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muy buena
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UNIVERSIDAD NACIONAL
DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERIA DE MINASc
POR:
ESTRELLA CARBAJAL Kenny
MINERÍA GENERAL
SOSTENIMIENTO
El sostenimiento en minería subterránea es muy
importante, ya que por la naturaleza del trabajo toda labor
que se hace en el interior de la mina se realiza en espacios
vacíos, inestabilizados producto de la rotura de la roca o
mineral extraído; para lograr que se mantenga nuevamente
estable la zona y en condiciones de trabajarla, la zona debe
de redistribuir sus fuerzas, para ello es necesario apoyar
inmediatamente con el refuerzo o el sostenimiento
adecuado, considerando el tipo de rocas, fallas con relleno,
fallas abiertas, etc.
Es todo lo que sirve para contener el desprendimiento de
trozos de roca y proteger al personal, impidiendo el derrumbe
de los techos y de las paredes de las labores mineras.
El sostenimiento o fortificación tiene por objetivo mantener
abiertas las labores durante la explotación, compensando el
equilibrio inestable de las masas de roca que soporta.
En la mayoría de los casos, solamente es necesario que las
labores mineras permanezcan abiertas durante periodos de
tiempo relativamente cortos por ello la función de las
fortificaciones es retrasar el reajuste de las masas de rocas
mas que asegurar un sostenimiento permanente.
Los principios fundamentales que se deben seguir en el diseño y
empleo de estructuras de sostenimiento para fuertes presiones,
constantes o repentinas son:
La estructura debe ser colocada lo mas cerca posible al frente para
permitir solo el mínimo reajuste del terreno antes de dicha
colocación.
Debe ser rígida para que el reajuste que se produce después de la
colocación sea reducida al mínimo.
La estructura debe estar constituido por piezas de fácil construcción,
manipuleo e instalación.
Las partes de la estructura que han de recibir las presiones o
choques mas fuertes deben tener tales características y ubicación
que trabajan con el menor efecto sobre la estructura principal
misma.
Ellas deben interferir lo menos posible a la ventilación y no estar
sujetos a riesgos de incendio.
Su costo debe ser tan bajo como lo permite su buen rendimiento.
El conocimiento de las diversas clases de terreno es fundamental
a fin de determinar la necesidad de sostenimiento de las labores.
Desde el punto de vista práctico podemos dividir los terrenos en
cinco clases:
1.- TERRENO COMPACTO.- Son los terrenos duros, solido o
firme, formado por partículas bien cementados entre ellos
tenemos la mayoría de las rocas ígneas y algunas rocas
metamórficas. Este tipo de terreno no requiere de sostenimiento
es autosostenido.
2.- TERRENO FRACTURADO.- Muestra una serie de planos
paralelos de discontinuidad como los planos de estratificación y
una serie de fracturas o planos de separación los que pueden
estar en diferentes direcciones, aquí se encuentran las rocas
sedimentarias. Requiere solo un sostenimiento ligero.
3.- TERRENO QUEBRADO.- Es aquel que presenta dos o mas
sistemas de plano de discontinuidad o rajaduras. Estas características
no se ofrecen en forma natural en las rocas, sino que es producido
por cambios en las condiciones físicas de ellas y por esfuerzos en la
corteza terrestre. Es necesario un sostenimiento de tipo medio.
4.- TERRENO MOLIDO.- El cual esta formado por ligamentos gruesos
y finos o una mezcla de ambos tamaños, la masa de roca es
completamente discontinua, aquí tenemos las arenas y brechas.
Requiere de sostenimiento de tipo pesado, en esta clase de terreno
las presiones son mayores cuanto mas fino es el tamaño de los
fragmentos.
5.- TERRENOS ARCILLOSOS.- Constituido por rocas casi plásticas
que se deforman bajo la presión. La mayor o menor plasticidad
depende del contenido de agua y la proporción de arcilla, tenemos los
panizos y pizarras. Este tipo de terreno exige un sostenimiento
extremadamente resistente, tales terrenos se deforman fácilmente
bajo la presión.
TERRENO SUAVE TERRENO ARCILLOSO
TERRENO FRACTURADOTERRENO COMPACTO
Madera : Palos, tablas, tacos y cuñas de eucalipto seco.
Para piques pino oregón.
Piedras o roca (muro seco o pircas)
Concreto armado.
Pernos de anclaje
Natural : El techo debe llevarse en forma de arco o
bóveda, ubicando bien los taladros superiores(alzas).
Cuadros de madera : Cuando el terreno es blando, en
lugar de patilla se coloca un palo de madera en el piso
(longarina), en cuyos extremos se paran los postes.
Natural
En filones : Se deja puentes, en los hechaderos y/o caminos, sin
interrumpir los accesos a los mismos. En minería artesanal, los
pilares deben dejarse en los mismos tajeos .
En mantos y cuerpos : A intervalos apropiados dejar pilares para
impedir que caigan planchones de la caja techo, denominándose
cámaras y pilares (Room and Pillar), el método de explotación.
Puntales de maderaSe deben colocar siempre en forma perpendicular a las cajas.
Puntal de línea : Se colocan para reforzar hechaderos de mineral
o construir buzones.
Puntal de seguridad : Sirven para sostener cajas inestables. En la
caja techo llevan una plantilla de madera para dar una mayor
consistencia.
Muros secos o pircasIntercalando con puntales de línea se construyen muros con piedra
o roca caja para sostener rellenos.
Usualmente se denomina soporte de rocas a los procedimientos y
materiales utilizados para mejorar la estabilidad y mantener la
capacidad de resistir las cargas que producen las rocas cerca al
perímetro de la excavación subterránea. Se puede clasificar a los
diversos sistemas en dos grandes grupos:
1.- LOS DE APOYO ACTIVO; que viene a ser el refuerzo de la roca
donde los elementos de sostenimiento son una parte integral de la
masa rocosa.
Refuerzo de roca generalmente consisten en sistemas de
empernado o cables que proveen un refuerzo a la masa rocosa
aumentando la resistencia friccional entre bloques que la
componen.
2.- LOS DE APOYO PASIVO; donde los elementos de
sostenimiento son externos a la roca y dependen del movimiento
interno de la roca que esta en contacto con el perímetro excavado.
Soporte, consistente en cerchas de acero o concreto, shotcrete o
cuadros de madera, son diseñados para estabilizar la masa
rocosa mediante el control del colapso progresivo o deformación
de la misma.
En términos simples se dice que el refuerzo en un sistema
“activo” mientras que el soporte es uno “pasivo”.
ACTIVO
Barra Helicoidal
Pernos con Resina
Pernos con Anclaje
(Refuerzo)
ACTIVO Split Set
Swellex
(Refuerzo)
Cables
En la figura se puede observar la acción de la resina que
embebe al perno de roca
Los ángulos de un perno con la superficie de
la roca deben tene 90 grados con un máximo
de inclinación de 10 grados de la vertical y la
platina debe colocarse completamente sobre la
superficie de la roca.
Ejemplos buenos (B y D), ejemplos no
aplicables (A, C y E).
A
B
C
D
Dimensión de los bloques (X) a soportar
Profundidad de las capas (X) a soportar
L \ E = 1,75
L = 1,4 + (0,18 X W)
longitud del perno (L) = X + .75 M
longitud del perno (L) = X + .75 M
L = longitud del perno, E = espaciamiento de los pernos
L = longitud del perno, A = ancho de la apertura en metros
LONGITUD Y ESPACIAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE
SOSTENIMIENTO
ANGULOS DE INSTALACION
PASIVO
Malla
Cintas Metalicas
Cimbras
(Soporte)
PASIVO
Shotcrete
Cuadros de Madera (Soporte)
Cuadro recto
Cuadro cónico
Cuadro cojo
A) SOSTENIMIENTO CON MADERA.- La madera es el material de
sostenimiento mas accesible y económico, dotado de alta resistencia mecánica
y de gran maniobrabilidad, su defecto es que tiene poca durabilidad debido a la
putrefacción y su combustibilidad.
En labores mineras se emplea como sostenimiento los cuadros de madera, la
madera empleada más económica es el eucalipto, el pino solo es utilizado en
piques. Estas maderas pueden ser tratadas con antisépticos para aumentar su
durabilidad de 2 a 3 veces más. También su durabilidad aumenta cuando hay
una buena ventilación.
El sostenimiento en las minas se distingue, el sostenimiento permanente y
provisional. Es permanente el sostenimiento cuando tiene que durar tanto
tiempo como la galería misma y el sostenimiento provisional en tajeos de
avance.
En sostenimiento de labores mineras se emplean los
siguientes tipos de sostenimiento:
La construcción de los cuadros de sostenimiento depende del tipo,
misión, forma y dimensiones de la sección de la galería, la magnitud de la
presión de la roca. Se tiene los siguientes tipos de cuadros:
CUADROS RECTOS.- Es del tipo mas sencillo que consta de un
sombrero soportado por dos postes verticales. Estos cuadros son
empleados cuando hay poca presión del terreno en el techo y en las
cajas laterales.
CUADROS CÓNICOS.- Estos cuadros se emplean cuando hay fuerte
presión del terreno en el techo y cajas laterales. Los cuadros se colocan
en forma trapezoidal recortando la longitud del sombrero e inclinando
los postes a ángulos de 78° a 80°.
CUADROS CON SOLERA.- Son cuadros completos constituidos por: un
sombrero, dos postes y una solera. Estos cuadros son empleados cuando
existe una presión del terreno que actúa desde el piso y cuando las rocas
que integran al piso son débiles, con el fin de prevenir el hundimiento de
los postes.
La resistencia a la flexión, tensión, compresión depende de la
estructura fibrosa y de los defectos de la madera.
La humedad ,no es resistente.
Los hongos afectan en la humedad con poca ventilación y la
madera se pudre.
No es conveniente que la madera trabaje a la flexión, mejor
trabaja a la compresión paralelo a las fibras.
B) SOSTENIMIENTO CON ACERO.- Es uno de los materiales de
sostenimiento mas perfecto, dotado de alta resistencia mecánica y
resistencia al fuego, y que soportan bien los esfuerzos de la tracción.
Para la fortificación de las labores subterráneas se utilizan los aceros en
forma de distintos perfiles laminados: vigas en doble T y en U, vigas en
media caña, rieles y acero angular. Para las uniones de los elementos
se utilizan piezas de sujeción metálicas (abrazaderas).
Su defecto de estos materiales metálicos es su corrosibilidad bajo la
acción del agua acida de mina, gases y la humedad, su costo es muy
alto.
C) SOSTENIMIENTO CON CONCRETO ARMADO.-
Esencialmente se usa el hormigón, que es un material de
construcción obtenido al fraguarse la mezcla del cemento, arena,
cascajo o piedra chancada a una proporción no mas rica que la
proporción de 1, 11/2, 3 ni mas pobre que la proporción 1, 2, 4.
Pues la resistencia del concreto es mas pobre así equivale a la de
madera un buen término medio de proporción de mezcla es: 1, 2,
3.
En este tipo de sostenimiento se debe tener en cuenta que el
vaciado a mano es imperfecto, siendo preferible el empleo de
equipo liviano a presión, en el amiente húmedo el tiempo mínimo
para el fraguando es de 28 días y que durante los 90 días la
mezcla continuará endureciéndose. Si se desea que el fraguado
sea con mayor rapidez se puede emplear un aditivo de fraguado
rápido así como la sika.
La resistencia del concreto armado es mucho mas la compresión que
a la tensión, sin embargo reforzándolo con acero (fierro corrugado o
rieles usados) se consigue aumentar su capacidad a resistir la flexión.
Estos sostenimientos se emplean en terrenos arcillosos.
D) SOSTENIMIENTO CON PERNOS DE ANCLAJE Y BARRAS
ESTABILIZADORAS.- El sostenimiento con pernos de anclaje se
emplea para la fortificación de las galerías, tajeos en arranque, rocas
débiles y semiduras, como también en rocas estratificadas y fisuradas.
Los pernos se colocan perpendicularmente a la estratificación. Estos
pernos son de acero, para fortificar la galería se perfora taladros en el
techo, los costados y a veces por todo el perímetro y en esos taladros
se colocan y se fijan los pernos que sujetan las rocas. También para
fortificar una galería o un frente en explotación se emplean las barras
estabilizadoras (Split Set), que tienen la misma función que los pernos
de anclaje, para ser colocados se preparan taladros y con la misma
máquina perforadora se introduce a los taladros.
Además de los cuatro elementos normales del cuadro de madera (sombrero, postes y
solera), contiene otros de menor sección llamados: bloques, cuñas, encribados o
emparrillados, enrejados y entablados.
SOMBRERO.- Es un elemento principal de un cuadro, se coloca sobre los dos
postes, normalmente esta sujeto a esfuerzos de compresión paralelo a las fibras
por recibir la presión de las cajas y paredes laterales de una veta, sin embargo
en terrenos arcillosos pueden estar sometidos también a esfuerzos de flexión.
POSTES.- Es otro de los elementos principales de un cuadro, se colocan en
forma vertical o inclinado. Desarrollan esfuerzos de compresión paralelo a las
fibras debido a la carga que toman del techo y la reacción que provocan al piso
de la labor. Sin embargo cuando la longitud de los postes pasa de cierto límite
esos trabajan a la flexión, es recomendable que el largo de un poste no sea
mayor que 10 a 12 veces a su diámetro, si un poste es de 8’’x8’’ se pueden usar
postes de 96’’(8’).
SOLERA.- Se colocan en la parte inferior del cuadro. Esta sometida en
sus extremos a esfuerzos de compresión perpendicular a las fibras por
recibir la presión del techo a través de los postes de reacción del piso
directamente. Además en terrenos arcillosos que presentan empujes del
piso, la solera trabaja a flexión apoyado sobre los postes.
TIRANTES.- Es un elemento del cuadro de madera que se coloca al
costado lateral del sombrero, en algunos casos se utiliza para separar
cuadros.
BLOQUES.- La finalidad principal es mantener firmemente las estructuras
de sostenimiento hasta que sean fijadas por la propia presión del terreno,
pero también sirven para transmitir las cargas de dicho terreno a los
elementos principales del sostenimiento. Además los bloques deben servir
para enfrentar en cada unión de piezas de la estructura a dos fuerzas
opuestas y alineadas que precisamente representan el esfuerzo.
CUÑAS.- Las cuñas se utilizan prácticamente en todos los trabajos de
sostenimiento con madera al igual que los bloques, tienen por objeto mantener en
su lugar los elementos de sostenimiento, hasta que las presiones del terreno las
sujeta definitivamente.
ENCRIBADOS O EMPARRILLADOS.- Cuando el techo de una labor se ha
elevado mucho esto ocurre en terreno suelto (arcilloso), será necesario una
estructura auxiliar de madera para tomar la presión del terreno sobre el
sostenimiento. Esta estructura auxiliar llamada encribado o emparrillado se
construye sobre el puente del cuadro o directamente sobre el sombrero.
ENREJADOS Y ENTABLADOS.- Estos elementos auxiliares del sostenimiento
tienen por objeto impedir la caída de trozos de roca del techo o de las cajas
laterales. Se les llaman enrejados cuando están constituidos por redondos de 4 a 6
pulgadas de diámetro colocados con una separación de 3 a 4 pulgadas. También
se pueden confeccionar de redondos partidos longitudinalmente por la mitad.
Cuando están conformados por tablas toman el nombre de entablados, se emplean
tablas de 2 a 4 pulgadas de espesor y de 6 a 10 pulgadas de ancho con una
longitud igual a la distancia de centro a centro de cuadros.
CUADRO RECTO
CUADRO CÓNICO
CUADRO COJO