – fricción, mi) • Propiedades físicas (densidad, porosidad)

Esfuerzos in situ

Esfuerzos in situ World Stress Map

Propiedades del Macizo Rocoso • Resistencia a la compresión (UCS) • Resistencia a la tracción • mb - Constante del macizo rocoso

Diseño empírico de sostenimiento

Diseño empírico de tajeos por subniveles

Análisis de cuñas

Análisis de cuñas

Análisis de cuñas

Instalación de pernos

Instalación de cables

Diseño de sostenimiento por labores/niveles

Pernos –Split set

Pernos – Split set

Pernos – perno helicoidal

Swellex

Malla electrosoldada

Malla tipo gallinero

Mallas trenzadas

Cable bolting

Concreto lanzado

Cimbras

Cuadros de madera

Referencias • Management of Rockfall Risks in Underground Metalliferous Mines – Australian Centre for Geomechanics (ACG) • Manual de Sostenimiento de la SNMPET