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SEGURIDAD EN LA PREVENCION DE CAIDAD DE ROCAS
Cerro de Pasco, 8 de Diciembre del 2011
Ingenieros S.R.Ltda.
MSc. Ing. David Córdova Rojas
DCRGeomecánica en Minería y Obras Civiles
CAIDA DE ROCAS
1.- FACTOR HUMANO2.- CALIDAD DE MASA
ROCOSA
3.-PERFORACION Y VOLADURA
4.- SOSTENIMIENTO
5.- METODO DE MINADO 6.- GESTION
CONCLUSION DEL 1er TALLER DE PREVENCION DE CAIDA DE ROCAS
TARMA - JUNIN - ABRIL 2005
Diagrama de Ishikawa Principal
GEOMECANICA APLICADA A LA PREVENCION DE CAIDAD DE ROCAS
• Ocurren accidentes por caída de rocas que no se tiene un completo control de la estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones.
• Los problemas de inestabilidad de la masa rocosa podemos visualizarla a dos escalas: escala mina (visión macro) y escala local (visión micro).
• Tienen influencia sobre la estabilidad global de la mina las características del cuerpo mineralizado y de las rocas de las cajas, los esfuerzos in situ, el esquema y secuencia de avance de las excavaciones.
• Las inestabilidades locales son controladas por los cambios locales en los esfuerzos, por los rasgos estructurales de la masa rocosa y por la cantidad de daño causado por la voladura.
• Es necesario por tanto controlar las condiciones de estabilidad tanto a
escala de mina como a escala local, pero es esta última la que tiene mas importancia respecto a la seguridad del personal.
• Todo el personal de la mina debe estar familiarizado con las técnicas de control de la estabilidad, de tal manera que puedan aplicarlas, para controlar apropiadamente las condiciones de estabilidad de las labores mineras.
• Para ello hay dos aspectos fundamentales:
- Que el personal conozca las características geomecánicas de la masa
rocosa y sepa identificar los problemas potenciales de inestabilidades del terreno.
- Que el personal aplique los estándares apropiados de las técnica de
control de la estabilidad de las excavaciones.
• Esto se logrará entre otros mediante programas la capacitación y el entrenamiento del todo el personal de mina.
GEOMECANICA APLICADA A LA PREVENCION DE CAIDAD DE ROCAS
IDENTIFICACION DE LOS PROBLEMAS DEL TERRENO
• La caída de rocas constituye uno de los mayores riesgos en el minado subterráneo.
• Para que las operaciones mineras sean seguras es esencial que el personal de la mina identifique los problemas de inestabilidad de la masa rocosa, que pueden conducir a la falla potencial de la misma.
• Identificando correctamente los problemas del terreno se podrán adoptar medidas adecuadas para prevenir los accidentes ocasionados por la caída de rocas.
IDENTIFICACION DE LOS PROBLEMAS DEL TERRENO
• Influencia de la litología, intemperización y alteración.
• Influencia de la estructura de la masa rocosa.
• Influencia de los esfuerzos.
• Influencia del agua subterránea. • Influencia de la forma, tamaño y orientación de las excavaciones.
• Influencia del esquema y secuencia de avance del minado.
• Influencia de la perforación y voladura .
• Influencia de los estándares de sostenimiento.
• A fin de contrarrestar el peligro de la inestabilidad de la masa rocosa es necesario adoptar medidas de control de la estabilidad de las labores mineras.
• Los problemas de inestabilidad de la masa rocosa de las labores mineras pueden ser minimizados:
- Planeando adecuadamente el minado del cuerpo mineralizado - Considerando adecuadas formas, tamaños y orientaciones de
las excavaciones - Considerando adecuados esquemas y secuencias de avance del minado - Implementando técnicas apropiadas de voladura - Asegurando correctas prácticas de desatado - Utilizando el sostenimiento con estructuras naturales y/o artificiales - Implementando controles instrumentales de la estabilidad
TECNICAS DE CONTROL DE LA ESTABILIDAD
PLANEAMIENTO DEL MINADO
PROCESO DE DISEÑO DEL MINADO SUBTERRANEO
DiseñoGlobal
Aceptable
NO
Asp
ecto
s de
Dis
eño
Glo
bal
Planeamiento del Minado
Planeamiento del Minado
Planeamiento del Minado y Mecánica de Rocas
Planeamiento del Minado y Mecánica de Rocas
AnálisisEconómico Global
Planeamiento del Minado
Geología
Geología y Mecánica de Rocas
Dimensionamiento de tajeos y pilaresundercuts y niveles de producción
Secuenciamiento de minado(análisis de esfuerzos)
Accesos einfraestructura
Selección delmétodo de minado
Caracterización dela masa rocosa
Delineacióndel mineral
Ref: E. VillaescusaNov-2008
SI
SINO
FINDocumento deResultados
Operaciones, Planeamiento del MinadoGeología y Mecánica de Rocas
Planeamiento del Minado
Asp
ecto
s de
Dis
eño
de D
etal
le
Diseño DetalladoAceptable
Monitoreo de la extracción
Análisis EconómicoDetallado
Sostenimiento de la masarocosa de la excavación
Mecánica de Rocas
Planeamiento del Minado
Geología
Diseño de laperforación y voladura
Perforaciones de delineación
DiseñoGlobal
Aceptable
PLANEAMIENTO DE MINADO
• Es importante que las compañías mineras lleven a cabo registros geotécnicos de los testigos de las perforaciones diamantinas, en adición a los registros convencionales con fines de geología económica. Con esta información, los ingenieros de planeamiento y diseño determinarán las mejores ubicaciones de los piques, galerías de nivel, rampas de acceso, chimeneas de ventilación y otras excavaciones importantes.
• La información geotécnica extraída de los nuevos programas de perforaciones diamantinas de detalle, permitirá a los ingenieros de planeamiento y diseño, identificar los problemas potenciales que podrían afectar a las condiciones de estabilidad de las labores mineras, conforme avance la explotación de la mina.
• Cada vez que avance un proyecto minero, la información geotécnica que se va acopiando permitirá establecer las labores de desarrollo de la mina y determinar la mejor estrategia de minado para la explotación, definiendo los mejores esquemas y secuencias de avance del minado para la extracción del mineral y las estrategias de control de la estabilidad a escala de mina y escala local.
ORGANIZACION DEL TRABAJO GEOMECANICO EN EL MINADO SUBTERRANEO
GERENTE OSUPERINTENDENTE
PLANEAMIENTO Y DISEÑO DE MINA
DEPARTAMENTO GEOLOGIA MINA
GEOMECANICA
Interacción entre grupos técnicos involucrados en la ingeniería de minas
OPERACIONES MINA
PRODUCCION
• Exploración• Estudio conceptual• Estudio de pre-factibilidad• Estudio de factibilidad• Diseño de ingeniería• Construcción y puesta en marcha• Operaciones de producción• Cierre de mina
FORMA, TAMAÑO Y ORIENTACION DE LAS EXCAVACIONES
FORMA, TAMAÑO Y ORIENTACION DE LAS EXCAVACIONES
• Las excavaciones con techos en forma de arco presentan mayor estabilidad. La forma de la excavación debe acomodarse a los rasgos estructurales dominantes de la masa rocosa, aunque esto no sea estético, de lo contrario hay que utilizar el sostenimiento.
• Las dimensiones de las excavaciones deben ser establecidas tomando
en cuenta: la presencia de bloques, cuñas y estratos en la masa rocosa; los esfuerzos; el agua; la velocidad de minado; el ritmo de producción; el equipo y el personal disponible.
• Para tener mejores condiciones de estabilidad, es recomendable (siempre que sea posible), seguir la dirección preferencial de avance, que ocurre por lo general cuando se cruza el sistema dominante de discontinuidades (diaclasas, fallas, estratos, etc.)
• Cuando por necesidades técnicas se tiene que avanzar en forma paralela al sistema dominante hay que utilizar el sostenimiento adecuado.
ESQUEMA Y SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO
SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO CASO MINA CHUPA
SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO
CASO MINA ROSAURA
Explotación Preparación4,010 6 23,990 6 23,970 6 23,950 - - 1Total 18 6 1
Nivel Nº de draw point Desarrollos
Desarrollo
Nv. 4010
Nv. 3990
Nv. 3970
Nv. 3950
Zona explotada
Zona por minar
NW SEARRIBA
ABAJO
PreExplotación
PreExplotación
PreExplotación
OBJETIVO:Minimizar los riesgos a los recursos empleados.Mantener mineral preparado.Mantener una distribución de leyes promedio.
En retirada.De NW a SE.De caja piso a caja techo.
Zona explotada
Zona por minar
NW SECAJA PISO
CAJA TECHO
Explotación Pre
SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO CASO MINA ROSAURA
SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO CASO MINA TINYAG
SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO CASO MINA YAULIYACU
ESQUEMA Y SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO
• Establecer esquemas adecuados de los tajeos y de los pilares.
• Establecer dimensiones adecuadas de los tajeos y de los pilares.
• Establecer la dirección general del avance del minado a través del cuerpo mineralizado.
• Establecer la secuencia de extracción de los blocks de mineral y de los pilares remanentes, preservando la estabilidad estructural de la mina a nivel global y local.
• Especificar el sostenimiento temporal.
• Especificar los parámetros de resistencia de cualquier tipo de relleno
¡En ambientes altamente esforzados estos aspectos son aun más importantes!
TECNICAS APROPIADAS DE VOLADURA
TECNICAS APROPIADAS DE VOLADURA
• Cuando todos los aspectos concernientes a los procesos de la voladura son llevados a cabo exitosamente, la excavación generada mantendrá su forma deseada, la fragmentación de la roca será adecuada y el daño a la roca circundante a la excavación será mínimo.
• Si la secuencia de la voladura no fuera debidamente ordenada, si hubiera taladros abortados o si el alineamiento de los taladros fuera erróneo, la voladura podría ocasionar:
1. Daños más allá del perímetro de la excavación deseada. 2. Fragmentación inadecuada con bloques grandes difícil de manipular.
3. Formas irregulares de los contornos de la excavación, que hacen que
la roca sea propensa al fallamiento y caída de rocas.
• Por tanto es importante que se utilicen para cada caso estándares apropiados de perforación y voladura.
DESATADO DE ROCAS
DESATADO DE ROCAS
• De todos los accidentes fatales que ocurren en las minas subterráneas del Perú, en promedio el 40% son causados por caída de rocas.
• Del porcentaje citado, aproximadamente el 80% de los daños por caída de rocas, ocurrieron mientras el trabajador se encontraba desatando o por desatado inadecuado.
• Si bien es cierto que el desatado reduce la potencialidad de caída de rocas, es importante señalar que su ejecución implica el mayor riesgo de daños al personal de mina.
• Por este motivo, es importante que todos los trabajadores utilicen estándares y procedimientos apropiados para el desatado de la roca suelta. Su correcta utilización disminuirá significativamente los accidentes por caídas de rocas.
• El desatado mecanizado es una buena práctica para evitar accidentes por caída de rocas.
SOSTENIMIENTO CON ESTRUCTURAS NATURALES Y ARTIFICIALES
SOSTENIMIENTO CON ESTRUCTURAS NATURALES Y ARTIFICIALES
• Estructuras naturales: efecto arco, pilares y escudos.
• Estructuras artificiales para sostenimiento activo y pasivo: pernos de roca, cablebolt, malla, cintas, shotcrete, cimbras, gatas, madera, relleno y otras.
• Importante: Controles de calidad antes, durante y después de la instalación del sostenimiento: materiales, equipos, procedimientos de instalación y rendimiento del sostenimiento.
METODOS DE DISEÑO DEL SOSTENIMIENTO
• Utilización de los criterios de clasificación geomecánica de la masa rocosa: RMR, Q, RSI.
• Análisis de equilibrio límite o de estabilidad estructuralmente controlada.
• Aproximación “Convergencia – Confinamiento” o RSI (Interacción Roca – Sostenimiento).
• MATM (Nuevo Método Austriaco de Tunelería).
• Métodos numéricos: MEF, MEB, MED.
• Modelos físicos a escala reducida (maquetas).
CRITERIOS DE CLASIFICIACION GEOMECANICA
CRITERIOS DE CLASIFICIACION GEOMECANICA
ESTABILIDAD ESTRUCTURALMENTE CONTROLADA
Alternativa de estabilización con cablebolts de grandes cuñas potencialmente inestables formadas en el techo de tajeos – Método de minado subniveles con taladros largos.
METODO GRAFICO DE ESTABILIDAD
GRAFICO DE ESTABILIDADGRAFICO DE ESTIMACION DEL
SOSTENIMIENTO CON CABLEBOLT
CONVERGENCIA – CONFINAMIENTO O RSI
equilibrio
fluencia del sistemade sostenimiento
Desplazam. radial hacia el interior
Pre
sión
del
sos
teni
mie
nto
Figura 9.5: Respuesta del sistema de sostenimiento al desplazamiento de la pared del túnel resultante en el establecimiento del equilibrio.Figura 9.5: Respuesta del sistema de sostenimiento al desplazamiento de la pared del túnel resultante en el establecimiento del equilibrio.
Respuesta del sistema de sostenimiento al desplazamiento de la pared del túnel, resultante en el establecimiento del equilibrio.
CONVERGENCIA – CONFINAMIENTO O RSI
CONVERGENCIA – CONFINAMIENTO O RSI
NATM – NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA
• El más común: Uso de la teoría de falla por corte (Rabcewicz and Golser, 1973). Entrada: profundidad de la excavación, parámetros de resistencia de la masa rocosa, dimensiones de la excavación. Salida: resistencia requerida incluyendo el arco rocoso.
• Análisis del anillo de carga portante como un cilindro de pared gruesa (Egger, 1973).
• Método de elementos finitos, usando variables de profundidad, diferentes relaciones de esfuerzos, parámetros de resistencia de la masa rocosa y de las discontinuidades, zonas de plastificación, desplazamientos, cargas sobre el revestimiento, momentos de pandeo y fuerzas axiales en el revestimiento y deformación en el revestimiento (Egger, 1973 y Kovári, 1969).
• Algunas personas usan solo el sistema de clasificación geomecánica de la masa rocosa. Pero esto no es generalmente recomendado y no reemplaza a los cálculos de diseño detallado apropiado.
Métodos de diseño
NATM – NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA
NATM – NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA
NATM – NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA
METODOS NUMERICOS
Sostenimiento de cámara de echadero con pernos, cablebolts y shotcrete estimado con el programa
PHASE2.
SELECCION DEL SOSTENIMIENTO
MODELOS FISICOS A ESCALA REDUCIDA
CONTROLES INSTRUMENTALES DE LA ESTABILIDAD
EJEMPLOS DE MONITOREO SISMICO
REGISTRADOR :Paladin de 6 canales
PC de recepcion de data de los Registradores (paladin)subterraneo
PC de Proceso en Superficie
CN4
V3N
INESTABILIDADES POR PERTURBACIONES ADVERSAS
Fracturamiento y aflojamiento de la roca
INESTABILIDADES POR PERTURBACIONES ADVERSAS
Deslizamientos a través de superficies de discontinuidades
INESTABILIDADES POR PERTURBACIONES ADVERSAS
Deflexiones excesivas del techo
INESTABILIDADES POR PERTURBACIONES ADVERSAS
Convergencia o cierre de los contornos de la excavación
INESTABILIDADES POR PERTURBACIONES ADVERSAS
Fallas inestables de la roca (Liberaciones de energía potencial)