Pilares Por Room and Pilar

7/21/2019 Pilares Por Room and Pilar

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Tarea 5: Diseño de Pilares



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Contenido

Introducción ..................................................................................................................................................................... 3

Objetivos ............................................................................................................................................................................. 3

Objetivo General ........................................................................................................................................................ 3

Objetivos Específicos .............................................................................................................................................. 3

Alcances .............................................................................................................................................................................. 4

Antecedentes .................................................................................................................................................................... 5

Obert y Duvall ............................................................................................................................................................. 5

Launder .......................................................................................................................................................................... 6

Desarrollo .......................................................................................................................................................................... 7

Resultados ......................................................................................................................................................................... 8

Obert y Duvall ............................................................................................................................................................. 9

Launder ....................................................................................................................................................................... 10

Análisis de Resultados .............................................................................................................................................. 11

Discusión y Conclusiones........................................................................................................................................ 12Referencias ..................................................................................................................................................................... 13



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Introducción

El yacimiento el choto es un yacimiento de gabro perteneciente a la franja metalogénicade la cordillera de la costa del norte de chile, su mineralización se caracteriza por

presentar principalmente minerales de textura porfídica con fenocristales visibles y conuna gran presencia de tonalita y porfídico basálticos, para caracterizar los minerales serealizaron ensayos de compresión uniaxial en testigos que fueron extraídos. Ladistribución de la mineralización se estudió a través de la confección de perfiles y en basea información de mapeo de sondajes y de bancos.

El yacimiento EL Choto se ubica en la Cordillera de la Costa de la Provincia de Tocopilla,II Región de Antofagasta, Chile. Se encuentra aproximadamente a 145 km al norte de laciudad de Antofagasta y a 36 km al sur de la ciudad de Tocopilla . El área de estudio de estetrabajo comprende un cuadrante de total de 3 km2 de superficie. Desde Antofagasta seaccede al yacimiento mediante la ruta costera B-1 que conecta esta ciudad con el puerto deTocopilla. A la altura del kilómetro 130 existe un desvío previamente señalizado (ruta B-178) por el cual se recorren 20 km de camino sólo accesible por vehículos de dobletracción. También existe un camino optativo por la ruta B-24 que une Tocopilla y Calamamediante el cual se accede a un desvío a la altura del kilómetro 20, frente a la estación deFFCC “Barriles”, el cual es un camino secundario en buen estado, por el que se recorren 59km en dirección sur, hasta llegar al área de estudio.

Objetivos

Objetivo General

Realizar un diseño de excavación por Room & Pilar para el Yacimiento El Choto,Antofagasta, II Región, Chile.

Objetivos Específicos

Maximizar la recuperación de la unidad básica de explotación, considerando undiseño confiable y viable.

Diseño de pilares debe obedecer a un análisis de cargas y a la resistencia delmacizo rocoso.



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Alcances

El diseño de explotación será realizado por Room & Pillar, sistema minero donde elmaterial es extraído a través de un plano horizontal, dejando en la extracción pilares de

material virgen con el fin de soportar la sobrecarga aplicada por el material superior.

Figura 1: esquema de excavación según Room & Pillar.

Como es posible observar en la figura 1, el sistema Room & Pillar contempla la extracciónde un nivel de material subterráneo que presenta un interés económico, sin la necesidad

de sacar el material inerte sobre este. Para ello, la excavación se realiza de manerahorizontal y considerando dejar materiales de material virgen, los cuales son losencargados de soportar los esfuerzos inducidos por la roca de caja superior.

De gran importancia es el diseño de los pilares, los cuales para hechos prácticos serándefinidos como paralelepípedos de altura H y una base cuadrada de arista W.

Figura 2: Representación de las dimensiones en un pilar real.



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Antecedentes

Dado que el diseño de explotación se realizara a través del método de Room & Pillar esnecesario determinar las dimensiones del pilar, las cuales están dadas por la resistenciaque deben soportar la que a su vez está determinado por las características delyacimiento.

Para que el diseño sea considerado seguro se debe presentar un factor de seguridadmayor al 1,5, Donde el factor de seguridad es determinado por el coeficiente entre laresistencia del pilar y el esfuerzo requerido por este, donde el esfuerzo requerido por este

está dado por la carga litostática ejercida por el material superior.

Obert y Duvall

La resistencia del pilar según el modelo de Obert y Duvall, cual está basado en lacompresión uniaxial en testigos de carbón, está determinada por:

Ecuación 1

Dónde: : Resistencia máxima del Pilar.: Resistencia máxima de la roca homogénea.: Ancho del pilar.: Altura del pilar.

Luego la resistencia máxima de la roca homogénea esta determinada según el modelo deHoek And Brown, este permite estimar la rotura del macizo rocoso frente a esfuerzostriaxiales, según la expresión:

Ecuación 2

Dónde: : Tensión principal máxima en el momento de rotura.: Tensión principal mínima en el momento de rotura.: Esfuerzo a la compresión uniaxial.mb: Constante del material.s:

Constante del macizo rocoso.a: Constante del macizo rocoso.



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Estos parámetros característicos del macizo son determinados mediante:

Ecuación 3

Ecuación 4

Ecuación 5

Dónde:mi Valor de ajuste para la roca intactaGSI Índice de resistencia geológicaD Factor; perturbación que sufre el macizo por des confinamiento y

tronadura.

Considerando que los esfuerzos aplicados al mineral sólo son verticales, pues en el planohorizontal no se encuentra ninguna presión de confinamiento, con ello =0 por lo cual el

modelo de Hoek & Brown se ve reducido a:

Ecuación 6

Launder

En base datos de autores anteriores a él, y valores variados que van desde una resistenciaa la compresión uniaxial entre 90 a 240[MPa]. El plantea para toda la base de datosindependiente de la calidad de la roca y una fórmula para determinar el confinamientointerno promedio del pilar que corresponde a la razón entre los esfuerzos principales

(σ3/σ1).

[ [ ]]

⁄

Ecuación 7

a partir del confinamiento promedio del pilar se deriva un término que corresponde alángulo de fricción del pilar.

(

)



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Ecuación 8

Posterior a esto Launder proponen una fórmula de resistencia del pilar:

Ecuación 9

Además de este modelo en forma comparativa se realizó un análisis con el modelo de

Obert Duvall, basada en ensayos de compresión uniaxial en testigos de carbón variando laforma, la fórmula propuesta por ellos es:

Ecuación 10

Esta fórmula no considera la calidad de la roca y realiza una interpretación directa desdelos ensayos a un pilar, se sugiere utilizar un factor de seguridad entre 2 a 4 de manera deconsiderar esta incertidumbre por ende vemos que no es un método muy preciso.

Desarrollo

En base a los estudios realizados por el laboratorio geotécnico se encuentran losparámetros característicos de la roca del yacimiento, los cuales se pueden observar en latabla 1. Luego para cada zona es posible determinar el parámetro RMR, los cuales sondeterminados en las tablas 2, 3 y 4 para la Zona 1, Zona 2 y estéril respectivamente.

Luego para determinar nuestro diseño de Room and Pilar es de suma importanciadeterminar la resistencia que poseen los pilares, lo cual se estima a partir delcomportamiento que presenta la roca intacta a nivel de laboratorio. Para obtener una ideade esto de tomaron muestras de ambas zonas y se determinó su resistencia a lacompresión mediante el método de Hoek and Brown. Los valores obtenidos para cara unade las zonas quedan plasmadas en la tabla 5.

Como ha sido mencionado en reiteradas veces el diseño de Room and Pilar esprincipalmente determinado por la resistencia del pilar, la cual a su vez tiene directarelación con la roca de cual está hecho y de la geometría que este presenta.

Para determinar la resistencia del pilar existen varios modelos de estimación de los cuales

serán considerados el método de Launder y el método de Obert y Duvall. Para cada una delas zonas se considera un ancho variable con el cual se determina el esfuerzo aplicado



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sobre el pilar y en base a cada método de estimación se determinó la resistencia del pilarpara así determinar el factor de seguridad, el cual queda definido como la razón entre laresistencia del pilar y el esfuerzo requerido. Considerando un factor de seguridad buenouno mayo a 1,5.

Este procedimiento se realiza para las dos zonas presentes en el yacimiento, considerandolos dos métodos antes mencionados, con el fin de determinar el ancho óptimo del pilar quedetermina el factor de seguridad y maximiza la recuperación.

Resultados

De los datos obtenidos de los sondajes realizados en el terreo:

Zona 1 Zona 2 Estéril

RMR76 =GSI [Mpa] 76 78 87UCS [Mpa] 117 163 126C [Mpa] 21 21 14

Angulo Fricción [º] 42 40 41Esfuerzo Fluencia [Gpa] 62 58 35Esfuerzo de Corte [Mpa] 6 6,6 3,8Profundidad media [m] 256 297 -Clasificación QAE Grabo Grabo AndesitaRoca Pórfido Basáltico Tonalita Andesita

Tabla 1: Datos geotécnicos de la roca en que se encuentra el yacimiento.

Tabla 2: Determinación del RMR de la roca presente en la Zona 1.

RMR

Zona 1

Valor Valor Ponderado

UCS 117 12

RQD 85% 17

Espaciamiento 300 10

Discontinuidad

ligeramente rugosa,

meteorizada 25

Agua subterránea goteo 4

Orientación discontinuidad favorable -2

Valor total RMR 66

RMR

Zona 2


UCS 163 12

RQD 90,5% 20

Espaciamiento 260 10

Discontinuidad

ligeramente rugosa,

muy meteorizada 20

Agua subterránea goteo 4Orientación discontinuidad favorable -2



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Tabla 3: Determinación del RMR de la roca presente en la Zona 2.

Tabla 4:Determinación del RMR de la roca presente en la Zona 3.

Los datos de la roca para las Zonas 1 y 2 según el modelo de Hoek and Brown están

determinadas por:Resistencia roca

(criterio Hoek and Brown) Zona 1 Zona 2

3 [MPa] 0 0

UCS [MPa 117 163

Mi 30 30

GSI 76 78

a 0,5 0,5

s 0,07 0,09

mb 12,73 13,67

1(MPa) 30,8 48,0

Tabla 5: Parámetros de resistencia de la roca según modelo de Hoek and Brown.

Obert y Duvall

Configuración

Zona 1 Wp p (MPa) Sp(MPa) FS R

1 1 601,9 24,4 0,04 99,0%

2 2 182,4 24,7 0,14 96,6%

Valor total RMR 64

RMR

Estéril


UCS 129 12

RQD 91% 20

Espaciamiento 180 8

Discontinuidad

Muy rugosa sin

discontinuidad 30

Agua subterránea Muy húmedo 7

Orientación discontinuidad favorable -2

Valor total RMR 75



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3 3 96,6 25,1 0,26 93,6%

4 4 63,9 25,4 0,40 90,4%

5 5 47,5 25,8 0,54 87,1%

6 6 37,9 26,1 0,69 83,8%

7 7 31,7 26,4 0,83 80,6%8 8 27,4 26,8 0,98 77,6%

9 9 24,3 27,1 1,12 74,7%

10 10 21,9 27,4 1,25 72,0%

11 11 20,1 27,8 1,38 69,4%

12 12 18,6 28,1 1,51 67,0%

13 13 17,4 28,5 1,63 64,8%

14 14 16,4 28,8 1,75 62,6%

15 15 15,6 29,1 1,87 60,6%Tabla 6: Acho del pilar según modelo de Obert y Duvall, esfuerzo requerido, resistencia del pilar, factor de

seguridad y recuperación característica para cada pilar de la Zona 1. En amarillo se ve el ancho óptimo paracumplir con el factor de seguridad requerido.

Configuración

Zona 2 Wp p (MPa)

Sp(MPa) FS R

1 1 954,0 38,0 0,04 99,2%

2 2 283,3 38,5 0,14 97,3%

3 3 147,6 39,0 0,26 94,8%

4 4 96,2 39,5 0,41 92,0%

5 5 70,6 40,0 0,57 89,1%

6 6 55,7 40,5 0,73 86,1%

7 7 46,2 41,0 0,89 83,3%

8 8 39,6 41,5 1,05 80,5%

9 9 34,8 42,0 1,21 77,8%

10 10 31,2 42,5 1,36 75,3%

11 11 28,5 43,0 1,51 72,9%

12 12 26,2 43,5 1,66 70,6%

13 13 24,4 44,0 1,80 68,4%

14 14 22,9 44,5 1,94 66,3%

15 15 21,6 45,0 2,08 64,3%Tabla 7: Acho del pilar según modelo de Obert y Duvall, esfuerzo requerido, resistencia del pilar, factor deseguridad y recuperación característica para cada pilar de la Zona 2. En amarillo se ve el ancho óptimo paracumplir con el factor de seguridad requerido.

Launder

Configuración

Zona 1 Wp W0 p (MPa)

w / h cpav FS R

3 3 6 55,3 0,30 0,000000007100712 0 0,89

4 4 6 38,4 0,40 0,000025343358573 0 0,84

5 5 6 29,7 0,50 0,000667713346108 0.03 0,796 6 6 24,6 0,60 0,003961783339704 0,09 0,75



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7 7 6 21,2 0,70 0,011978230786841 0,19 0,71

8 8 6 18,8 0,80 0,025229131243611 0,32 0,67

9 9 6 17,1 0,90 0,042863638409140 0,46 0,64

10 10 6 15,7 1,00 0,063489485719165 0,62 0,61

11 11 6 14,7 1,10 0,085746907916305 0,79 0,5812 12 6 13,8 1,20 0,108546534845719 0,97 0,56

13 13 6 13,1 1,30 0,131108884360402 1,16 0,63

14 14 6 12,5 1,40 0,152921691561178 1,34 0,5º

15 15 6 12,0 1,50 0,173676519175220 1,52 0,49

Tabla 8: Acho del pilar según modelo de Lauder, esfuerzo requerido, resistencia del pilar, razón ancho alto,factor de seguridad y recuperación característica para cada pilar de la Zona 1. En amarillo se ve el anchoóptimo para cumplir con el factor de seguridad requerido.

Configuración

Zona 2 Wp W0 p (MPa)

w / h cpav FS R

3 3 6 69,5 0,30 0,000000007100712 0 0,89

4 4 6 48,3 0,40 0,000025343358573 0 0,84

5 5 6 37,4 0,50 0,000667713346108 0,03 0,79

6 6 6 30,9 0,60 0,003961783339704 0,07 0,75

7 7 6 26,6 0,70 0,011978230786841 0,15 0,71

8 8 6 23,6 0,80 0,025229131243611 0,25 0,67

9 9 6 21,5 0,90 0,042863638409140 0,37 0,64

10 10 6 19,8 1,00 0,063489485719165 0,5 0,61

11 11 6 18,4 1,10 0,0857469079163050,63 0,58

12 12 6 17,4 1,20 0,108546534845719 0,77 0,56

13 13 6 16,5 1,30 0,131108884360402 0,92 0,53

14 14 6 15,8 1,40 0,152921691561178 1,07 0,51

15 15 6 15,1 1,50 0,173676519175220 1,21 0,49

16 16 6 14,6 1,60 0,193209958029628 1,36 0,47

17 17 6 14,1 1,70 0,211456936832634 1,5 0,45

18 18 6 13,7 1,80 0,228416357455512 1,64 0,44

19 19 6 13,4 1,90 0,244126899221002 1,78 0,42

Tabla 9: Acho del pilar según modelo de Launder, esfuerzo requerido, resistencia del pilar, razón ancho alto,factor de seguridad y recuperación característica para cada pilar de la Zona 2. En amarillo se ve el anchoóptimo para cumplir con el factor de seguridad requerido.

Análisis de Resultados

Considerando la fórmula de Obert yDuvall representa una mejor recuperación para unmismo factor de seguridad sin embargo este modelo no considera la calidad de la roca sino que realiza una interpretación directa en base a los ensayos realizado en la roca intacta,por ello se sugiere utilizar un factor de segura entre 2 y 4, mucho mayor al factor deseguridad dispuesto. De Utilizar el factor de seguridad recomendado anteriormente la



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recuperación disminuiría considerablemente y teniendo en cuenta que esta ya es baja elproyecto en base al modelo mencionado no sería viable.

Esto es un resultado esperable, pues este modelo se basa en testigos de carbón y es uno delos primeros modelos utilizados, donde la resistencia de los pilares no superaba los 60

[mpa].

Luego para el modelo propuesto por Launder, se observa un modelamiento más completo,este incluye el confinamiento interno promedio de los pilares y el ángulo de fricción de lospilares. Tiene un alcance más alto pues en la determinación del modelo se trabajó conrocas de buena y mala calidad, por lo cual tiene un rango de representatividad en rocascon un USC de 90 – 240 [Mpa], rango en el cual se encuentran las rocas de nuestroyacimiento.

A pesar de que nuestros valores coinciden con el modelo planteado, las recuperacionespara el factor de seguridad requerido son ínfimas, perdiendo en ello gran parte delmaterial en la construcción del modelo.

Discusión y Conclusiones

Vemos que la fórmula que más se ajusta a el modelo requerido de Room and Pillar es lafórmula de Launder porque es en esta fórmula donde de consideran los regos deresistencia a la compresión en los cuales se encuentra nuestra mina, en cambio el otromodelo desvirtúa mucho la realidad con respecto a nuestros dos sectores de estudio.

Siendo esta la fórmula que mejor representa la realidad de nuestro fenómeno, además deque el otro modelo analizado inherente a su análisis lleva una incertidumbre bastantegrande puesto que no considera ciertos aspectos de la dureza de la roca por ende se ocupaun factor de seguridad cercano al 2 o al 4. En base a esta fórmula se logró obtener, sinembargo vemos que el sistema elegido para modelar nos arroga unos valores derecuperación extremadamente bajos, cercanos a 48% y 45% al sector 2 vemos que más dela mitad del mineral queda en la construcción del Pillar and Room por ende el métodomás adecuado para la explotación de esta mina tal vez no sea el de Room and pilar puestoque estoy perdiendo todas mis reservas en los pilares, otra solución al problema de larecuperación es bajar la altura de mi pilar sin embargo al realizar esto si bien aumenta larecuperación la operatividad de la mina disminuye considerable mente puesto que a losequipos se les dificulta más el traslado de un sector a otro fuera de que pueda que existanequipos que no entres con un valor de altura menor a 6 metros que es la altura para podertener más de la mitad de recuperación en la mina. Un mejor método para la explotación deesta mina seria block caving o sub level caving. Puesto que estas aprovecharían de mejormanera los recursos encontrados.



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Referencias

http://repositorio.uchile.cl/bitstream/handle/2250/131477/Relog%C3%ADa-y-fabrica-de-la-mineralizacion-primaria-yacimiento-El-Teniente.pdf?sequence=1

http://repositorio.uchile.cl/tesis/uchile/2010/cf-leiva_eb/pdfAmont/cf-leiva_eb.pdf

http://www.geoportal.cl/Visor/


















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