Clase 5

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INTRODUCCIN A LA MINERA -- Clase 7 2015, 1 Profesor: Juan Mendoza MarsanoESTABILIDAD Y SOSTENIMIENTO EN MINAS A TAJO ABIERTO Y SUBTERRANEAS

Ver: http://www.minem.gob.pe/estadistica.php?idSector=1&idEstadistica=5846

www.mem.gob.pe Publicaciones, Reglamento de seguridad Minera. Decreto Supremo N 046-2001-EM, Artculos 177 al 200

http://www.iimp.org.pe/ Inst. de Ings. de Minas

www.digistar.mb.ca/minsci/SYSTEMS/systems.htm

Texto Introduccin a la Minera, Manuales de Minera de Robert E. Peele, y Manual de Ingeniera de Minas del ASME

1.- INTRODUCCIONMina implica una excavacin que se encuentre segura- para trabajar en ella.

El sostenimiento tiene por objetivo:

La seguridad de las personas y la proteccin de los equipos en la mina.

Asegurar que la excavacin cumpla su funcin, por muchos aos.2.- ESTADISTICAS DE ACCIDENTES

Accidentes Mortales PER ( AOS 2000 - 2012 )

AO

ENE.FEB.MAR.ABR.MAY.JUN.JUL.AGO.SEP.OCT.NOV.DIC.Total

201226924255384454

201148256545451352

2010513165964344666

2009414623864214256

2008125763566533364

200756737646565262

200667636565494465

200538666353758969

200429852913475156

200348575345334354

2002202465546488173

200129558388454566

2000642336878754

Total7599685963696760487162791

Nota:- Ministerio de Energa y Minas, Cifras preliminares en proceso 1 accid. Mortal (02 victimas)

3.- CRITERIOS DEL SOSTENIMIENTOLos criterios bsicos del sostenimiento son:A. El elemento estructural bsico es el macizo rocoso.B. Hacer que la roca se sostenga a s misma

Puente de Alcntara sobre el ro Tajo, en Toledo. Construido por los romanos entre los aos 104 a 106 de la era Cristiana.

LA ESTRUCTURA EN ARCO ES EL MEJOR EJEMPLO DE AUTO SOSTENIMIENTO

4.- SOSTENIMENTO DISEO

El estudio de las rocas permite disear la mina a tajo abierto y los soportes o diseos temporales y permanentes en las minas subterrneas.

La roca es estable en terrenos elsticos o cuasi-elsticos (es decir roca dura). No obstante, los sistemas de sostenimiento fallan cuando la masa de rocas se acerca al Estado Plstico, donde la condicin viscosa es dominante de manera que el diseo basado en extrapolar la conducta elstica es nula.

En minas profundas en roca (y algunas poco profundas) existe amenaza de estallidos de roca (rock bursts) causados por la inestabilidad elstica.Existen varias formas de llegar a un diseo aproximado del soporte:1. Diseo basado en la experiencia que ha mostrado ser exitosa.

2. Diseo basado en mtodos de la especialidad de Geomecnica y Mecnica de Rocas, que cuantifican y modelan el comportamientoroca-soporte.

3. Diseo basado en mediciones que controlan el desempeo del soporte.

5.- ESFUERZOS EN LAS ROCAS5.1 Esfuerzos Virgen del terreno (in situ)

La tensin en la roca, antes del minado, se llama virgen, primitivo, o in situ. Los esfuerzos verticales y horizontales se consideran separadamente. El componente vertical se calcula por el anlisis elstico para cualquier profundidad de minado propuesto, mientras la tensin horizontal no lo es.

5.2 La Tensin vertical

El esfuerzo de una unidad de roca en el subsuelo se debe: al peso de roca sobre ella hasta la superficie, mientras est constreido por la roca alrededor de ella.

La tensin vertical puede llamarse tambin la tensin gravitatoria, esfuerzo litolgico o tensin de sobrecarga.

La tensin vertical se debe al peso de la columna de rocas que se encuentran verticalmente sobre la roca en cuestin. Tpicamente es una funcin lineal, La frmula siguiente es cierta para rocas de cuarzo y feldespato con gravedad especfica 2.65.

Presin = Densidad / aceleracin de gravedad

El promedio de gradiente de tensin vertical

= 2.65/102 = 0.0260 Mpa /metro de profundidad, o

= 2.65 x 62.44/144 = 1.15 psi/pie de profundidad (fuente: Dr. G. Herget)A 1000 m de profundidad la presin sera = 3,771 Lb/pulgada cuadrada, o 265 Kg/cm21 MPa (mega Pascal) tambin es igual a = 10.1972 atm = 10.1972 kg/cm2

5.3 La Tensin horizontal

La tensin horizontal natural es difcil de determinar. No es igual en cada direccin y el clculo o medicin corresponde solo a un sitio especfico.Generalmente, se considera que la tensin horizontal es un mximo en una direccin y disminuye a un mnimo orientada a 90 grados. El mximo se refiere como la tensin "principal" o mayor (S1), y su orientacin como el eje mayor. El mnimo, normal (90 grados) se llama tpicamente tensin "menor", (S 2).

5.3 La Tensin residual

La intensidad y orientacin de tensin virgen pueden alterarse cuando la mina se sita cerca de una falla mayor en la corteza de la tierra. Este tipo de tensin virgen se clasifica como una tensin tectnica. Si la causa de una tensin tectnica es despus relevada por la fuerza de naturaleza, una porcin de la tensin permanece en las rocas y es llamada la tensin residual.

6.- CLASIFICACIONES DEL TIPO DE ROCASPrincipio del formulario

Hay 3 tipos o sistemas de clasificacin usados en diseo de minas; RQD, RMR y el sistema Q.

En el Per se usan los tres, en Canad solo uno. Es interesante observar que estos sistemas, RQD, RMR y el sistema Q, tienen su origen en la ingeniera civil.

Esfuerzos en una apertura circular

El RQD es un ndice modificado de la recuperacin de testigos de perforacin, definido como la longitud total de testigos intactos recuperados mayores de 100 mm en longitud, dividida por la longitud total del testigo (1.5 mts) El valor se presenta en la forma de porcentaje.

El RMR toma en consideracin: Resistencia de la roca, espaciamiento de las discontinuidades, separacin de juntas, continuidad de juntas, agua subterrnea, alteracin por intemperismo, condicin de juntas, orientacin de la juntas, agua, para los tneles.El Q, o sistema de clasificacin NGI (instituto geotcnico noruego) fue desarrollado por Barton, Lien y Lunde (1974), sobre todo para trabajo de diseo de tneles. Expresa la calidad de la roca, Q, en funcin de 6 parmetros independientes:

Donde:

RQD = la designacin de la calidad de la roca

Jn = se basa en el nmero de juegos de juntas

Jr = se basa en la rogusidad de las juntas

Ja = se basa en la alteracin de la discontinuidad

Jw = se basa en la presencia del agua

SRF = es el factor de la reduccin de la tensinFinal del formulario

Tipos de Sostenimiento Antiguo con Madera

El mtodo ms antiguo de soporte es el enmaderado. La madera puede cortarse y puede instalarse fcilmente.La madera tiene la habilidad nica de fallar gradualmente cuando se carga ms all de su resistencia y dar una advertencia audible de su prxima falla o rotura mediante ruidos durante su agrietamiento.

POSTE

Cribbing (sostenimiento de techos de luz mayor) de madera

Square Sets (Cuadros de Stope) Estos cuadros consisten de 2 maderas verticales llamados postes, unidos con sombreros y tirantes.

Soporte con Acero

Se usan los cuadros de acero en las minas metlicas y de carbn. En la mayora de los casos, la carga que se toma es un factor multiplicado por la suma de la anchura y altura del tnel. El acero puede erigirse en un tiempo ms corto y por menos hombres que la madera. Si hay madera detrs del concreto esta se pudre y el revestimiento de concreto externo se deteriora al recibir cargas desiguales desde atrs.

Soporte con Arcos de Acero

Pernos de Roca

El principio bsico del perno de roca es hacer parte integral de la estructura de apoyo a las rocas que se empernan.

El empernado de roca consiste en 3 pasos:

1) Abrir huecos con una perforadora, de 6 8 o 10 pies de largo.

2) Introducir el Perno en el agujero,

3) Aplicar la tensin al perno poniendo la roca en compresin paralelo al perno

El diseo de los huecos toma en cuenta los esfuerzos y la forma en que el terreno falla, para un minero esto es cuestin de sentido comn,

Pernos de Roca Ms Mallas de AceroLa Malla de Acero es eso; una Malla de aperturas cuadradas, de 4x4 pulgadas, y que tiene 1.20 m de ancho y viene en rollos. SE sujeta a las paredes mediante los pernos de anclaje. Normalmente se recubre con shotcrete.

Shotcrete (Concreto Lanzado)

Tambin se usa mucho el concreto rocindolo a presin sobre la superficie que se desea sostener o estabilizar, formando un revestimiento que con la roca es autoportante, y que previene la oxidacin de las paredes. El espesor mnimo es de 1 (una pulgada), se usa normalmente 2" de espesor, aunque se llega a colocar hasta 5. (1 pulgada = 2.54 cm)

El concreto del shotcrete debe tener una resistencia de 210 kg/cm2. Va reforzado con fibras de acero cortas que se preparan en la mezcla. En algunos casos se usan fibras de polipropileno o polietileno.

En casos tambin se roca sobre las superficies que previamente se reforzaron con malla de acero (tipo gallinero o mallas electro soldadas de acero grueso) y pernos de roca.

Relleno de Tajeos --- Pilares

Las excavaciones de explotacin -los tajeos, se rellenan en la mayora de los casos, solo en terrenos muy fuertes las excavaciones para extraer mineral (tajeos) se dejan abiertos.

Se rellenan con:

Con desmonte (roca estril) del avance de galeras y otras excavaciones auxiliares.

Con relave de la planta concentradora, a veces cementado, usando la fraccin gruesa del relave (mas grueso que la malla 100 Tyler). Lo que se llama Relleno Hidrulico. El Relleno en Pasta, es tambin relave de la Planta Concentradora, pero se transporta con un mnimo de humedad, en pasta, la humedad se reduce previamente a mximo 15%, (en lugar de ms del 60%).

Con arena y/o cascajos de la superficie Ejemplo: Canteras de Unich Cerro de Pasco.

A cualquiera de estos elementos se le puede agregar cementoentonces el relleno se llama cementado y tiene mas resistencia, y toma mas carga y mas rpido.

Tambin se dejan normalmente el mineral o la roca como pilares naturales, para sostener los stopes u otras excavaciones, en lugar de, o al mismo tiempo que el relleno de relaves, desmonte, y la madera. Este mtodo de minado se llama Cmaras y Pilares Room & Pillars. Se dejan los pilares naturales para el apoyo en estos mtodos. Ya sea en Minas de Carbn o en Minas de Roca Metlica especialmente cuando las vetas son anchas y de poco buzamiento (casi horizontal). Se dejan pilares de carbn o porciones de veta de mineral metlico, para sostener el techo. Estos pilares se pueden en algunos casos sacar, despus de rellenar los espacios vacos adyacentes.El desatado y el sostenimiento son las operaciones ms peligrosas y requieren de un trabajo especializado para lograr mayor seguridad en las operaciones de explotacin subterrnea de minas.7.- ESTABILIDAD EN MINAS A TAJO ABIERTO

En las minas a Tajo Abierto el principal criterio es el Angulo del Talud General, considerando la altura de cada Banco y el ancho de las Bermas.

El Angulo del Talud deber tener en consideracin lo siguiente. El Talud Natural, El tipo de terreno, (cuaternario, sedimentario, rocas gneas) y en cada caso estudiar su estabilidad.

El Buzamiento de las Rocas,

El fracturamiento de las rocas, para lo cual es necesario un mapeo geotcnico detallado,

Las Fallas presentes, igual, mediante un mapeo cuidadoso,

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TUNEL

Anillo de Resistencia

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SOSTE

Sostenimiento con Arcos de Acero(Cimbras, Cerchas, etc)