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EL EFECTO DE LA GEOMETRÍA MINERÍA

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Sebastian Diaz Robles

on 7 December 2013

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EL EFECTO DE LA GEOMETRÍA MINERÍA EN LA ESTABILIDAD DEL MACIZO ROCOSO EN EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS
Inestabilidad local y escala global del macizo rocoso
Desde el punto de vista de diseño de la mina, la inestabilidad del macizo rocoso y el comportamiento pueden ser descrito en la escala local (excavación) y escala global (mina). El comportamiento local y la estabilidad dice que afecta a las rocas en lugar del macizo rocos. La falla de la roca por lo general se manifiesta como grietas, apertura de la junta, astillamiento, ruptura pilar, desprendimientos de rocas o estallidos de tensión. Comportamiento global y la inestabilidad dice que para afectar al macizo rocoso a través de gran parte de una mina, se extiende muchos metros de la excavación, a menudo a la superficie. Ellos son manifestados en movimiento a lo largo de zonas de cizalla, en el cierre de la excavación, o como pilar y colapso bloque colgante, hundimiento de la superficie y la formación de hueco, espeleología o grandes explosiones de roca. La falla de roca más típica a escala es el pilar golpeado al bloque colgante o gran bloque footwall.
Introducción
La geometría minera comúnmente se define por dos parámetros: la relación de la extracción (describe el lapso sin apoyo abierto entre pilares) y de la forma del pilar (describe la relación anchura:altura de un pilar).
La geometría minera afecta la concentración de tensión causados por la minería y el estrés distribuido en el macizo rocoso (La roca y el macizo rocoso puede fallar fracturándose,agrietándose, dando desprendimiento, etc. Esto puede provocar un aumento de los riesgos geotécnicos, pero no necesariamente obstaculizar operaciones mineras)

Resumen
La estabilidad de excavaciones subterráneas depende de la geometría Minera definida por la relación de extracción y de la forma de pilar.
Se observó que para los pilares delgados y la relación de la inestabilidad de la roca era local, que se manifiesta como la ruptura pilar y desprendimiento. La estabilidad estaba controlada por comportamiento frágil de roca.

Aberturas en muestras de rocas.
Las muestras fallaron en un modo mixto. Hubo cierta fractura locales de pilares entre las aberturas y el desconchado de roca en la superficie de los pilares.

Muestras de rocas en forma.
La inestabilidad global se registró en las muestras con anchura: altura proporción mayor que 4. A pesar de una proporción relativamente alta de extracción de los pilares, el fallas afectadas en todas las muestras y se iniciaron predominantemente en la base o cabeza de las muestras.
Aberturas en muestras de rocas.
En condiciones de minería simuladas por una horizontal apertura y la relación de extracción de 40%, el modo de falla fue global.

Muestras de varia anchura:relación de altura. Con un ancho pilar: relación altura de 4.0, la pendiente de las curvas de post-falla después de alcanzar la fuerza máxima se convierte en positivo y la capacidad de soporte- cargacomienza a aumentar. Una explicación para este comportamiento es que a medida que la anchura: altura proporción aumenta, los fragmentos no se alejan de la muestra, pero permanecen en su lugar y los segmentos laterales restringen mutuamente, produciendo radial esfuerzo límite.
Las pruebas en las muestras con relación de anchura a altura de entre 1 y 2 mostraron reducción gradual en la capacidad de soporte de carga en la región post-falla. El fracaso de estas muestras se caracterizó por la exfoliación y fractura cortante.

Muestras de rocas en Forma.
Todas las muestras de anchura: relación altura de 1 y 1,5 se han probado, y todas las muestras fallaron.
Aberturas en muestras de rocas.
En condiciones de elevada relación de extracción, el modo de falla fue predominantemente y se manifiesta como desprendimiento local y fracturación horizontal de los pilares.

Relaciones
Relación Altura (radio)
Relación Extracción
Pruebas de Laboratorio
Para determinar la relación entre la geometría de la minería y el comportamiento del macizo rocoso, se realizaron una serie de pruebas de laboratorio a la compresión uniaxial sobre roca.
• Muestras de varias anchura: relación de la altura (discos de diferente altura cortan de una roca núcleo),
• Las muestras de roca en forma de representar pilares de diferente geometría en el circundeo del bloque colgante y muro inferior, y
• Grandes muestras de rocas con aberturas que representan las excavaciones mineras en el macizo rocoso
Inestabilidad roca escala local
Se registró en muestras en las que el ancho pilar: relación altura era inferior al 2 y la relación de extracción de más de 80%, a escala local la inestabilidad tuvo lugar principalmente en la parte central de las muestras. Esto manifiesta como astillamiento o cizallamiento. Las pruebas demostraron que la inestabilidad local es típica de delgados pilares y un alto relación de extracción.

Escala transitoria / inestabilidad del macizo rocoso
Con un aumento de la anchura: La masa de roca tiene un comportamiento e inestabilidad cambiados de escala predominantemente local a una transición escalar (de lo local a lo global). Dicha geometría minera se encuentra cuando un depósito es parcialmente extraído.
Muestras de varias anchuras: En situaciones de estrés inducido por la minería, los pilares desintegrados forman bloques de roca o grandes fragmentos. Sin embargo, que el confinamiento no es lo suficientemente grande como para mantener la tensión constante durante la deformación. La capacidad de carga se reduce a medida que la tensión del pilar aumentó.

La inestabilidad escala global
La inestabilidad global se observó en las muestras con ancho: relación de altura a más de 4 y la relación de extracción de menos de 40% (cuando un depósito se extrae de manera selectiva).
La figura. 2. Si no a través de la parte de pilar de la muestra (anchura: relación de altura 1.5).


La figura. 1. Comportamiento frágil de una muestra
delgada (anchura: relación altura 0,5).


La figura. 5. La falla a través de la parte de pilar y bloque colgante de una muestra (anchura: relación altura 2).


La figura. 4. acumulación de material astillado alrededor de una muestra.


Con Ancho
: relación altura de más de 2, todos los especímenes comenzaron mostrando un patrón de fractura centrada con la exfoliación en la periferia.
Muestras de rocas en forma
. Los pilares con relación justo por encima de 2 tendían a exhibir la falla dentro de la parte central de la muestra, mientras que las muestras con una relación de por encima de 3 no a través de la pared superior o muro inferior ( se debió a un efecto de punzonado).

Figura. 6. Fracaso local y global mixta
de una muestra con aberturas.

Hubo una reducción en la eficacia área de sección transversal de la muestra. Esta es la razón por la que la tensión en el núcleo es difícil para estimar.


La figura. 8. falla a través de la parte
pared superior de la muestra.


La figura. 7. Fracturas concéntricos con un núcleo
sólido en el centro de una muestra
(anchura: relación de altura de 4,0).


Con Ancho
: altura relación 4, todas las muestras
que muestran una falla circular distinta patrón
de fracturación.


Comportamiento del macizo rocoso
Las pruebas de compresión uniaxial hechas sobre muestras de roca confirmaron que la geometría de la mina afecta comportamiento del macizo rocoso y los modos de falla. Los pilares delgados sometidos a altas tensiones, se rompieron mientras pilares astillado especialmente en la mitad de la altura, formando los llamados pilar hourglassing. En situaciones subterráneas esto resulta en una reducción en el área de soporte del pilar que conduce a que el pilar colapse. Se observó que el tamaño de los fragmentos formados durante la falla de especímenes dependía de la geometría de pilar.

La figura. 9. Falla global en corte a lo largo de los
planos visibles de debilidad (relación de extracción
del 42%) (Después de palanca, 1994).


Con el aumento de la anchura:
el comportamiento del pilar post-falla cambió de quebradizo a características de deformación dúctil. La deformación dúctil ocurre cuando la roca se puede sostener en permanente deformación sin perder capacidad de carga.

La Deformación del Pilar es determinada por las características de la pre-falla de roca.
Cabe señalar que el fallo de un número de pilares delgados puede conducir a problemas globales de estabilidad.
Las excavaciones de minería afectan sólo una porción relativamente pequeña del macizo rocoso y la falla es controlada por características estructurales en lugar de las concentraciones de esfuerzos locales.


Conclusión
• En condiciones de alta extracción pilares fracasado en el modo local por la rotura o desprendimiento de fragmentos de roca relativamente grandes. La estabilidad de la masa de roca fue controlada por comportamiento frágil previsión de fallos.
• En condiciones de extracción parcial se observó la transición de lo local a la inestabilidad a escala global. Después de la obtención de la fuerza máxima, las muestras fallaron progresivamente exhibiendo algunos post-falla fuerza.
• En condiciones de extracción selectiva la estabilidad de las muestras fue controlado por comportamiento dúctil post-falla. Los resultados confirman la validez de la regla de oro de los antiguos mineros que dice que un pilar no debe tener una anchura: relación de altura de menos de dos.

La ventaja de diseño de pilar con un alto ancho: relación altura es que esos pilares presentan una alta post- resistencia a la rotura y se comportan de una manera dúctil. Pilares que se exhiben delgado comportamiento frágil.

La figura. 11. Comportamiento generalizado del macizo rocoso en el ambiente de alta tensión.

Las muestras de varias anchuras:
Muestras delgadas (anchura: altura relación de menos de 2) falla violenta, en un modo de ruptura, ya sea en un periodo corto de tiempo o inmediatamente siguiendo el peak de la fuerza máxima.




La figura. 1. Comportamiento frágil de una muestra delgada (anchura: relación altura 0,5).



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