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Preacondicionamiento del Macizo Rocoso
Resumen desarrollo tecnológico del Preacondicionamiento - Codelco 1999-2010 René Gómez Puigpinos 2012
Motivación
Actualmente, un alto porcentaje de los recursos minerales (explotados por Codelco), se emplazan
en rocas primarias, con pocas estructuras abiertas, o bien, con fisuras selladas con rellenos
cohesivos. El comportamiento de esta roca frente a los métodos de hundimiento (panel y block
caving), provocan perdida de eficiencia y competitividad.
Capítulo 1 – Introducción
Codelco inicio pruebas de preacondicionamiento (PA) desde 1999 hasta la fecha (2010), a escala
mina y aplicaciones industriales en faenas de la empresa, en este desarrollo se implementaron
técnicas que permitieron medir las alteraciones introducidas a la roca por el PA. Durante esta
década se ha ido experimentando y desarrollando tecnología de PA, tanto en el ámbito del
conocimiento fenomenológico de los procesos que gobiernan, como en la cuantificación del
impacto provocado al macizo en términos del cambio en sus propiedades intrínsecas y su
comportamiento ante el proceso minero.
Implementación del PA
Métodos de PA conocidos en los inicios; Fractura miento Hidráulico (FH, utilizado en la industria
del petróleo) y debilitamiento dinámico con explosivos (DDE).
El PA fue utilizado por primera vez en Rio Blanco mediante DDE, generando una mejor
hundibilidad y fragmentación del macizo rocoso. También posteriormente se probó PA mixto (DDE
y FH) en División Salvador, mejorando los resultados de fragmentación, colgaduras y daño a
infraestructura de extracción.
Posteriormente División Andina (2004-2005), utilizó PA mixto en un sector de 20.000 m2 logrando
la disminución del tamaño de clastos en la fragmentación, sin presencia de daños en los puntos de
extracción, y el Teniente de manera paralela el 2004 mediante la aplicación de FH en condiciones
geomecánicas de mayores esfuerzos y con riesgo sísmico presentes en el macizo rocoso, logró
mejorar la velocidad de propagación del hundimiento gracias a la disminución del tiempo de
conexión al cráter superior.
Objetivos de la Investigación fenomenológica y de profundización del conocimiento de la
tecnología:
� Captura, procesamiento y evaluación de las variables que inciden en el proceso minero.
� Mejora del conocimiento de los cambios introducidos al macizo rocoso.
� Determinación del impacto producido por el PA en la explotación minera, definiendo
criterios y parámetros de diseño.
� Elaboración de guías de aplicación técnica.
Fracturamiento Hidráulico (FH); consiste en presurizar un tramo de una perforación al inyectar un
fluido a presión, comúnmente agua, para iniciar una fractura de tensión en las paredes sanas de la
perforación, o alternativamente extender una fractura preexistente, y así propagarla hacia el
interior del macizo rocoso. De este modo el FH aumenta la conectividad entre fracturas y el
deslizamiento de estructuras existentes, disminuyendo a la vez la resistencia al corte de la roca.
Debilitamiento dinámico con explosivos (DDE); utiliza explosivos para producir una colisión de
ondas de esfuerzos dinámico, asunto que en la actualidad es posible debido a las tecnologías de
detonación electrónica disponibles en el mercado. Con el fin de debilitar el macizo rocoso.
PA mixto; consiste en la combinación de ambos métodos (FH y DDE), ejecutándose primero el FH y
posteriormente el DDE.
Estudios en Codelco – Fase I
Primera fase de investigación consistió en las pruebas realizadas entre 1999 y el 2006, en
divisiones Andina, el Teniente y Salvador. Mediante las tecnologías de FH y DDE.
Tabla 1: Resumen de antecedentes de los bloques experimentales
División Andina Salvador El Teniente
Periodo 1999-2002 2004-2006 2001-2006 2004-2006
Sector III Panel III Panel (área 11)
Inca Central Oeste
Diablo Regimiento
Técnica de PA DEE Mixta Mixta FH
Área (m2) 7000 22000 10000 10200
Tonelaje (Mt) 2.18 2.52 2.5 3.87
Altura mineral primario (m) 130 30-90 100 150
Nº Pozos DEE tronados 19 49 14 -
Nº Pozos con FH - 9 9 6
Diámetro pozos DEE 5 1/2" 5 3/4" 6 1/2" -
Diámetro pozos FH - HQ (96 mm) HQ (96 mm) HQ (96 mm)
Columna de emulsión (m) 85 15-75 80
Longitud de pozos (m) 100-112 30-90 100 100-140
Los resultados obtenidos en esta fase muestras positivos resultados en cuanto a hundibilidad,
fragmentación y sismicidad. Se comprobó la factibilidad de aplicar DDE en roca primaria, en etapas
previas a la explotación, incluso cerro virgen. También se demostró que el FH es una tecnología
factible de usar en macizo primario, tanto en condiciones de inicio de caving, como coexistiendo
con un frente de explotación activo y en condiciones de mayores esfuerzos in situ.
Conclusiones Fase I
El PA permite mejorar la velocidad de propagación de caving disminuyendo el tiempo de conexión
con el cráter o superficie y permite incrementar las velocidades de extracción del mineral primario
así como reducir el riesgo de colgadura y air blast. Otro beneficio es la disminución de la actividad
de reducción secundaria producto del mayor grado de fragmentación (para el caso de PA mixto y
DDE). Se ha comprobado, mediante el uso de redes microsísmicas, que el PA modifica el
comportamiento de la sismicidad del macizo, alejando la amenaza de rock bust y daño a la
infraestructura.
Tabla 2: Resultados obtenidos en experiencias de PA
Variable/Tipo PA
DEE Mixta (FH+DEE) FH
Andina 1999-2001
Salvador 2001-2006
Andina 2005-2006
Teniente 2004-2006
Fragmentación (P80) -50.0% 33.5% -30.0% Sin Variación
Hundibilidad (radio hidráulico) -35.0% Sin datos Sin datos Sin datos
Reducción secundaria -46.0% -51.0% -26.0% Sin Variación
Colgaduras (5 a 12 m) Sin datos -84.0% Sin datos Sin datos
Sismicidad Sin datos Sin línea base Sin datos Mas benigna
Velocidad Hundibilidad (tiempo de conexión a cráter)
Sin datos Sin datos Sin datos -57.0%
*Porcentajes están referidos a línea base
Desarrollo tecnológico – Fase II
Iniciada a mediados del 2007, cuyo objetivo principal es ampliar y profundizar el conocimiento de
la fenomenología del PA para validar, consolidar e implantar industrialmente la tecnología. Para
ello se ha llevado a cabo un seguimiento de las variables mineras con el fin de cuantificar el
impacto que provoca la aplicación del PA a la explotación de mineral primario.
Tabla 3: Impacto del PA en distintas variables mineras respecto a las líneas bases divisionales
División
Andina El Teniente
Año Aplicación Industrial 2007 2008 2007
Periodo de Medición 2007-2010 2007-2010
Variable Indicador FH+DEE FH FH
Fragmentación P80 -18.9% 0.0% -2.1%
P50 0.8% 0.0% -8.2%
Máxima Colpa -17.4% 0.0% -
Estado del punto de extracción
IFF (eventos/1.000 t) 40.2% 0.0% 3.7%
Tonelaje entre eventos -26.9% 0.0% -37.2%
Reducción Secundaria IRS (eventos/1.000 t) -10.8% 0.0% 57.4%
Tonelaje entre eventos 12.1% 0.0% -36.5%
Daño a la Infraestructura ID 3.4% 0.0% -2.0%
Velocidad de Extracción V (t/m2/día) -23.1% 0.0% 1.0%
Resultados parciales debido a que aún no finaliza el levantamiento de datos en terreno, en
algunos casos siendo poco representativos.
Desafíos de la explotación de roca primaria
Los desafíos técnico-ingenieriles estas relacionados básicamente con las características
geomecánicas de la roca primaria.
� El quiebre en grandes bloques, o colpas, que deben ser descolgados y reducidos en los
mismos puntos de extracción, afecta la eficiencia y productividad del sistema minero.
� A su vez la alta competencia del material primario provoca en algunos casos que esta roca
sustente grandes cantidades de energía de deformación antes de fallar.
� Bajo condiciones de esfuerzos moderados y alta resistencia del macizo rocoso primario, se
puede detener la propagación del hundimiento en altura.
� En el caso de un primer hundimiento también se puede generar una condición de
estabilidad que no permita el colapso de la zona socavada.
� La velocidad de propagación del hundimiento en roca primaria es baja y está relacionada
con la disponibilidad de esfuerzos de corte y/o tracción suficientes para inducir el
fallamiento progresivo en altura
� Desde el punto de vista económico, existen varios factores que encarecen el proceso de
producción (como el forzamiento y la reducción secundaria), también se requiere un alta
inversión debido a que es necesario mantener un gran número de puntos de extracción
activos para cumplir con la producción
Campo de aplicación
En la explotación subterránea, principalmente en los ámbitos de minería continua (para generar
condiciones de hundibilidad y fragmentación que permitan el flujo expedito hacia los puntos de
extracción) y profunda (Mejorando la condición original en el macizo al utilizar block caving y
respuesta sísmica adecuada).
Cabe destacar (según Cerruti et al. 2007), el PA también puede ser utilizado en ambientes
descomprimidos como es el caso de una transición de rajo abierto a minería subterránea, lo que
trae como beneficios, el aumento de la altura de los bloques y la transición menos intensiva en
mano de obra mediante automatización, además se espera que retrase el ingreso temprano de
roca adyacente a la zona de explotación.
Otras Áreas
� Preacondicionamiento del cuerpo mineralizado para lixiviación in situ; la aplicación de PA
con DDE aumentaría la conectividad de los poros en el macizo mejorando su
permeabilidad.
� Manejo de estados tensionales o destressing; el PA aplicado en ambientes con una
condición de altos esfuerzos tiene una importante función para disminuir tensiones.
Capítulo 2 – Modelo conceptual del Preacondicionamiento
Fracturamiento Hidráulico (FH)
Para su aplicación se debe ejecutar una serie de pozos cubriendo el volumen del macizo rocoso de
interés para FH, siendo el espaciamiento entre ellos una función de alcance de las fracturas.
Posteriormente se realiza desde cada pozo una sucesión de fracturas, separadas por una distancia
predeterminada (1,5 m en Codelco).
La orientación de las fracturas generadas por FH es una función del campo de esfuerzos in situ y
del Fracturamiento natural preexistente. En general las fracturas se propagan en el plano principal
de esfuerzo σ1 – σ2 y se abren en la dirección del esfuerzo principal mínimo σ3. Sin embargo
cuando la diferencia σ1 – σ3 es mínima, la orientación de las fracturas hidráulicas resulta poco
predecible o controlable, y se requiere un seguimiento de estas durante el evento de propagación.
Dentro de las ventajas de este método se tiene que una o más fracturas pueden ser producidas
desde una sola perforación y con ello cubrir un extenso volumen de roca. Los resultados empíricos
han indicado formación de fracturas de radios entre 20 a 40 m desde el pozo de inyección.
La efectividad de estas fracturas para lograr un determinado propósito depende de varios factores
críticos:
� Campo de esfuerzos in situ y Fracturamiento natural preexistente, ya que estos
condicionan la orientación de las fracturas generadas
� Tamaño de las fisuras es una función de la permeabilidad de la roca y de las
estructuras geológicas que la interceptan.
� Ante la generación de múltiples fracturas se produce una interacción entre las
fracturas adyacentes.
Se deben conocer previamente varios parámetros determinados empíricamente, condicionados
en gran medida por las propiedades del macizo rocoso. Estos parámetros corresponden a la
presión máxima requerida para iniciar una fractura, presión de propagación y presión de cierre de
fisura. Por otra parte la velocidad de propagación de la fractura está directamente relacionada con
la capacidad de inyección del equipo de bombeo.
Caracterización dinámica de la fractura hidráulica
El factor principal para caracterizar las fracturas hidráulicas es la presión de fondo de pozo (BHTP),
que corresponde a la presión hidráulica aplicada menos la carga hidrostática existente en el punto
de inyección (presión aplicada por la bomba en el punto sin el peso de la columna de agua), esta
es la variable dinámica que influye en la orientación de las fracturas.
Presión de fractura
Durante una operación de FH se debe aplicar una presión neta suficiente para vencer la resistencia
a la tracción de la roca, hacer que esta crezca y se propague hasta alcanzar el tamaño deseado.
Esta presión neta es la BHTP menos la tensión aplicada por el macizo rocoso en dirección del
esfuerzo principal menor (Toledo et al., 2010). Normalmente la presión necesaria para vencer la
resistencia inicial de la roca, o presión de quiebre es mayor que la presión necesaria para hacer
crecer una grieta.
Factor de intensidad de esfuerzos
En la teoría lineal de la mecánica de fracturas los esfuerzos alrededor de una grieta son singulares
y decaen como la raíz cuadrada de la distancia medida desde la punta de la grieta, la magnitud de
la singularidad se mide por medio del factor de intensidad de esfuerzo que, a su vez, depende del
mecanismo de fractura por medio de la carga neta aplicada y la distancias mencionada.
Se utiliza el criterio de Irwin para determinar hasta qué punto crecerá una grieta en tensión.
- Criterio de Irwin; Una grieta crecerá mientras el factor de intensidad de esfuerzos sea
mayor que un valor crítico llamado “tenacidad” o “fracturabilidad” (propiedad del
material).
Prueba de fractura corta
Ensayo de fracturamiento que genera una fractura de pequeña dimensión, realizado antes de
iniciar un trabajo extenso de FH, permite obtener in situ la presión de quiebre, la resistencia a la
tracción de la roca, y la ISIP que se aproxima a la magnitud del esfuerzo principal menor.
Limitaciones fundamentales
Uno de los aspectos críticos a considerar en una operación de FH, es la iniciación y orientación de
las fracturas hidráulicas. Los resultados obtenidos en cuanto a la orientación de las fisuras no
coinciden con el esperado, dado que las iniciaban en forma longitudinal con respecto al eje de
perforación. Pero mediciones experimentales han demostrado que las fracturas comienzan
adoptar la orientación esperada a una cierta distancia del pozo de inyección, como se muestra en
la siguiente figura.
Ilustración 1: Tortuosity effect sobre las fracturas hidráulicas creadas. La fractura se inicia longitudinal al eje del pozo, en la medida que esta crece, comienza a tomar la orientación esperada.
Una posibilidad para obtener la geometría deseada es pre-estimular las paredes de los pozos de
inyección, generando una ranura con forma de anillo, esto permite generar fracturas hidráulicas
en la dirección perpendicular al eje de perforación y reducción en la presión requerida para
iniciarlas.
Debilitamiento dinámico con explosivos
Este proceso implica dimensionar los parámetros críticos de tronadura para un entorno ausente
de caras libres. Estas deben ser detonadas en una secuencia apropiada a fin de aprovechar la
cooperación entre las ondas de esfuerzo generadas por la tronadura, y así maximizar la efectividad
del PA.
El objetivo principal de eta técnica es promover la generación de nuevas fracturas en el macizo
rocoso. Los fenómenos físicos que ocurren en la vecindad de una perforación durante e
inmediatamente después de la detonación de una carga explosiva cilíndrica son intrínsecamente
dinámicos.
La fragmentación mediante explosivos industriales resulta del efecto combinado de la onda de
esfuerzos y la presión de los gases generados por la explosión, aunque las ondas representan una
pequeña fracción de la energía del explosivo (3%-20%), estas juegan un rol importante en el
Preacondicionamiento del macizo para el subsiguiente efecto de la alta presión de los gases.
Mecanismos de fractura mediante explosivos
Inmediatamente después de la detonación (del orden de microsegundos), se desarrolla un intenso
pulso de presión de alrededor de 1.000 Mpa, fenómeno resultante de la reacción química
exotérmica de detonación con temperaturas en torno a 3000 K. Esta reacción se propaga a lo largo
de la columna de explosivo, inicialmente como una poderosa onda de choque que luego decae
irradiándose hacia el interior del macizo rocoso circundante, como una onda de esfuerzo elástica
(Chacón et al., 2003).
El pulso sobre las paredes de perforación por la onda de choque es varias veces mayor a la
resistencia del macizo rocoso circundante, lo que genera una zona altamente triturada alrededor
de la perforación (ver ilustración 2). El pulso de esfuerzo viaja alejándose de la zona triturada
propagándose bajo un estado esencialmente elástico conformando un conjunto de esfuerzos
radiales (compresivos) y tangenciales (tensión). Como consecuencia de los esfuerzos tangenciales
se inicia la propagación de fracturas radiales desde los extremos de las discontinuidades (se
estima que las fracturas se propagan aproximadamente a 1/6 de la velocidad de la onda de
compresión). Por otro lado la presión ejercida por los gases produce a continuación de la onda de
esfuerzos, abre y extiende las fracturas radiales creadas por la onda de esfuerzo, esto permite la
formación de fragmentos de variados tamaños.
Ilustración 2: Representación esquemática de los procesos que ocurren en la roca circundante a la detonación de una columna de carga explosiva.
Efectos de la detonación precisa
Los tiempos de retardos influyen en casi todos los procesos de tronadura; extensión final de la
zona dañada, forma de la pila de material tronado y fragmentación. Uno de los mayores avances
ha sido el desarrollo de los detonadores electrónicos, los cuales permitieron reducir la dispersión
de los retardos al rango de unos pocos microsegundos y a un número ilimitado de intervalos de
retardos. El beneficio real de los retardos reside en la interacción y/o colisión de las ondas de
esfuerzos creadas por la detonación, permitiendo una administración más eficiente de la energía
disponible.
La efectividad de la detonación precisa en un proceso de PA reside fundamentalmente en el grado
de conocimiento que se tenga de la distribución del campo de velocidades de propagación de las
ondas sísmicas en el volumen del macizo rocoso que debe ser tratado. La roca primaria presenta
un alto grado de homogeneidad que permite esperar una baja variabilidad de sus propiedades
dinámicas en un gran volumen.
Preacondicionamiento mixto
La hipótesis del uso combinado de las dos tecnologías anteriores, es que las discontinuidades
generadas mediante el primer método servirían de superficies reflectoras para el campo de ondas
de la posterior tronadura, concentrando el mayor efecto entre las fracturas hidráulicas y
minimizando la posibilidad de acoplamiento desfavorable de ondas fuera de la zona de interés.
Respuesta del macizo rocoso
El efecto principal de PA es el debilitamiento mecánico del macizo rocoso, favoreciendo el grado
de fragmentación el proceso de hundimiento, la propagación gravitacional y la respuesta sísmica.
Fragmentación
Los fragmentos de rocas producto del caving, están limitados principalmente por estructuras
geológicas (fallas o vetillas), estas se denominan geotécnicamente activas, y en un ambiente de
alto desconfinamiento pueden deslizar para desintegrar el macizo rocoso.
Mediante el DDE se debilitan las estructuras y generan microfracturas en la roca que interactúan,
aumentando la probabilidad de formación de bloques de menor tamaño.
A mayor escala tanto el FH como el DDE evitan la formación de macrobloques que pueden generar
cargas puntuales sobre los pilares del nivel de producción. Así mismo disminuir el tamaño de los
fragmentos reduce los eventos de colgaduras y requerimientos de reducción secundaria.
Hundibilidad
Dado que el PA genera nuevas fracturas o el debilitamiento de las fracturas existentes (con menor
o nula resistencia al cizalle y a la tracción), esto hace que el macizo rocoso sea más débil en
respuesta a la combinación de esfuerzos inducidos, fuerza de gravedad y desconfiamiento,
facilitando el fallamiento progresivo y controlado.
A su vez, mediante el debilitamiento del macizo se reduce la probabilidad de formar arcos estables
en propagación del hundimiento, disminuyendo los riesgos de air blast.
Respuesta sísmica
El macizo rocoso primario, por su rigidez y resistencia, acumula gran cantidad de energía en un
proceso de caving de altos esfuerzos. Cuando esta excede la resistencia del macizo, se produce un
colapso y la energía se libera en forma sísmica (eventos de magnitud proporcional a la energía
liberada).
En un macizo preacondicionado las nuevas fracturas y estructuras debilitan el macizo
transformándolo en un medio que libera durante su quiebre una menor energía. De esta manera,
la respuesta sísmica de alto riesgo es menor y también la probabilidad de originar estallidos de
roca.
Capítulo 3 – Geocaracterización del macizo rocoso para la aplicación del
Preacondicionamiento
Conocer con el mayor grado de detalle posible las condiciones geológicas y geotécnicas del
ambiente donde será ejecutado el PA es vital tanto para el diseño, como para cuantificar el grado
de intervención provocado al macizo.
Geocaracterización del macizo primario
El ambiente geotécnico donde se emplaza la explotación minera subterránea de Codelco Chile, se
caracteriza por la presencia de macizo rocoso tanto primario como secundario. La roca primaria se
llama a un material de matriz fresca, de alta resistencia, impermeable, masivo y practicante
desprovisto de discontinuidades geológicas abiertas. Si bien se puede observar un número
considerables de defectos en forma de vetillas, estos se encuentran completamente sellados por
minerales relativamente competentes.
Por el contrario, la roca secundaria presenta un porcentaje importante de discontinuidades
geológicas abiertas y con rellenos blandos, por ende corresponde a un material permeable, pero
no necesariamente de menor resistencia mecánica.
Mediciones y ensayos utilizados en las faenas de Codelco para caracterizar adecuadamente el
macizo:
� Estado tensional in situ mediante celdas HI (Hollow Inclusión); La determinación del
campo de esfuerzos es relevante para el diseño del PA.
� Constantes elasto-mecánicas del medio; mediante tomografías de alta resolución.
� Geofísica de pozos; por medio de perfilaje (imágenes acústicas)
� Ensayos físicos de laboratorio; ensayos estáticos, espectroscopia de resonancia no lineal,
propagación de ondas sísmicas, monitoreo acústico
Capítulo 4 – Aplicación de Técnicas de Preacondicionamiento en Minería
de Caving
Fracturamiento hidráulico
Las primeras actividades consistieron en hacer un análisis conceptual y experimental para evaluar
los parámetros geotécnicos que determinan las condiciones del FH en roca primaria.
Criterios de diseño
La morfología de las fracturas hidráulicas (parámetro importante tanto para el diseño como para
el resultado del proceso) está controlado fundamentalmente por los esfuerzos in situ,
características geoestructurales, resistencia del medio rocoso a la formación de fracturas
(tenacidad), porosidad, conductividad hidráulica del medio rocoso, y finalmente de la efectividad
del sistema de sellado de los packers y capacidad del sistema de bombeo.
Tras los procesos de intervención llevados a cabo se han establecido que los parámetros
relevantes requeridos para el diseño de una operación de FH son la orientación, el tamaño de las
fisuras generadas y la distancia crítica de interacción entre ellas, los cuales entregan los criterios
para:
� Selección del volumen a preacondicionar
� Diseño de perforaciones
� Malla de perforación
� Secuencia de fracturamiento
� Franjas de protección
Parámetros del Sistema de Bombeo
Para definir la aplicabilidad del FH en cierto tipo de macizo, se efectúan pruebas denominadas
Minifrac, con el fin de determinar los principales parámetros para ejecutar el sistema de bombeo:
� Presión de quiebre o iniciación (Pb); presión máxima requerida para iniciar fracturas.
� Presión de propagación (Pprop); presión requerida para mantener una fractura
extendiéndose a través del medio rocoso.
� Presión de reapertura (Pro); presión necesaria para reabrir y propagar una fractura pre-
existente
� Presión de cierre (Pcl); presión a la cual se estabiliza el sistema que se ha cerrado la
inyección (relacionado con σ3)
� Velocidad de propagación (Vprop); velocidad de propagación de las fracturas depende
directamente de la capacidad de inyección de fluido, permeabilidad del medio rocoso y el
espesor de las fracturas hidráulicas.
Equipos y componentes para FH
Gracias a las pruebas de Minifrac es posible definir las principales variables del sistema de
bombeo, esto es el par presión-caudal mínimo (P-Q), que debe disponer la bomba principal.
El equipo de FH consiste básicamente en un sistema de bombeo de alta presión y caudal, una
bomba de alta presión y bajo caudal para el inflado de los packers y el sistema de straddlepackers:
� Bomba de fracturamiento; provee flujo a alta presión, el cual permite iniciar la factura y
propagarla al interior del macizo.
� Packers (sellos inflables); elementos inflables que se utilizan para sellar el pozo e impedir
la filtración del fluido entre este elemento y la pared del pozo
� Otros equipos; se utilizan sondeadoras para posicionar el straddlepacker dentro del pozo
a la profundidad requerida, también se instalan un sistema microsísmico local con el
objeto de controlar la actividad sísmica inducida por el FH.
Operaciones Unitarias de FH
Los trabajos específicos que deben ejecutarse son:
� Posicionamiento el packet al interior del pozo; Previamente se debe tener la maquina
sondeadora en forma alineada con la perforación, posteriormente introducir elemento y a
la última barra se le conecta l cable de inyección de agua.
� Inflado de los packer; antes se debe aislar el sector alrededor de la bomba (radio mayor o
igual a 4 m), el inflado de packer se realiza mediante la bomba neumática, hasta un
presión de 3MPa superior a la presión estimada de quiebre de la roca.
� Bombeo para la generación de fracturas; una vez arrancada la bomba Triplex se inicia el
proceso de de fracturamieto.
� Monitoreo de la creación extensión de la fractura; se monitorean en tiempo real
principales variables presión del sistema de inyección, del straddle packer y del caudal
inyectado.
� Liberación de las presiones involucradas; posterior al fracturamiento se debe hacer una
liberación controlada de las presiones. Se debe tener cuidado con la generación de
presiones remanentes.
Índices Operacionales y Parámetros del FH
Tras los experimentos realizados en el sector Diablo regimiento - Fase I – División El Teniente, se
revelaron una serie de índices operacionales del FH; se obtuvo un valor medio de 74
fracturas/pozo en pozos de 118 metros de largo en promedio, un turno de 8 horas genera entre 4
a 6 fracturas (turnos productivos, más de 3 fracturas por turno), principales problemas
operacionales son el traslado de equipos (37%), atasco de los straddlepackers (33%) y cambio de
sellos (19%), y finalmente el tiempo de generación de fractura fluctúa en el rango de 15 a 20
minutos.
Morfología de una fractura hidráulica
El proceso de hidrofracturamiento se dividió conceptualmente en tres etapas, y cada fractura se
considerada como un sistema aislado.
� Inicio de fractura; El inicio de la fractura se realiza en dos puntos diametralmente opuestos
en la superficie de perforación, dando origen a dos fracturas que no se encuentran
inicialmente conectadas.
� Propagación intermedia; Una vez iniciada la fractura esta gira para alinearse
perpendicularmente a la dirección de esfuerzo in situ menor, el principal factor que influye
en esta rotación es la orientación de la perforación respecto a los esfuerzos in situ.
� Propagación estabilizada; La fractura tiende a propagarse de manera radial, como se
puede apreciar en la ilustración 3.
Ilustración 3: Vista en planta de fractura hidráulica
Existe un tiempo crítico en el cual la filtración comienza a ser un factor importante en la dinámica
de la fractura, el parámetro de mayor relevancia en la extensión de la fractura es el coeficiente de
filtración de Carter. A medida que aumenta el tiempo la tasa de crecimiento disminuye.
Interacción entre fracturas
La influencia de la fractura estabilizada sobre la fractura en propagación se realiza a través del
campo de esfuerzos inducidos, lo que generara que esta fractura adquiera una curvatura
acercándose a la fractura existente.
Monitoreo de fracturas hidráulicas en Codelco
Tras las aplicaciones de FH realizadas en Andina, Chiquicamata subterráneo y Teniente (esta
última con la mayor cantidad de ensayos). Se obtuvo en resumen que el radio de propagación de
las fracturas hidráulicas varían entre los 18 y 28 m, y el tiempo de inyección del fluido una vez
iniciada la fractura hasta que se estabiliza es del orden de los 30 min para todas las pruebas.
Debilitamiento Dinámico con explosivos
Se realizaron pruebas de PA con tronadura en la Divisiones Andina y Salvador, inicialmente el
2001 en división andina y posteriormente 3 pruebas (2 en división Andina y 1 en Salvador), estas
últimas pruebas se utilizó el sistema modular, el cual consiste en quemar grupos entre 3 a cinco
pozos. Las dos últimas pruebas realizadas en Andina tuvieron aplicación industrial, ya que se
realizaron en sectores comprometidos en los sectores de hundimiento.
Parámetros para el diseño del DDE
El DDE hace uso de la interacción entre ondas de esfuerzo generadas por la detonación de cargas
cilíndricas en un ambiente subterráneo confinado sin caras libres. El propósito es aprovechar al
máximo la energía disponible de las ondas de esfuerzo mediante una secuencia apropiada de
detonación de tal forma de provocar el mayor daño al macizo rocoso.
Para este objetivo existe una fase previa de modelamiento numérico, cuyos datos de entrada
provienen de la caracterización geodinámica del macizo y caracterización del explosivo.
Caracterización geodinámica
Se ejecuta una prueba a escala industrial y tiene como objetivo evaluar el comportamiento del
macizo frente a la detonación de cargas confinadas de explosivo.
Esta caracterización consiste en la detonación de pequeñas cargas de explosivo, del orden de 150
a 200 kg, donde se registra mediante un arreglo espacial de geófonos y acelerómetros las
vibraciones generadas por el evento. Esto permite medir la velocidad de detonación del explosivo
(VOD), las velocidades inducidas durante la detonación del macizo rocoso y el nivel de las
vibraciones.
La VOD permite determinar el régimen de propagación (tipo de frente y amplitud de las ondas que
se propagan por el macizo producto de la detonación del explosivo), el cual sumado a la
geometría de la carga permite estimar la forma y amplitud de las ondas.
Explosivo a utilizar
El explosivo seleccionado fueron las emulsiones con un VOD de 5.600 m/s y presiones de
detonación del orden de 4.000 MPa (frente al Anfo con VOD cercano a 4.000 m/s y presión de
detonación de 1.300 MPa). Esta emulsión fue especialmente formulada para cumplir con los
requerimientos del PA, por una parte se redujo su densidad para disminuir la carga hidrostática,
considerando que se requieren alturas de columna de explosivo del orden de 100 m, por lo que el
peso de la columna podría inducir a la migración de la fase gaseosa de la emulsión dejándola
inerte (reemplazo de burbujas de aire por microesferas sólidas huecas).
Criterios Generales de Diseño del DDE
La primera acción frente al diseño de DDE es dejar un pilar de protección de 20 a 30 m entre el
sector a preacondicionar y otros sectores mineros.
� Malla de perforación; Es importante que la malla de perforación permita que los
volúmenes proyectados a tratar con PA interactúen provocando un debilitamiento en todo
el sector de interés, evitando zonas sin efecto.
� Carguío y tronadura; Al realizar perforaciones ascendentes se debe cuidar que la longitud
de la columna de explosivo tenga la misma altura de carga en todos los pozos, situación
controlada por la dimensión de los tacos.
Equipos y componentes
� Perforadoras; Se probó la tecnología Wassara, la cual contiene un combinación del
sistema DTH con flujos de agua inyectados a gran presión.
� Anclaje para guirnalda; dispositivo mecánico que se ancla se ancla sobre la pared del pozo
cuando se intenta desplazar en sentido inverso al ingreso a la perforación.
� Dispositivo de PVC para el taco de retención; el objetivo del taco es contener el explosivo
al interior del pozo y evitar que, una vez iniciada la tronadura, se libere la presión ejercida
por los gases.
Operaciones unitarias
La aplicación del DDE puede ser ejecutado en forma ascendente como descendente, en este
contexto, la operación de ambas modalidades difiere tanto en forma como se realiza y en los
dispositivos utilizados.
El libro se centra en la modalidad ascendente para la cual se describen los siguientes trabajos
secuenciales:
� Perforación
� Colocación de anclaje para guirnaldas
� Confección e instalación de guirnaldas
� Construcción del taco de retención
� Carguío del explosivo
� Detonación
� Diferencias del DDE ascendente
Existen dos formas de realizar la tronadura, modular y masiva, el diseño modular minimiza el
posible daño a la infraestructura cercana y permite que el PA sea hecho como una operación
unitaria más dentro del ciclo de preparación del hundimiento. Ejemplo de diseño modular
efectuado en Andina en ilustración 4.
Ilustración 4: Configuración proyectada de módulos para DDE, en área 11 III Panel, División Andina.
Preacondicionamiento Mixto
El PA mixto corresponde a la aplicación de ambas técnicas (FH y DDE), por separado y en forma
secuencial, pero aplicadas a un mismo volumen de roca. El objetivo es provocar un mayor grado
de PA en el macizo mediante la combinación de los efectos de ambos métodos. Ejecutándose
primero el FH y posteriormente el DDE, es preferible perforar los pozos para DDE posterior al FH.
Por un lado las discontinuidades generadas por el FH servirían de superficies reflectoras para el
campo de ondas generadas por la detonación de cargas explosivas, para así incrementar su
potencial generador de nuevas fracturas. Además se asume que las fracturas generadas por el FH
restringen el volumen de acción que podrían ocupar los frentes de odas generados por la
detonación.
El efecto de estas fracturas sobre el campo de ondas generados por el DDE es un tema de
investigación, pero aun así la técnica mixta permite la aplicación de DDE modular lo que reduce la
cantidad de pozos tronados.
Límites de las Aplicaciones
No existe una pauta que sirva de guía previa para la aplicación del PA que ayude a definir un área
factible a tratar en base a aspectos técnicos, litológicos y económicos. Por lo que los limites
observados a continuación corresponden a lo observado en terreno.
Limitaciones del FH
Los resultados de las Fase I indican que si bien el FH ayuda a mejorar la respuesta sísmica del
macizo y la velocidad de propagación del caving, no aporta un mayor grado de fragmentación de la
roca, a excepción de Salvador donde disminuyo un 10% el P80.
Otra limitación producto de la tecnología es que la distancia mínima entre fracturas des de 1,5 m,
también el FH es aplicable solo cuando el estado tensional del macizo tiene el esfuerzo principal
mayor cercano al plano horizontal
Limitaciones del DDE
El DDE está limitado principalmente por las características propias de la tronadora, como la
cantidad máxima de explosivos a utilizar, para evitar daños secundarios. También existe un límite
de 120 m de altura para DDE ascendente.
Capítulo 5 – Efectos del Preacondicionamiento en la explotación de un
Macizo Rocoso
El desarrollo del PA permite incrementar la dinámica de propagación del caving, mejorar la
extracción del mineral al disminuir eventos de colgadura y asegurar la hundibilidad del macizo,
entre otros.
Las variables consideradas en los resultados obtenidos son: la fragmentación, colgaduras,
reducción secundaria, respuesta sísmica, y hundibilidad.
Mientras el DDE y la variante mixta modifican todas las variables analizadas, el FH demostró tener
efectos solo sobre la respuesta sísmica y hundibilidad.
Los objetivos del PA difieren en cada División en las cuales de realizaron las pruebas dado que
presentan diferentes condiciones geotécnicas, por ejemplo en Andina y Salvador se tienen bajos
esfuerzos in situ y alta competencia de roca primaria, por lo que se busca mejorar la hundibilidad y
evitar colgaduras (disminuyendo la fragmentación), en cambió en Teniente donde existe altos
esfuerzos in situ, la prioridad del PA es asegurar la hundibilidad.
Metodología para medición de variables mineras
A continuación se describe la metodología utilizada para la medición, representación y análisis de
variables. Descrita en la siguiente tabla 4.
Tabla 4: Metodología de medición y frecuencia de muestreo de variables de interés
Variable Metodología de medición Frecuencia de
Muestreo
Fragmentación Medición del semi eje mayor de la colpa más grande
del punto de extracción, fotografía digital y se completa cartilla Flip Chart
Cada 1.000 t
Estado del punto de extracción
Observación en punto de extracción Cada 1.000 t
Reducción secundaria Registro de cartillas de reducción secundaria Diaria
Daño infraestructura Observación en punto de extracción Cada 15 días
Producción Bases de datos divisionales Turno a turno
Fragmentación
Evaluada como producto final en el punto de extracción. A continuación se exponen los resultados
obtenidos del seguimiento y análisis de la variable fragmentación para cada una de las Divisiones.
División el Salvador
La fragmentación se evaluó mediante fotografías tomadas en los puntos de extracción para la
fracción media y fina, y mediante inspección visual para la fracción gruesa correspondiente a las
colgaduras.
Se pudieron apreciar variaciones graduales del tamaño de los fragmentos preacondicionados
mediante FH y por PA mixto en diferentes sectores, la comparación entre ambos resultados se
puede apreciar en la ilustración 5, los cuales muestran una disminución de un 13,5% para el FH
(P80 de 1.47 m) y un 25,9% para el caso del PA mixto, con respecto a la línea base (P80 de 1.26 m).
Ilustración 5: Distribución granulométrica promedio por tipo de PA
División Andina
Primera fase DDE (1999)
En la primera fase de PA se aplico básicamente el DDE, en donde se realizo un muestreo
fotográfico de los puntos de extracción, tanto del sector con PA como de un sector sin PA (P80 de
1,4 m). El tamaño representativo para la roca sometida a PA varía su P80 entre 0,7 y 0,8 m, lo que
representa una disminución de un 50% del tamaño P80 del macizo sin PA, se pueden apreciar
estas diferencias en Ilustración 6.
Ilustración 6: Imagen típica de roca primaria. (a) roca primario sin PA . (b) macizo con PA.
Segunda Fase FH y PA mixto (2004)
En esta fase se aplicaron los métodos de FH y PA mixto, en donde los puntos observaos presentan
valores de P80 en promedio un 30% menor a lo esperado. Estas diferencias se pueden apreciar en
la siguiente tabla 5.
Tabla 5: Valores medios de tamaños por sector, División Andina.
Sector P80 (m) Diferencia P80 respecto
línea base Diferencia P80 respecto entre
zonas FH-Mixto
FH+DDE 1.17 -18.40% -5.40%
FH 1.24 -13.70% -
Sin PA 1.44 - -
Tercera Fase de monitoreo (2007-2010)
Esta fase consistió en un monitoreo de variables, de manera separado en las áreas sin PA, con FH y
con PA mixto. Este monitoreo se focalizo en el intervalo de extracción entre los 20 y 50 m, dado
que bajo los 20 m hay material de socavación y apertura de bateas y sobre los 50 m existe
presencia de material secundario y con conminución por trasporte gravitacional.
División Teniente
El objetivo de la evaluación efectuada fue cuantificar los efectos del PA mediante FH sobre la
granulometría de la columna de mineral in situ, la actividad de reducción secundaria, los índices de
productividad, de daño y sismicidad inducida.
Se consideraron los siguientes escenarios de control y análisis producto de la condición post
aplicación de la técnica FH:
� Zona sin PA (hasta 20 m)
� Zona de Transición (20 y 40 m, mezcla de material con y sin PA)
� Zona PA (sobre 40 m, se estima presencia de material afectado por FH)
En los resultados realizados en Diablo Regimiento y Reservas Norte no se observa correlación
evidente entre la fragmentación, litología y dominios estructurales presentes.
Resumen de Resultados
Los resultados permiten concluir que la aplicación de DDE masivo provoca el mayor impacto en
términos de reducción de la fragmentación, logrando que el P80 de la roca primaria disminuya en
un 50% aproximadamente con respecto a la roca sin PA.
Para el caso de PA mixto se obtuvieron reducciones del P80 de un 33,5% (Salvador 2004), 30%
(Andina 2005) y 18,4 % (Andina 2007).
Las aplicaciones con FH producen un bajo impacto en la fragmentación, logrando reducir el P80 en
un 10% en Salvador y un 13,7 % en Andina, y para el caso de teniente las variaciones fueron aun
menores.
Descuelgue y reducción secundaria
La continuidad y eficiencia del proceso de explotación de roca primaria se ve fuertemente
afectadas por la baja disponibilidad de los puntos de extracción, es por ello importante relevante
cuantificar el impacto del PA en las operaciones de descuelgue y reducción secundaria al
momento de evaluar los planes mineros.
A continuación se presentan los resultados obtenidos para estas variables en distintas divisiones
de Codelco.
División Salvador
Se observo una disminución progresiva de los eventos a medida que progresa la extracción, tanto
en la zona de línea base como en la zona con PA, a la vez también disminuye el número total de
bolones en ambas zonas. Se puede apreciar que los eventos de reducción secundaria disminuyen
un 44,2 % y el valor total de bolones un 65,3%. Sin embargo no se observa una diferencia entre la
distribución del número de eventos de reducción secundaria entre la zona de FH y PA mixto,
mientras si se da una pequeña variación en el total de bolones con mayor frecuencia en la zona del
PA mixto.
División Andina
Durante las tres fases desarrolladas en Andina se recopiló y evaluó una serie de resultados
respecto de colgaduras y reducción secundaria que ha mostrado el PA en sus variantes FH, DDE y
PA mixto.
Primera fase 1999-2001
Se constató que el Preacondicionamiento del macizo rocoso permitiría conseguir granulometrías
mas controladas y finas. Los índices de cachorreo para los distintos rangos de tonelaje extraído se
reducen en promedio un 48,18% en el sector con PA y el índice de quemadas promedio en un
43,45%. Resultados se pueden encontrar en tabla 6.
Tabla 6: Índices de cachorreo y quemadas por rango de tonelajes. División Andina.
Tipo Material
Actividad realizada Rangos de 5Kt extraídas
0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30
Cachorreo Sin PA 9.23% 10.89% 13.41% 13.90% 8.22% 10.96%
PA 4.97% 7.88% 6.28% 4.89% 4.54% 5.20%
Quemada Sin PA 8.89% 15.42% 17.49% 16.16% 13.89% 12.12%
PA 6.66% 10.65% 9.88% 6.56% 6.14% 6.55%
Cachorreo Variación c/r S/PA -42.15% -27.64% -53.17% -64.82% -44.77% -52.55%
Quemada Variación c/r S/PA -25.08% -30.93% -43.51% -59.41% -55.80% -45.96%
Cachorreo Variación c/r S/PA
-48.18%
Quemada -43.45%
Variación promedio Total -45.82%
Segunda fase de monitoreo 2004-2006
SE observo una disminución en la frecuencia de cachorreo de un 26% respecto a la línea base
considerada para el 2001, en donde se utilizó PA mixto.
Tercera fase de monitoreo 2007-2010
Este periodo de monitoreo esta aun en desarrollo, y a la fecha no muestran una mejora en los
sectores preacondicionados respecto a la zona sin PA.
División Teniente
Como se indico los sectores evaluados fueron Diablo Regimiento y Reservas Norte tras aplicar FH.
Eventos de reducción secundaria en Diablo Regimiento
Se consideraron como se menciono anteriormente Zona sin PA, de transición y con PA. Se observo
que la reducción secundaria aumentó progresivamente con la altura hasta el sector de 20-30 m de
columna extraída para luego decrecer sostenidamente llegando a 5+/- 4 eventos de reducción por
punto de extracción. (versus promedios representativos del número de eventos por zona es de 9-
+5, 17-+5 y 8-+5)
Índices de reducción secundaria e interrupción de flujo
El índice de reducción secundaria (IRS) en Diablo Regimiento es 8,56 en área con FH vs 10,39 en la
línea base) disminución de un 17,6%, cabe señalar que afecta condiciones operativas ya que en
zona sin PA se utilizan palas de 7yd3 mientras que en zona con PA se utilizan palas de 13 yd3.
Resultados Finales
Índices utilizados para cuantificar el impacto en el descuelgue y reducción secundaria a lo largo de
distintas aplicaciones de PA se pueden apreciar sus resultados en tabla 7.
Tabla 7: Impacto del PA en la variable descuelgue y reducción secundaria respecto a las líneas bases divisionales.
División
Andina Salvador Teniente
Año Aplicación
Industrial 2001 2005 2007 2008 2004 2005 2007 2007
Período
Medición 2001 2003
2005 2006
2007 2010
2008 2010
2003 2006 2005 2010
2007 2010
2010
Variable Indicador DEE FH + DDE
FH + DDE
FH FH + DDE
FH FH DR F1
FH DR F2 y F3
FH RENO
Descuelgue y reducción secundaria
Índice de quemada
-46% -26%
IRS
s/v s/v
-54% s/v -18%
IFF
s/v -20%
s/v s/v s/i
Nº eventos de red. sec
-44.2%
Nº de bolones
-65.3%
Sismicidad inducida
La socavación por hundimiento provoca una desestabilización del macizo rocoso hasta sus estados
límites, por lo que la roca busca restablecer una condición de equilibrio provocando una actividad
microsísmica causada por la nucleación y coalescencia de fracturas. Así mismo existe sismicidad
asociada a la desestabilización mecánica que genera el PA del macizo rocoso.
La presencia de fracturas creadas por FH y/o microfracturas por DDE, permite liberar
gradualmente la energía acumulada en el cuerpo rocoso durante la propagación del hundimiento.
La aplicación del PA provoca un efecto inmediato de desequilibrio en el macizo rocoso, para
rápidamente entrar a una fase de reacomodo y restablecimiento natural del equilibrio dinámico,
lo que implica liberación de parte de la energía contenido en su estado intacto
La respuesta de la actividad minera de un macizo con PA, se manifiesta con u aumento en la
frecuencia de los eventos sísmicos asociados al proceso de extracción y con el descenso en las
magnitudes máximas registradas.
Hundibilidad o tiempo de conexión a material quebrado
El concepto de hundimiento sostenido en roca primaria se entiende como la condición de colapso
del macizo a la cual la tasa de extracción del mineral o tiraje se hace independiente de la velocidad
de propagación. Se han desarrollado metodologías empíricas (Laubscher, 1977) para predecir la
hundibilidad en función de la calidad de la roca, la extensión y geometría del área socavada, las
cuales son menos certeras para macizos muy competentes y casi desprovistos de fracturamiento.
Las estructuras generadas por el PA, al tener menor resistencia al cizalle y a la tracción, debilita el
macizo rocoso lo que facilita el fallamiento progresivo y controlado que se traduce en un mayor
quiebre de la columna de roca in situ respecto a la cantidad de material extraído. También se
reduce la probabilidad de formar arcos estables disminuyendo el riesgo de air blast, y permite al
macizo colapsar con una menor área abierta.
División Andina
La evaluación de la hundibilidad en División Andina se efectuó a partir de los resultados obtenidos
en una de las pruebas preliminares de PA, y posteriores a la aplicación del PA.
Dentro de los resultados relevantes se pudo constatar que luego de aplicar el PA, se tradujo en un
35% de ahorro en el área inicial de socavación, y se constató que el proceso de inició del caving
fue espontaneo y continuo, sin presencia de grandes colgaduras en el frente.
División Teniente
En este caso se estudio el efecto del PA en el tiempo de conexión (intervalo trascurrido entre el
inicio de la extracción y el momento en que se alcanza el techo de la columna), el cual sin PA se
estimaba en 23 meses, y se alcanzo con PA en 10 meses.
Otros Efectos
También se evaluaron posibles aspectos adversos que pudiesen resultar de la aplicación del PA,
en:
Evaluación de potencial daño a la infraestructura
Se estudiaron por separado las distintas variantes de PA:
Efecto del FH; Se observo que los puntos de extracción muestras un daño progresivo típico, mas
correlacionado con el aumento del tonelaje extraído y cercanía con los frentes de socavación.
DEE masivo; Se observo un lajamiento intenso de unos cuantos centímetros de espesor,
principalmente asociados al techo y en las zonas circundantes al pozo. Bajo la zona experimental
no se observaron mayores efectos a los que produce una tronadura normal en zanjas.
PA mixto; Respecto a la evolución del daño, se observa un efecto positivo indirecto producto del
PA, relacionada la menor frecuencia de actividad secundaria.
Velocidad de extracción
Para la mayoría de las pruebas no se aprecia una política de tiraje que aumente la velocidad de
extracción, dado que la tecnología aun se encuentra en etapa de validación. Pero las
observaciones de esta variable en distintas aplicaciones de PA muestran que no se aprovecha la
condición macizo con PA, dado que es perfectamente posible aumentar la velocidad de extracción
sin generar efectos indeseados.
Razón altura de extracción – altura de quiebre
Se comprobó un aumento de la razón que relaciona la altura de extracción versus la altura de
quiebre de la columna in situ, sin PA la razón es 1:3 y con PA se puedo confirmar que es de 1:5.
Esto permite comprobar que el debilitamiento provocado por el PA se traduce en una velocidad de
propagación más rápida del caving, generándose una zona mucho más extensa en altura por sobre
el mineral quebrado.
Capitulo 6 – Diseño y Planificación Minera con Preacondicionamiento
A través de los antecedentes empíricos disponibles de las diferentes pruebas realizadas se ha
demostrado que la aplicación de PA modifica la respuesta mecánica del macizo rocoso, sometido a
un proceso de hundimiento y extracción gravitacional.
Estrategias y criterios de diseño
Estrategias de diseño
Las estrategias de diseño involucran decisiones que podrían modificar en forma importante el
proyecto, incluyen el método de explotación y sus variantes, la forma de la frente de explotación,
columnas a explotar, entre otros.
El PA tiene un efecto en las estrategias de diseño geomecánico del método por hundimiento,
como se resume en la tabla 8.
Tabla 8: Variantes de PA y efecto en las estrategias de diseño para el método de explotación
Estrategias de Diseño
Lo modifica el PA (?) Hipótesis de trabajo
FH Mixto
Método de explotación
SI SI Mejora en la hundibilidad, respuesta sísmica y
fragmentación (caso con DDE), facilita método por hundimiento gravitacional
Conexión a Cráter
SI SI Con PA es de menor riesgo que en forma natural,
además es más económico y simple que otras técnicas de inducción.
Variante de panel caving
SI SI Permite aproximarse a hundimiento convencional en
lugar de previo o avanzado, y redefinición de las bandas de protección.
Punto de inicio de caving
SI SI Permite el inicio en columnas de rocas altas. En
macizos masivos y rígidos disminuye el potencial de sismicidad inducida.
Secuenciamiento (orientación del
caving) SI SI
Disminuye el efecto de estructuras mayores al dejar el macizo pre tratado
Geometría (tamaño y forma) del
frente
SI SI Permite explotar frentes más amplias si la variación del
abutment stress es favorable
Desfase SI SI Permite mayot flexibilidad si la variación del abutment
stress es favorable
Interacción (empalme) entre
sectores SI SI
Menos restricciones por subsidencia, por respuesta sísmica y por abudtment stress
Altura columnas SI SI Permite explotar columnas más altas.
Criterios de diseño
Tiene influencia en la efectividad del método de explotación, los criterios de diseño que podrían
ser beneficiados se describen a continuación
� Malla de extracción; El PA podría tener un efecto en el dimensionamiento de las mallas al
disminuir el tamaño de fragmentos, y así asegurar una mayor interactividad del flujo de
mineral.
� Estabilidad de pilares de infraestructura de producción; Dado que el PA mejora la
hundibilidad, disminuyendo la magnitud de la respuesta sísmica y el tamaño de
fragmentación, es posible reducir la posibilidad de colapso y de explosiones de roca.
También la disminución del abutment stress favorecería la estabilidad de los pilares.
� Fortificación; Al igual que los potenciales beneficios mencionados anteriormente y el
cambio en los niveles de esfuerzos del macizo rocoso, son condiciones que se deben
considerar para dimensionar en forma efectiva el sistema de fortificación.
Parámetros de planificación
Es importante tener presente que los resultados de las distintas pruebas de PA realizadas en
Codelco fueron obtenidos en condiciones geológicas y geomecánicas particulares de cada División,
yacimiento y sector donde se desarrollaron.
Los parámetros estudiados se encuentran a continuación
Velocidad de extracción
Parámetro utilizado para controlar el quiebre de la columna de roca in situ sobre el punto de
extracción. Al aplicar el PA, el quiebre completo de la roca in situ se produce cuando la extracción
alcanza el 20% (versus 30% sin PA), debido a que se modifica la razón entre las alturas de
extracción y quiebre. Más allá de este porcentaje el mineral se encuentra completamente
quebrado (casi nulo riesgo sísmico) lo que permite liberar la velocidad de extracción.
Disponibilidad de área y utilización
A pesar de que no hay información disponible respecto al real efecto del PA, se estima que
provoca un aumento del al disponibilidad de área debido a la menor cantidad de pontos en
reparación (5% mayor). De igual forma la utilización se ve mejorada por la disminución de eventos
de colgaduras y cachorreo (se estima en un aumento del 10%).
Ángulo de extracción y de quiebre
Parámetro definido por geomecánica y planificación para el control de la dilución, ver ilustración 7,
el cual depende del ángulo de extracción y razón entre las altura de extracción y de quiebre de la
columna in situ, que como se menciono esta ultima varía con el PA.
Ilustración 7: Variación del ángulo de quiebre en un macizo rocoso. (a) Sin PA. (b) Con PA.
Velocidad de propagación del hundimiento
Velocidad de propagación del caving tiene directa relación con la hundibilidad de la roca, se estima
que el tiempo de conexión con PA se podría reducir en 40% respecto a la estimación sin PA.
Criterio por pérdidas ante colapsos
Debido a que el PA disminuye la generación de macro bloques bajando la probabilidad de
ocurrencia de colapsos, su aplicación disminuye las pérdidas de infraestructuras.