Mecánica de rocas aplicada al diseño de excavaciones de obras subterráneas

Metodología y diseño de excavaciones subterráneas•Tenemos excavaciones de servicio y de

producción•Servicio: Están caracterizadas porque su

vida útil debe ser prácticamente igual a la vida útil de la mina.

•Produccion: Presentan un rol temporal en la operación de la mina

•Considerar el caso de excavaciones masivas elasticas, roca estratificada y roca discontinua.

1 Diseño en roca masiva elástica•Es considerado masiva si el volumen de

roca a ser minado para generar abertura es atravesado por uno o dos fenómenos estructurales.

•Las propiedades resistentes del macizo son definidas por el criterio de falla compresiva y resistencia compresiva uniaxial (CO).

•Para el diseño de cualquier abertura minera se tomara en cuanta: 1ro la existencia de una zona de roca fallada alrededor de la periferie de una abertura es común el la practica minera y 2do q el problema básico no solo es prevenir la falla del macizo rocoso sino asegurar q no acurran desplazamientos grandes

•Esto puede lograrse poniendo atención a la forma, metodología y la posibilidad e aplicar sistemas de soporte.

1.a Zona de influencia en una excavacion

•Se define como un dominio de significante perturbación del esfuerzo de campo antes del minado originado por la excavación

1.b Efecto de los plano de debilidad sobre distribución de esfuerzos elásticos

•Nos encontramos con discontinuidades q probablemente se ubican en la abertura .

•Se realiza un analisis elastico para realizar una metodologia valida para el diseño para ellos se toma una analisis a la resistencia al corte de la discontinuidad y se contrarestra con el de la roca intacta

Delineacion de zonas de falla en roca

•En una evaluacion de la performance de excavacion y estructura de roca ay q distinguir entre falla de la estructura y falla del maciso rocoso

•La falla de estructura implica q esta no podrá cumplir las funciones para las que fue diseñada, la falla de roca de roca implica q el resultado no podrá ser asegurado

2 diseño de excavaciones en roca estratificada•Las excavaciones se realizan con una

sección en la cual el techo y piso coinciden con los planos de estratificación, se toma en cuenta los siguiente factores:▫Estado de esfuerzos en la periferia y en el

interior del medio rocoso comparada con la resistencia de la roca anisotropía.

▫Estabilidad del techo▫El levantamiento del piso en la excavación

•En los techos en cavidades subterráneas se diferencia 2 zonas la parte superior y la parte mas próxima a la excavación denominada techo inmediato y comprende y comprende una o mas estratos despegado del resto de los estratos superiores.

•Asi q la carga q actua sobre el techo es su propio peso y se los puede toma como una viga usando la distribucion de tensiones y momentos flectores.

2 .a Techos asimilables en vigas

Para tomarlo como viga se tendra en cuenta:•capas de esperso uniforme•La deflexion es debida a su propio peso•El techo esta enpotrado a ambos

extremos•La roca debe ser homogenea, isotropica y

linealmente elastica.

2. b Influencia de las fisuras en el diseño de techos•Aumenta la inestabilidad y puede

invalidar los estudios realizados.•Las orientaciones de las fisuras puedes

ser perpendiculares o paralelos al eje de la cámara como también puedes estas cercanas al empotramiento tomándolo como voladizo

SOSTENIMIENTO EN MINARIA SUBTERRANEA

Sostenimiento en minería subterránea

•El sostenimiento en las minas subterráneas tiene el propósito de asegurar la seguridad del personal y del equipo y mantener las labores mineras abiertas permanentemente.

GRADOS DE SOSTENIMIENTO

SOSTENIMIENTO ACTIVO• Se entiende como el refuerzo del macizo

rocoso en la excavación subterránea por aquellos elementos que actúan inmediatamente al ser instalados, como el perno swellex, expansión y otros que se adhieren al macizo rocoso

Pernos Splite Set.

Ventajas

Es un perno de fricción, activo, porque actúa desde el momento de su instalación.

Es fácil de instalar cuando se tiene un adaptador adecuado de fábrica.

Es económico en comparación con otros pernos.

Es empleado en labores de explotación, como tajos y frentes.

Desventajas: Para una correcta instalación requiere hacer taladros de

diámetro adecuado (36 - 38mm) No actúa en terreno suelto, fracturado. La resistencia de soporte solamente alcanza de 6 a 9 TN

(estos datos para un perno de 6 pies y un diámetro de taladro 38 Mm...)

Tipo “A” para roca estratificada

TIPOS DE MALLA DE PERFORACIÓN PARA PERNOS DE ROCA.

Tipo “B”: Para roca con sistemas de fracturas.

TIPO “ C”: Para rocas diaclasadas en Block.

Tipo D: Mixto con presencia de fallas.

SHOTCRETE

•Un método de sostenimiento es el concreto lanzado o shotcrete, que es la aplicación neumática de concreto sobre una superficie.

Principales aditivos del shotcrete

• PlastificantesLos plastificantes son aditivos que

ayudan a la bombeabilidad o fluidez del concreto.

• EstabilizadoresSon productos químicos que

detienen o estabilizan el proceso de hidratación.

• Microsilica hace que la mezcla sea pegajosa y

produce un concreto más denso.

Además del cemento tipo Portland, los otros principales componentes del Shotcrete son:•Arena.•Fibras metálicas. La importancia de las fibras metálicas radica en que estas

confieren propiedades de resistencia a la tracción y flexión al concreto

diseño típico para mezcla

Insumos 1.0 m3 Unidad

Cemento 425.00 Kg.

Arena 1632.00 Kg.

Aditivo Plastificante 5.10 l.

Aditivo Estabilizador 2.00 l.

Microsilica 34.00 Kg.

Fibra metalica 35.00 Kg.

Aditivo acelerante 25.50 l.

Agua 183.60 l.

SOSTENIMIENTO PASIVO

SE ENTIENDE POR SOSTENIMIENTO PASIVO A AQUEL ELEMENTO QUE NO LOGRA ADERIRSE AL MACIZO ROCOSO COMO SON:

• CIMBRAS• CUADROS DE MADERA• ARCOS MOL• TUNEL LYNNER, ETC

SOSTENIMIENTO CON MADERA• 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 ángulo de 90º con el sombrero.

Mallas

•Malla de Eslabones Se trata del tipo de malla que se utiliza para cercas y consiste en

un tejido de alambre. El alambre puede ser galvanizado para protegerlo de la corrosión, y por la misma forma de tejerse es bastante flexible y resistente

•Malla Electro-soldada La malla soldada es la que se utilizaba para reforzar el

concreto lanzado y consiste en una cuadrícula de alambres de acero que están soldados en sus puntos de intersección.

• Cimbra Metálica

Se recurre a este tipo de soporte en casos extremos, donde la roca presenta grandes dificultades durante el proceso de excavación: zonas de rocas fuertemente fracturadas, contactos con agua o materiales fluyentes, etc.

clasificaciones geomecánica

•índice de la calidad de la roca – RQD

10150trozos cmsRQD

cms

RQD calidad de roca

tipo

100-90 excelente i

90-75 muy buena ii

75-50 buena iii

50-25 regular iv

<25 mala v

METODOS DE MINADO CON SOPORTE NATURAL

A. CAMARAS Y PILARES

1.Cuerpomineralizado de grandes dimensiones2.Cuerpo plano casi plano (Buzamiento de 0 a 20)3.Roca competente

Camaras con pilares ocasionales

•Pilares en zonas esteriles o de mas baja ley o por factores de seguridad

•No recomendable para minas profundas

Camaras y pilares sistematicos

Las rocas pueden variar en resistencia de 275.7 a 344.7 Mpa(40000 a 50000 psi).

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•El sistema puede ser aplicado a múltiples niveles, sin desmejorar las condiciones estructurales de otros niveles.

B. CAMARAS VACIAS•B.1 SUBLEVEL STOPING

El método de arranque desde subniveles normalmente seemplea en criaderos muy regulares, en los que el mineral yla roca de los son resistentes.

BUZAMIENTO FUERTE

1) ARRANQUE DE BANQUEO CON BARRENOS PARALELOS.

En criaderos verticales este sistema tiene la

ventaja depoder dar un

espaciado uniforme a los barrenos con

unascondiciones ideales de distribución de

energía y de rotura.

Cargas espaciadas y secuenciadas para

reducirvibraciones

2. ARRANQUE CON BARRENOS EN ABANICO

•

• Longitud de perforación óptima: de 20 m a 24 m

pasadoslos cuales se hace más difícil

el control de la desviaciónde los barrenos.

• Fragmentación: puede lograrse reduciendo la

"piedra" oel '”espaciado" de los

barrenos.

METODOS DE MINADO CON SOPORTE ARTIFICAL

Este método es apropiado para filones verticales, con no mucha potencia y con suficiente regularidad y estabilidad de hastíales para permitir la caída por gravedad del mineral.

A. CÁMARAS ALMACÉN (Shrinkage stopes)

•Se utiliza como sostenimiento el propio mineral

arrancado, que se deja en la cámara y a esto debe su nombre

Las ventajas de las cámaras almacén son:

• En condiciones apropiadas pueden ser más baratas que el método de corte y relleno.

•El mineral almacenado actúa como piso de trabajo, incluso para andamiar en el arranque.

•La perforación y voladura en las cámaras almacén son más eficaces que en el método de rebanadas rellenas, pues no es un trabajo cíclico como en éste.

B. CAMARAS CON CORTE Y RELLENO ASCENDENTE

•

•

VENTAJAS•RAPIDA PRODUCCION•VENTLACION SENCILLA•POCA DILUCION DEL MINERAL

•BUEN SUMINISTRO DE MATERIAL DE RELLENO

•PRODUCCION POR CAMARAS IRREGULAR

DESVENTAJAS

C. CORTE Y RELLENO DESCENDENTE• En este método

el arranque se realiza en rebanadas

horizontales que se rellenan

colocando previamente una losa de

hormigón pobre o relleno

cementado que sirve de techo

artificial para la rebanada siguiente.

Es un método que presenta las siguientes

ventajas

•Permite recuperar el mineral en proporción muy alta.

•Evita la inestabilidad con mineral y hastíales falsos.

•Con todo ello aumenta la seguridad

METODOS DE EXPLOTACION POR HUNDIMIENTO1. HUNDIMIENTO POR BLOQUES.

(Block Caving)•Este método consiste en arrancar un

bloque de miner al en un criadero de grandes dimensiones por hundimiento del mineral, que se va sacando por la base del bloque.

•

•

Se empieza por dividir el MINERAL en grandes bloquescuya sección horizontal es generalmente superior a 1000 m 2.En la base se abre una gran roza horizontal, con lo que se lequita a la masa mineral su apoyo.

Las ventajas del método de bloques hundidos son:

• Costo de producción muy bajo; es casi tan bajo• Una vez que el hundimiento empieza, se consigue

una producción elevada.• Pueden normalizarse las condiciones aumentando

la seguridad y eficacia de trabajo.• La frecuencia de accidentes es claramente muy

baja.Los inconvenientes son:• La inversión de capital es grande y la preparación

larga.• La mezcla de mineral y estériles, así como las

pérdidas de mineral elevadas.• Hay que vigilar rigurosamente la descarga del

mineral y no es fácil.

METODO SUBLEVEL CAVING• El método Sub Level Caving se aplica generalmente en

cuerpos subverticales como vetas, brechas y diques. También puede ser aplicado en cuerpos horizontales o subhorizontales que sean de gran potencia

La operación consiste básicamente en la perforación de tiros en abanico desde los subniveles hacia arriba

•Ventajas y Desventajas- del Método

• El método puede ser aplicado en roca "de muy competente a moderadamente competente".

• Puede adecuarse a cuerpos irregulares y angostos.• Es un método seguro ya que todas la s actividades se

realizan siempre dentro de las galerías debidamente fortificadas y nunca en caserones abiertos.

• Se debe admitir un cierto grado de dilución del mineral.• Se debe implementar un control de producción acucioso.• El método requiere un alto grado de desarrollos.