MECANICA DE ROCAS (MI4060)
DISEÑO EMPIRICO DE CASERONES
Caserones • Los Los cas casero erone ness son son la unida unidad d bási básica ca de explo explotac tació ión n en en min miner ería ía • Estos Estos se pue pueden den deja dejarr vací vacíos os (su (subb-lev level el sto stopi ping) ng),, rel relle lenos nos (cut (cut and and fill) o dejarlos colapsar (caving) • El dis diseñ eño o de caser caseron ones es se real realiz iza a con con gráf gráfico icoss de de esta estabi bilid lidad ad que que incorporan una relación entre la estabilidad del macizo rocoso y el tamaño/forma de la excavación expuesta
Caserones Nivel de perforación y tronadura
Pared colgante (hangingwall) hw
Vista en planta
Nivel de extracción (Geoffrey, 2009)
Caserones
20m
45m
Gráficos ráfic os de esta st abili bi lidad dad A STABLE case history of a single excavation surface s s a g n i m n i k c m o r d f n o a y e t r i u l s a a u e q M
The STABILITY BOUNDARY separates the stable and unstable cases as well as possible. It may be linear or curved.
An UNSTABLE case history of a single excavation surface
Measure Measure of excavation excavation geometry
Son métodos empíricos-no rigurosos, simples de usar. Se pueden dividir en: 1) Con entrada de personal: • Gráfico de luz crítica crítica (Lang, 1994; 1994; Wang Wang et al., 2002; Ouchi et al., 2004) 2004) 2) Sin entrada de personal: • Gráfico para para estabilidad estabilidad de caserones caserones (Mathews, (Mathews, 1981; 1981; Potvin, 1988) 1988) • Gráfico de caving caving (Laubscher (Laubscher,, 1987, 1990)
Gráficos ráfic os de esta st abili bi lidad dad • Se pueden utilizar para: – Estudios de pre-factibilidad – Planificación – Back-análisis • Usar SOLO para las condiciones para las que fueron construidos
Gráfico ráfic o de d e luz lu z crí cr ítica ti ca • Utilizado Utilizado para el diseño diseño inicial inicial de techos techos en minería minería por corte y relleno relleno (Cut and Fill) y Room and Pillar • Basado en 292 casos casos históricos históricos de seis minas Canadiense Canadiensess • Desarrollado Desarrollado para para esfuerzo esfuerzo bajos bajos en el techo de la excavación. excavación. No incluye condiciones de estallidos de roca • Basad Basado o en un un gráfi gráfico co de de RMR76 en función de la luz de la excavación • El factor de orientación orientación de discontinui discontinuidades dades no no es aplicado aplicado directamente. Se restan 10 puntos si hay discontinuidades con dip entre 0° y 60°. Esta Esta corrección corrección es independiente independiente del strike strike de las discontinuidades relativo a la excavación
Gráfi ráfico co de luz lu z crí cr ítica ti ca
La luz crítica se define como el diámetro del circulo mayor que puede ser circunscrito entre pilares y paredes de la excavación
) 2 0 0 2 ( . l a t e g n a W ; ) 4 9 9 1 ( g n a L
) 3 9 9 1 ( l a s i a p g n o V d n a s i n l a k a P
• Estable: sin fallas no controladas, y sin movimiento significativo del techo, y no se necesitan medidas extraordinarias de refuerzo como cables • Potencialmente inestable: existen cuñas potencialmente deslizantes en el techo, o se requiere refuerzo adicional, o existen indicadores de movimiento del techo (más de 1mm en 24 horas) • Inestable: el área a colapsado, o refuerzo adicional no es efectivo
Gráfico ráfic o de d e luz lu z crí cr ítica ti ca
) 9 0 0 2 ( , . l a t e y d a r B
Gráfico ráfic o de d e luz lu z crí cr ítica ti ca Consideraciones: • El techo debe ser reforzado reforzado localmente localmente (patrón de pernos) pernos) • Condiciones Condiciones de altos altos esfuerzos esfuerzos no pueden pueden ser analizado analizadoss • El tec techo ho es es hori horizo zonta ntall • El término término estable estable se refiere a estabilidad estabilidad de corto plazo (aproximadamente 3 meses) • Cuñas discret discretas as deben deben ser reforzadas reforzadas adecuada adecuadamente mente
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o • Desarrollado Desarrollado originalment originalmente e por Mathews Mathews (1981) y modificado modificado por por Potvin (1988) • Para el el diseño diseño de caserone caseroness sin entrada de personal personal • Considera Considera que los siguientes siguientes factores factores controlan controlan el diseño diseño de estabilidad estabilidad de los caserones: Tamaño, forma y orientación de la excavación, Resistencia de la roca y estructura, Esfuerzos en las paredes del caserón. − − −
• Basad Basado o en el el desa desarr rrol ollo lo de de dos dos fact factor ores: es: N ’ el numero de estabilidad, S factor de forma o radio hidráulico. − −
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Número de estabilidad N’
N ' Q' A B C Q'
A B C
Índice Q de Barton modificado
Q
RQD J r J w
Factor de esfuerzos
J N J a SRF
Factor de orientación de discontinuidades Q'
Factor de ajuste por gravedad
Rango
RQD J r J N J a
RQD/ J n
J r /J a
A
B
C
N’
Máximo
0,5 – 20 200
0,025 – 5
0,1 – 1
0, 2 – 1
2–8
0,0005 – 80 8000
Típico (roca dura)
2,5 – 25 25
0, 1 – 5
0,1 – 1
0, 2 – 1
2–8
0,1 – 10 1000
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de esfuerzos A
• Esfuerzos totales relativo a la resistencia a la compresión uniaxial de roca intacta • Medida del efecto de fracturamiento por esfuerzos • Determina Determinarr el esfuerzo esfuerzo total total máximo que que actúa en el el centro de la cara cara de interés del caserón mediante ábacos, soluciones analíticas, modelos numéricos 2D/3D lineal-elásticos
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de esfuerzos A Examine 2D - Análisis Análisis de esfuerzos esfuerzos (elementos (elementos de borde) borde) Descargar gratis de: http://www.rocscience.com/ 10
20
• Dist Distri ribu buci ción ón de 1 (MPa) alrededor de un caserón de 5 m de ancho y 10 m de alto Esfuerzos: • Techo 31,7 MPa • Pare Pared d colg colgan ante te -1,6 MPa (Relajación) ≈
≈
Al aplicar el factor A los esfuerzos durante la vida útil del caserón deben ser anticipados
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de esfuerzos A Comparación de A con el gráfico para determinar los valores de SRF utilizando el sistema Q • Notar Notar la la dism dismin inuci ución ón de de SRF para la zona de confinamientos medios • Comp Compar arar ar con con A • Es esto esto cons consist isten ente? te?
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o
A versus SRF
1/A
10
?
1
• Similar a SRF en la región de medios y altos confinamientos confinamientos • A debería disminuir en la zona de bajos confinamientos confinamientos
A no toma en cuenta • El fa factor A A = 1) falla en tensión ( A
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de orientación B • El sistema Q no incluye la orientación de discontinuidades discontinuidades relativo a la superficie de la excavación
• Basado en el juicio de “expertos” y observaciones de terreno
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de orientación B
1. entre 60 y 90: Difícil que las discontinuidades discontinuidades deslicen 2. entre 30 y 60: Alto potencial de deslizamiento de las discontinuidades 3. entre 0 y 30: Alta probabilidad para que puentes de roca sean destruidos por tronadura, esfuerzos y otras discontinuidades
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de orientación B • Ej Ejemp emplo lo 1 – Util Utiliz izand ando o red ste stereo reogr graf afic ica a
Cara-1=20° Cara-2=53 ° Cara-3=71 °
BC-1=0,2 BC-2=0,65 BC-3=0,88
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de orientación B Repetir para los tres sistemas
• Ej Ejem empl plo o 2 – Util Utiliz izan ando do Di Dips ps
h/w-J1 = 78° h/w-J2 = 88° h/w-J3 = 51°
back
h/w
f/w
J1: Dip=50° Dip=50° , DD=310 DD=310°° J2: Dip=45° Dip=45° , DD=340 DD=340°° J3: Dip=60° Dip=60° , DD=150 DD=150°°
h/w J1
Strike=120 ° Dip=60 ° Diproof =0
Diph/w=60°
DDroof =210 ° DDh/w=210°
h/w-J1 = 0,91 h/w-J2 = 0,98 h/w-J3 = 0,60
J3 es crítica para h/w
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de orientación B • Ej Ejemp emplo lo 3 – Calcu Calculo lo dir direct ecto o del del ángul ángulo o real real Dado el Dip y DipDirection de un plano, el trend y plunge del polo correspondiste quedan dados por: T Trend DipDirection 180 P Plunge 90 Dip
Para una pared, w, del caserón y plano de la discontinuidad, j, los cosenos directores con respecto a un sistema de coordenadas coordenadas globales (Norte, Este, Profundidad) denotado por N, E, D quedan dados por: N w cosT w cosPw
N j cos T j cos P j
E w sin T w cosPw
E j sin T j cosP j
Dw sin Pw
D j sin P j
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de orientación B • Ej Ejemp emplo lo 3 – Calcu Calculo lo dir direct ecto o del del ángul ángulo o real real Calcular el producto punto, w• j j ,entre la pared del caserón y el plano de la discontinuidad:
w • j N w N j E w E j Dw D j El ángulo real entre los planos, , queda dado por:
arccosw • j
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de orienta orientación ción B – casos especiales especiales • Disconti Discontinui nuidade dadess horizon horizontal tal o cara del caserón horizontal Dip 0 ≈
• Discont Discontinui inuidad dad o superfi superficie cie del caserón sub-vertical Dip 90 ≈
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de ajuste por gravedad C 1) Determinar el modo de falla estructural
2) Determinar el factor C basándose en el modo de falla
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de ajuste por gravedad C Ejemplo 1:
DIPw=70 STRIKEw=240 DDw=330 J1: DIP1=45 DD1=330
DD1
DDw
Dip1 Dipw STRIKE=240
DDw DD1
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Factor de ajuste por gravedad C Ejemplo 2:
DIPw=70 STRIKE=240 DDw=330
DDw
J1: DIP1=45 DD1=150
DDw Dipw
DD1 Dip1
STRIKE=240
DD1
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Radio hidráulico HR • Medida del área área expuesta expuesta de una superficie superficie HR
Area de la superficie analizada Perimetro de la superficie
Cuadrada (luz corta máxima)
HR
Caserón túnel (luz corta mínima)
w h
2 w 2h
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Limite de estabilidad sin refuerzo
) 6 9 9 1 , s h c i r e d e i D d n a n o s n i h c t u H (
• 189 ca casos • Estable: poco o ningún deterioro durante el periodo de servicio • Inestable: caserones con falla limitada en las paredes, involucrando menos del 30% de la superficie • Caving: caserones presentan cantidad de falla inaceptable
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Limite de estabilidad de refuerzo con cables c ables
• 112 caso casoss ) 6 9 9 1 , s h c i r e d e i D d n a n o s n i h c t u H (
• Curva superior : el cableado es confiable • Curva inferior : limite de efectividad del cableado • Cable Cabless no pued pueden en sopo soport rtar ar bajo la curva inferior
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Curvas de diseño combinadas
) 6 9 9 1 , s h c i r e d e i D d n a n o s n i h c t u H (
• Indic Indica a si el cas caseró erón n será será estable, requerirá soporte, o será inestable • El dis diseñ eño o del del cabl cablead eado o se realiza con otro gráfico
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Densidad de cableado y longitud • La densidad densidad del cableado cableado depende depende del tamaño de bloque relativo al tamaño de la excavación (RQD/Jn)/HR ) 6 9 9 1 , s h c i r e d e i D d n a n o s n i h c t u H (
• A medid medida a que el tamañ tamaño o de bloq bloque ue disminuye es necesario una densidad mayor
• Cables son inefectivos si ( RQD/Jn)/HR<0.6
• La longitud longitud del cable cable depend depende e de HR:
L=1,5xHR L hasta 15 m y HR hasta 10m
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Densidad de cableado y longitud • Ejemplo plo: ) 6 9 9 1 , s h c i r e d e i D d n a n o s n i h c t u H (
S
cables Densidad 2 Espaciamiento m 2 1
1 Densidad m 1
Espaciamiento
RQD 90 3 sets
RQD 10 J N 9 J N
Caseron hw 30mx15m HR
15 x30 15 15 30 30
RQD J N HR
S
10 5
2
Espaciamiento
1 4,4 m 0,23 m 1
L 1,5 HR 7,5 m
5 m
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Densidad de cableado y longitud
) 6 9 9 1 , s h c i r e d e i D d n a n o s n i h c t u H (
• Dato Datoss en un un nuev nuevo o gráf gráfic ico o sin HR • La zona zona de dise diseño ño es es para para caserones sin entrada de personal, excavaciones no permanentes • Bloq Bloques ues de mayo mayorr tama tamaño ño requieren menores densidades de cables
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Calibración curvas de estabilidad a condiciones locales
• Predisp Predisposic osición ión en en el diseño diseño hacia hacia las condiciones mineras Canadienses • Utiliz Utilizar ar el método método como como una una herramienta preliminar hasta que datos locales son colectados
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Limitaciones
d)
e)
f)
g)
) 6 9 9 1 , s h c i r e d e i D d n a n o s n i h c t u H (
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Limitaciones Caso A‐ Pared Col gante B‐ Te cho C‐ Pared Col gante D‐ Te cho
z (m) (m) 200 600 150 1000
s1 (MPa (MPa)) 10 20 8 60
UCS (MPa (MPa)) 80 115 160 180
Caso A‐ Pared Col gante B‐Techo C‐Pared Col gante D‐ Te cho
UCS/s1 8 5.75 20 3
A 0.78 0.52 1.00 0.21
Caso A‐ Pared Col gante B‐ Te cho C‐ Pared Col gante D‐ Te cho
Modo de fal l a Sl abbi ng Sl abbi ng‐Gravity fal l Sl i di ng Gravi ty fal l
Caso A‐ Pared Col gante B‐ Te cho C‐ Pared Col gante D‐ Te cho
N' 9.3 9.4 9.6 9.6
w ( m) 20.0 18.0 25.0 22.0
RQD 40 60 85 90
RQD/ RQD/Jn Jn 10 10 7.1 15
Jr/ Jr/Ja Ja 0.5 3 0.75 1.5
Q´ 5.0 30.0 5.3 22 22.5
B 0.0 0.3 0.0 0.3 0.0 0.3 90 90.0 1.0
Di p cara/ ara/diso disont ntinuid inuidad ad 90.0 0.0 50.0 0.0
L (m) (m) 40.0 55.0 30.0 34.0
C 8.0 2.0 6.0 2.0
RH (m) 6.7 6.8 6.8 6.7
(Hutchinson and Diederichs, 1996)
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Limitaciones
) 6 9 9 1 , s h c i r e d e i D d n a n o s n i h c t u H (
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Estimación de dilución Línea de minería Dilución no planeada Dilución planeada Cuerpo mineralizado
) 4 9 9 1 , s s o M d n a e l b o c S (
% Dilución
Dilución no planeada (t) Toneladas planeadas (t)
100
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Estimación de dilución Es posible estimar la dilución a través del numero de cargas de mineral y estéril removidos del caserón
) 6 9 9 1 , s h c i r e d e i D d n a n o s n i h c t u H (
Cavity monitoring survey (CMS) Miller et al. (1992) Permite una mejor estimación del volumen de dilución y de la estabilidad del caserón Un láser scan es montado en un hombro telescopico que es extendido dentro del caserón o bajado por un sondaje El láser rota en 3D para obtener una imagen de la superficie de la excavación
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Estimación de dilución
) 9 0 0 2 , y e r f f o e G (
Con el uso de datos de CMS, Clark and Pakalnis (1997) definieron el término ELOS (Equivalent Linear Ovebreak/Slough) para cuantificar la sobre excavación en las paredes del caserón
ELOS (m)
volumen de sobre excavación en la pared
% Dilución
área de la pared
ELOS
ancho del mineral
profundidad profundidad de falla promedio
Método to do de esta st abili bi lidad dad gráfico gráfic o Estimación de dilución Zona estable: Solo daño tronadura: ELOS < 0,5 m Inestabilidad: ELOS: 0,5-1 m Inestabilidad mayor: ELOS: 1-2 m Zona colapso: ELOS > 2 m
Caving Mecanismos de caving • Desc Descon onfifina nami mien ento to o cavi caving ng grav gravititac acio iona nall indu induci cido do por por discontinuidades • Stre Stress ss Cav Cavin ing: g: el el cavi caving ng se se encu encuen entr tra a en pro propa paga gaci ción ón a superficie. Envuelve falla de corte en discontinuidades y fracturamiento de roca • Subs Subsid iden ence ce cavi caving ng:: el el cav cavin ing g se se pro produ duce ce en cont contra ra de un área área previamente hundida • No hay caving
) 3 0 0 2 (
n w o r B
Caving Mecanismos de caving Rock Tunneling Quality, Q
LEGEND : Successful Cave Caving required inducement Coarse fragmentation
y r a d n u k c o o B n R t o c i t a a t n v I a f c o x E h t n g i n s e r s t e r S t e S v e i s v i s s e r s e p r m p o m C o l C i a d x e i a c n u d U n I m u m i x a M : o i t a R
0.01
Extremely Poor
1.0
1
Very Poor
4
10
40
100
400
1000 10
Exxc. Poor Fair Good V.G. Extr. E Good G. Stress Induced
Not Practical to Maintain Stable Openings
0.8
Failure
0.6
G
D
H
0.4
E
A
I
Stress Caving
0.2
F
B
Caving n ot Caving Practical
C
Gravity Caving 0.0
Very Poor 0
Moss Moss et al. al. (1998) (1998)
0.1
Poor 20
Fair 40
Good 60
Rock Mass Rating , RMR RMR
Very Good 80
100
Caving Aproximaciones al análisis de hundibilidad • Experiencia pr práctica • Gráficos em empíricos • Análisis es estructural • Análisis numérico
Caving Grafico de hundibilidad Gráfico Gráfico razonable para MRMR < 50
Stable: requiere solo soporte de cuñas Transición: refuerzo intensivo es requerido para mantener estabilidad
Barlett (1998)
Caving Gráfico de hundibilidad
) 3 0 0 2 ( c i v o l u z r a K d n a s e r o l F
Referencias • • • • • •
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