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MECANICA DE ROCAS (MI4060)
DISEO EMPIRICO
DE CASERONES
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Los caserones son la unidad bsica de explotacin en minera
Estos se pueden dejar vacos (sub-level stoping), rellenos (cut and
fill) o dejarlos colapsar (caving)
El diseo de caserones se realiza con grficos de estabilidad queincorporan una relacin entre la estabilidad del macizo rocoso y el
tamao/forma de la excavacin expuesta
Caserones
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Nivel de perforaciny tronadura
Pared colgante(hangingwall)
Nivel deextraccin
hw
(Geoffrey, 2009)
Vista enplanta
Caserones
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Caserones
45m
20m
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Measure of excavation geometry
Measur
eofrockmass
qualityandmining
A STABLEcasehistory of a single
excavation surface
An UNSTABLEcasehistory of a singleexcavation surface
The STABILITY BOUNDARYseparates the stable and unstablecases as well as possible. It maybe linear or curved.
2) Sin entrada de personal:
Grfico para estabilidad de caserones (Mathews, 1981; Potvin, 1988)
Grfico de caving (Laubscher, 1987, 1990)
Grficos de estabilidad
1) Con entrada de personal:
Grfico de luz crtica (Lang, 1994; Wang et al., 2002; Ouchi et al., 2004)
Son mtodos empricos-no rigurosos, simples de usar. Se pueden dividir en:
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Se pueden utilizar para: Estudios de pre-factibilidad Planificacin Back-anlisis
Usar SOLO para las condiciones para las que fueron construidos
Grficos de estabilidad
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Grfico de luz crtica
Utilizado para el diseo inicial de techos en minera por corte y relleno(Cut and Fill) y Room and Pillar
Basado en un grfico de RMR76 en funcin de la luz de la excavacin El factor de orientacin de discontinuidades no es aplicado
directamente. Se restan 10 puntos si hay discontinuidades con dipentre 0 y 60. Esta correccin es independiente del strike de las
discontinuidades relativo a la excavacin
Desarrollado para esfuerzo bajos en el techo de la excavacin. Noincluye condiciones de estallidos de roca
Basado en 292 casos histricos de seis minas Canadienses
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La luz crtica se definecomo el dimetro del circulomayor que puede sercircunscrito entre pilares yparedes de la excavacin
Estable:sin fallas no controladas, y sinmovimiento significativo del techo, yno se necesitan medidas
extraordinarias de refuerzo comocables
Potencialmente inestable:existen cuas potencialmentedeslizantes en el techo, o serequiere refuerzo adicional, oexisten indicadores de movimientodel techo (ms de 1mm en 24horas)
Inestable:el rea a colapsado, o refuerzoadicional no es efectivo
Lang(1994);Wa
ngetal.
(2002)
PakalnisandVongp
aisal(1993)Grfico de luz crtica
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Bradyetal.,
(2009)
Grfico de luz crtica
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Consideraciones: El techo debe ser reforzado localmente (patrn de pernos)
Condiciones de altos esfuerzos no pueden ser analizados
El techo es horizontal El trmino estable se refiere a estabilidad de corto plazo
(aproximadamente 3 meses)
Cuas discretas deben ser reforzadas adecuadamente
Grfico de luz crtica
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Considera que los siguientes factores controlan el diseo de estabilidadde los caserones:
Tamao, forma y orientacin de la excavacin, Resistencia de la roca y estructura,
Esfuerzos en las paredes del casern.
Basado en el desarrollo de dos factores:
N el numero de estabilidad,
S factor de forma o radio hidrulico.
Para el diseo de caserones sin entrada de personal
Mtodo de estabilidad grfico
Desarrollado originalmente por Mathews (1981) y modificado por Potvin(1988)
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Nmero de estabilidad N
CBAQN ''
'Q ndice Q de Barton modificado
A Factor de esfuerzosB Factor de orientacin de discontinuidades
CFactor de ajuste por gravedad
SRF
J
J
J
J
RQDQ w
a
r
N
a
r
N J
J
J
RQDQ'
Rango RQD/Jn Jr/Ja A B C N
Mximo 0,5 200 0,025 5 0,1 1 0,2 1 2 8 0,0005 8000
Tpico (roca dura) 2,5 25 0,1 5 0,1 1 0,2 1 2 8 0,1 1000
Mtodo de estabilidad grfico
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Esfuerzos totales relativo a la resistencia a la compresin uniaxial de roca intacta Medida del efecto de fracturamiento por esfuerzos
Determinar el esfuerzo total mximo que acta en el centro de la cara de
inters del casern mediante bacos, soluciones analticas, modelosnumricos 2D/3D lineal-elsticos
Factor de esfuerzos A
Mtodo de estabilidad grfico
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Examine 2D - Anlisis de esfuerzos (elementos de borde)
Distribucin de 1 (MPa)alrededor de un casernde 5 m de ancho y 10 mde alto
Esfuerzos: Techo 31,7 MPa
Pared colgante
-1,6 MPa(Relajacin)
Descargar gratis de: http://www.rocscience.com/
2010
Factor de esfuerzos A
Mtodo de estabilidad grfico
Al aplicar el factorA los esfuerzos durante la
vida til del casern deben ser anticipados
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Comparacin deA con el grfico para determinar losvalores de SRF utilizando el sistema Q
Notar la disminucin deSRF para la zona de
confinamientos medios
Comparar conA
Es esto consistente?
Factor de esfuerzos A
Mtodo de estabilidad grfico
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1/A
10
1
A versus SRF
Similar a SRF en la regin de mediosy altos confinamientos
A debera disminuir en la zona debajos confinamientos
Mtodo de estabilidad grfico
?
El factorA no toma en cuentafalla en tensin (A = 1)
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Basado en el juicio de expertos y observaciones de terreno
El sistema Q no incluye la orientacin de discontinuidades relativo a la superficie dela excavacin
Mtodo de estabilidad grfico
Factor de orientacin B
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1. entre 60 y 90: Difcil que las discontinuidades deslicen
2. entre 30 y 60: Alto potencial de deslizamiento de las discontinuidades
3. entre 0 y 30: Alta probabilidad para que puentes de roca seandestruidos por tronadura, esfuerzos y otras discontinuidades
Mtodo de estabilidad grfico
Factor de orientacin B
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Ejemplo 1 Utilizando red stereografica
Cara-1=20Cara-2=53 Cara-3=71
BC-1=0,2B
C-2=0,65
BC-3=0,88
Mtodo de estabilidad grfico
Factor de orientacin B
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Strike=120
Dip=60
J1: Dip=50 , DD=310J2: Dip=45 , DD=340J3: Dip=60 , DD=150
h/w-J1 = 78h/w-J2 = 88
h/w-J3 = 51
f/w
back
h/wh/w
J1
Repetir para lostres sistemas
h/w-J1 = 0,91
h/w-J2 = 0,98h/w-J3 = 0,60
J3 es crtica para h/w
DDh/w=210DDroof=210
Diph/w=60Diproof=0
Ejemplo 2 Utilizando Dips
Mtodo de estabilidad grfico
Factor de orientacin B
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Ejemplo 3 Calculo directo del ngulo real
Calcular el producto punto, wj ,entre la pared del casern y el plano de ladiscontinuidad:
jwjwjw DDEENNjw
jw arccos
El ngulo real entre los planos, , queda dado por:
Mtodo de estabilidad grfico
Factor de orientacin B
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Discontinuidades horizontalo cara del casern horizontalDip 0
Discontinuidad o superficiedel casern sub-vertical
Dip 90
Mtodo de estabilidad grfico
Factor de orientacin B casos especiales
Mt d d t bilid d fi
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Mtodo de estabilidad grfico
Factor de ajuste por gravedad C
1) Determinar el modo de falla estructural 2) Determinar el factor C basndoseen el modo de falla
Mt d d t bilid d fi
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DD1
DIPw=70STRIKEw=240DDw=330
Ejemplo 1:
J1: DIP1=45DD1=330
STRIKE=240
Dipw
DDw
DD1
DDw
Dip1
Factor de ajuste por gravedad C
Mtodo de estabilidad grfico
Mt d d t bilid d fi
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DDw
DIPw=70STRIKE=240DDw=330
J1: DIP1=45DD1=150
STRIKE=240
Dipw
DD1
Dip1
DDw
DD1
Ejemplo 2:
Mtodo de estabilidad grfico
Factor de ajuste por gravedad C
Mt d d t bilid d fi
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Medida del rea expuesta de una superficie
superficieladePerimetroanalizadasuperficieladeAreaHR
Mtodo de estabilidad grfico
Radio hidrulico HR
Cuadrada (luz corta mxima)
tnel (luz corta mnima)
Casern
hwhwHR22
Mtodo de estabilidad grfico
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Limite de estabilidad sin refuerzo
189 casos
Estable:poco o ningn deteriorodurante el periodo deservicio
Inestable:caserones con falla limitadaen las paredes, involucrandomenos del 30% de lasuperficie
Caving:caserones presentan cantidadde falla inaceptable
Mtodo de estabilidad grfico
(Hut
chinsonandDiede
richs,
1996)
Mtodo de estabilidad grfico
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112 casos
Curva superior:el cableado es confiable
Curva inferior:limite de efectividad delcableado
Cables no pueden soportarbajo la curva inferior
Limite de estabilidad de refuerzo con cables
Mtodo de estabilidad grfico
(Hut
chinsonandDiede
richs,
1996)
Mtodo de estabilidad grfico
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Indica si el casern serestable, requerir soporte, o
ser inestable
El diseo del cableado serealiza con otro grfico
Curvas de diseo combinadas
Mtodo de estabilidad grfico
(Hut
chinsonandDiede
richs,
1996)
Mtodo de estabilidad grfico
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La densidad del cableado depende deltamao de bloque relativo al tamao de laexcavacin (RQD/Jn)/HR
A medida que el tamao de bloquedisminuye es necesario una densidadmayor
Cables son inefectivos si (RQD/Jn)/HR
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Ejemplo:
(Hutchinsonand
Diederichs,
1996)
22 m
cables
ntoEspaciamie
1Densidad
S
S
m
1
Densidad
1ntoEspaciamie
90RQDsets3
30mx15mhwCaseron
9 NJ 10
NJ
RQD
m530301515
3015
xHR
25
10
HR
JRQD
N
m4,4m
1
0,23
1ntoEspaciamie
Densidad de cableado y longitud
Mtodo de estabilidad grfico
m5,75,1 HRL
Mtodo de estabilidad grfico
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Datos en un nuevo grficosin HR
La zona de diseo es paracaserones sin entrada depersonal, excavaciones nopermanentes
Bloques de mayor tamao
requieren menoresdensidades de cables
Densidad de cableado y longitud
Mtodo de estabilidad grfico
(HutchinsonandD
iederichs,
1996)
Mtodo de estabilidad grfico
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Predisposicin en el diseo hacia lascondiciones mineras Canadienses
Utilizar el mtodo como una
herramienta preliminar hasta quedatos locales son colectados
Mtodo de estabilidad grfico
Calibracin curvas de estabilidad a condiciones locales
Mtodo de estabilidad grfico
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Limitaciones
(Hutchinsonand
Diederichs,
1996)
d) e) f) g)
Mtodo de estabilidad grfico
Mtodo de estabilidad grfico
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Mtodo de estabilidad grfico
Limitaciones
(Hutchinson and Diederichs, 1996)
Caso z(m) s1(MPa) UCS(MPa) RQD RQD/Jn Jr/Ja Q
AParedColgante 200 10 80 40 10 0.5 5.0
BTecho 600 20 115 60 10 3 30.0
CParedColgante 150 8 160 85 7.1 0.75 5.3
DTecho 1000 60 180 90 15 1.5 22.5
Caso Mododefalla Dipcara/disontinuidad C
AParedColgante Slabbing 90.0 8.0
BTecho SlabbingGravityfall 0.0 2.0
CParedColgante Sliding 50.0 6.0
DTecho Gravityfall 0.0 2.0
Caso UCS/s1 A B
AParedColgante 8 0.78 0.0 0.3
BTecho 5.75 0.52 0.0 0.3
CParedColgante 20 1.00 0.0 0.3
DTecho 3 0.21 90.0 1.0
Caso N' w(m) L(m) RH(m)
AParedColgante 9.3 20.0 40.0 6.7
BTecho 9.4 18.0 55.0 6.8
CParedColgante 9.6 25.0 30.0 6.8
DTecho 9.6 22.0 34.0 6.7
Mtodo de estabilidad grfico
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(Hutc
hinsonandDiederichs,
1996)
Mtodo de estabilidad grfico
Limitaciones
Mtodo de estabilidad grfico
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odo de es ab dad g co
Estimacin de dilucin
Dilucin noplaneada
Lnea deminera
Dilucinplaneada
Cuerpo
mineralizado
100(t)planeadasToneladas
(t)planeadanoDilucin% Dilucin
(ScobleandMoss
,1994)
Mtodo de estabilidad grfico
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g
Estimacin de dilucin
Es posible estimar la dilucin a travsdel numero de cargas de mineral yestril removidos del casern
Cavity monitoring survey (CMS)Miller et al. (1992)Permite una mejor estimacin del
volumen de dilucin y de la estabilidaddel casern
(Hutchins
onandDiederichs
,1996)
Un lser scan es montado en un hombrotelescopico que es extendido dentro delcasern o bajado por un sondaje
El lser rota en 3D para obtener unaimagen de la superficie de la excavacin
Mtodo de estabilidad grfico
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g
Estimacin de dilucin
Con el uso de datos de CMS, Clark andPakalnis (1997) definieron el trminoELOS (Equivalent Linear Ovebreak/Slough)para cuantificar la sobre excavacin en lasparedes del casern
paredladereaparedlaenexcavacinsobredevolumen(m) ELOS profundidad de falla promedio
(Geoffrey,
200
9)
mineraldelancho%
ELOSnDiluci
Mtodo de estabilidad grfico
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Zona estable:
Solo dao tronadura: ELOS < 0,5 m
Inestabilidad:
ELOS: 0,5-1 m
Inestabilidad mayor:
ELOS: 1-2 m
Zona colapso:
ELOS > 2 m
g
Estimacin de dilucin
Caving
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Mecanismos de caving
Desconfinamiento o caving gravitacional inducido pordiscontinuidades
Stress Caving: el caving se encuentra en propagacin asuperficie. Envuelve falla de corte en discontinuidades yfracturamiento de roca
Subsidence caving: el caving se produce en contra de un reapreviamente hundida
No hay caving
Brown(2003)
Caving
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0.01
0 20Rock Mass Rating, RMR
Rock Tunneling Quality, Q
MaximumIn
ducedCompressive
StressinExcavationBoundary
UniaxialCompressiv
eStrengthofIntactR
ock
Ratio:
6040 80 100
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Extremely Very Extr. Exc.Poor Poor Good G.
Poor
Very Poor Poor Fair Good Very Good
Fair Good V.G.
0.1 1 4 10 40 100 400 1000
Not Practical
Stress Induced
Stableto Maintain
Caving notPractical
Failure
Gravity Caving
Openings
Stress CavingA
BC
D
EF
GH
I
Mecanismos de caving
LEGEND :
Successful Cave
Caving required inducementCaving required inducement
Coarse fragmentation
Moss et al. (1998)
Caving
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Experiencia prctica
Grficos empricos
Anlisis estructural Anlisis numrico
Aproximaciones al anlisis de hundibilidad
Caving
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Grafico de hundibilidad
Grfico razonablepara MRMR < 50
Grfico de hundibilidad
Stable:requiere solo soporte decuas
Transicin:refuerzo intensivo esrequerido para mantenerestabilidad
Barlett (1998)
Caving
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Grfico de hundibilidad
FloresandKarzulovic(2003)
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Referencias
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