Preacondicionamiento Del Macizo Rocoso

Preacondicionamiento del Macizo Rocoso Resumen desarrollo tecnológico del Preacondicionamiento - Codelco 1999-2010 René Gómez Puigpinos 2012

Motivación  Actualmente, un alto porcentaje de los recursos re cursos minerales (explotados por Codelco), se emplazan en rocas primarias, con pocas estructuras abiertas, o bien, con fisuras selladas con rellenos cohesivos. El comportamiento de esta roca frente a los métodos de hundimiento (panel y bloc cavin!), provocan perdida de eficiencia y competitividad.

Capítulo 1 – Introducción Codelco inicio pruebas de preacondicionamiento (PA) desde 1999 hasta la fecha (2010), a escala mina y aplicaciones industriales en faenas de la empresa, en este desarrollo se implementaron técnicas que permitieron medir las alteraciones introducidas a la roca por el PA !urante esta década se ha ido e"perimentando y desarrollando tecnolo#$a de PA, tanto en el %mbito del conocimiento fenomenol&#ico de los procesos que #obiernan, como en la cuantificaci&n del impacto pro'ocado al macio en términos del cambio en sus propiedades intr$nsecas y su comportamiento ante el proceso minero

Implementación del PA étodos de PA conocidos en los inicios* +ractura miento idr%ulico (+, utiliado en la industria del petr&leo) y debilitamiento din%mico din%mico con e"plosi'os (!!-) -l PA fue utiliado por primera 'e en .io /lanco mediante !!-, #enerando una meor hundibilidad y fra#mentaci&n del macio rocoso ambién posteriormente se prob& PA mi"to (!!y +) en !i'isi&n al'ador, meorando los resultados de fra#mentaci&n, col#aduras y da3o a infraestructura de e"tracci&n Posteriormente !i'isi&n Andina (200452006), utili& PA mi"to en un sector de 20000 m 2 lo#rando la disminuci&n del tama3o de clastos en la fra#mentaci&n, sin presencia de da3os en los puntos de e"tracci&n, y el eniente de manera paralela el 2004 mediante la aplicaci&n de + en condiciones #eomec%nicas de mayores esfueros y con ries#o s$smico presentes en el macio rocoso, lo#r& meorar la 'elocidad de propa#aci&n del hundimiento #racias a la disminuci&n del tiempo de cone"i&n al cr%ter superior

7beti'os de la 8n'esti#aci&n fenomenol&#ica y de profundiaci&n del conocimiento de la tecnolo#$a 

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Captura, procesamiento y e'aluaci&n de las 'ariables que inciden en el proceso minero eora del conocimiento de los cambios introducidos al macio rocoso !eterminaci&n del impacto producido por el PA en la e"plotaci&n minera, definiendo criterios y par%metros de dise3o -laboraci&n de #u$as de aplicaci&n técnica

+racturamiento idr%ulico (+)* consiste en presuriar un tramo de una perforaci&n al inyectar un fluido a presi&n, com:nmente a#ua, para iniciar una fractura de tensi&n en las paredes sanas de la perforaci&n, o alternati'amente e"tender una fractura pree"istente, y as$ propa#arla hacia el interior del macio rocoso !e este modo el + aumenta la conecti'idad entre fracturas y el desliamiento de estructuras e"istentes, disminuyendo a la 'e la resistencia al corte de la roca !ebilitamiento din%mico con e"plosi'os (!!-)* utilia e"plosi'os para producir una colisi&n de ondas de esfueros din%mico, asunto que en la actualidad es posible debido a las tecnolo#$as de detonaci&n electr&nica disponibles en el mercado Con el fin de debilitar el macio rocoso PA mi"to* consiste en la combinaci&n de ambos métodos (+ y !!-), eecut%ndose primero el + y posteriormente el !!-

Estudios en Codelco – Fase I Primera fase de in'esti#aci&n consisti& en las pruebas realiadas entre 1999 y el 200;, en di'isiones Andina, el eniente y al'ador ediante las tecnolo#$as de + y !!- Tabla 1: Resumen de antecedentes de los bloques experimentales

División Periodo Sector Técnica de PA Área m!" Tonela#e $t" Altura mineral primario m" %& Po'os DEE tronados %& Po'os con () Di*metro po'os DEE Di*metro po'os () +olumna de emulsión m" ,on-itud de po'os m"

Andina 199952002 20045200; 888 Panel 888 Panel (%rea 11) !-i"ta 0 >0590 19 49 5 9 6 1?2@ 6 >?4@ 5  (9; mm) =6 1650590

Salvador 20015200; 20015200 ; 8nca Central 7este i"ta 10000 26 100 14 9 ; 1?2@  (9; mm) =0 100

El Teniente 20045200; !iablo .e#imiento + 10200 >=< 160 5 ; 5  (9; mm) 1005140

Bos resultados obtenidos en esta fase muestras positi'os resultados en cuanto a hundibilidad, fra#mentaci&n y sismicidad e comprob& la factibilidad de aplicar !!- en roca primaria, en etapas pre'ias a la e"plotaci&n, incluso cerro 'ir#en ambién se demostr& que el + es una tecnolo#$a factible de usar en macio primario, tanto en condiciones de inicio de ca'in#, como coe"istiendo con un frente de e"plotaci&n acti'o y en condiciones de mayores esfueros in situ +onclusiones (ase . -l PA permite meorar la 'elocidad de propa#aci&n de ca'in# disminuyendo el tiempo de cone"i&n con el cr%ter o superficie y permite incrementar las 'elocidades de e"tracci&n del mineral primario as$ como reducir el ries#o de col#adura y air blast 7tro beneficio es la disminuci&n de la acti'idad de reducci&n secundaria producto del mayor #rado de fra#mentaci&n (para el caso de PA mi"to y !!-) e ha comprobado, mediante el uso de redes micros$smicas, que el PA modifica el comportamiento de la sismicidad del macio, aleando la amenaa de roc bust y da3o a la infraestructura Tabla !: Resultados obtenidos en experiencias de PA

/ariable0Tipo PA

DEE Andina 12223!441 5600D 5>60D 54;0D in datos in datos

(ra-mentación P84" )undibilidad radio 9idr*ulico" Reducción secundaria +ol-aduras 6 a 1! m" Sismicidad /elocidad )undibilidad in datos tiempo de conexión a cr*ter" FPorcentaes est%n referidos a l$nea base

$ixta ()DEE" Salvador Andina !4413!445 !4463!445 >>6D 5>00D in datos in datos 5610D 52;0D 5=40D in datos in l$nea base in datos in datos

() Teniente !4473!445 in Eariaci&n in datos in Eariaci&n in datos as beni#na

in datos

56000 O -sta reacci&n se propa#a a lo lar#o de la columna de e"plosi'o, inicialmente como una poderosa onda de choque que lue#o decae irradi%ndose hacia el interior del macio rocoso circundante, como una onda de esfuero el%stica (Chac&n et al, 200>) -l pulso sobre las paredes de perforaci&n por la onda de choque es 'arias 'eces mayor a la resistencia del macio rocoso circundante, lo que #enera una ona altamente triturada alrededor de la perforaci&n ('er ilustraci&n 2) -l pulso de esfuero 'iaa ale%ndose de la ona triturada propa#%ndose bao un estado esencialmente el%stico conformando un conunto de esfueros radiales (compresi'os) y tan#enciales (tensi&n) Como consecuencia de los esfueros tan#enciales se inicia la propa#aci&n de fracturas radiales desde los e"tremos de las discontinuidades (se estima que las fracturas se propa#an apro"imadamente a 1?; de la 'elocidad de la onda de compresi&n) Por otro lado la presi&n eercida por los #ases produce a continuaci&n de la onda de esfueros, abre y e"tiende las fracturas radiales creadas por la onda de esfuero, esto permite la formaci&n de fra#mentos de 'ariados tama3os

.lustración !: Representación esquem*tica de los procesos que ocurren en la roca circundante a la detonación de una columna de car-a explosiva>

E?ectos de la detonación precisa Bos tiempos de retardos influyen en casi todos los procesos de tronadura* e"tensi&n final de la ona da3ada, forma de la pila de material tronado y fra#mentaci&n Lno de los mayores a'ances ha sido el desarrollo de los detonadores electr&nicos, los cuales permitieron reducir la dispersi&n de los retardos al ran#o de unos pocos microse#undos y a un n:mero ilimitado de inter'alos de retardos -l beneficio real de los retardos reside en la interacci&n y?o colisi&n de las ondas de esfueros creadas por la detonaci&n, permitiendo una administraci&n m%s eficiente de la ener#$a disponible Ba efecti'idad de la detonaci&n precisa en un proceso de PA reside fundamentalmente en el #rado de conocimiento que se ten#a de la distribuci&n del campo de 'elocidades de propa#aci&n de las

ondas s$smicas en el 'olumen del macio rocoso que debe ser tratado Ba roca primaria presenta un alto #rado de homo#eneidad que permite esperar una baa 'ariabilidad de sus propiedades din%micas en un #ran 'olumen

Preacondicionamiento mi%to Ba hip&tesis del uso combinado de las dos tecnolo#$as anteriores, es que las discontinuidades #eneradas mediante el primer método ser'ir$an de superficies reflectoras para el campo de ondas de la posterior tronadura, concentrando el mayor efecto entre las fracturas hidr%ulicas y minimiando la posibilidad de acoplamiento desfa'orable de ondas fuera de la ona de interés Respuesta del macizo rocoso -l efecto principal de PA es el debilitamiento mec%nico del macio rocoso, fa'oreciendo el #rado de fra#mentaci&n el proceso de hundimiento, la propa#aci&n #ra'itacional y la respuesta s$smica (ra-mentación Bos fra#mentos de rocas producto del ca'in#, est%n limitados principalmente por estructuras #eol&#icas (fallas o 'etillas), estas se denominan #eotécnicamente acti'as, y en un ambiente de alto desconfinamiento pueden desliar para desinte#rar el macio rocoso ediante el !!- se debilitan las estructuras y #eneran microfracturas en la roca que interact:an, aumentando la probabilidad de formaci&n de bloques de menor tama3o A mayor escala tanto el + como el !!- e'itan la formaci&n de macrobloques que pueden #enerar car#as puntuales sobre los pilares del ni'el de producci&n As$ mismo disminuir el tama3o de los fra#mentos reduce los e'entos de col#aduras y requerimientos de reducci&n secundaria )undibilidad !ado que el PA #enera nue'as fracturas o el debilitamiento de las fracturas e"istentes (con menor o nula resistencia al cialle y a la tracci&n), esto hace que el macio rocoso sea m%s débil en respuesta a la combinaci&n de esfueros inducidos, fuera de #ra'edad y desconfiamiento, facilitando el fallamiento pro#resi'o y controlado A su 'e, mediante el debilitamiento del macio se reduce la probabilidad de formar arcos estables en propa#aci&n del hundimiento, disminuyendo los ries#os de air blast Respuesta s;smica -l macio rocoso primario, por su ri#ide y resistencia, acumula #ran cantidad de ener#$a en un proceso de ca'in# de altos esfueros Cuando esta e"cede la resistencia del macio, se produce un colapso y la ener#$a se libera en forma s$smica (e'entos de ma#nitud proporcional a la ener#$a liberada) -n un macio preacondicionado las nue'as fracturas y estructuras debilitan el macio transform%ndolo en un medio que libera durante su quiebre una menor ener#$a !e esta manera,

la respuesta s$smica de alto ries#o es menor y también la probabilidad de ori#inar estallidos de roca

Capítulo ' – (eocaracterización del macizo rocoso para la aplicación del Preacondicionamiento Conocer con el mayor #rado de detalle posible las condiciones #eol&#icas y #eotécnicas del ambiente donde ser% eecutado el PA es 'ital tanto para el dise3o, como para cuantificar el #rado de inter'enci&n pro'ocado al macio

(eocaracterización del macizo primario -l ambiente #eotécnico donde se emplaa la e"plotaci&n minera subterr%nea de Codelco Chile, se caracteria por la presencia de macio rocoso tanto primario como secundario Ba roca primaria se llama a un material de matri fresca, de alta resistencia, impermeable, masi'o y practicante despro'isto de discontinuidades #eol&#icas abiertas i bien se puede obser'ar un n:mero considerables de defectos en forma de 'etillas, estos se encuentran completamente sellados por minerales relati'amente competentes Por el contrario, la roca secundaria presenta un porcentae importante de discontinuidades #eol&#icas abiertas y con rellenos blandos, por ende corresponde a un material permeable, pero no necesariamente de menor resistencia mec%nica ediciones y ensayos utiliados en las faenas de Codelco para caracteriar adecuadamente el macio 

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-stado tensional in situ mediante celdas 8 (olloK 8nclusi&n)* Ba determinaci&n del campo de esfueros es rele'ante para el dise3o del PA Constantes elasto5mec%nicas del medio* mediante tomo#raf$as de alta resoluci&n eof$sica de poos* por medio de perfilae (im%#enes ac:sticas) -nsayos f$sicos de laboratorio* ensayos est%ticos, espectroscopia de resonancia no lineal, propa#aci&n de ondas s$smicas, monitoreo ac:stico

Capítulo ) – Aplicación de *+cnicas de Preacondicionamiento en Minería de Ca&ing Fracturamiento ,idr!ulico Bas primeras acti'idades consistieron en hacer un an%lisis conceptual y e"perimental para e'aluar los par%metros #eotécnicos que determinan las condiciones del + en roca primaria

+riterios de disePa superior a la presi&n estimada de quiebre de la roca /ombeo para la #eneraci&n de fracturas* una 'e arrancada la bomba riple" se inicia el proceso de de fracturamieto onitoreo de la creaci&n e"tensi&n de la fractura* se monitorean en tiempo real principales 'ariables presi&n del sistema de inyecci&n, del straddle pacer y del caudal inyectado Biberaci&n de las presiones in'olucradas* posterior al fracturamiento se debe hacer una liberaci&n controlada de las presiones e debe tener cuidado con la #eneraci&n de presiones remanentes

ndices Cperacionales B Par*metros del () ras los e"perimentos realiados en el sector !iablo re#imiento 5 +ase 8 I !i'isi&n -l eniente, se re'elaron una serie de $ndices operacionales del +* se obtu'o un 'alor medio de pruebas (2 en di'isi&n Andina y 1 en al'ador), estas :ltimas pruebas se utili& el sistema modular, el cual consiste en quemar #rupos entre > a cinco poos Bas dos :ltimas pruebas realiadas en Andina tu'ieron aplicaci&n industrial, ya que se realiaron en sectores comprometidos en los sectores de hundimiento

Par*metros para el dise a" roca primario sin PA > b" maci'o con PA>

e#unda +ase + y PA mi"to (2004) -n esta fase se aplicaron los métodos de + y PA mi"to, en donde los puntos obser'aos presentan 'alores de P=0 en promedio un >0D menor a lo esperado -stas diferencias se pueden apreciar en la si#uiente tabla 6 Tabla 6: /alores medios de tama

Sector

P84 m"

Di?erencia P84 respecto l;nea base

Di?erencia P84 respecto entre 'onas ()3$ixto

()DDE () Sin PA

11< 124 144

51=40D 51>0D (Andina 2006) y 1=,4 D (Andina 200D in embar#o no se obser'a una diferencia entre la distribuci&n del n:mero de e'entos de reducci&n secundaria entre la ona de + y PA mi"to, mientras si se da una peque3a 'ariaci&n en el total de bolones con mayor f recuencia en la ona del PA mi"to División Andina !urante las tres fases desarrolladas en Andina se recopil& y e'alu& una serie de resultados respecto de col#aduras y reducci&n secundaria que ha mostrado el PA en sus 'ariantes +, !!- y PA mi"to Primera fase 199952001 e constat& que el Preacondicionamiento del macio rocoso permitir$a conse#uir #ranulometr$as mas controladas y finas Bos $ndices de cachorreo para los distintos ran#os de tonelae e"tra$do se

reducen en promedio un 4=,1=D en el sector con PA y el $ndice de quemadas promedio en un 4>,46D .esultados se pueden encontrar en tabla ;

Tabla 5: ndices de cac9orreo B quemadas por ran-o de tonela#es> División Andina>

Tipo $aterial +ac9orreo Huemada

Actividad reali'ada in PA PA in PA PA Eariaci&n c?r ?PA Eariaci&n c?r ?PA

+ac9orreo Huemada +ac9orreo Eariaci&n c?r ?PA Huemada /ariación promedio Total

436 92>D 4946D 546=2D

6314 10=9D D

Ran-os de 6Gt extra;das 14316 163!4 !43!6 1>41D 1>90D =22D ;2=D 4=9D 464D 1=9D 9==D ;6;D ;14D 56>19 en la l$nea base) disminuci&n de un 16D de ahorro en el %rea inicial de soca'aci&n, y se constat& que el proceso de inici& del ca'in# fue espontaneo y continuo, sin presencia de #randes col#aduras en el frente División Teniente -n este caso se estudio el efecto del PA en el tiempo de cone"i&n (inter'alo trascurrido entre el inicio de la e"tracci&n y el momento en que se alcana el techo de la columna), el cual sin PA se estimaba en 2> meses, y se alcano con PA en 10 meses 3tros E/ectos

ambién se e'aluaron posibles aspectos ad'ersos que pudiesen resultar de la aplicaci&n del PA, en Evaluación de potencial da