DEPARTAMENTO DE MECANICA SUELOSMecnica de Rocas Aplicada a la Ingeniera Civil

2008 - II

ESTALLIDOS DE ROCAS

1. INTRODUCCIN

Los estallidos de roca son eventos cada vez ms registrados en diversas minas, no slo en el Per sino tambin a nivel mundial, pero suele a menudo, confundrsele con derrumbes o desprendimiento de roca. Sin duda hay una diferencia notoria. Los estallidos de roca ocurren a grandes profundidades como consecuencia de las profundizaciones y el aumento de la presin litosttica. Los derrumbes son una consecuencia natural de la alteracin del equilibrio de esfuerzos y la mala previsin de estos por el hombre para contrarrestarlos.

El desarrollo progresivo o evolucin de una estructura rocosa como consecuencia del avance de la explotacin, imprime perturbaciones mecnicas en el medio rocoso: ocurren desplazamientos de la masa rocosa hacia el vaco minado, se producen nuevos estados de esfuerzos y deformaciones y, asimismo, acumulaciones de energa de deformacin en reas localizadas del medio rocoso. Estas perturbaciones mecnicas suelen generar problemas de inestabilidad en las excavaciones mineras, siendo una de sus manifestaciones los estallidos de rocas.

El termino estallido de roca ha sido usado en forma general para describir rangos de fallas de roca en magnitud de expulsin de pequeos fragmentos de roca de la superficie de pilares o paredes, algunos veces referido a salida de pequeos rocas o el de repente colapso de gran rea de un pilar.

El movimiento de tierra producido por salto de roca es detectable solo con equipos que miden micro sismos.

Algunos investigadores quienes hace usada el termino mas estrictamente o calificada de otra manera podr describir fallas de rocas asociadas con algunos fases de minado o algunos factores de cmo por ejemplo, estallido de pilar, etc. En esta forma un estallido de roca es definido como una inesperada y violenta expulsin de roca de los alrededores, el fenmeno resulta del esfuerzo esttico que excede la resistencia esttica de la roca y el resultado.

El sostenimiento de las labores subterrneas es una tarea de grandes proporciones y de gran complejidad, donde el fin principal es garantizar la seguridad y la eficiencia de los mtodos de explotacin empleados por los que realizan las labores de extraccin del mineral.

Una de las condiciones necesarias para que el sostenimiento se realice eficientemente luego de realizada una excavacin, es la correcta indagacin y evaluacin estructural del macizo rocoso, este es el punto de inicio confiable para seguir en la tarea de seguridad y productividad que se ha trazado en el planeamiento del minado.

2. CONSIDERACIONES PREVIAS

Antes de tratar los diferentes aspectos asociados a los estallidos de rocas, es necesario considerar brevemente algunos de los procesos mecnicos que ocurren cuando la roca es excavada durante el minado subterrneo. Antes del minado, el material a ser excavado ejerce un conjunto de fuerzas de sostenimiento natural a la roca circundante y cuando se produce la excavacin se eliminan estas fuerzas de sostenimiento, es decir, el proceso de minado es estticamente equivalente a la introduccin de un conjunto de fuerzas sobre las superficies de la excavacin, igual en magnitud pero en sentido opuesto a aquellas que actuaban originalmente.

La accin de estas fuerzas inducidas por el minado imponen perturbaciones mecnicas en el medio rocoso: ocurren desplazamientos en la roca circundante, hacia el vaco minado; se producen nuevos estados de esfuerzos y desplazamientos en las reas remanentes de mineral, los pilares y en otras excavaciones adyacentes, como consecuencia de los esfuerzos inducidos por el minado y del estado inicial de esfuerzos en la masa rocosa; y finalmente, las fuerzas superficiales inducidas actan produciendo desplazamientos superficiales inducidos, lo cual resulta en un incremento de la energa de deformacin de la masa rocosa, esta energa de deformacin es almacenada localmente en las zonas donde hay un aumento de la concentracin de esfuerzos.Los procesos de minado van generando una estructura rocosa, que consta de vacos y de elementos de sostenimiento naturales y/o artificiales, esta estructura rocosa va evolucionando conforme avanza la explotacin de la mina, la cual debe ser guiada por un diseo apropiado del esquema y secuencia de minado para minimizar las perturbaciones mecnicas del medio rocoso.

El objetivo final en el diseo de una estructura minera ser controlar los desplazamientos de la roca dentro y alrededor de las excavaciones rocosas. Los desplazamientos elsticos alrededor de excavaciones rocosas son tpicamente pequeos; los desplazamientos importantes desde el punto de vista de sus consecuencias en la prctica de la ingeniera involucran procesos como el fracturamiento de la roca intacta, los deslizamientos a travs de discontinuidades estructurales como fallas geolgicas, la deflexin excesiva de las rocas del techo y del piso, o la falla inestable en el sistema, este ltimo proceso es expresado fsicamente como una liberacin sbita de la energa potencial almacenada y cambios significativos en la configuracin del equilibrio de la estructura minera. Estos modos potenciales de respuesta de la masa rocosa a las actividades de minado, definen algunos de los componentes de la metodologa que intenta proveer una base para el diseo geomecnico de una excavacin rocosa.

INFLUENCIA DE LAS ESTRUCTURAS

La presencia de sistemas estructurales definidos en zonas propensas a estallido de rocas, generalmente favorece la proyeccin y deslizamientos de bloques de roca en contacto con las caras libres de las excavaciones ms cercanas

3. ANTECEDENTES SOBRE ESTALLIDOS DE ROCAS

El trmino estallidos de roca ha sido usado de un modo general para describir la falla de la roca, variando esta en magnitud desde la expulsin de pequeos fragmentos de roca de la superficie de pilares o paredes de las excavaciones mineras hasta el colapso sbito de reas que cubren varios cientos de metros medidos a lo largo del rumbo de las vetas, por varios cientos de metros en profundidad. El efecto ssmico producido por este fenmeno cubre un amplio rango, el movimiento de la masa rocosa producido por un pequeo estallido es solo detectable con equipo micro-ssmico, mientras que la disturbancia ssmica que puede producir un gran estallido puede ser registrada con sismogramas a cientos de kilmetros. Un ejemplo de este ltimo caso fue el estallido de roca ocurrido el 27 de Noviembre de 1962 en Glen Oreshoot (Kolar-India), que da un rea aproximada de la mina de 450 m en profundidad y 300 m en rumbo de la veta. As mismo caus daos a las edificaciones situadas en superficie en un radio de 2-3 Km y el evento ssmico fue registrado en una estacin sismogrfica situada a 760 Km de distancia.

Los estallidos de rocas que se experimentan ms frecuentemente y que causan los mayores problemas de ingeniera ocurren en los tajeos, producindose roturas de unos cientos de kilos a varios miles de toneladas o ms de roca con violencia explosiva. Los estallidos ms pequeos ocurren en aberturas de dimensiones limitadas tales como tneles, galeras o piques, mientras que los estallidos ms grandes ocurren en reas extensivamente minadas. Adicionalmente, ocurren estallidos en zonas no trabajadas o abandonadas de una mina. Si bien los estallidos en reas remotas no crean peligro al personal y equipos, sin embargo ellos pueden afectar la estabilidad general de la estructura de la mina.

A nivel mundial actualmente ocurren estallidos de rocas principalmente en los siguientes lugares:

En los campos aurferos del sistema Witwatersrand de Sudfrica.

En los campos aurferos de Kolar en la India.

En el rea minera metalfera de la Faja Abitibi de Ontario en Canad.

En las minas de plomo-plata del distrito de Coeur dAlene al norte de Idaho en U.S.A.

En la provincia metalogentica de Zambia-Zaire, conocido como la Faja Cuprfera.

En los campos carbonferos de pases como Inglaterra (North Staffordshire y South Wales), Checoslovaquia (Ostrava Radnavice), Alemania (Ruhr), Rusia (Donbass), etc.

En Per en la mina Casapalca. En Per Mina Uchucchacua

En Witwatersrand

XX. Con el incremento de la escala de minado y la profundizacin de las minas en dcadas subsecuentes (actualmente las profundidades varan desde 1000 m hasta mas de 3000 m) el peligro de los estallidos progresivamente ha sido mayor, lo cual oblig al gobierno de Sudfrica a conformar comits de investigacin en la materia hasta en 3 oportunidades (1915, 1924 y 1964). Hasta finales de la dcada de 1940 los ingenieros mineros que operaban las minas usaron su ingenio para combatir este problema, utilizando la aproximacin ingenieril tradicional: observacin, experiencia y razonamiento, seguido por la prctica de prueba y error.

Esta etapa corresponde a un primer perodo de los esfuerzos realizados para combatir los estallidos de rocas; se lleg a comprender aqu que los intentos puramente prcticos para resolver el problema de los estallidos de rocas fueron inadecuados.

Lleg entonces a ser evidente que era necesario revisar investigaciones cientficas para obtener un entendimiento tanto cualitativo como cuantitativo del problema, inicindose as el segundo periodo de la lucha contra los estallidos de rocas. Luego en Sudfrica, hace casi 50 aos se inici un programa de investigaciones a cargo del Consejo para la Investigacin Cientfica e Industrial (CSIR) de dicho pas, con el propsito especfico de realizar trabajos tendientes a la solucin del problema de estallidos.

Si bien es cierto que ha habido considerables progresos, pero an no se ha hallado una solucin completa y los esfuerzos muestran que an no hay signos de abatimiento completo. Todos estos aos de investigacin nos indican que el programa desarrollado es nico en su gnero en la relativamente breve historia de la mecnica de rocas.

En los Campos Aurferos de Kolar

La fase moderna de la minera se inici en 1880 y los problemas del control del terreno y estallidos de rocas asociados con roca dura, han estado presentes en esta zona desde los principios del siglo XX. Ellos han ocurrido a diferentes profundidades y bajo diferentes condiciones de minado.

Los problemas llegaron a ser serios cuando se alcanzaron mayores profundidades (hasta ms de 3200 m), causando prdidas de vidas humanas, daos y prdidas de piques, accesos de personal, excavaciones de transporte, instalaciones de bombeo, de ventilacin, etc. Asimismo valiosas reservas de mineral se perdieron para siempre. Al igual que en Sudfrica, el gobierno de la India conform comits especiales en 1926 y 1955 para estudiar el problema. Recin desde 1955 se iniciaron investigaciones sistemticas; hasta 1972 tuvieron la colaboracin de la Universidad de Newcastle (Inglaterra). De todas estas investigaciones realizadas en los ltimos aos, ha sido posible obtener informacin til sobre los diferentes aspectos que caracterizan a los estallidos, lo cual ha ayudado a adoptar medidas de alivio a los problemas causados por los mismos.

En Canad

El primer estallido ocurri en 1932 en las minas Lake Shore y Wright Hargreaves que alcanzaron las profundidades mayores (hasta 2600 m debajo de la superficie). Las profundidades promedio de las minas de esta rea varan desde 750 hasta 2000 m aproximadamente. Con el progreso del minado de esta rea, los estallidos de roca crecieron significativamente, lo cual indujo a que tcnicos canadienses visitaran en 1942 los campos aurferos de Kolar (India), a fin de recibir entrenamiento en este problema para enfrentar los suyos. Desde esa poca continan hasta hoy las investigaciones sobre la materia; como producto de las mismas se han adoptado medidas para el alivio de los riesgos de estallidos de rocas.

En el Distrito Coeur dAlene (USA)

Se han experimentado problemas de estallidos desde aproximadamente los inicios de la dcada de 1930, donde vetas estrechas de buzamiento muy empinadas son corrientemente minadas a profundidades mayores que 2500 m. Especialmente en las tres dcadas pasadas el Bureau of Mines de U.S.A. ha realizado investigaciones sobre los estallidos de rocas para su prevencin y control.

En Zambia-Zaire

A principios de la dcada de 1970 ocurrieron los primeros estallidos en la provincia metalogentica de Zambia-Zaire, resultantes en prdidas de vidas y la produccin. No obstante las investigaciones realizadas desde aquel tiempo el problema continuaron agravndose, lo cual oblig a replantear investigaciones ms detalladas, las cuales condujeron a seguir extrayendo el mineral con un mnimo de ocurrencias de estallidos de rocas.

En la Industria Minera Carbonfera

La frecuencia y magnitud de los estallidos de roca, han creado problemas especiales en algunas situaciones de minado metalfero en roca dura. Los estallidos de roca sin embargo no son problemas nicos en roca dura, algunas operaciones mineras de carbn han experimentado tambin problemas de estallidos de roca, siendo en ciertos casos este fenmeno de mayor complejidad que el experimentado en roca dura. Al respecto se han llevado a cabo investigaciones detalladas sobre la materia en pases como Inglaterra, Checoslovaquia, Alemania Federal, Rusia y otros.

En la mina Casapalca Per

Estallido de rocas en una galera

Esta mina tiene actualmente 1300 m de profundidad y la roca es competente. Las primeras noticias sobre la ocurrencia de estallidos se remontan a la segunda mitad de la dcada del 70.

Entre finales de la dcada del 80 y principios de la dcada del 90 hubo aumento en la frecuencia y severidad de la ocurrencia de estallidos. Las reas crticas fueron las ubicada entre los Nvs. 1200 y 1500 y entre los Nvs. 2300 y 3000, principalmente en las excavaciones asociadas a las Vetas M, N, O, P y 256P, en las cuales se utiliz mayormente el mtodo de minado shrinkage. No obstante que los estallidos fueron relativamente pequeos, comparados con los que ocurren en Sudfrica por ejemplo, sin embargo caus varios accidentes fatales y daos a la infraestructura de la mina, lo cual oblig a realizar investigaciones de mecnica de rocas para su prevencin y control. En la actualidad ha disminuido notoriamente tanto la frecuencia como la severidad de ocurrencia de estallidos

Mina Uchucchacua

31 AGOSTO 2005 Estallido de Roca 10.45PM

Lugar del accidente fatal en el Cuerpo Rub III, mirando al NW. Obsrvese la falla Rub buzando a la izquierda y la falla tensional buzando a la derecha, ambos formando una cua. Adems en esta rea se presentan los estratos y un sistema principal de diaclasas.

4. LOS MODERNOS PROGRAMAS DE INVESTIGACIN

Mediante una evaluacin de los programas de investigacin efectuados durante los pasados 50, aos en los diferentes pases sealados y en base al trabajo de Salomn (1.2), se puede separar en cuatro fases los esfuerzos que se vienen realizando en la lucha contra los estallidos de rocas:

4.1 Primera Fase: Investigaciones iniciales

Estas investigaciones se orientan a los siguientes aspectos:

1. Recopilacin sistemtica de la informacin relacionada con la ocurrencia de estallidos de rocas y su tratamiento estadstico, a fin de establecer relaciones entre las diferentes variables mineras y las observaciones de estallidos. De este modo se puede deducir la significancia de cada uno de los factores que condicionan la ocurrencia de estallidos.

2. Realizacin de ensayos y/o mediciones tanto de laboratorio como in-situ para determinar los diferentes parmetros del comportamiento geomecnico de las masas rocosas involucradas en este problema, a fin de obtener un mejor entendimiento de las

caractersticas de deformacin y los mecanismos de rotura o falla de la roca.

3. Investigaciones y aplicaciones intensivas de mtodos ssmicos y microssmicos como una buena herramienta de prevencin y control de estallidos de rocas. Esto debido a que los estallidos de rocas constituyen un sub-conjunto de un rango ms amplio de eventos ssmicos que se derivan principalmente de la energa de deformacin producida por los cambios de esfuerzo debidos al minado.

4. Desarrollos y aplicaciones de modelos matemticos que constituyen la herramienta o mtodo de clculo para determinar las caractersticas del comportamiento a los esfuerzos y deformaciones del macizo rocoso, en funcin de la estructura de la mina.

Segn se puede deducir de la informacin que se tiene disponible sobre los problemas de estallidos de rocas, este fenmeno ha sido hasta el momento uno de los temas ms ampliamente estudiados e investigados, pero solucionado parcialmente. Ha sido de gran utilidad en estos estudios e investigaciones la aplicacin de los principios de la ingeniera mecnica y un conocimiento del comportamiento mecnico de la roca, lo cual constituye la disciplina de mecnica de rocas. La historia de la lucha por combatir los riesgos de los estallidos de rocas ha demostrado que la mecnica de rocas no solamente puede ser de uso prctico, sino que es una herramienta esencial para la moderna ingeniera minera, consecuentemente, sus principios y tcnicas deben ser del dominio de los profesionales dedicados a la ingeniera minera.

4.2 Segunda Fase: Desarrollo de contramedidas

Durante esta fase se desarrollan procedimientos prcticos para implementar los hallazgos de la etapa inicial. Esencialmente hay dos aproximaciones para el manejo del problema: la aproximacin estratgica y la aproximacin tctica. El objetivo de la primera, es disminuir la probabilidad de encontrar situaciones propensas a los estallidos durante el minado, y de la segunda, es asegurar que los efectos destructivos de los estallidos sean minimizados.

4.3 Tercera Fase: Implementacin de medidas preventivas

Esta fase esta en actual progreso y ser vigorosa en los aos futuros. Ha habido grandes problemas para introducir en la mentalidad del personal de las minas la aplicacin de los nuevos principios y medidas de control de la estabilidad en general. Una de las primeras tareas al respecto es la comunicacin y entrenamiento del personal de los diferentes niveles de la empresa minera, a travs de la organizacin de eventos de capacitacin para que puedan adquirir estos nuevos conceptos en la operacin de la mina. Los progresos habidos hasta el momento han sido gratificantes como se podr apreciar ms adelante.

4.4 Cuarta Fase: Investigacin futura

No obstante que ha habido notables progresos en las ltimas dcadas en el entendimiento y tratamiento de los problemas de estallidos de rocas, an muchas preguntas permanecen sin respuesta. La posibilidad de prediccin de los estallidos de rocas recibe gran atencin de parte de los mineros y de los investigadores en todo el mundo. Asimismo se estn abriendo nuevas lneas de accin tendientes a la solucin del problema, las cuales sern vistas ms adelante.

5. MECANISMO DE LA OCURRENCIA DE LOS ESTALLIDOS DE ROCA

Si queremos adoptar decisiones efectivas, con una base informada, para prevenir, controlar o predecir los estallidos de rocas, es necesario entender el origen de este fenmeno, recurriendo a modelos tericos y trabajos experimentales concernientes al mecanismo de su ocurrencia.

Una explicacin del origen de los estallidos de rocas, es que ellos son liberaciones inestables de energa potencial de la roca circundante a las excavaciones. Otra explicacin es que los cambios producidos por el minado simplemente activan eventos ssmicos que se derivan principalmente de la energa de deformacin producida por las diferencias geolgicas en el estado de esfuerzos.

Es decir, al llegar a un cierto valor la energa acumulada en la roca (la cual rebasa la resistencia de la misma), esta produce el fenmeno del estallido. Se sabe que esta energa acumulada es directamente proporcional a los esfuerzos e inversamente proporcional al mdulo de elasticidad de la roca.

Notablemente, en Sudfrica y en la India se ha logrado progresos remarcables en ganar un mejor entendimiento del mecanismo y de las condiciones que favorecen su ocurrencia. Especialmente los ingenieros sudafricanos son los pioneros de la aplicacin del anlisis de la energa y estabilidad al diseo prctico de esquemas de minado y en el establecimiento de procedimientos de ejecucin de excavaciones mineras en condiciones propensas a estallidos de rocas.

Intentamos en adelante dar una explicacin cualitativa de esta materia, en base a los extensos trabajos que han desarrollado bsicamente M.D.G. Salamon (1.2), N.G.W. Cook (1.1.) y E.T. Brown (2.4).

5.1 La energa ssmica y las causas de los eventos ssmicos

En Sudfrica se tienen disponibles registros ssmicos de temblores desde 1910. La revisin de esta informacin por los investigadores, llev a conclusiones muy interesantes. Ya en 1946 se tena establecida una relacin directa entre el minado y los temblores. En la dcada del 60 Cook llev a cabo investigaciones ssmicas detalladas, el resultado ms importante de estas investigaciones fue que, solo una fraccin de los eventos ssmicos causaba dao a los trabajos mineros, es decir muy pocos eventos ssmicos se manifestaban en estallidos y el porcentaje de estallidos aumentaba con el aumento de la magnitud del evento ssmico. Adems, los focos de los eventos ssmicos se confinaban en las vecindades inmediatas a las actividades de minado, en regiones de alta concentracin de esfuerzos.

Investigaciones ms recientes han hecho que sea convincente la proposicin de que no hay diferencias fundamentales entre los sismos naturales y los eventos ssmicos relacionados al minado. Hace dos dcadas que ha quedado establecido que los ambientes ssmicos son debidos a las concentraciones de esfuerzos inducidos por el minado y que las fuerzas tectnicas juegan un rol fundamental, ya que en este medio, en muchas instancias, el minado acta como un mecanismo activador de eventos ssmicos.

La base fsica de los estallidos de rocas ha sido definida por Cook como la rotura o falla incontrolada de la roca asociada con una liberacin violenta de energa, los cuales causan daos a las labores subterrneas y por inferencia al personal y/o equipos. En este contexto y relacionado a los eventos ssmicos, los estallidos de roca constituyen un subconjunto de un rango amplio de eventos ssmicos que pueden ocurrir dentro del macizo rocoso como consecuencia de las actividades de minado. El minado da lugar a una actividad ssmica, que vara desde eventos microssmicos, tan pequeos como 10-5J (Joules), a temblores tan grandes como 109J. Para propsitos del problema que abordamos, una ocurrencia violenta o sbita que irradia una cantidad de energa cintica no menor de 104J, sera considerada como un evento ssmico que podr causar daos a las labores mineras. Los estallidos de rocas se incrementan con la magnitud de la energa liberada.

5.2 Fuentes de energa ssmica

En el fenmeno que analizamos surge la pregunta, Cul es la fuente de energa ssmica? Al respecto, Salamon (1.2), Board y Fairhurth (1.7) explican detalladamente que los estallidos de rocas y otros eventos ssmicos estn asociados con condiciones del equilibrio inestable, que podran involucrar deslizamientos sobre superficies de discontinuidades pre-existentes o el fracturamiento de la roca intacta. En este sentido los mecanismos involucrados en la sismicidad inducida por el minado, son los mismos que aquellos causados por los sismos terrestres naturales.

Una regin de una masa rocosa puede estar al borde del equilibrio inestable por las siguientes causas: presencia de una discontinuidad geolgica pre-existente; los esfuerzos cambiantes que conducen a la falla sbita de un volumen de roca; y, cuando algn sistema de soporte natural y/o artificial se aproxima al estado en el cual su colapso inestable es inminente. Algunos esfuerzos inducidos deben afectar la regin en cuestin y la magnitud de estos cambios de esfuerzos, aunque pequeos, deben ser lo suficientes para activar la inestabilidad. Los cambios de esfuerzos sbitos de amplitud medible, deben tener lugar en el emplazamiento de la inestabilidad para iniciar la propagacin de ondas ssmicas. Sustancial cantidad de energa de deformacin debe ser almacenada en la roca, alrededor de la inestabilidad, para proveer la fuente de energa cintica o ssmica. El origen de esta energa de deformacin almacenada es el trabajo hecho por: fuerzas gravitacionales y/o fuerzas tectnicas y/o esfuerzos inducidos por el minado, en este ltimo caso, especialmente en las zonas de alta concentracin de esfuerzos.

La frecuencia de los eventos ssmicos se incrementa, por un lado, si la disturbancia inducida por el minado, que afecta un volumen dado de roca, se incrementa, y por otro lado, si el volumen de roca expuesto a un nivel dado de disturbancia llega a ser mayor. Estos hechos nos conducen a concluir que un control conveniente del riesgo de los eventos ssmicos podra estar basado en el manejo de la concentracin de esfuerzos en las zonas a ser minadas.

6. PRINCIPIOS BSICOS PARA LA MITIGACIN DE LOS RIESGOS DE ESTALLIDOS DE ROCASDe lo sealado precedentemente, los estallidos de rocas por definicin son aquellos eventos ssmicos que ponen en riesgo la integridad fsica de los hombres y/o daan las labores y/o equipos mineros.En este contexto, los siguientes factores juegan un rol principal en determinar si un evento ssmico llegar o no a ser estallido:

El contenido de energa cintica del evento.

La distancia desde el foco del evento hasta la excavacin minera.

El estado de esfuerzos alrededor de la excavacin.

La calidad de la roca alrededor de la excavacin; y,

La calidad del sostenimiento de la excavacin.Es ms probable que un evento ssmico tenga efectos dainos si su contenido de energa es ms alto y si ste ocurre cerca a una abertura minera. Es ms dificultoso cuantificar la influencia de los estados de esfuerzos, de la calidad de la roca y la efectividad del sostenimiento. Por otro lado, si el estado de esfuerzos es favorable, si la roca circundante presenta condiciones favorables y si el sostenimiento es adecuado, es menos probable que el evento ssmico tenga efectos nocivos y que se registre como un estallido.La mitigacin de los riesgos asociados con los estallidos de rocas puede lograrse, buscando:

Reducir el nmero de eventos ssmicos.

Disminuir el contenido de energa ssmica de los eventos ssmicos.

Disminuir la proporcin de eventos ssmicos que se manifiestan como estallidos de roca; y,

Finalmente, minimizar los efectos del dao de los estallidos de rocas.

ENSAYO DE LABORATORIO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA COMPRESION UNIAXIAL

Algunas de estas acciones listadas son ms importantes que otras. Los sistemas de sostenimiento adecuados ayudan a sobrellevar el problema, independiente de cualquier otra accin que podra llevarse simultneamente, para lo cual es necesario establecer ciertos criterios bsicos. Estos criterios obviamente estn directamente influenciados por el control de la concentracin de esfuerzos alrededor de las excavaciones.En el contexto sealado, una reduccin en la concentracin de esfuerzos significa una disminucin de la magnitud de los esfuerzos y asimismo una disminucin en el volumen de la roca que esta expuesta a altos esfuerzos. Si tales reducciones fueran logradas, luego las cuatro acciones listadas anteriormente para la mitigacin de los riesgos de estallidos podran cambiar para mejorar la situacin, con una consecuente reduccin en el nmero y contenido de energa de los eventos ssmicos. Debe enfatizarse que este cambio debe ser considerado como una expectativa que debe ser tomada ms en un sentido estadstico que determinstico.

Es relevante mencionar que la amplia variedad de investigaciones ssmicas que se viene efectuando en todo el mundo, en lugares donde se producen estallidos de rocas (solo en Sudfrica hoy en da 9 minas operan con redes ssmicas), han evidenciado que la masa rocosa reacciona como un medio elstico. Este hecho a finales de la dcada del 60 abri la puerta a la explotacin prctica de esta nueva situacin.Aquellos tiempos fueron excitantes en el desarrollo de la minera, desde que fue la primera ocasin en la historia que existi evidencia de que el comportamiento de la masa rocosa, en una regin geolgica particular, se poda predecir cuantitativamente. Actualmente se siguen desarrollando herramientas y mtodos de clculo con la ayuda de programas de cmputo, los cuales vienen dando resultados exitosos en la mitigacin de los riesgos de estallidos de rocas.

Todos estos mtodos estn basados en la hiptesis de que la sismicidad de una regin disminuye si se reduce la magnitud de la tasa real de liberacin de energa. Las consecuencias prcticas de esta hiptesis afortunadamente concuerdan con aquella que recomienda mantener tan bajo como sea posible la concentracin de esfuerzos. En buena cuenta, se puede controlar la liberacin de energa controlando la concentracin de esfuerzos.

7. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA OCURRENCIA DE ESTALLIDOS DE ROCASAntes de tratar sobre las medidas de prevencin de los riesgos de estallidos de rocas, es necesario establecer como resultado de los diferentes aspectos sealados precedentemente, los posibles factores que influyen en la ocurrencia de este fenmeno. Debemos advertir sin embargo, que estos factores no pueden generalizarse, cada caso particular tiene sus propias peculiaridades, donde cada factor tiene un diferente grado de influencia o significancia en la frecuencia y severidad de los estallidos de rocas.

De acuerdo a su concepcin actual, la mecnica de rocas, como aplicacin a los problemas prcticos de ingeniera esta relacionada con la aplicacin de los principios de la mecnica ingenieril al diseo de estructuras rocosas; la estructura en este caso estar constituida por la masa rocosa en la que, por efecto de haberse practicado en la misma una excavacin, se ha producido un cambio de esfuerzos con respecto a su situacin original, lo que trae por consecuencia la necesidad de garantizar la estabilidad de toda la zona. La experiencia ha mostrado que la estabilidad bsicamente depende de los esfuerzos de campo pre-existentes, de la forma y dimensiones de la excavacin y de la calidad del macizo rocoso.Segn esta concepcin claramente podemos agrupar los factores que influyen en la ocurrencia de los estallidos en 2 partes:

1. Los factores pre-existentes al minado.

2. Los factores posteriores al minado.

Los factores relevantes pre-existentes al minado, bsicamente comprenden:

El medio geolgico.

Las propiedades de comportamiento mecnico de ese medio geolgico; y,

El campo de esfuerzos original.

Los factores posteriores al minado comprenden:

Los esfuerzos inducidos por el minado; y consecuentemente,

La energa de deformacin.Ambos, condicionados a la configuracin geomtrica de las excavaciones mineras o lo que es lo mismo a la estructura de la mina y su evolucin.

La forma en que se han agrupado estos factores concuerda perfectamente con la metodologa que se suele utilizar actualmente en el diseo o dimensionamiento geomecnico de excavaciones o estructuras rocosas, el cual considera los tres tipos de modelos: el geolgico, el geomecnico y el matemtico (5). En el modelo geolgico se trata de definir o caracterizar el medio rocoso lo ms fielmente posible. El modelo geomecnico permite cuantificar los diferentes parmetros del comportamiento mecnico del medio rocoso. El modelo matemtico brinda las herramientas necesarias para integrar toda la informacin disponible de los dos modelos anteriores, a fin de obtener una visin de los modos posibles de comportamiento o respuesta del medio rocoso involucrado en un problema particular.Segn la evaluacin de la informacin disponible sobre los factores que influyen en la ocurrencia de estallidos, en adelante haremos un resumen de los mismos.

7.1. El medio geolgico

En primer lugar nos referiremos al material rocoso. Generalmente estn asociados con la ocurrencia de estallidos, rocas que cualitativamente son descritas como duras, fuertes y frgiles.

La presencia de plegamientos. En algunas minas metalferas y mayormente en minas carbonferas, el minado, en sistemas de plegamientos principales, crean zonas muy suceptibles a la ocurrencia de los estallidos de rocas.La fragilidad y otras caractersticas relacionadas a los estallidos de rocas pueden ser ms cercanamente identificadas con la petromineraloga. Las rocas gneas y metamrficas son generalmente ms propensas a los estallidos que las sedimentarias. En trminos de composicin mineral, las rocas ms silceas y aquellas que contienen otros minerales duros son ms propensas a los estallidos, mientras que por ejemplo los carbonatos y otros minerales sueltos no lo son. La medida de los cristales parece ser otro de los factores que influyen en la ocurrencia de rocas, la progresin de granos gruesos a finos, luego a cristalinos y a vidriosos o amorfos hace que la roca tienda a ser ms propensa a los estallidos.

Consideramos ahora la masa rocosa, al respecto debemos sealar que la extensin y grado de disturbancia geolgica crea las condiciones necesarias para la ocurrencia de los estallidos de rocas. Aqu es necesario considerar la influencia tanto de los rasgos estructurales principales o mayores como de los menores, especialmente los primeros causan anomalas en los esfuerzos.Entre los rasgos principales mayores tenemos los siguientes:

La presencia de los planos de estratificacin, que han sido tectnicamente disturbados, favorecen la ocurrencia de estallidos de rocas.

La presencia de plegamientos. En algunas minas metalferas y mayormente en minas carbonferas, el minado, en sistemas de plegamientos principales, crean zonas muy suceptibles a la ocurrencia de los estallidos de rocas.

La presencia de fallas, las cuales constituyen debilidades en la estructura de la mina, favorece la ocurrencia de estallidos en sus proximidades. Debido a que estas discontinuidades estructurales generalmente tienen baja resistencia al corte, los altos esfuerzos inducidos por el minado pueden producir la falla por deslizamiento, reactivndola. Este fenmeno no viene a ser sino un evento ssmico que puede traducirse en un estallido de roca y estos estallidos por lo general son los que causan los mayores daos.

La presencia de zonas de corte, que representan zonas de liberacin de esfuerzos dentro de un entorno de macizos rocosos no alterados, tienen un comportamiento similar al de las fallas.

La presencia de diques, que por lo general tienen alta rigidez, por estar constituidos por rocas competentes no alteradas, pueden desarrollar altos esfuerzos y ser suceptibles a la ocurrencia de los estallidos de rocas en sus proximidades.

Es necesario considerar las propiedades geomecnicas importantes de estos rasgos estructurales mayores (orientacin, espaciamiento, etc.), puesto que por ejemplo, los efectos son mayores cuando estos se presentan cercanamente paralelos a los frentes de excavacin, que si ellas se presentan cercanamente perpendiculares a los mismos.

En cuanto a las discontinuidades estructurales menores, como los sistemas de diaclasamientos, es importante considerar sus propiedades geomecnicas lito-estructurales, puesto que stos pueden influenciar en la ocurrencia de los estallidos.En su artculo sobre estallidos de roca en los campos aurferos de Kolar (India), Krishna Murthy (1.5) reporta la aparente influencia del agua subterrnea sobre la incidencia de estallidos; sugiere que, como es comn con muchos otros fenmenos que involucran el debilitamiento aparente en presencia de presiones de agua, el efecto del agua podra ser explicado en trminos de principios bien establecidos de esfuerzos efectivos.7.2. Propiedades del comportamiento mecnico del medio geolgicoLa literatura disponible sobre estos aspectos, indica que mayormente se han realizado investigaciones sobre las propiedades de deformacin y resistencia del material rocoso. As, se ha establecido que generalmente los estallidos ocurren en rocas que tienen resistencias compresivas en el rango de 100 a 400 MPa, las rocas con menores resistencias compresivas son menos propensas a este fenmeno.

Por otro lado, las carctersticas de deformabilidad tambin influyen en la ocurrencia de los estallidos de rocas. Las rocas con mdulos de elasticidad de 40 a 100 GPa son propensas a estallidos y cuanto ms elsticas sean esta propensidad aumenta, por el contrario, la propensidad disminuye cuando las rocas tienden a un comportamiento no elstico.

No se reportan datos precisos sobre parmetros adicionales del comportamiento del material rocoso, como la resistencia al corte y otros. Asimismo no se reportan parmetros de comportamiento mecnico del macizo rocoso y de las discontinuidades estructurales. Al respecto, se debe sealar que el actual desarrollo tecnolgico de la mecnica de rocas permite tener un conocimiento adecuado de todos estos parmetros, los cuales forman parte del modelo.

7.3.-El campo de esfuerzos original

Es un hecho muy conocido que hay una correlacin lineal positiva de la frecuencia y severidad de los estallidos con el incremento de la profundidad debajo de la superficie del terreno.

La causa de este fenmeno se atribuye al efecto gravitatorio de la carga litosttica, lo cual crea esfuerzos in-situ altos. Sin embargo, este no es el nico factor de influencia en la ocurrencia de los estallidos, puesto que por un lado tambin se han registrado estos fenmenos en minas consideradas no profundas.

Por otro lado, no ha habido ninguna ocurrencia de estallidos en minas de mayor profundidad (ms de 3200 m aproximadamente), que aquellas en las cuales ocurren estallidos.

Es necesario entonces incluir aqu la influencia de posibles esfuerzos tectnicos residuales, que podran cambiar sustancialmente la naturaleza y magnitud de los esfuerzos in-situ.

7.4.-Los esfuerzos inducidos por el minado y la energa de deformacin.Estos aspectos, principalmente los esfuerzos inducidos por el minado.

Las configuraciones geomtricas que presentan las excavaciones mineras, es decir las formas, tamaos y orientaciones de las mismas, o lo que es lo mismo, la estructura que presenta la mina, asimismo el desarrollo progresivo o evolucin de esta estructura como consecuencia del avance de la exploracin de la mina, resulta en un cambio o redistribucin de los esfuerzos preexistentes, creando zonas de mayor o menor concentracin de esfuerzos.

En las zonas de altas concentraciones de esfuerzos inducidos por el minado, ocurren una serie de mecanismos complejos, entre los cuales el almacenamiento de la energa de deformacin, lo cual constituye una fuente de energa ssmica que puede generar un estallido de rocas.

Algunos de los aspectos que contribuyen a generar zonas de alta concentracin de esfuerzos son:

El tamao de la excavacin: a mayor tamao (en extensin real) mayor probabilidad de estallidos.

El ancho de los tajeos: el incremento del ancho de los tajeos est asociado con el incremento de la ocurrencia de estallidos de rocas.

En general las formas y tamaos inadecuados de las excavaciones crean problemas de inestabilidad.

El inadecuado dimensionamiento de pilares, teniendo en cuenta el desarrollo progresivo de la mina, favorece la ocurrencia de estallidos de rocas.

Igualmente las inadecuadas secuencias o esquemas de minado crean propensidad a los estallidos.

La complejidad geomtrica como se presentan las vetas o cuerpos mineralizados; generalmente, los problemas asociados con los estallidos de rocas, son mayores cuanto ms complejos sean los depsitos minerales con respecto a que si consideramos un depsito mineral de geometra tabular simple y cuasi-horizontal.

La densidad de las excavaciones o ubicacin espacial de unas excavaciones con respecto a otras, o dicho de otro modo, las proximidades de las reas de minado. A mayor densidad de excavaciones, hay mayor probabilidad de generar zonas de alta concentracin de esfuerzos.

El minado prximo a reas antiguas de minado, en los cuales no ha habido un adecuado re-establecimiento del equilibrio de la masa rocosa involucrada, genera mayor disturbancia en los esfuerzos.

Los efectos de deformacin con el tiempo, los cuales se agravan en medios de disturbancia geolgica y consecuentemente generan disturbancias de esfuerzos si es que no se adoptan medidas adecuadas para evitarlo.

Finalmente, podemos aadir algunos procedimientos operacionales de minado como los inadecuados sistemas de sostenimiento utilizados o la voladura; en algunos casos, se ha observado picos significativos en la ocurrencia de estallidos de rocas tan pronto despus de producida la voladura en los tajeos.

8. MEDIDAS DE PREVENCIN DE ESTALLIDOS DE ROCAS

A fin de tener una base de informacin, consideramos de inters sealar las medidas de prevencin de estallidos que se practican en los principales lugares del mundo en los cuales se da este fenmeno.

Por los problemas que tienen y los grandes desarrollos logrados comenzaremos con Sudfrica, luego, teniendo a este pas como modelo seguiremos con los otros pases, haciendo hincapi en las coincidencias, discrepancias o tendencias en las medidas que adoptan para la prevencin de este fenmeno.

En Sudfrica

La prctica de la defensa contra los estallidos de rocas esta basada en la aplicacin combinada de estos tres conceptos: soporte efectivo de los frentes de avance, adecuados diseos de los esquemas de minado y el control del volumen de convergencia.

Basado en lo sealado en el numeral (6), se adoptan como medidas estratgicas, cambios o modificaciones del sistema de minado; lo cual involucra principalmente:

El dimensionamiento adecuado de los tajeos.

El planeamiento a corto y largo plazo de las secuencias y esquemas de minado.

La introduccin de diferentes formas de relleno en los tajeos, por un lado, para reducir el ancho que puede ser tomado por la convergencia, disminuyendo de esta manera tanto el volumen de convergencia final como los desplazamientos inducidos en cada etapa de minado; por otro lado, la masa rocosa debe hacer algn trabajo sobre el relleno para compactarla, proceso este que consume alguna energa; como resultado, la energa es reducida, de otro modo sta podra haber estado disponible para contribuir a la relacin de incrementos de la energa de deformacin por rea.

La extraccin parcial del cuerpo mineralizado mediante el establecimiento de nuevas formas, tamaos y orientaciones de pilares estabilizantes para reducir la convergencia y proveer el efecto grampa entre cajas piso y techo. Este hecho ha significado en algunos casos prdidas de hasta 15% en los mrgenes de ganancia resultante del sacrificio del mineral.

Sin embargo, estas medidas no son suficientes para eliminar los eventos ssmicos, hay necesidad de implementar medidas adicionales conocidas como medidas tcticas, estas involucran:

La introduccin de sistemas de sostenimiento efectivo en tajeos, a fin de proveer soporte activo a los frentes de trabajo y as minimizar la probabilidad de que un evento ssmico cause el colapso violento de las excavaciones prximas. Los sistemas utilizados son los siguientes:

La entibacin hidrulica de fluencia rpida ideada por Cook (1.2) para soportar an cargas de shock, es decir lograr el equilibrio esttico y dinmico.

El enmaderado tradicional ha sido reemplazado por miembros de concreto prefabricados dentro de las estructuras de madera para aumentar la rigidez del sostenimiento.

La combinacin de redondos de madera introducidos en tubos de acero para mejorar la resistencia de los puntales y al mismo tiempo incorporar facilidades para una fluencia controlada.

El diseo y sostenimiento de tneles y excavaciones de servicio. En Sudfrica, de lejos, se ha dedicado mayor atencin a los tajeos, porque es en stos que se presentan los problemas mayores. Pero por supuesto los estallidos de rocas tambin ponen en peligro a tneles, piques y otras excavaciones de servicio, luego sus ubicaciones y sostenimiento requieren considerable atencin. En este sentido:

En tneles, la madera y el acero han sido reemplazados por los pernos de roca o cables de anclaje, combinados con mallas y enlazados (lo que se denomina el cocido); este sostenimiento controla muy bien los estallidos aunque estos sean muy grandes.

En piques, generalmente se usan pernos o cables de anclaje cementados de hasta 6 m de longitud, en un arreglo sistemtico, con mallas y cables de enlace (cocidos). En algunas reas se practican las tcnicas de inyecciones para crear un anillo de refuerzo alrededor del pique.

En general, cuando la masa rocosa presenta fracturamiento por bloques se aade al sostenimiento anterior el shotcrete.

Es importante sealar que todos estos sistemas de sostenimiento son instalados antes que los esfuerzos inducidos pongan en peligro la estabilidad de la excavacin, es decir tan pronto despus de ejecutada la excavacin, puesto que su efectividad es grandemente reducida si ya ha tomado lugar el deterioro del tnel o excavacin que se trate.

Finalmente, cuando recuperan reas mineralizadas remanentes, se adoptan medidas como: mnimas dimensiones de tajos, voladuras diarias en varios frentes para extraccin rpida, uso de soporte activo temporal en los frentes de avance, sostenimiento regional adecuado como pilares estabilizantes y relleno, direcciones de avance dirigidas hacia las reas ms slidas, evitando posiciones adversas de reas de disturbancia geolgica (diques, fallas, etc.) y haciendo uso completo de frentes de tajeado accesible.

Adicionalmente, se proveen los accesos suficientes, se minimiza la permanencia del personal y las labores en los frentes de avance, se difunden folletos de instruccin y se revisan por lo menos trimestralmente las estrategias de minado.

En la India

La escuela hind es similar a la sudafricana, aunque ellos dan mayor importancia al cierre de las paredes de los tajeos, es decir, al control del volumen de convergencia.

Las medidas que se adoptan para combatir los estallidos de rocas tambin son similares. Citaremos el ejemplo de la mina Champion Reef (1.5), en la cual como en otras minas hindes, se utilizaba como parte del relleno de tajeos una especie de paquetes formados por bloques de granito procedente de canteras. Los problemas que haban con los estallidos de rocas, hizo que se estableciera como absolutamente necesario cambiar el sistema de minado, a uno en el cual se tendra un mejor control de la masa rocosa, para esto se adoptaron las siguientes medidas:

Secuencias de minado, geomtricamente diseados, que permiten por un lado incrementar y mantener las velocidades de avance a ser logrados y por otro lado, limitar las reas a ser expuestas a un mnimo despus de cada ciclo de minado; asimismo, adoptar sistemas rpidos de sostenimiento.

Sistemas de sostenimiento con caractersticas de fluencia, que permitan liberaciones de masas rocosas, pero que sean lo suficientemente fuertes para sostener las paredes inmediatas, de tal modo que asistan a la masa rocosa a lograr su equilibrio esttico y dinmico.

En Canad y USA

En base a los principios bsicos establecidos en el numeral (6) para la mitigacin de los riesgos de estallidos de rocas, en estos pases adoptan las siguientes medidas:

Uso de relleno de roca cerca al frente de avance, para limitar el cierre (convergencia).

Diseos de secuencias de minado, para minimizar la concentracin de esfuerzos, de tal modo que se logre una tasa constante de liberacin de energa.

Uso de sostenimiento extra en tajeos, cuando se identifican reas geolgicamente desfavorables, de tal modo que cuando ocurran los estallidos el dao pueda ser minimizado.

Utilizacin de tcnica de desforzamiento (disipacin de esfuerzos).

En estos pases ha sido de inters investigar si reas rgidas (de comportamiento elstico) pueden ser aflojadas (llevadas a comportamiento no elstico), lo cual podra permitir que la energa sea disipada de una manera pacfica ms que de una manera violenta. Se postul que el aflojamiento podra ser logrado por el uso de tcnicas de desforzamiento, las cuales consisten en la perforacin y voladura de taladros con un diseo adecuado, a fin de modificar el grado o modelo de fracturamiento del macizo rocoso, este hecho causara su aflojamiento. El material alojado sera capaz de fluir desarrollando un amortiguamiento entre el frente de avance y la zona altamente esforzada. Sucesivas voladuras de desforzamiento serviran para desarrollar una fluencia progresiva y mantener el amortiguamiento conforme el frente avanzara.

Especialmente en Canad (4), esta tcnica ha sido utilizada los ltimos 35 aos con aparente xito, en base a la identificacin de reas de alta rigidez (o mdulo) y su aflojamiento, de tal modo que la disipacin de energa a lo largo de los planos de fractura pueda proceder pacficamente. La literatura seala (1.7) que en USA, la experiencia ha indicado que cuanto ms severa sea la voladura, es menor la probabilidad de ocurrencia de daos por estallidos de rocas, incluso, se considera tambin como tcnica de desforzamiento el encendido simultneo de los disparos de las voladuras de produccin. Especialmente en USA, el Bureau of Mines ha realizado investigaciones detalladas con apoyo instrumental en torno a esta tcnica del desforzamiento.

La conclusin ha sido que se requieren estudios posteriores, con instrumentacin ms extensiva para obtener mayor informacin sobre este fenmeno.

Existe desacuerdo entre la escuela norteamericana y la sudafricana. Las tcnica del desforzamiento no gozan del favor de los sudafricanos, ellos abandonaron sus investigaciones al respecto por la cantidad de perforacin de taladros largos requeridos (tanto en longitud como en espaciamiento) para producir un amortiguamiento suficientemente grande. Esto haca que el mtodo se volviera no econmico conforme aumentaba la profundidad de minado. Segn E.T. Brown (2), los conceptos tericos de esta tcnica son atractivos, lo cual ha hecho que se investigara sobre el respecto y su uso fuera notorio, pero que podra probarse que este estuvo restringido a macizos rocosos con caractersticas particulares y para aplicaciones especiales como aflojamientos de pilares o zonas de alto mdulo. Es necesario en cualquier caso controlar cuidadosamente las operaciones de desforzamiento, de tal modo que un problema minero no fuera transformado en otro problema adicional.

En Zambia-Zaire

Con los principios bsicos establecidos en el numeral (6), las medidas que adoptan son similares a las de Sudfrica. La tendencia para adoptar estas medidas es la aplicacin de la prediccin de la concentracin de esfuerzos en la masa rocosa involucrada en la estructura de las minas. De este modo, jerarquizando alternativas ensayadas con modelos de anlisis basados en tcnicas

numricas y computacionales, establecen mtodos de explotacin y secuencias de extraccin adecuadas, en las cuales tiene importancia el desarrollo y utilizacin de buenas tcnicas de sostenimiento. Entre estas tcnicas podemos sealar para la mina Mufulira (1.14) las siguientes: utilizacin combinada de pernos de roca de anclaje repartido del tipo cementado o con resina, malla y alambres de enlace (cocido). Asimismo, se utilizan arcos metlicos no convencionales que tienen caractersticas de fluencia. En este caso tambin consideran de suma importancia el tiempo de instalacin del sostenimiento y la proximidad del frente.

En pases con industria minera carbonfera

Aunque las caractersticas del fenmeno de los estallidos de rocas en minas de carbn tienen algunas peculiaridades distintas al que ocurre en roca dura, sin embargo, los principios bsicos sealados en el numeral (6) tienen validez; asimismo, las medidas que se adoptan para aliviar los riesgos de los estallidos estn dentro del mismo esquema que los que se adoptan para roca dura. As, se consideran: la adecuacin de los mtodos de minado, el planeamiento de esquemas de minado, y los adecuados dimensionamientos de los pilares. Para el planeamiento de los esquemas de minado, consideran cuidadosamente las condiciones geolgicas de la mina y sus implicancias sobre el plan de minado, campo de esfuerzos y grado de proteccin. As, cuando se prevn riesgos de estallidos conforme el minado progrese, los principales accesos son ubicados en reas liberadas de esfuerzos, los cuales ofrecen mayor proteccin, ya que los accesos en reas slidas son ms vulnerables a tales riesgos. Tambin consideran importante las secuencias de avance en la extraccin, evitando remanentes y trabajos en reas vulnerables. Se debe sealar que estas medidas en su mayora son correspondientes a minas de carbn que trabajan utilizando el mtodo de frentes largos.

Resumiendo, segn lo sealado, las alternativas que tenemos disponibles sobre las medidas de prevencin de los estallidos de rocas son:

Los cambios o modificaciones del mtodo de explotacin.

El dimensionamiento geomecnico de los diferentes componentes estructurales de la mina.

El planeamiento y diseo de esquemas y secuencias de minado en funcin de la evolucin de la estructura de la mina.

Introduccin de diferentes tipos de relleno en los tajeos:

Relleno creado por rotura artificial progresiva de las cajas y/o techos de los tajeos, aprovechando el principio del factor de esponjamiento.

Relleno creado por la falla del techo, por el mismo principio anterior.

Relleno con material rocoso procedente de otras fuentes.

Relleno con relaves y/o arenas (convencionales o cementados)

Combinacin de los anteriores, etc.

Introduccin de sistemas de sostenimiento adecuados en los tajeos para proveer soporte activo de los mismos, utilizando los nuevos conceptos y tcnicas desarrolladas.

Introduccin de adecuados sistemas de sostenimiento de tneles, galeras, piques y otras excavaciones de servicio, utilizando asimismo las nuevas concepciones y tcnicas desarrolladas.

La utilizacin de las tcnicas de desforzamiento, constituye tambin otra de las alternativas.

La seleccin de tal o cual alternativa o combinaciones de las mismas, ser producto de desarrollar los modernos programas de investigacin, segn lo sealado en el numeral (4), para cada caso particular.

9 ESTRATEGIAS DEL MANEJO DE LOS ESTALLIDOS DE ROCAS. El objetivo a largo plazo de las estrategias de manejo de los estallidos es proveer esquemas de minado que permitan operar la mina con seguridad y beneficio econmico. Para el logro de este objetivo es esencial la aplicacin de la ingeniera en mecnica de rocas, en el planeamiento a largo plazo de la mina, en el seguimiento integral del mismo y en la toma de decisiones a corto plazo, cuando a causa de factores geolgicos u otros factores, exista la necesidad de desviarse del sistema estndar de minado.

Los objetivos principales a corto plazo de las estrategias de manejo de los estallidos son operar y controlar la mina con seguridad y economa, de tal manera que se logre y mantenga al mximo la produccin planeada.

A causa del importante rol que juega la mecnica de rocas, en las minas donde ocurren problemas debido a la ocurrencia de estallidos de rocas, se han establecido departamentos de mecnica de rocas (1.2, 1.3, 4). Las actividades de estos departamentos necesitan ser conducidos en un medio ambiente organizacional que permita la integracin de conceptos, de la informacin y de las actividades requeridas por la gerencia o superintendencia, los ingenieros de planeamiento, los gelogos y los ingenieros en mecnica de rocas. En este esquema hay una interaccin entre los grupos tcnicos involucrados en la ingeniera minera: en primer lugar, la mutua dependencia de cada grupo funcional sobre la informacin suministrada por los otros; en segundo lugar, son los ingenieros de planeamiento de mina quienes finalmente transforman las contribuciones tcnicas individuales en planes de trabajo en programas de produccin y estimados de costos para su implementacin subsecuente.

Aqu solo estableceremos las contribuciones de la mecnica de rocas, la cual esta relacionada bsicamente a tres aspectos:

1. Al diseo de aberturas permanentes como: ubicacin y dimensionamiento de piques de servicio y ventilacin, y los niveles principales de la mina; especificaciones del sostenimiento y dimensionamiento de otras excavaciones de servicio. Estos tienen carcter de actividades eventuales.

2. Al diseo de esquemas y secuencias de minado, aqu la mecnica de rocas realiza la mayor parte de su actividad para resolver las interrogantes relacionadas con la evolucin de la estructura de la mina. Basado en la nocin de que virtualmente en todas la ocasiones un rea dada de la mina puede ser minada de varios modos; y basado tambin en que los riesgos resultantes de las posibles alternativas de minado pueden ser jerarquizados, se adoptan decisiones respecto a: el dimensionamiento de tajeos y pilares, definicin del sistema de tajeos y pilares, direccin promedio de avance del minado, secuencia de extraccin de tajeos y recuperacin de pilares, asegurar la estabilidad estructural de la mina, y, especificar resistencias de cualquier tipo de relleno.

3. Al diseo de sistemas de extraccin, los cuales estn relacionados con los detalles de la configuracin de los tajeos, esto involucra: establecer la direccin preferencial de retirada, asegurar la estabilidad de puntos de carguo, galeras de transporte, echaderos de mineral, etc.; anticipar la ocurrencia de problemas de inestabilidad en las zonas de extraccin debido a la densidad de las aberturas o a la disturbancia geolgica; y, finalmente apoyar en el diseo de la voladura primaria.

Lgicamente estos departamentos de mecnica de rocas debern contar con los recursos humanos y materiales necesarios. Tratndose de problemas de estallidos de rocas y an no habiendo hasta la fecha una solucin total a este problema, es recomendable que estos departamentos de las empresas mantengan estrecha relacin con los centros de investigacin asociados con la aplicacin de mecnica de rocas a la minera. En algunas minas sudafricanas, el departamento de mecnica de rocas tambin a cargo del manejo y organizacin de las redes ssmicas en todo el mbito de la mina, en otras minas no, tienen sus propios departamentos de monitoreo ssmico.

El monitoreo ssmico permite detectar y ubicar los focos de los eventos ssmicos mediante la instalacin de redes ssmicas o microssmicas. A partir de los registros de estos eventos ssmicos pueden establecerse las caractersticas de su distribucin espacial en ubicacin y magnitud, lo cual est correlacionado a la ocurrencia de estallidos. El uso del monitoreo ssmico tri-dimensional, en base a la instalacin de gefonos, se ha esparcido ampliamente desde que N.G.W. Cook (2) lo utiliz por primera vez para sus estudios de estallidos de rocas a inicios de la dcada del 60. Ahora, este constituye una herramienta rutinaria en la mayora de las minas que tienen problemas asociados a este fenmeno.

El monitoreo ssmico tiene un incuestionable valor como herramienta de investigacin y entendimiento del fenmeno ssmico. En ciertas minas, el xito de sus operaciones es atribuible a esta herramienta. Sin embargo, a causa de que la sismicidad es un fenmeno de prediccin estadstica ms que determinstica, no debe esperarse el xito total de esta o de cualquier otra herramienta. En la prctica vienen dominando las investigaciones geomecnicas de prevencin de riesgos de los estallidos.

10. PREDICCIN DE ESTALLIDOS DE ROCAS En una mina donde se den ocurrencias de estallidos de rocas el esfuerzo principal sera el correctivo, o sea, las acciones estaran dirigidas hacia la reduccin de la frecuencia y severidad de la ocurrencia de este fenmeno, para lo cual se adoptaran las medidas de prevencin sealadas en el numeral (8).

Sin embargo, podra considerarse otra aproximacin, la cual involucra el desarrollo de procedimientos para la prediccin de los estallidos de rocas, de tal modo que puedan tomarse medidas precautorias para proteger al personal y/o equipos de la mina. Por ejemplo, la medicin repetitiva de esfuerzos en puntos comprendidos dentro de reas sospechosas podra ser uno de los procedimientos; si se determina que el esfuerzo se aproxima a la resistencia de la roca, un estallido podra ser predicho; sin embargo, esta idea no ha progresado por las dificultades de su realizacin.

Por otro lado, utilizando las tcnicas ssmicas y microssmicas, muchos investigadores han dedicado esfuerzos en el intento de buscar mtodos de prediccin, sin embargo los resultados no son muy alentadores, por lo que hasta el momento resulta ms productivo dirigir esfuerzos hacia la reduccin de la frecuencia y severidad de los estallidos.

No obstante lo sealado, los avances de la ciencia y la tecnologa estn permitiendo realizar ataques ms y ms complejos al problema. La idea comn es explorar la posibilidad de estudiar la distribucin de la sismicidad en el tiempo y en el espacio usando una red ssmica avanzada y conectando a computadoras para facilitar el anlisis en el tiempo real. El problema es muy dificultoso y no es posible predecir si es que este intento tendr xito o no.

Segn el mecanismo de ocurrencia de estallidos de rocas establecidos en este captulo, las discontinuidades geolgicas (fallas, diques, diaclasas, etc.) juegan un rol importante en la iniciacin de eventos ssmicos. Las tcnicas numricas hoy disponibles facilitan el anlisis cuantitativo de este tipo de problema, pudiendo anticiparse progresos importantes en este sentido, que conduciran a mejorar la seguridad o integridad del personal, equipos y labores mineras.

Sobre la utilizacin de las tcnicas de desforzamiento, estudios ssmicos detallados han indicado que no hay irradiacin adicional de energa como resultado de su aplicacin o de la voladura convencional, aparte del provocado por los explosivos. Los nuevos conceptos de estabilidad y cambios de esfuerzos podran incentivar la atencin a voladuras que podran provocar eventos ssmicos bajo condiciones controladas.

Especialmente en Sudfrica se ha acumulado considerable evidencia que en reas tectnicas ciertos rasgos geolgicos pueden estar cerca del equilibrio inestable, en los cuales, un pequeo cambio de los esfuerzos inducidos por el minado pueden activar un evento ssmico. En base a esta idea, podran identificarse estos rasgos geolgicos; si la identificacin resultara exitosa, podra accionarse la inestabilidad, es decir podra generarse un estallido controlado. La tcnica utilizada para el accionamiento de la inestabilidad podra ser por ejemplo la lubricacin de la discontinuidad geolgica mediante inyecciones de agua (1.2).

Segn afirma Salamon (1.2), quiz el reto ms grande para la fsica del estado slido de hoy en da es el modelaje del comportamiento del medio con respecto al aflojamiento y a la deformacin. Sobre este problema se est concentrando bastante atencin, presumiblemente alguna solucin emerger si es que los esfuerzos sobre el particular son sostenidos.

Existen otros aspectos que podran incluirse aqu, pero los sealados son suficientes para mostrar la magnitud del problema y el derrotero que podran seguir los investigadores, para atacar el problema de los estallidos de rocas.

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