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7/25/2019 Presentacion 1a. Presion y Manejo de Techo
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ALTURA DEL TECHO IN MEDIATO. Para calcular la altura del
hundimiento en una capa arrancada en una explotacin por
tajo largo, y para al control del techo es fundamental conocer
el espesor del techo inmediato. Este no es constante para unacapa de carbn, pues varia con la constitucin estratigrfica
del MR, y con el mtodo de explotacin y la forma de
aplicarlo.
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Descripcin de los fenmenos observados en un frente
largo.
Segn PENG y CHIANG (1984), al abrir un hueco con la
explotacin de una capa se desequilibra el campo de
tensiones, en su entorno.
Por ello se producen movimientos de los estratos de
rocas comprendidos entre el plano del techo y la
superficie, y presiones de apoyo a ambos lados de laexplotacin y en el frente.
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Cuando una explotacin en frente largo, de suficiente
longitud y anchura, se arranca, los estratos del
recubrimiento se alteran desde el techo a la superficie.
La Figura muestra las tres zonas del movimiento causado
por el arranque del carbn.
ZONA 1: La zona hundida es la inmediata al carbn y tieneun espesor variable entre 2 y 8 veces la potencia de la
capa. Al hundirse esta zona caen sus estratos sobre el
muro de la capa y se rompe en trozos planos de diferentes
tamaos que se disponen de forma caprichosa. El volumen
del montn de trozos de esta zona hundida es mayor que
el que tena la roca in situ. La relacin de estos dos
volmenes se llama coeficiente de expansin oes on amiento.
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Este coeficiente tiene mucha importancia porque fija laaltura de la zona hundida.
ZONA 2: Sobre la zona hundida est la zona fracturada. En
ella estn rotos los estratos, separados en bloques por
fracturas verticales o sub-verticales y horizontales; stas
debidas a la separacin de los estratos.
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Los bloques adyacentes estn total o parcialmente encontacto. De este modo permanece en el estrato una
fuerza horizontal, transmitida a travs de sus trozos. As los
bloques de ese estrato no pueden moverse libremente, sin
afectar al movimiento de los dos bloques adyacentes. Esosestratos rotos en contacto pueden llamarse "vigas
transmisoras de fuerza". El espesor de la zona fracturada
'oscila entre 28 y 42 veces la potencia de la capa, de forma
que el conjunto de zonas hundida y fracturada alcanza 30 a50 veces la potencia de la capa.
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ZONA 3: Entre la zona fracturada y la superficie se
extiende la zona de deformacin continua. En ella no
hay rotura y se comporta como un medio continuo.
Estas tres zonas se han reproducido en modelos de
laboratorio.
De las dos primeras zonas del recubrimiento de que se
ha hablado, la parte de los estratos situada
inmediatamente sobre la lnea del techo, y que debe
hundir en el hueco abierto inmediatamente detrs delavance del sostenimiento del frente, es la que se
denomina Techo inmediato.
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Este techo inmediato al romper y hundir, no puede
transmitir ninguna fuerza horizontal en direccin delavance del frente. Adems el sostenimiento debe
soportar su peso.
constituyen el techo superior. Los dems estratos sobre el
techo superior no afectan la estabilidad del techo en la
zona del frente. En el techo superior los estratos estn
rotos pero no pierden sus contactos. Por esto pueden aun
transmitir fuerzas horizontales, aunque el extremotrasero del estrato est generalmente ms bajo que el del
frente, situado sobre el sostenimiento.
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Una vez montado el frente largo, empieza el avance del
mismo al arrancar el carbn. Ello produce un hueco queda lugar al movimiento del recubrimiento, que se realiza
en dos tiempos.
PRIMERO: comprende desde que se monta la explotacinhasta el hundimiento del techo inmediato, y despus,
dentro del mismo, empieza la rotura del 'techo superior.
La presin mxima de esta primera fase se llama primera
carga. En ella apenas pesa el techo superior. A la distanciaque ha avanzado el frente en esta etapa, Lo, se la
denomina intervalo de la primera carga.
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SEGUNDO: Despus que termina la primera carga,
empieza una fase de hundimiento ms corto, que sigueperidicamente hasta que termina de explotarse la capa.
Esta etapa es la que se llama carga peridica, pues en ella
los techos inmediato y superior sufren roturas que dan
lugar a presiones cclicas, por separado y conjuntamente.
La longitud del intervalo en esta carga peridica,
designada por Lp, es ms corta que el de la primera fase.
(Figura anterior).
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Cuando el ancho de la explotacin, una vez montado todo
el frente largo, adquiere un valor determinado, el techoinmediato empieza a comportarse como una viga
empotrada, flexando, separndose del techo superior e
iniciando las roturas.
El intervalo de la primera fase se puede estimar para el
techo inmediato y superior, por las frmulas:
= 2
= 2
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Donde:
Pi es la potencia del techo inmediato
Ps la del techo superior.
Ri y Rs son las resistencias a traccin de los techos
inmediato y superior.
Yi y Ys sus pesos especficos
TERCERO: Una vez que se ha producido la primeracarga, se inicia la fase de la carga peridica. En esta
fase, y segn sus rocas, el techo inmediato hunde
rpidamente detrs del sostenimiento del frente.
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Los estratos inferiores del techo superior comienzan a
romper peridicamente produciendo presiones elevadas enla zona del frente.
Los intervalos Lp dependen de numerosos parmetros.
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Existen tres parmetros en las caractersticas resistentes de
la entibacin que sirven para predecir la carga peridicadel techo. En primer lugar hay que considerar el
significativo aumento de la resistencia media en tiempo
ponderado.
Tanto la duracin de la mxima resistencia como la de la
resistencia a la carga media hacen crecer claramente el
perodo de carga del techo.
La primera tiene poco inters, pero la duracin de laresistencia a la carga media es la verdaderamente
importante.
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En la Figura se reproduce un ejemplo prctico. En ella el
intervalo de la carga peridica Lp, se compone de dospartes:
aes propiamente el espacio de la carga y
bla duracin del perodo de equilibrio.
De modo que Lp =a + b.
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Otro parmetro a tener muy en cuenta es el crecimiento
rpido del incremento de la resistencia, ya que durante lafase primera de la resistencia del sostenimiento en
funcin del tiempo se incrementa moderadamente
despus de colocado el sostenimiento y al final del
perodo marca una punta violenta.
En la segunda fase, el incremento de resistencia empieza
rpidamente al principio y se mantiene con pocoincremento hasta el final, en que sube en una pequea
punta que sirve para predecir el golpe de carga peridico.
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Durante las cargas peridicas del techo la resistencia
cambia en el frente y los dos estemples traseros, de
los cuatro del sostenimiento de los escudos-bloques,
tienen sensibles diferencias con los delanteros. En la
primera fase, no peridica, no hay estas diferenciaspero al empezar la fase peridica, la presin de los
estemples traseros crece claramente.
En la fase de carga peridica del techo los dos trminos
ms tiles son el intervalo Lp de la carga peridica y la
duracin del mismo Tp.
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El aspecto ms normal del hundimiento del techo
superior es que de cada dos a cuatro perodos cortos de
carga del techo, se produce un perodo ms largo.
Los ciclos cortos pueden atribuirse a deformaciones yhundimientos de los estratos inferiores del techo
superior y duran uno o dos ciclos de avance.
Por otra parte los ciclos mayores de carga ms fuerteprovocados por el techo superior, duran de tres a siete
ciclos de avance del frente.
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La mxima resistencia a la carga peridica, Rmax, es
funcin del intervalo peridico Lp.
Se ha podido establecer que:
= +
Donde:
m es una constante que depende de las propiedades de
los estratos del techo superior hundidos y
n es una constante relacionada con el intervalo.
Estas constantes se determinan en cada yacimiento.
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La estratigrafa del techo de una capa vara de capa a
capa, de mina a mina y de cuartel a cuartel, y aun dentro
del propio cuartel, con ella varan los movimientos.
Cuando se abre un hueco, al arrancar una capa, las
tensiones que estaban en un principio distribuidas
uniformemente, se alteran en su equilibrio. Por ello seforma una zona descomprimida en el techo de los huecos,
y la carga se transfiere a las zonas de carbn virgen.
En el frente y en los bordes de la explotacin se presentantensiones verticales superiores a la normal del
recubrimiento, que se conocen como presin de apoyo o
estribo.
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En la Figura se indican estas distribuciones de las tensiones
sobre el carbn.
Como se ve las tensiones mximas estn
en los bordes del cuartel,
en las guas-de base y
cabeza y en la vertical del frente.
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Altura del techo inmediato:
Para calcular la altura del hundimiento en una capaarrancada en frente largo y para el control del techo, es
fundamental conocer el espesor del techo inmediato.
Este no es constante para una capa de carbn, pues
varia con la constitucin estratigrfica del macizo
rocoso y con el mtodo de explotacin y la forma de
aplicarlo.
en la rebanada superior de una capa potente que searranca en frente largo, el hundimiento se propaga
hacia arriba a medida que se alarga el hueco, al avanzar
el frente.
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Los estratos en voladizo rompen y abren un hueco para
que a su vez rompan los bancos superiores.Los estratos rompen y el volumen de los trozos es mayor
que el de la roca in situ.
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As el espacio entre la corona del hueco hundido y la parte
alta del montn de trozos disminuye, hasta llegar a tocarsey producir el autorrelleno. Esta altura de autorrelleno
cumplir la condicin siguiente (Figura).
P-f = 1 f=ce
por tanto los factores determinantes de la altura de
autorrelleno o techo inmediato pi son:
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= Techo inmediato
p = Espesor del manto
f = Flexin del estrato ms bajo NO hundido
=maxima flexin posible del mismo
k = Coeficiente de expansin
la mxima flexin f (si f = fo = p pi = 0; luego no hay
hundimiento);
la flexin real f est relacionada con p de forma que f =c*p,
Siendo
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- c = 0,l a 0,15 para areniscas muy fuertes,
c = 0,15 a 0,25 para areniscas medias y finas,
c = 0,35 a 0,40 para pizarras arenosas,
c = 0,40 a 0,50 para pizarras y margas.
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El coeficiente de expansin de la roca k se considera
distinto segn las fases.
Es mayor en los primeros hundimientos detrs del
sostenimiento, y
se llama coeficiente original; cuando el montn de trozos
de roca se acerca al contacto con los estratos inferiores
sin hundir, el coeficiente disminuye al compactarse el
montn y
se llama coeficiente residual Kr
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Tambin vara el control del techo en la zona de
hundimiento si se aplica algo de relleno.
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La altura del techo inmediato se obtiene mediante las
siguientes frmulas:
h=
Siendo:
h = Altura del techo inmediato en m.
p = Potencia de la capa en m (en nuestro caso 3,5 m.
como valor mximo)
= Densidad del techo inmediato en t/m3 (en nuestrocaso 2,50 t/m3)
= Densidad del mismo techo pero esponjado (en
nuestro caso 1,74 t/m3 )
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FORMULA DE SISKA
Siska toma la formula de techo inmediato y la modifica,introduciendo 3 coeficientes, a,a,a, a saber:
Categora 1. techos que hunden de forma natural al
retirar la entibacinCategora 2. techos que no hunden fcilmente y necesitan
explosivos, para iniciar el hundimiento.
Categora 3. techos que no hunden y necesitan explosivos
de manera sistemtica
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CATEGORIA DE TECHO a
1 12 (1)+((0,5+2,5*e)/(Ls))
3 (1)+((0,5+0,8*e)/(Ls))
E= espesor del manto en m.s= anchura del tajo (taller) en m
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COEFICIENTE DE TRATAMIENTO DE TECHO INMEDIATO
a
TRATAMIENTO POST
TALLER a
Hundimiento de techo 1
Relleno manual 0,7
Relleno neumtico 0,5
Relleno hidralico 0,45
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COEFICIENTE DE AUTOAPOYO DEL TECHO INMEDIATO
CATEGORIA DE
TECHO
INMEDIATO
LITOLOGIATRATAMIENTO
POST TALLERa
1 LUTITA HUNDIMIENTO 0,75
1 LUTITA RELLENO 0,4
2 LUTITA/ARENISCA HUNDIMIENTO 0,55
2 ARENISCA RELLENO 0,353 LUTITA/ARENISCA HUNDIMIENTO 0,4
3 ARENISCA RELLENO 0,35
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Una vez conocidos a,ay a,y la presin de techo (P),
obtenida mediante la formula de techo inmediato, sepuede estimar la presin de techo Ps, segn siska en
Ton/m, con la formula:
Ps = (a*a*a)*p
P= presin del techo sobre la
entibacin segn formula detecho inmediato (Ton/m)
Ps= presin de techo sobre la entibacinsegn siska (Ton/m)
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Aunque la formula de siska corrige algunas de las
implicaciones de la formula de techo inmediato, su
campo de aplicacin mas idneo es en tajos de capasde potencia inferior a 2 metros, situados a
profundidad media.
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FORMULA DE TERZAGHI
Para la correcta utilizacin de la formula de terzaghi debetenerse en cuenta un coeficiente emprico k. cuando se
desconoce su valor, por no tener experiencias previas
contrastadas, lo cual sucede muy frecuentemente, puede
tomarse k=1.
A partir del ngulo de rozamiento del techo (), se
estima un ngulo Ct expresado en radianes, de la
siguiente forma:
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= 45
2
La presin del techo _ (Ton/m), segn terzaghi se
obtiene de los ngulos y _, el coeficiente emprico
K, potencia del manto e en m, y de _ (anchura deltaller), incluidos los vacos hacia el frente y el
hundimiento.
= + (2 tan )2 tan
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Tomado con adecuada prudencia, se sugiere la siguiente
correccin en trminos de K:
INCLINACION DE LA CAPA K
CAPAS DE PENDIENTE INFERIOR A 20 0,67
CAPAS DE PENDIENTE ENTRE 20 Y 36 1
CAPAS DE PENDIENTE ENTRE 36 Y 45 1,1
Los valores de presin que da esta formula, se
aproximan bastante a los calculados con el modelo
tensodeformacional, especialmente para capas depotencia inferior a 2m. Por ello se recomienda utilizar un
FS de 1,5 para mantos de potencia menor a 2m y 2 para
mantos con potencia superior a 2m.
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CLASIFICACION DEL TECHO INMEDIATO DE
ACUERDO AL MANEJO DE LA PRESION
El techo inmediato tiene un espesor (h=8e) sus rocas
derrumban fcilmente. h=
El techo inmediato se compone de rocas que derrumbanfcilmente y su altura es menor a 6*e h< 6*e. h