geomecánica aplicada a la perforación y voladura en minería subterránea

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Geomecánica aplicada a la perforación y voladura en Minería Subterránea.. ROCK INFO ROCK INFO Consultora Geomecánica - Minera Corporación Aceros Arequipa S.A Línea Minería Geomecánica aplicada a la Perforación y Voladura en Minería Subterránea” Ing. Martín Flores P. Asesor Geomecánico ROCK INFO ROCK INFO Consultora Geomecánica - Minera

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Geomecánica aplicada a la perforación y voladura en Minería Subterránea..

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Corporación Aceros Arequipa S.ALínea Minería

“Geomecánica aplicada a la Perforación y Voladura en Minería Subterránea”

Ing. Martín Flores P.

Asesor Geomecánico

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I. Fundamentos

Aplicabilidad de la Geomecánica.

Causas del Desarrollo de la Geomecánica

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1.1.Conceptualización Hoy en día de la Aplicabilidad Geomecánica.

Hoy en día la geomecánica juega un rol muy importante en la ingeniería minera e ingeniería civil; particularmente constituye la base científica de la ingeniería minera. Esta diefrencia entre la ingeniería civil y la ingeniería minera, tiene sus propias peculiaridades, guiados por el concepto “vida de la operación”, junto con el beneficio económico con márgenes ajustados de seguridad, lo cual crea problemas de diseño que son únicos a la explotación de minas.

Todo diseño Minero o Civil debe tomar el factor geomecánico como herramienta clave para un diseño correcto.

El rol de la caracterización geomecánica del macizo rocoso esta íntimamente relacionado a las operaciones unitarias de perforación y voladura .

El grado de Seguridad en Minas es vital para la seguridad de los trabajadores y equipos. Aplicar Geomecánica es hacer Seguridad.

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1.2. Causas del desarrollo de la Geomecánica.

Básicamente su desarrollo obedece a las siguientes causas:

Incremento de la actividad científica a través de teorías, métodos, instrumentación, procedimientos de medición y softwares.

Incremento del tamaño y volumenes de producción de las operación mineras, subterráneas y superficiales. Nexo con técnicas de perforación y voladura. + sostenimiento.

Necesidad de explotación de recursos minerales en ambientes desfavorables de minado. Nexo con técnicas de perforación y voladura + sostenimiento.

La conservación del recurso humano y la seguridad industrial. [Normas MEM].

Implementación de la Estabilidad Global del yacimiento. Seguridad.

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II. Secuencia de Análisis Geomecánico

Interpretación de Modelos

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2.1. Metodología de Aplicación de Geomecánica en la Perforación y la Voladura.

La interpretación y análisis involucrados en las actividades de perforación y voladura se sustentan en el comportamiento geológico y geomecánico del macizo. Esto es asociar los Modelos Geológicos y Modelos Geomecánicos, previamente en las operaciones unitarias de perforación y voladura.

La clave del éxito de éstas operaciones unitarias estará íntimamente asociada al buen entendimiento de dichos modelos, siguiendo una secuencia ordenada y clasificada de análisis e interpretación de resultados.

La interpretación final de dichos modelos será interactuada con el manejo de herramientas de computo [softwares geomecánicos], los cuales se enfocarán básicamente a la simulaciones de estabilidad de las labores diseñadas.

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A) Modelo Geológico.

Trata de caracterizar o definir la estructura de la masa rocosa; nos brinda información geológica del medio en la cual se desarrollará la perforación y voladura.

Se conceptualiza al Modelo Geológico el pilar clave para toda evaluación geomecánica, ya que éste aportará información clave del comportamiento geológico del macizo rocoso, determinando las técnicas de perforación y voladura a ejecutar.

Parámetros: Litología, Estructuras, Propiedades mecánicas básicas, hidrología, sismología, tectónica, etc.

En la actualidad el Modelo Geológico se muestra más accesible para el operador minero a través de herramientas de computo: Manejo de Softwares [visualización espacial de la influencia de la zona mineralizada].

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Aplicación del Modelo Geológico

En la Actualidad el Modelo Geológico tiene amplia versatilidad en el manejo de información.

Esta información marcará la pauta para los análisis siguientes.

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B) Modelo Geomecánico.

Su conocimiento es considerado pilar clave para los programas de perforación y voladura a ejecutarse, ya que éste aporta resultados cuantitativos respecto a las propiedades mecánicas de la masa rocosa.

El modelo estará apoyado con la aplicación de técnicas de valoración de calidad de roca, asi como la instrumentación adecuada para la determinación de las propiedades mecánicas del macizo. [pruebas en campo y laboratorio].

Parámetros: Resistencia a la Compresión, análisis de esfuerzos [niveles de tensiones], eventos geodinámicos [estallidos de rocas], etc.

Hoy en día las técnicas de levantamiento de información son sumamente rápidas, versátiles y confiables. En la actualidad el modelo se complementa con la interpretación [simulaciones] mediante la utilización de softwares geomecánicos de muy buena confiabilidad de resultados, los cuales suman los efectos de voladura en la estabilidad del macizo rocoso.

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III. Modelo Geomecánico

Factores para la eficiencia de la Perforación y Voladura

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3.1. Propiedades geomecánicas de interés para las técnicas de Perforación y Voladura.

Como lo indicáramos el análisis e interpretación del comportamiento mecánico del macizo rocoso estará íntimamente relacionado al desarrollo de los programas de perforación y voladura a efectuarse.

Teniendo como objetivo fundamental:“excavar en el macizo rocoso causando el menor daño posible a la zona de influencia del trazo de la perforación”.

Los parámetros geomecánicos que tienen mayor influencia para los diseños de la perforación y voladura en el macizo básicamente son:

» Resistencia a la Compresión de la Roca.» Condiciones de las Discontinuidades.» Resistencia a la Tensión, Radio de Poisson, Módulo de Elasticidad.

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A) Resistencia a la Compresión. RCU.

Considerada la una de las propiedades más importante a utilizar en el diseño de la perforación y voladura, verifica la resistencia a sobrepasar para llegar a la rotura por presión. Su conocimiento determina la técnica de perforación y voladura a emplear: selección de trazo de perforación, selección de tipo de explosivos, básicamente.

La Resistencia a la Compresión de la roca puede determinarse en forma rápida en los frentes avance, conociendo de esta forma la respuesta del macizo rocoso a ser excavado, reaccionando oportunamente para las variantes de perforación y voladura a ejecutarse.

La RCU en el campo, se llega a determinar mediante la utilización del Martillo Schmith, el cual puede formular rangos de resistencia de roca de 20 - 400 MPa. Los análisis deberán ser efectuados discretizando dominios geomecánicos.

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Procedimiento de toma de datos para la evaluación con la utilización de Martillo Schmidt

Discretización de toma de datos con relación a dominios geomecánicos.

Aplicación práctica de determinación de la Resistencia a la Compresión del Macizo in situ.

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B) Condiciones de las Discontinuidades.

Condición de distribución espacial de las discontinuidades [mayores y menores] orientaciones y espaciamiento básicamente. Dichas propiedades deberán ser evaluadas respecto a los principales sistemas de discontinuidades presente en el macizo rocoso.

El espaciamiento determinará el tamaño de bloques in situ y por ende el grado de fragmentación del macizo rocoso esperado. Los programas de perforación y voladura apuntarán a lograr la óptima fragmentación en funcion a este parámetro.

La performance de la perforación y voladura, responderá a las condiciones de estabilidad que asocia la distribución espacial de las discontinuidades.

Por lo general los existen 1SD, 2SD o 3SD, lo cual gerera todo un análisis de dominios geomecánicos presentes en el yacimiento. Debiendo anexar cada uno de ellos a una técnica de perforación y voladura específica.

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Análisis de la orientación espacial y espaciamiento de las discontinuidades presentes en el Macizo rocoso.

Los efectos de la orientación de los principales sistemas de discontinuidades presentes en el macizo rocoso, determinarán la efectividad de la perforación y

voladura sobre este.

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C) Resistencia a la Tensión.

Asocia la resistencia de la roca a ser deformada hasta llegar a su punto de rotura, Operativamente se conoce a este parámetro como Resistencia al Arranque.

Radio de Poisson / Radio de Precorte: [Deformabilidad - Modulo Elástico].

Asocia la fragilidad de la masa rocosa cuando es sometida a esfuerzos de tensión.

Modulo de Young o de Elasticidad: [Deformabilidad - Modulo Elástico].

Asocia la resistencia de la roca a ser deformada, es la resistencia elástica del macizo rocoso.

Los Ensayos de laboratorio de Compresion Uniaxial determinarán los Módulos elásticos de Poisson y Young. Si no se cuenta con información de ensayos de laboratorio se pueden estimar con ayuda de softwares geomecánicos y formulaciones, que asocian los parámetros de RCU básicamente.

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Parámetros Geomecánicos

Propiedades de Ingeniería

Resistencia Deformabilidad

Resist.Tracción

Resist. Compresión Uniaxial: RCU

Resist. Compresión Triaxial: Cohesión = c

Angulo de fricción = Ø

Módulos Elásticos:

Módulo de Young = E

Módulo de Poisson = v

ENERGIA REQUERIDA DEL EXPLOSIVO

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IV. Efectos de la Perforación y Voladura

Daños en el macizo Rocoso.

Daños en los mecanismos de estabilidad.

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4.1. Fundamentos de la Clasificación RMR. (Rock Mass Rating) Criterios de Daño en el macizo rocoso.

Los mecanismos de daño producto de la voladura tienen efectos realmente nocivos en la estabilidad del macizo rocoso. Las malas técnicas de perforación y voladura a emplearse por el desconocimiento de las propiedades geomecánicas del macizo rocoso, producirán efectos de grado considerable en el estabilidad de la influencia de la voladura subterránea.

A) Daños inducidos en el macizo rocoso por la voladura:

» Generación de nuevas fracturas a las existentes. » Apertura de discontinuidades pre - existentes.» Reducción de la resistencia al corte de las discontinuidades.» Degradación de la Calidad Geomecánica del Macizo Rocoso.» Activación de Energías Geodinámicas presentes en el macizo rocoso.

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Influencia de la Degradación de la Calidad de Roca

Efecto de la influencia de las Vibraciones causadas por efecto de la voladura, daño en el macizo. Control de los Niveles de Vibración para los Factores de reducción de

RMR por Daño.

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Aplicación del la Influencia del Daño con interpretacion de Softwares

Aplicación del efecto Daño en el macizo rocoso, interpretación con Software geomecánico - Roc Lab.

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Influencia del Daño en el Macizo Rocoso

Mecanismos de Daño al Macizo Rocoso, producto de las técnicas de perforación y

voladura a emplearse.

Activación de discontinuidades en la zona de influencia del disparo.

Disminución de la resistencia al corte de estas.

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Mecánica de Producción de un Estallido de Rocas debido a factores

Geodinámicos.

Influencia de Dominios Geomecánicos de gran diferenciación estructural.

Control de Estallidos de Rocas. Liberación de Energía en las zonas detectadas de

concentración de estas.

Sondajes diamantinos, perforación convencional, voladuras inducidas, etc.

Efectos Geodinámicos - Estallidos de Rocas.

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A) Daños inducidos en los mecanismos de estabilidad:

» Reducción de las capacidades de carga de los Pernos de Anclaje.

» Reducción de las propiedades mecánicas de los Pernos de Anclaje.

» Reducción de las propiedades mecánicas de los encapsulantes.

» Reducción de los límites de tenacidad del Shotcrete - Ruptura.

» Efectos de craquelamiento interno en la zona de contacto roca y shotcrete.

» Activación de agrietamientos de los empalmes en las Cimbras.

4.2. Criterios de Daño en el macizo rocoso.

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Efecto sobre los Pernos de AnclajeZona de Influencia 3 - 4 veces el ancho

del frente de avance.

Influencia del Daño en el los elementos de Soporte.

Efecto sobre la Malla Electrosoldada - Cocada.

Disminución de las Propiedades Mecánicas del acero que conforma dicha

estructura.

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V. Enfoque de la Aplicabilidad de la Geomecánica

Principios del enfoque Geomecánico.

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5.1. Principio del Enfoque Geomecánico en las técnicas de Perforación y Voladura.

El papel clave de la geomecánica en las técnicas de perforación y voladura no solo deben apuntar a la determinacion de propiedades geomecánicas del macizo y el control de los efectos nocivos que pudieran causar estas.

El principal objetivo de la utilización de esta ciencia, es sumar en las evaluaciones de Costo - Beneficio de todas las operaciones involucradas en la extraccion de mineral.

Hoy en día el rol de la geomecánica en estos fines es establecer Indices de Gestión; en los Departamentos de Geomecánica y Perforación y Voladura, de las mineras.

Llegando a determinar el “antes de perforación y voladura sin aplicación de geomecánica y el después de la perforación y voladura con aplicación de geomecánica”.

.

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5.2. Índices de Medición de la Aplicabilidad de Geomecánica.

»Indices de Seguridad, post : Perforación y Voladura.

» Metros de avance mensuales programados versus los ejecutados.

» Consumo de Explosivos programados y consumidos.

» Vida útil de los elementos de sostenimiento aplicados, ántes y después.

» Análisis de tiempos en reemplazo y/o reparación de soporte instalado.

» Niveles de vibración y los efectos de daño en el macizo rocoso.

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TIPS

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"El éxito depende sobre todo de la gente. De allí la importancia de construir relaciones, equipos, alianzas y de motivarla para que contribuya, así como de cultivar el liderazgo, la creatividad y la excelencia, escuchar y buscar nuevas ideas y consejos."

Ruth Scott

"La educación es nuestro pasaporte al futuro, ya que el mañana pertenece a las personas que se preparan hoy para el futuro."

Malcolm X

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Gracias por su presencia.

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Ing. Martín Flores Palacios.Asesor Geomecánico

Corporación Aceros Arequipa S.A. E.mail: [email protected]

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