Instituto Profesional Virginio Gómez Escuela Tecnológica Industrial Ingeniería en ejecución de minas
Geomecánica aplicada Clase 9 – Pilares y Caserones MSc. René GP
Contenidos 1.
2.
Caserones i.
Gráficos de de es estabilidad
ii.
Dilución
Pilares en roca i.
Tipos de pilares
ii.
Diseño de pilares
iii.
Modos de falla
1. Caserones Caserones son las unidades básicas de una explotación minera subterránea. Su diseño se realiza a través de gráficos de estabilidad los cuales considerar la calidad del macizo rocoso y geometría del caserón. Los caserones al ser extraído el mineral pueden dejarse vacíos, rellenarse o dejarse colapsar.
1. Caserones Ejemplo: Sublevel stoping
1. Caserones Gráficos de estabilidad
Los gráficos de estabilidad corresponden a herramientas empíricas utilizadas para predecir la estabilidad/inestabilidad de una excavación, considerando su geometría y calidad.
1. Caserones Gráficos de estabilidad
Se pueden clasificar en:
Gráfico de luz crítica (considera entrada de personal)
Gráfico para estabilidad de caserones (sin entrada de personal)
Gráfico de caving (sin entrada de personal)
Se deben utilizar solo para las condiciones para las cuales fueron f ueron construidos. (Vallejos, 2011)
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: Luz crítica
Utilizado en el diseño de techos de excavaciones para bajas condiciones de esfuerzos sobre éste. Basado en la calidad del macizo rocoso a través del RMR76 y en función de la luz de la excavación excavación (máxima distancia sin soporte). Se considera indirectamente el factor de orientación de las discontinuidades, restando restando 10 puntos (al RMR) si hay discontinuidades con manteo entre 0° y 60°.
1. Caserones Gráficos de estabilidad: Luz crítica
1. Caserones Gráficos de estabilidad: Luz crítica
1. Caserones Gráficos de estabilidad: Luz crítica
Consideraciones (Vallejos, (Vallejos, 2011): •
El techo debe ser reforzado reforzado localmente (patrón de pernos)
•
No permite análisis de condición de altos esfuerzos
•
El techo es horizontal
•
El término estable se refiere a estabilidad a corto plazo (3 meses aprox.)
•
Cuñas discretas deben ser reforzadas adecuadamente
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: Estabilidad Estabilidad de caserones
Número de estabilidad
= × × × Donde, A = Factor de esfuerzos B = Factor de orientación de discontinuidades C = Factor de ajuste por gravedad Q’ = Q de Barton modificado:
= ∙ ∙
′ = ∙
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: Estabilidad Estabilidad de caserones
Número de estabilidad: Factor de esfuerzos (A)
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: Estabilidad Estabilidad de caserones
Número de estabilidad: Factor de esfuerzos (A)
A = 0.33
UCS = 100 y σ1 = 25
100/25 = 4
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: Estabilidad Estabilidad de caserones
Número de estabilidad: Factor de orientación (B) Se incorpora este factor debido a que el Q de Barton no considera orientación de discontinuidades respecto a la superficie de la excavación. excavación.
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: Estabilidad Estabilidad de caserones
Número de estabilidad: Factor de orientación (B) A medida que se tiene un menor ángulo entre la pared de la excavación y las discontinuidades existe existe un mayor riesgo geotécnico. Alternativamente se puede utilizar el siguiente gráfico para determinar el factor de orientación (B).
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: Estabilidad Estabilidad de caserones
Número de estabilidad: Factor de orientación (B) Corrección por rumbo.
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: Estabilidad Estabilidad de caserones
Número de estabilidad: Factor de ajuste por gravedad gravedad (C) Primero Primero se debe determinar el modo de falla estructural:
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: Estabilidad Estabilidad de caserones
Número de estabilidad: Factor de ajuste por gravedad gravedad (C) Para fallas por gravedad y Planchones
Para fallas por deslizamiento
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: Estabilidad Estabilidad de caserones
Número de estabilidad: Radio hidráulico (HR) Da cuenta del área expuesta de una superficie, se determina mediante la siguiente ecuación:
Á = í
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: estabilidad: Estabilidad de caserones
Una vez determinado el número de estabilidad, para una pared de geometría conocida (RH) se utiliza el siguiente gráfico de estabilidad.
1. Caserones Gráficos Gráficos de estabilidad: estabilidad: Estabilidad de caserones
Una vez determinado el número de estabilidad, para una pared de geometría conocida (RH) se utiliza el siguiente gráfico de estabilidad. Con refuerzo de cables:
1. Caserones Gráficos de estabilidad: Caving
Gráfico de estabilidad de caserones basado en la calidad del macizo rocoso a través de MRMR y la geometría del caserón a través del RH. Utilizado también en métodos de caving para predecir la hundibilidad del bloque.
1. Caserones Dilución
Porcentaje Porcentaje de material (principalmente (principalmente estéril) que diluye l mineral mineral extraído. Esta puede ser planificada (incorporada dentro del diseño minero) o no planificada (toma lugar durante la operación).
1. Caserones Dilución: Estimación
La dilución de un caserón puede estimarse a través del concepto de ELOS, el cual da cuenta de la relación entre el volumen sobre-excavado y el área de la pared. (Profundidad de falla promedio)
=
Dilución % =
[] ℎ []
1. Caserones Ejercicio en clases
Mediante el gráfico de estabilidad de caserones, determinar si la estabilidad de un caserón con un índice de Q’ de 10. Posee un set de discontinuidades paralelas a las cajas, UCS de 120 MPa. Dimensiones 40x40x40 m.
σ1= 40 MPa
2. Pilares Un pilar minero se defino como la roca in-situ entre dos o más excavaciones subterráneas. subterráneas. (Coates 1981) La geometrías de un pilar pueden ser variadas. Dependerán de las características del tipo de yacimiento, yacimiento, el método de explotación y su propósito. Ejemplos: Pilares de protección, pilares de soporte. (Vallejos (Vallejos 2011)
2. Pilares Tipos de pilares
Pilares de protección: diseñados para proteger las excavaciones u otras estructuras de los esfuerzos inducidos por la minería. •
Shaft pilar
•
Pilar corona
•
Pilares barrera de agua
•
Pilares de borde
2. Pilares Tipos de pilares: Pilares de protección protección
Shaft pilar: Pilares que entregar soporte a sistemas de traspasos.
Shaft pilar
2. Pilares Tipos de pilares: Pilares de protección protección
Pilar corona: generan protección en el techo de la explotación subterránea, previniendo a la vez afectar la superficie sobre la mina.
2. Pilares Tipos de pilares: Pilares de protección protección
Pilar barrera de agua: Pilar cuya función principal es evitar que el agua ingrese a una labor subterránea. Ejemplo en minería del carbón.
Pilar Barrera
2. Pilares Tipos de pilares: Pilares de protección protección
Pilar de borde: Pilares encargados de soportar el abutment stress producto de la redistribución de los esfuerzos alrededor de la excavación.
Pilar de borde
Pilar de borde
2. Pilares Tipos de pilares
Pilares de soporte: diseñados para soportar cargas, con el fin de prevenir colapsos y convergencia. •
Losas
•
Pilar barrera
•
Pilar de fluencia
•
Post pilar
2. Pilares Tipos de pilares: Pilares de soporte
Losas: Pilares que dan soporte entre excavaciones separadas en la vertical, diferentes niveles (piso y techo respectivamente) Pilar barrera: Utilizados para separar excavaciones mineras individuales.
2. Pilares Tipos de pilares: Pilares de soporte
Pilar de fluencia: diseñados para fluir inmediatamente después de ser expuestos, para transferir carga a los abutment o pilares berrara. Evitan que se generen altos esfuerzos sobre el techo y piso en los ejes de los pilares .
2. Pilares Tipos de pilares: Pilares de soporte
Post pilar: generan soporte local en algunas operaciones de Cut and Fill. Al progresar la extracción los pilares se vuelven mas esbeltos.
2. Pilares Diseño de pilares
Para diseñar un pilar minero se deben tener en consideración 3 parámetros claves: •
La carga sobre el pilar, σ p [MPa].
•
La resistencia del pilar, S p [MPa].
•
El factor de seguridad: S p / σ p
σ p
S p
2. Pilares Diseño de pilares: Estimación de carga ( σp)
Para estimar la carga que tributa sobre un pilar se utiliza la técnica del área tributaria. Para Para ello se debe calcular el área del pilar y el área extraída. extraída.
2. Pilares Diseño de pilares: Estimación de carga (σp)
Para diferentes geometrías:
2. Pilares Diseño de pilares: Estimación de carga (σp)
Ejemplo: Determinar Determinar la carga sobre un pilar inclinado. Ancho de pilar wp y ancho de excavación wo.
2. Pilares Diseño de pilares: Resistencia de pilares
Metodología de Lunder & Pakalnis Pakalnis para estimar la resistencia de un pilar, considera factor de tamaño, resistencia de la roca intacta y resistencia a la fricción.
= × (0,68 + 0,52 × ) Donde, K representa representa el factor de tamaño del macizo rocoso: 0,30 - 0,51 (0,44 promedio en roca competente). UCS: UCS: Resistencia a la compresión uniaxial de la roca intacta [MPa]. [MPa].
: Resistencia a la fricción del pilar.
2. Pilares Diseño de pilares: Resistencia de pilares
El parámetro puede ser determinado a través través de las siguientes ecuaciones.
1 − = 1 +
= 0,46 ∙ + 0,75 ℎ
,∙
2. Pilares Diseño de pilares: Resistencia de pilares
Diferentes estudios de resistencia de pilares Falla
Estable
2. Pilares Modos de falla en pilares
2. Pilares Modos de falla en pilares: Falla progresiva
Se observan desprendimientos en las paredes de los pilares. Usualmente en pilares esbeltos con bajo confinamiento y esfuerzo principal mayor transversal al pilar.
2. Pilares Modos de falla en pilares: Falla progresiva
2. Pilares Modos de falla en pilares: Control estructural
Este tipo de fallas ocurre cuando el pilar se encuentra orientado desfavorablemente respecto a las discontinuidades presentes. La falla ocurre en forma de corte a lo largo del plano de falla.
2. Pilares Modos de falla en pilares: Estallido de pilar
Ocurre cuando la carga sobre el pilar exceden su resistencia.
2. Pilares Ejercicio
Si se considera que el factor de seguridad mínimo para desarrollos permanentes es 1,6 ¿Cuanto se maximiza maximiza la recuperación? recuperación?
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Geomecánica aplicada Clase 9 – Pilares y Caserones MSc. René GP
