GEOMECANICA APLICADA AL PLANEAMIENTO Y EXPLOTACION DE YACIMIENTO DE MINERIA SUBTERRANEA PARTE 3

16 SELECCION DE LOS METODO DE EXPLOTACION Ponderación en función de la geometría y distribución de leyes Clasificación

Valor

Preferido Probable Improbable Desechado

3 – 4 1 – 2 0 ‐49 Forma del yacimiento

Método de Explotación

Inclinación

Distribución de leyes

T

I

E

IT

P

MP

Ti

IT

IN

U

D

3

2

3

2

3

4

4

3

3

4

3

3

3

4

2

0

‐49

0

2

4

3

2

4

4

2

0

2

2

1

1

2

4

2

1

4

3

3

1

3

4

1

‐49

0

4

4

1

1

4

4

2

0

‐49

0

‐ 49

4

0

‐49

‐49

4

0

‐49

4

2

0

0

4

2

4

2

‐49

‐49

4

1

0

3

3

3

2

2

1

1

2

4

3

2

1

4

3

2

1

Corte y relleno

0

4

2

4

4

0

0

0

3

4

3

3

3

Estibación con marcos

0

2

4

4

4

1

1

2

3

3

3

3

3

Cielo abierto Hundimiento por bloques Cámaras por subnivel Hundimiento por subniveles Tajeo largo Cámaras y pilares Cámaras almacén

M: Masivo T: Tumbado

31

Potencia del mineral

M

T: Tabular RR: Intermedio

I: Irregular IN: Inclinado

E: Potente D: Diseminado

ER

MP: Muy Potente ER: Errático

II. Room and pillar

SELECCION DE LOS METODO DE EXPLOTACION Ponderación en función de la geomecánica del depósito mineral Método de Explotación Cielo abierto Hundimiento por bloques Cámaras por subnivel Hundimiento por subniveles Tajeo largo Cámaras y pilares Cámaras almacén Corte y relleno Estibación con marcos

Resistencia de las  rocas

Resistencia de las  discontinuidades

P

M

A

MP

P

G

MG

P

M

G

3

4

4

2

3

4

4

2

3

4

4

1

1

4

4

3

0

4

3

0

‐49

3

4

0

0

1

4

0

2

4

0

3

3

0

2

4

4

0

2

2

4

1

0

4

4

0

0

4

3

0

0

3

4

0

1

2

4

0

2

4

1

3

4

0

1

3

4

0

2

4

3

2

2

3

3

2

2

3

3

2

4

1

1

4

4

2

1

4

3

2

Resistencia de las rocas: Espaciamiento entre fracturas: Resistencia de las discontinuidades:

32

Espaciamiento entre  fracturas

P = Pequeña, M = Media, A = Alta MP = Muy Pequeña, P = Pequeña, G = Grande, MG = Muy Grande P = Pequeña, M = Media, G = Grande

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17 SELECCION DE LOS METODO DE EXPLOTACION Ponderación en función de la geomecánica de la roca encajante techo Método de Explotación Cielo abierto Hundimiento por bloques Cámaras por subnivel Hundimiento por subniveles Tajeo largo Cámaras y pilares Cámaras almacén Corte y relleno Estibación con marcos

Resistencia de las  rocas

Resistencia de las  discontinuidades

P

M

A

MP

P

G

MG

P

M

G

3

4

4

2

3

4

4

2

3

4

4

2

1

3

4

3

0

4

2

0

‐49

3

4

‐49

0

1

4

0

2

4

3

2

1

3

4

3

1

4

2

0

4

2

0

4

4

3

0

4

2

0

0

3

4

0

1

2

4

0

2

4

4

2

1

4

4

3

0

0

2

0

3

2

2

3

3

2

2

4

3

2

4

2

2

3

4

2

2

4

3

2

Resistencia de las rocas: Espaciamiento entre fracturas: Resistencia de las discontinuidades:

33

Espaciamiento entre  fracturas

P = Pequeña, M = Media, A = Alta MP = Muy Pequeña, P = Pequeña, G = Grande, MG = Muy Grande P = Pequeña, M = Media, G = Grande

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SELECCION DE LOS METODO DE EXPLOTACION Ponderación en función de la geomecánica de la roca encajante techo Método de Explotación Cielo abierto Hundimiento por bloques Cámaras por subnivel Hundimiento por subniveles Tajeo largo Cámaras y pilares Cámaras almacén Corte y relleno Estibación con marcos

Resistencia de las  rocas

Resistencia de las  discontinuidades

P

M

A

MP

P

G

MG

P

M

G

3

4

4

2

3

4

4

2

3

4

2

3

3

1

3

3

3

1

3

0

0

2

4

0

0

2

4

0

2

4

0

2

4

0

1

3

4

0

2

1

2

3

3

1

2

4

3

1

3

3

0

2

4

0

1

3

3

0

3

3

2

3

3

2

3

3

2

2

2

3

4

2

2

4

4

2

2

4

4

2

4

2

2

4

4

2

2

4

4

2

Resistencia de las rocas: Espaciamiento entre fracturas: Resistencia de las discontinuidades:

34

Espaciamiento entre  fracturas

P = Pequeña, M = Media, A = Alta MP = Muy Pequeña, P = Pequeña, G = Grande, MG = Muy Grande P = Pequeña, M = Media, G = Grande

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18 ROOM AND PILLAR Mediante este método se explotaban 60% de las minas subterráneas bt á d minerales de i l distintos di ti t all carbón bó en Estados E t d Unidos U id en los años 80 y el 90% de las minas de carbón. Este método de explotación es el único aplicable en el caso de yacimientos tabulares horizontales o sub‐horizontales, con inclinaciones de hasta 30º. Se trata, por lo general, de depósitos estratificados de origen sedimentario. sedimentario

35

II. Room and pillar

PRINCIPIO Consiste en lo esencial en excavar lo más posible el cuerpo mineralizado dejando pilares de mineral que permiten sostener ell techo h de d materiall estéril. Las dimensiones de los caserones y de los pilares depende de la mayor o menor competencia de la roca sobrepuesta (estabilidad del techo) y también de la roca mineralizada (estabilidad de los pilares), como asimismo del espesor del manto y de las presiones existentes. 36

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19 PRINCIPIO

SWINGS

SWINGS

SWING

SWINGS

100 ft

SL AB BI NG

SWINGS

SL AB BI

SL AB BI NG

SWINGS

SWINGS

SL AB BI NG

SWINGS

SWINGS

NG

SLABBING

SL AB BI NG

SWINGS

SWINGS

8m

25´ SL AB BI NG

SL AB BIN G

SWINGS

SWINGS

35´

SWINGS

11 m

SWINGS

25´

SL AB BI NG

SWINGS

8m

SL AB BIN G

SWINGS

SWINGS

0

37

SL AB BI NG

SL AB BIN G

SWINGS

SWINGS

30 m

Al término de la explotación de un área determinada es posible recuperar, al menos parcialmente, un cierto porcentaje de los pilares, dependiendo del valor del mineral que se está extrayendo.

SL AB BIN G

0

Por lo general los pilares se distribuyen en una disposición o arreglo lo más regular posible, y pueden d tener una sección ó circular, l cuadrada o rectangular semejando un muro. Los caserones abiertos tienen forma rectangular o cuadrada.

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DESARROLLOS

38

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20 CARACTERISTICAS  Método barato, productivo, fácil de mecanizar y simple de diseñar.  Se usa en depósitos horizontales o sub‐horizontales (hasta 30º) en roca razonablemente bl t competente t t y espesores de d 2 a 6 m en carbón, sal, potasio, calizas. En algunos casos pueden considerarse mantos de mayor potencia.  Consideraciones de diseño: • • • •

39

Estabilidad del techo Resistencia de los pilares Espesor del depósito Profundidad de la mina

II. Room and pillar

CARACTERISTICAS  Objetivo: extraer la cantidad máxima de mineral compatible con  condiciones seguras de explotación.  Pilares pueden recuperarse: • Relleno (backfill) en minas no de carbón • Retroceso (retreat mining) en minas de carbón,  permitiendo subsidencia

40

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21 EXPLOTACION  MECANIZADA EN DEPOSITOS INCLINADAS

 Potencias de 2 a 5 m e inclinação de 15 a 30º;  Adaptam-se bem os equipamentos “trackless”  Mineração de retirada. 41

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EXPLOTACION  EN DEPOSITOS INCLINADOS  CON PUENTE  INTERMEDIO

42

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22 DISEÑO GEOTECNICO Los sistemas de clasificación de la masa rocosa, instrumentos en el diseño de excavaciones subterráneas y superficiales, implican un desarrollo iniciado con Terzaghi (1946) y sucesivas investigaciones efectuadas a partir de lo postulado por Bieniawski (1973) y Barton (1974). Han permitido la aplicación de dichos sistemas la estimacion2 de : a. Sostenimiento requerido en una excavación subterránea b. Esfuerzos ejercidos por la masa rocosa sobre el sostenimiento c. Dimensiones Di i máximas á i d la de l excavación ió y periodo i d sin i sostenimiento d. Propiedades mecánicas y criterios de falla de la masa rocosa.

43

II. Room and pillar

DISEÑO DE PILARES La metodología más simple de diseño de pilares asume que el esfuerzo en el pilar está distribuido uniformemente y que es igual al esfuerzo geoestático vertical original, dividido por la razón entre el área del pilar y el área original (tributaria). El fallamiento ocurre cuando este esfuerzo excede la resistencia a la compresión del pilar de roca.

44

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23 DISEÑO DE PILARES Esta aproximación no considera:    

Extensión y profundidad del área explotada Componente del esfuerzo paralelo al estrato Propiedades de deformación del pilar, techo y suelo Posición de pilares en el área explotada

La resistencia del pilar se calcula a partir de las características geométricas (ancho y alto) y de tests de laboratorio o estudios estadísticos t dí ti empíricos. íi Normalmente en la explotación, se separan zonas dejando muros entre ellas 45

II. Room and pillar

DISEÑO DE PILARES

Vertical benching

Pillar

Pillar

Benching of thicker parts

Room and pillar: yacimiento plano. 46

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24 DISEÑO DE PILARES

Transport level

Pillar

Scraper Scraper cut-out Transport drift Transport level II

Room and pillar: yaciamiento inclinado 47

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DISEÑO DE PILARES

Pillar Production drilling Stop mined out

Transport ramp

1 2 3 4

Numbers indicate sequence of extraction

Room and pillar: step mining on na inclined  ore body 48

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25

B+W

B

TEORIA DEL AREA ATRIBUIDA

B

49

W

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TEORIA DEL AREA ATRIBUIDA Área de pillar

Área de la columna de roca

50

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26

W+B

B

W

TEORIA DEL AREA ATRIBUIDA

B

L B+L

51

II. Room and pillar

TEORIA DEL AREA ATRIBUIDA Cálculo de la tensión pormedio actuando en el pilar:

Sp 

P .H( W  B)(L  B) Pe ( W.L)

Sp = Tensión promedio actuando en el pilar H =   Profundidad bajo la superficie (m) H  Profundidad bajo la superficie (m) B =   Ancho de la cámara (m) L =    Longitud del pilar (m) Pe = Peso unitario roca suprayacente (MN/m3) W = ANCHO DEL Pilar 52

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27 TEORIA DEL AREA ATRIBUIDA Para pilares cuadrados:

WB Sp  Pe.H W

2

En donde la resistencia de un pilar está en función del: 1. Tamaño o volumen de pilar; 2. Geometria del pilar; 3. Propriedades de resistencia de la roca y efectos de escala

53

II. Room and pillar

RESISTENCIA DE PILARES W  Rp  Ri 0.778  0.222  overt y Duvall h  

W  Rp  Ri 0.64  0.36  Bieniawski h   Rp = Resistencia del pilar (Mpa) Ri =  Resistencia de un pilar cúbico bajo dimensiones criticas W = Ancho del Pilar h =   Altura del pilar (m)

54

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28 FACTOR DE SEGURIDAD

Rp FS  Sp El factor de seguridad (FS) se define como la relación entre la resistencia del pilar y la tensión promedio actuando sobre éste. Se consideran factores de seguridad de 1,5 a 2 como apropiados e incluso mejores sin son superiores a 2.

55

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FACTOR DE SEGURIDAD msnm

Fs

msnm vs. Factor de Seguridad

4500

6

4400

5

4.84 4300 4.15

4

4200 3.08

3

4100 2.45 4000

2.03 1.74

3900

2 1.52

1.36

1.21

1.10

1

3800

3700

0 Bocamina Cámara 01 Cámara 030

msnm

56

F.S.

4041

3998

3955

3912

3989

3926

3783

3740

manm

msnm

manm

msnm

manm

msnm

manm

msnm Ubicación

Modelo matemático ajustado

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29 EJEMPLO  Diseñar los caserones y pilares para un yacimiento mantiforme de 10m de potencia que se encuentra a una profundidad de 200m  Las características de la roca de caja y mineral se presentan a continuación:

57

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DATOS Item

Rc Caja

Rc Mx

Peso (KN/m3)

22

30

UCS (MPa)

120

200

T (MPa)

5

7

C (MPa)

12

20

Fric angl.

37

42

Roca

Sedimentaria alterada

Gabro

Estructuras

Fracturado en bloques, calidad de estructuras regular

Fracturado en bloques, calidad de estructuras buena

32

50

E (GPa)

58

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30 LUZ MAXIMA Y DILUCION 1. Estimación de Luz máxima T (MPa)  (KN/m3)

t (m) L (m)

5 22 1 21.320072

T 

L2 2t

2. Estimación de dilución E L (m) L (m) H (m) n(m) %dil

59

32 10 10 0.2148438 1.1%



L4 32Et 2

II. Room and pillar

RESISTENCIA DEL PILAR UNITARIO 3. Resistencia del pilar (criterio Hoek and Brown) 3 (MPa)

UCS (MPa)

60

0 pilares no confinados artificialmente, peor caso  estimación conservadora 200

mi

27

GSI

65 GSI >=25

a

0.5

s

0 02 0.02

m1b

7.74

 (MPa)

28.6

de la tabla rocas

 GSI  100   s  exp   9 a  0.5

 GSI  100   m b  m i exp  28   a '     1'   3'   ci  mb 3  s    ci 

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31 DISEÑO DE PILARES

Profundidad (m) H (m)   z (MPa)

200 10 0.46 Salamon and Munro (1967) 0.66 4.4

W S p  K  H

Diseño de configuracion 1 2 3 4 5 6 7

61

Pilares Cuadrados p (MPa) W0 Sp(MPa) Wp 7 5 7.5 7 7 8.8 6 5.5 8.4 12 21 12.2 10 0 16 6 11.3 3 5 4 8.2 12 21 12.2

a



  

 

FS 15.3 15.3 14.3 19.5 18.1 8 13.1 19.5

32 E t 2

(m)

R 2.03 1.74 1.69 1.60 1.60 60 1.60 1.60

 L4

41.7% 50.0% 47.8% 63.9% 61.0% 6 0% Wp