MECANICA DE ROCAS EN MINERIA.ppt

7/24/2019 MECANICA DE ROCAS EN MINERIA.ppt

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Mining Rock Mechanics

“MITIGACION DE ROCKBURST”

Prof. Ugur Ozbay

Colorado School of Mines

Department of Mining Engineering

[email protected]

+1(303) 273 3710

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]



Objetio

• Resues!a de" ma#izo ro#oso a e$#a%a#iones mineras

• &efini#i'n y !ios de Ro#burs! *s!a""ido de Ro#as,

• -e!odos de mi!iga#i'n de" ro#burs!

/onsidera#iones de" diseo

is!ema de moni!oreo smi#o

s!ra!egias de oor!e

Ro" de "a Unidad de Ro#a de ngeniera en una mina ssmi#aa#!i%a



Res!"esta #e$ %aci&o 'ocoso a $a %ine'(a

• Resues!a de" ma#izo ro#oso a "os #ambios en "os #amos deesfuerzo debido a "a minera

• 45us!e de" ma#izo ro#oso se "ogra #on "a redis!ribu#i'n deesfuerzos y deforma#iones a !ra%6s de

4#!i%a#i'n de fra#!uras e$is!en!es y enera#i'n de nue%as fra#!uras

• Pro#eso de a5us!e in%o"u#ra #ada de ro#as en "as e$#a%a#iones"ibera#i'n de energa de deforma#i'n y genera#i'n de sismos

• 8a se%eridad de" ro#eso de a5us!e es gobernado or !res

arame!ros rin#ia"es /amo de esfuerzos 9ue e$is!en an!es de "a minera

/ara#!ers!i#as de" ma#izo ro#oso

:amao y forma de "as e$#a%a#iones mineras



Ca'ga ) Resistencia #e$ Maci&o Rocoso

1 ! r

e s s

!rain

Pea

s!reng!;

Residua"

s!reng!;

/omression

;ear

$#a%a!ion



Rockb"'st

Que es?Como ocurre?

Que se puede hacer con el?



De*inici+n #e Rockb"'st

Rockburst es una repentina y violenta irrupción de las

paredes de las minas el cual es causada por, o

acompañada por, un movimiento brusco o vibración

( evento sísmico ) the suficiente magnitud para causardaño obvio a las excavaciones y soporte, o caida

simultanea de rocas

Un rockburst es una consecuencia de la minería

No todos los eventos ssmicos son causados por el

rockburst



,a$$a #e Roca Estab$e e Inestab$e

/omression

;ear

$#a%a!ion

Unstable failure

1 ! r e s s

!rain

nergydefi#ien#y

!iffness of

"oading

en%ironmen!

Stable failure

Dos condicionesnecesarias para el

rockburst

1. !ress < !reng!;

2. ns!abi"i!y

1 ! r e s s

!rain

:riggering

s!ress in#rease

$#ess energy

!iffness of "oadingen%ironmen!



1 !rain burs! (crush o rompimiento)

2 fau"! (slip o deslizamiento)

3 dye (crush) = dye #on!a#! (slip)

> ru!ure (slip)

Ti!os #e Eentos Sis%icos

>

23

4d%an#ing

e$#a%a!ionfau"!

dye

?eaness

1



Eventos de rompimiento (c) Eventos de deslizamiento (s)

Descripciónfsica

nes!ab"e romimien!o de" %o"umen dero#a en "as ro$imidades de "ae$#a%a#i'n minera

8ibera#i'n ines!ab"e de esfuerzo de #iza""eor un des"izamien!o sobre una area "anar("ane of ?eaness=in!a#! ro#)

Mecanismogovernante o

criterio

!rain?eaening de ro#a fragi" en#omresion sis!ema de dureza o!en#ia"de #ada de esfuerzos

!a!i#oA #aida dynami#a de" esfuerzo#iza""ede "a suerfi#ie des"izan!e dureza de"sis!ema o!en#ia" de #aida de esfuerzo

E!emploscomunes

4bu!men! e%en!s s!rain burs!s !unne" =dye e%en!s

4"gunas fa""as y a"gunos e%en!os de!erremo!os re"a#ionados a di9ues medianosa muy grandes e%en!os.

Da"o delrockburst

• O#asiona"men!e in!enso ero siemre"o#a"izado

• -u"!i"es des"izamien!os "anares#on5ugados o romimien!o genera"

• Para grandes e%en!osA /adas grandes#"ausura dano de !une"

• #uasi"ano indi%idua" mos!randomo%imien!os mesurab"es

/ s=#

ss

Eentos #e ti!o sis%ico



St'ategias #e cont'o$ #e Rockb"'st

• /ri!erio de diseo minero

RR (nergy Re"ease Ra!e) (Razon de

"ibera#i'n de energa) ($#ess ;ear !ress) (sfuerzo de

/iza""e e$#esi%o)

• -e!odos de mi!iga#i'n de" ro#burs!



Ra&+n #e -ibe'aci+n #e Ene'g(a .ERR/

• RR es sim"emen!e una medida de #on#en!ra#i'n deesfuerzos en "as aredes de "a e$#a%a#i'n

• Paredes mineras irregu"ares in!erse##iones i"ares yremanen!es son areas de a"!o RR (esfuerzos)

• s!ra!egias 9ue redu#en e" RR (!ress) a"rededor de"as e$#a%a#iones uede redu#ir e" o!en#ia" ro#burs!.s!as es!ra!egias in#"uyenA

Ba#fi""ing (re""eno)

Use of "arge ?id!;=;eig;! ra!io i""ars (i"ares de mayoran#;o=a"!ura)

Redu#ing s!oing ?id!; (4n#;os de :a5eos)



E*ecto #e $a Geo%et'(a Mine'a en e$ERR

RR

RR

RRRR

RR

RR

RR

-ined Ou!

RR

RR

RR

RR

RR

#rregular vs$ regular faces

%arge pillars



E*ecto #e$ Ancho #e$ Sto!ing en e$ ERR

&ide stope

Cig; fa#es!resses

'arro stope

Ba# area #"osure"imi!s fa#e

s!resses

ackfilled ba#

area in a ?ides!oe fa#e

s!resses

ERR 0 ERR 1 ERR

B a # ( f i " "



Res"%en #e$ ERR

• RR es una medida dire#!a de "a concentración deesfuerzos en "a #ara fron!a" de una ared minera

• RR uede ser%ir #omo una medida des#ri!i%a arae" dao de" ro#burs!

• s!udios ;an mos!rado una #on%in#en!e #orre"a#i'nen!re e" ni%e" de" RR romedio y sismi#idad oro#burs!

• rabando #orre"a#iones en!re e" RR y e" ro#burs!

uede ""e%ar a" desarro""o de guas ara e" diseo de "amina



,a$$a #e Ci&a$$e inestab$e a t'aes #eest'"ct"'as

.“s$i!” t)!e eents/



E2cess Shea' St'ess .ESS/ .Ci&a$$e/

dynami# s!reng!;

(τe) D Pre%ai"ing s;ear s!ress rior !o s"i &ynami# s!reng!; of s!ru#!ure

τe

ESS es una medida del evento de deslizamiento potencial ocurriendo en una estructura geologica

s!a!i# s!reng!;

#o;esion

Eorma" s!ress

τ

σn

1 ; e a r s ! r e s s



ESS co%o c'ite'io #e #ise3o

stabi$it)!otentia$in#icates

stabi$it)in#icates

0

0

e

e

>τ

<τ

"obes0

!"

D F !o 10 -Pa (for "ane of ?eaness) ("ano de debi"idad)

D 20 -Pa (for ru!ure of in!a#! ro#) (ru!ura ro#a in!a#!a)e

#τ

e#τ

s!ima#i'n de ni%e"es de re9ueridos ara un e%en!o ssmi#o

Gau"!$#a%a!ion



Co%o ESS bene*icia e$ #ise3o %ine'o

• uede usarse #omo una ;erramien!a cuantitativa ara

ba#ana"ysis de e%en!os ssmi#os

• #uen!a ara "a am"ifi#a#i'n de" efe#!o de" dao de

#ondi#iones abnormales tectónicos

• iguiendo metodos de mitigación de" ro#burs! 9ue emergen enbase a "os #on#e!os de" A

Uso de bra9ue!as de i"ares a"rededor de fa""as ssmi#as a#!i%as

$"o!a#i'n "e5os de "as fa""as

$"o!a#i'n ;a#ia fa""as en un angu"o ob"i#uo /onfirma#i'n de benefi#ios a" im"emen!ar ba#fi"" y es!abi"iza#i'n de

i"ares



Meto#os #e Mitigaci+n #e Rockb"'st

• 45us!ando razones de e$!ra##i'n de minera" razones de

a%an#e de fren!e se#uen#ias mineras

• &es#onfinamien!o de esfuerzos (des!ressing)

• Pre#ondi#ionado

• Uso de informa#i'n de moni!oreo ssmi#o

• ns!rumen!a#i'n

• &iseando e im"emen!ando un sis!ema de soor!e ara "as

#ondi#iones de" ro#burs!

n addi#i'n a unos ya men#ionados "os siguien!es me!odos demi!iga#i'n son ra#!i#ados en "a indus!riaA



Ra&on #e e2t'acci+n #e %ine'a$4sec"encia %ine'a4 ) 'a&+n #e aance #e

$a *'ente

• Regu"arizando razones de e$!ra##i'n deminera" y se#uen#ias mineras median!e

P"anifi#a#i'n minera #uidadosa diseo yoera#i'n

/on!ro"ando #an!idades y razones dee$!ra##i'n

8imi!ando "a raz'n de fren!e de a%an#e ba5o"os ni%e"es #ri!i#os 9ue ga!i""an e" ro#burs!



De5st'essing an# 6'e5con#icionan#o

De*stressing

+re*conditioning



Monito'eo S(s%ico

• Un ;ard?are moni!oreo ssmi#o s!andard re9uiere una red de%arios geofonos ins!a"ados a"rededor de "a mina y un sis!ema#omu!a#iona" #en!ra" ara ana"isis de signos

• Redes de moni!oreo ssmi#os ueden

8o#a"izar e%en!os ssmi#os ademas ueden ser usados ara

#ordina#i'n de oera#iones de res#a!e en #aso de ro#burs! Permi!en "a iden!ifi#a#i'n de es!ru#!uras sismi#amen!e a#!i%as

-ues!ran #omo "as #ondi#iones es!an #ambiando #on e" !iemoeffe#!o de "a raz'n de e$!ra##i'n en "a sismi#idad.

n!regan una efi#a#ia en es!ra!egias de #on!ro" de" ro#burs!adoo!ado or "a mina

n!regan es!ima#iones #uan!i!a!i%as en "a magni!ud y momen!o de""os e%en!os ssmi#os

Ej $ # i ( i



Eje%!$o #e %onito'eo s(s%icoActiacion #e "na *a$$a $ejos #e$

#esa''o$$o

)ined out stopes

$ctive mining area

*ent Raise

to sur+ace

,anging'all ramp

drive

)icroseismic

activit& -events.

4#!i%idad mi#rosismi#a ini#ia"

asso#iado a "a rodu##i'n

/ambio de "a "o#a"idad de "os e%en!os

ssmi#os #on #on!inuo desarro""o



Ot'o %onito'eo e inst'"%entaci+n

is!emas de moni!oreo mas #omunesA

• nse##iones de #amo (100H)

• -edi#iones de des"azamien!o "o#a" (I2H)• -oni!oreo ssmi#o (J>H)

• Ref"e#!ome!ra en e" !iemo (J>H)

• -edidas #on%ergen!es (3JH) y

• Obser%a#iones de sonda5es (3JH).



Consi#e'aciones #e so!o'te #e$Rockb"'st

• Resis!en#ia de oor!e

s!a!i#a

&ynami#a

• /on!en#i'n (s#reening area" #o%erage)

• Kie"dabi"i!y (4bsor#i'n de "a #aa#idad de energa)

;aing (sa#udida) 5e#!ion (ro5e##i'n)Bu"ing



S"!!o'te #e #ise3o9 Ca'ga estatica

Soporte re,uerido de

resistencia

R s 0 h

γ / eso unitario

;A grossor de" b"o9ue



Dise3o #e So!o'te9 Ca'ga Dina%ica

"

d

"

d

mv"

1E

/side'alls2or

mv"1mgdE

/roo+ 2or

=

+=

nerga re9uerida (d) ara

#on!ener mo%imien!o dinami#o

de un b"o9ue de ro#a sobre una

dis!an#ia d en me!rosA

&onde m y % son masa y

%e"o#idad de ro5e#!ion de"

b"o9ue de ro#a y g es "a of !;e

a##e"era#i'n gra%i!a#iona".



:ie$#abi$it) .Abso'ci+n #e ca!aci#a# #eene'g(a/

Energ& imparted to

a "000 kg mass/

E 3 0( m v" 3 -0(. -"(0. 4"

E 3 56 k7

Energ& consumed b&

Non!&ielding bolt/

"80 9 0(016 3 :(4 k7

;ielding bolt/

1<0 9 1 3 1<0 k7



:ie$#ing bo$ts



Est'ategias #e #ise3o #e so!o'te

• 8os re9uerimien!os de" sis!ema de soor!e mas #r!i#o

ara "as #ondi#iones de ro#burs! son

/aa#idad de absor#i'n de energa sufi#ien!e (yie"dabi"i!y o

#eder)

/om"e!e s#reening (area" #o%erage)

• " sis!ema de soor!e 9ue uede #um"ir #on "os

re9uerimien!os in#"uyen

rou!ed ro# bo"!s ?i!; good yie"dabi"!y + ?ire mes; + "a#ing rou!ed yie"ding bo"!s + ?e"ded mes; + s;o!#re!e

rou!ed yie"ding bo"!s + ?e"ded mes; + fiber reinfor#ed s;o!#re!e



Est'ategias #e !'otecci+n ca(#a #e s"e$o

• " sis!ema de soor!e uede !ener un ade#uado yielding (absor#i'n) y #aras!ers!i#as de

visual areal #om"e!a• e ne#esi!an medidas ara "a ro!e##i'n de scalers, drillers, and support installers.

4u!oma!izando es!as a#!i%idades 9ue deben ser #onsideradas.

• &esarro""ando una base de datos en alturas de cada de ro#a y e" fun#ionamien!o de"sistema de soporte uede ayudar enormemen!e en e" diseo effi#en!e de" sis!ema desoor!e

• erias #onsidera#iones deben ser !omadas a "os efe#!os de" dao de a"!os esfuerzos(abutment stresses) #readas or "as e$#a%a#iones de rodu##ion en e$#a%a#iones de

ser%i#ios

• /rea#i'n de ledges and brows ueden signifi#a!i%amen!e redu#ir "a es!abi"idad so"!ando "os 5oin!s y fra#!uras #on esfuerzos.

• Ba5o esfuerzos a"!os o#urren "a fracturas paralelas a la frente. n in!erse##iones ysi!ua#iones de "ead"ag a"!os esfuerzos ueden resultar en techos “blocky” re9uiriendosoor!es mas densos #on #ober!ura area" mas fuer!e.

• Caminando hacia las areas sin soporte es un #on!ribuyen!e a "a #ada es!adis!i#a de"sue"o

• U"!imo ero no menos imor!an!e es!ra!egias de re%en#i'n de a##iden!es de #ada desue"o ueden no ser e$i!isos sin "a ro%isi'n de un ade#uado programa de EntrenamientoL



Uni#a#es #e Mecanicas #e Rocas

8a unidades de me#ani#a de ro#as #onsis!e

en mane5ar un ade#uado numero de ersona"

#a"ifi#ado es esen#ia" ara e" diseoim"emen!a#i'n y man!enimien!o de "os

me!odos de mi!iga#i'n de" ro#burs!

men#ionados a9u.



Actii#a#es #e $as "ni#a#es #e %ecanica#e 'ocas

8as a#!i%idades de Unidades de ro#a ngeneri"ueden in#"uir ero no "imi!adas a

&esarro""o y man!enimien!o de mode"osgeo!e#ni#os y numeri#os a#!ua"es de "a mina

Participación en el proceso del diseño medianteel trabajo cercano con la gerencia mina"aneando y unidades de rodu##i'n

&esarro""ando e$#a%a#iones y diseo desis!ema de soor!e de !io de ro#a ese#fi#a

ara diferen!es se#!ores de "a mina Re#o"e##i'n y ana"isis de in#iden!es de "esion

ara de!erminar "a raiz de "a #ausa dea##iden!es ara iden!ifi#ar en!renamien!o yne#esidades de me5oramien!o de soor!e



&esarro""ando e im"emen!ando ro#edimien!os de#on!ro" de #a"idad = 4seguramien!o de #a"idad

Prearando #odigos de #ondu#!as de me#ani#a dero#as y #omuni#ando es!as #on e" ersona" de "a mina

&esarro""ando me#ani#a de ro#as re"a#ionadas #on "os

ro#edimien!o de e%a"ua#i'n de riesgos basados en e"da!o de a##iden!es

Ob!eniendo e ins!a"ando ins!rumen!os (in#"uyendo redesde moni!oreo ssmi#os) ara moni!orear "a resues!a de"maziso ro#oso a "as e$"o!a#iones

-an!eniendo #on!a#!o #on "as nue%as !e#no"ogias en e"area de me#ani#a de ro#as

/i!ando y a#udiendo a "os audi!ores o #onsu"!ores de-e#ani#a de Ro#as (Review Board)

Actii#a#es #e $as "ni#a#es #e%ecanica #e 'ocas .cont8/



Res"%en #e %eto#os #e %itigaci+n #e$'ockb"'st

• Redu#iendo a"!os abu!men! s!resses median!e

-an!enimien!o de "a forma de "a fren!e de" !a"ud g"oba"

im"emen!ando ba#fi"""ing

m"emen!ando e$!ra##iones ar#ia"es (i"ares)

Redu#iendo an#;os de s!oing

• %i!ando

/rea#i'n de remanen!es

&iseos #onsiderando i"ares

$oniendo ser%i#ios de e$#a%a#iones a a"!os s!resses

• &e5ando bra9ue!as de i"ares a"rededor de fa""as a#!i%amen!e ssmi#as

• 4#er#andose a fa""as en angu"os ob"i#uos

• $"o!a#i'n "e5os de "as fa""as

• Regu"arizando "a raz'n de e$!ra##i'n de minera" se#uen#ia minera y raz'n de a%an#ede "a fren!e

• &es!ressing

• Pre#ondi!io#ionando

• -oni!oreo de ssmos indu#idos or "a minera

• m"emen!ando sis!ema de soor!e #on ade#uada ;o"gura y #aa#idades de s#reening

• -an!en#i'n de un dear!amen!o de me#ani#a de ro#as bien en!renado y #on re#ursos



,in

MCay regun!asN

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