development of computer programme for the use of empirical
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CARBONASOCIACltiN GESTORA PARA LA INVESTlGACltiN Y DESARROLLO TECNOL6GICO DEL CARB6N
Informes de Difusion de Proyectos
39
Desarrollo Informatico para Utilization de los Metodos
Empiricos de Calculo de Subsidencia Minera
(C-13-406)
Titular: INGENIEROS DE MINAS CONSULTORES, S.A.
• _____ # Centro de Investigaciones Energeticas,Medioambientales y Tecnologicas
Miner
Deposito Legal: M -4557-1998 ISSN: 1138-7041 NIPO: 238-99-002-x
DISCLAIMER
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ABSTRACT
The fundamental objective of the project is the elaboration of a user friendly
computer programme which allows to mining technicians an easy application of the
empirical calculation methods of mining subsidence.
As is well known these methods use, together with a suitable theoretical
support, the experimental data obtained during a long period of mining activities in
areas of different geological and geomechanical nature. Thus they can incorporate to
the calculus the local parameters that hardly could be taken into account by using pure
theoretical methods.
In general, as basic calculation method, it has been followed the procedure
developped by the VNIMI Institute of Leningrad, a particularly suitable method for
application to the most various conditions that may occur in the mining of flat or steep
seams.
The computer programme has been worked out on the basis of MicroStation
System (5.0 version) of INTERGRAPH which allows the developpment of new
applications related to the basic aims of the project.
An important feature, of the programme that may be quoted is the easy
adaptation to local conditions by adjustement of the geomechanical or mining
parameters according to the values obtained from the own working experience.
1- INTRODUCCION. OBJETO DEL PROYECTO
El objeto del proyecto “Programa SUBSIMCO”, desarrollado por DvlC (Ingenieros de
Minas Consul tores, S.A.), consiste fundamentalmente en la elaboracion de una sistematica de
calculo de las magnitudes que definen la subsidencia minera, requiriendo s61o para ello la
disponibilidad de medios informaticos de utilization normal.
Dada la extension y relativa complejidad del estudio realizado, deseamos hacer constar
que la ayuda financiera prestada por OCICARBON ha resultado esencial, en este caso, para
poder llevarlo a cabo.
La determination, por medio del calculo, de los efectos de subsidencia que
previsiblemente ban de darse o se ban producido ya, como consecuencia de la actividad minera,
constituye una necesidad cuya importancia aumenta de dia en dia.
Como es sabido, el conflicto entre los derechos de propiedad en superficie y de la
propiedad minera subterranea plantea con frecuencia problemas legales de gran trascendencia
economica, a causa de los danos resultantes de los trabajos de explotacion.
Es tambien un hecho que las legislaciones, incluso de parses industrialmente avanzados,
no ban conseguido resolver satis factoriamente el problema, debiendo recurrirse en general al
principio del buscar un acuerdo amigable entre las partes o, si ello se hace imposible, someter el
conflicto a la decision de un tribunal de justicia.
En cualquiera de estos casos, una information precisa sobre los danos debidos realmente
a la actividad minera resulta indispensable ya que, siendo estos efectos de dificil investigation
por su propia naturaleza, con frecuencia tienden a confimdirse las causas de los mismos
dependiendo del in teres de las partes.
Los distintos metodos de calculo, elaborados a partir del siglo pasado, permiten llegar,
con exactitud aceptable a una interpretation cualitativa y cuantitativa de los efectos de
subsidencia, proporcionando una base cientifica para la valoracidn de estos efectos y danos
derivados de los mismos.
De igual forma, la aplicacidn de los metodos de calculo a los planes de explotacidn, con
anterioridad a su desarrollo, permitira obtener una estimation de los efectos previsibles por parte
del explotador y, en consecuencia, mantener o modificar dicha planificacion con conocimiento
de causa.
Una caracteristica comun a los metodos de calculo de subsidencia es el engorro y
pesadez de su utilization sobre todo cuando se trata de analizar un area de influencia
relativamente extensa.
En el caso de metodos avanzados, unices capaces de dar una precision satisfectoria, esta
caracteristica se acentua hasta el punto de hacer aquellos practicamente inaplicables, en la
mayoria de los casos, a menos que se recurra al calculo informatico.
El objeto del proyecto responde a esta necesidad. El metodo de calculo de subsidencia
propuesto es el utilizado por el VNIMI caracterizandose, como metodo empirico, por una
amplia base de comprobacion real resultante de la experiencia de aplicacidn en las distintas
minas de la antigua Union Sovietica.
Con el desarrollo de proyecto realizado, el tratamiento informatico de los parametros
fundamentales y de las distintas formulas a utilizar se ban integrado en un programa avanzado
de ordenador que permite a un operador normal hacer de forma rapida, el calculo de las
magnitudes de subsidencia incluso para areas extensas. Complementariamente, se cuenta con la
posibilidad de obtener distintas rep resen taciones graficas de la zona afectada y del conjunto de
las magnitudes calculadas.
Destacan asimismo las facilidades que ofrece el programa para el ajuste de los
parametros fundamentales a las caracteristicas propias del yacimiento con lo cual la precision
del calculo puede aumentar notablemente a medida que la experiencia particular de aplicacidn se
vaya haciendo mas amplia.
2- ESTRUCTURA DEL METODO DE CALCULO
El metodo de calculo de subsidencia desarrollado por el VNBvQ es un metodo que debe
catalogarse entre los denominados empiricos, caracterizados por el analisis de la depresidn
producida por la subsidencia en superficie, mediante las llamadas funciones de perfil.
Estas funciones que corresponden al perfil geometrico de la cubeta, en determinadas
direcciones, se ban obtenido por comprobacion experimental y tabulation, en diferentes
condiciones de explotacion, consdtuyendo la base fundamental para calcular, en cada caso
particular considerado, el hundimiento de los distintos puntos del area afectada.
Otros metodos de calculo similares, tales como el desarrollado por el NCB, utilizan el
mismo concepto de las funciones de perfil para definir la forma de la cubeta de subsidencia pero
tienen, ademas de una mayor imprecision, un campo de aplicacidn muy reducido en nuestros
yacimientos ya que solo resultan validos con capas de pequena inclination.
Nos referimos a continuation a la secuencia general del procedimiento de calculo
adoptado.
2.1- TIPIFICAClPN GEQMECANICA DEL YAC1MIENTO
La election de varies de los parametros que intervienen en el procedimiento de calculo
como son los angulos limite que fijan la extension de la cubeta, dependen de las caracteristicas
geomecanicas del macizo de roca afectado.
Segun esto, el calculo establece en primer lugar una calificacidn del )'acimiento
atendiendo a las caracteristicas geomecanicas medias del terreno afectado.
La calificacidn exige determinar previamente un valor medio del coeficiente f
(Protodiakonov) de resistencia de las rocas contenidas en la formacion para lo cual se dan
normas precisas en la descripcion del metodo.
5
2.2- DETERMINACION DEL BUZAMIENTO LIMITE ou
El angulo limite Ot determina el valor del buzamiento a partir del cual empiezan a
producirse efectos de deformation del macizo situado al muro de la capa.
El valor depende en general de la calificacion geomecanica del yacimiento y se situa
normalmente en el intervalo 55° - 65°.
La comparacion del buzamiento real con el valor ot conduce a procedimientos algo
diferentes para la continuation del calculo por lo cual es necesario establecer desde el principio
esta discriminacidn.
2.3- DIMENSIONES PRINCIPALES DE LA CUBETA DE SUBSIDENCTA.
DETERMINACION
Consideramos, en lo que sigue, el caso mas general en que el buzamiento no supera el
valor limite 0<l.
En este caso no se produciran movimientos del terreno por el lado del muro de la capa.
La determinacidn de las dimensimes principales de la cubeta de subsidencia puede
seguirse sobre la disposition en planta y los cortes verticales que se representan en la lamina
siguiente (figura 2.1).
- Se determinan en primer lugar los angulos limite So y Y o por medio de una tabla en la
que se entra con el Grupo de clasificacion del yacimiento y la relation H^Ec/m entre la
profundidad media del taller y la potencia extraida de la capa.
- El valor del angulo limite (3o se obtiene de otra tabla, a partir del angulo de buzamiento
ol, el valor So hallado previamente y la potencia m de la capa.
6
l3 tr
Figura 2.1
- Los angulos limite 5qm, /om. /3om, correspondientes al recubrimiento mesozoico, si
existe, se determinan tambien por valones tabulados en funcion del espesor de estos
depositos y del angulo de buzamiento de los mismos.
- El angulo limite (po, correspondiente a los depositos detriticos, se obtiene de igual
forma, en funcion del espesor y de la posibilidad de que estos terrenes lleguen a
inundarse.
- Cuando los efectos superficiales son debidos a varies tajos de explotacion, sobre una o
mas capas, el metodo de calculo general comprendera la determinacion individual y luego
la composition por suma algebraica de los efectos calculados.
Algunos casos particulares, debidamente definidos, pueden resolverse sin embargo,
considerando el conjunto como un solo tajo o una sola capa.
- La influencia de tajos explotados con anterioridad, en las proximidades del que se
estudia, se traduce en una modification de los angulos limite yo, So y /3o deducida de
forma experimental.
- La position del mayor hundimiento cuando se trata de explotacion en area de dimension
subcritica (laboreo incomplete) se determina por la formula:
9 = 90 - % i a
siendo a el buzamiento y K, un coeficiente dado por tablas.
- En el caso de areas de explotacion con dimensiones critica o supercritica (laboreo
complete) la determinacion del punto o zona de hundimiento maximo se hace por medio
de los angulos , (/>2 7 0 3
En primer lugar se determina el valor del angulo en direction. Una tabla
proporciona, en funcion del Grupo de clasificacidn del yacimiento y de la profundi dad
8
media, el valor de este angulo, aplicable al caso de primera extraction (explotacidn de la
primera capa).
Cuando se trata de extraccion reiterativa, el explotar las capas siguientes, los valores que
proporciona la tabla deben aumentarse en 5°, sin superar el valor maximo de 65°.
Los angulos ifj1 y (j>2 correspondientes, respectivamente, a los hordes inferior y
superior del taller se determinan, por medio de una segunda tabla, en fimcidn de los
valores OC , 0 Y <j>3 ■
Como en el caso anterior, los valores que proporciona la tabla son validos para
condiciones de primera extraccion. Cuando se trata de explotacidn de las capas
siguientes, los valores aplicables son los que proporciona la tabla con el valor 0^
corregido para explotacidn reiterativa.
- Con la normativa de calculo anterior quedan totalmente determinadas las dimensiones
L,, L%, L3 de la cubeta de subsidencia en sus secciones principales yy* (transversal) y xx'
(en direccion), respectivamente.
2.4- CALCULO DEL HUNDIMIENTO MAXIMO
El paso siguiente en el proceso de calculo consiste en la determinacion del hundimiento
maximo partiendo del concepto de hundimiento maximo relative, qo.
El hundimiento maximo relative se define como la relacion entre el valor del hundimiento
maximo y la potencia explotada, en condiciones de laboreo complete, estratificacion horizontal y
al final del proceso de subsidencia.
Por medio de una tabla, se determina el valor q0 en funcidn del Grupo de clasificacidn del
yacimiento y las caracteristicas de la explotacidn, cuando se trata de explotacidn de la primera
9
capa, debiendo hacerse una correccidn que determina un nuevo valor q, en el caso de
explotacion reiterativa.
Con los valores q0 o qi, segun los casos, se determina el hundimiento maximo Tj por
medio de la formula:
Tjn = 9- cos a.N 1.N2
en fimcion del valor q aplicable, potencia m de la capa, angulo de buzamiento a y coeficientes
Ni. N2 representatives de la influencia por dimensionamiento subcritico o supercritico del panel
de explotacion en las dos direcciones principales.
El valor de la potencia m a utilizar en la formula debe entenderse como potencia efectiva
y por lo tanto con la reduccion correspondiente cuando se practica alguna modalidad de relleno
de la explotacion.
US- MAGNITUDES DE SUBSIDENCIA EN LAS SECCIONES PRINCIPALES
En general, para caracterizar convenientemente los efectos de subsidencia pueden
requerirse una o varias de las cinco magnitudes siguientes:
Hundimiento ( T])
Inclinacidn (i)
Curvatura (K)
Desplazamiento horizontal ( ^)
Deformacidn horizontal (£)
La definicidn y variabilidad de estas magnitudes, en la seccion de la cubeta se
representan con caracter indicative en el ejemplo de la figura 2.2.
El metodo permite determinar la totalidad de las magnitudes anteriores partiendo del
hundimiento maximo, calculado en el apartado 2.4, y de las fimeiones S(z) (para el
10
Hundimiento
i AlAx
(T) Inclinacidn
m'f
(jP) Curvatura
Desplazamientohorizontal
Figura 2.2.
hundimiento), F(z) (para la curvatura y el despiazamiento horizontal) y F(z) (pare la curvature
y la deformation horizontal), representativas de la variabilidad de la magnitud en una
semicubeta. Estas fimciones ban sido detalladamente tabuladas de acuerdo con datos
experimentales y tienen el aspecto que se indica, como ejemplo, en la figure 2.3 pudiendo
observarse la correspondence general con los perfiles correspondientes a una semicubeta segun
la figure 2.2.
El calculo pare las secciones principles se efectua entonces por medio de las siguientes
formulas despues de calcular el hundimiento maximo T\m
Hundimiento 7] - Tfm.S(z)
Inclinacion71
i = -Hi.F(z)
Curvature71K = —^2 • F' (z) L
Despiazamiento horizontal £ = 0, 5. a q • 7]m. F(z )
71Deformacidn horizontal £ — 0 , 5. a o • —7 . F ' (z )
L
Como puede observarse, para el calculo del despiazamiento y deformation horizontales
es necesario introducir un nuevo parametro a@ (dado por tablas) indicative de la relation entre el
despiazamiento horizontal maximo y el hundimiento maximo.
12
= F(z)
Figure 2.3.
2.6- MAGNITUDES DE SUBSIDENCE EN SECCIONES PARALELAS A
LAS PRINCIPALES
Se utilizan los valores de las magnitudes correspond]entes a una seccidn principal, para
pasarlos a una seccidn paralela, reduciendolos en el valor correspondiente de la funcidn S(z) por
multiplicacion.
De esta forma se determinan todas las magnitudes correspond!entes a cualquier punto de
la superficie en la direction de las secciones principales.
2.7- MAGNITUDES DE SUBSIDENCIA EN CUALQUIER DIRECCION
Las magnitudes de subsidencia pueden calcularse tambien en cualquier direccion,
caracterizada por un angulo horizontal X con relacidn a la direccion principal xx'.
Para ello se utilizan los valores calculados previamente para las secciones principales
componiendolos debidamente segun sus caracteristicas.
En el caso del hundimiento, magnitud no direccionai, existira para cada punto un solo
valor independiente de la direccion considerada.
Para la inclination y el desplazamiento horizontal en que los valores hallados para las
direcciones principales son independientes, el valor en otra direccion se obtiene por composition
vectorial:
ix = ix cos X + i ysen X
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Cuando se trata de magnitudes que se influyen mutuamente como ocurre con la
deformacidn horizontal y la curvatura debe tenerse en cuenta esta influencia segun la teoria de la
elasticidad, al hacer la composition, resultando las formulas:
Ex — Ex cos 2X + £ysen 2 X + 0, 5. Axy. sen 2X
k x = kxcos "X + kysen 2 X + i xy- sen 2 X
en las que /S.xy, j xy son, respectivamente, modules de deformacidn transversal y deformacidn
transversal por curvatura.
2.8- METODO DE CALCULO CON CAPAS FUERTEMENTEINCLINADAS
(coou)
En general la marcha del calculo es similar a la del caso general con formulas y
funciones tabuladas, especificas para estas condiciones.
La principal diferencia con relation a dicho caso se encuentra en la determinacion de la
extension transversal del area de subsidencia que se efectua por medio de los angulos Po y Poi
proporcionados por tablas (figura 2.4).
El pun to de hundimiento maximo y los puntos A y B de maximo desplazamiento
horizontal se determinan respectivamente, por medio de los angulos 6, QA y QB
proporcionados tambien por tablas.
En direction (section longitudinal) la extension de la cubeta y el punto en que se alcanza
el hundimiento maximo se determinan, como en el caso general, por medio de los angulos
SoY 4*3 respectivamente.
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Figura 2.4.
3- PROGRAMA SUBSIMCO
El programa SUBSIMCO es una aplicacion que sirve para el calculo de subsidencia
por medio de un metodo empirico de calculo desarrollado por el VNIMI, y que por
experiencias anteriores de aplicacion manual es el metodo empirico que mejor se adapta a
la mineria espanola, por la similitud de los yacimientos.
Para la implementation de esta aplicacion se utiliza como CAD 3D de soporte
MicroStation (version 5.0) de INTERGRAPH, el cual permite un desarrollo de nuevas
aplicaciones totalmente integradas en su entomo.
Para la utilization de esta aplicacion se necesitan unos conocimientos previos como
son algunas nociones de DOS, conocimiento no muy profundo de MicroStation y
conocimientos mineros para la interpretation de los resultados obtenidos.
3.1- PROGRAMACION DE SUBSIMCO
SUBSIMCO ha sido desarrollado completamente en MDL ( Microstation
Development Language), lenguaje de programacion incorporado a Microstation que
permite el desarrollo de aplicaciones totalmente integradas en Microstation. Este lenguaje
se basa en el Lenguaje C e implementa un interface de usuario que cumple el standard
OSF MOTIF, del cual se ha generado el entomo grafico de Microsoft Windows. Debido a
su similitud con Windows (tambien se basa en una programacion dirigida por eventos )
hace que los programas desarrollados scan muy faciles de usar debido a su interface de
usuario amigable.
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3.2- DESCRIPCION DE SUBSIMCO
Lo principal que el usuario debe entender es como se organiza el trabajo. El trabajo
se organiza por medio de proyectos, que son las diferentes topografias que puede requerir
el calculo. Dentro de estos proyectos, que pueden considerarse como casos generales, hay
diferentes trabqjos que serin uno por cada aplicacion diferente. Asf el fichero de la
topografia y trazas de las capas podria estar dentro del subdirectorio DGN, por ejemplo
vamos a llamarlo PROYl.DGN. Dentro del subdirectorio DATOS debemos crear otro
subdirectory, con nombre PROY_l, en el cual debemos introducir el fichero del sondeo
(dates geomecanicos) con extension .YAC, por ejemplo SONDEO.YAC (esto no siempre
es necesario, ya que si conocemos el grupo de yacimiento del proyecto, el subdirectorio lo
crea directamente el programa). En resumen: por cada caso, que llamamos proyecto, se
debe crear un subdirectorio dentro del directory DATOS, con el mismo nombre que tenga
del proyecto.
En los subdirectories del DATOS ademas de introducir por el usuario el archive de
sondeo (que no es necesario, como ya veremos), el programa introduce todos los diferentes
casos que queramos calcular con la misma topografia y distintas trazas de la capa, y los
datos de los calculos. Asi al ejecutar aparecen ficheros con extensiones .TOP, .YAC y
.CUB.
3.2.1 -Entradas y salidas de datos
Como en cualquier programa que utilice enlomo grafico para su desarrollo los datos
pueden ser de dos tipos:
- Datos graficos
- Datos alfanumericos
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Como datos graficos de entrada pueden ser las trazas de la capa, si se hacen por
medio de digitalization, y como datos alfanumericos seria el fichero del sondeo.
Como datos de salida graficos podriamos poner como ejemplo los angulos de
dislocation y como datos alfanumericos los datos de la cubeta.
Los datos de partida para realizar un calculo de subsidencia mediante SUBSIMCO
son los siguientes:
• El sondeo
En los archives de sondeo pueden existir xma sene de comentarios iniciales, antes de
los datos. Estos comentarios se separan de los datos por un cuatro simbolos, que son:
1**1
En los datos del sondeo solo interesa el espesor estratigrafico, en metros, y la
resistencia a compresion simple en Mpa.
El fichero de sondeo debe tener como profundidad total la correspondiente a la
formation superpuesta a la capa, desde la capa en estudio hasta la superficie (o desde la
superficie a la capa en estudio).
• Trazas de la capa
Las trazas de la capa deben ser a nivel de explotacidn. Deben definir el panel entre
ambas. Ademas, para que el programa funcione estas trazas deben estar trazadas a cota
constante, ya que de lo contrario no se calcula bien la linea de maxima pendiente de la
capa.
Las trazas de la capa son orientativas, el panel esta definido por una sene de puntos
que el usuario colocara sobre estas trazas que serviran de apoyo.
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* La topografia
La topografia se puede dar de dos formas: digitalizada, o por un fichero ASCII.
De la topografia hay que tener en cuenta la circunstancia de que cuantos mas puntos
se digitalicen mas lenta sera la ejecucion del programa.
La carga del programa se debe hacer desde dentro de MicroStation, yen el fichero
de dibujo DON, del que solo veremos las trazas de la capa y la topografia, como se
muestra en la figura 3.1.
Figura 3.1.- Traza de la capa y topografia
3.2.2 -Modules del programa
El programa SUBSIMCO dispone de 3 partes diferenciadas por sus distintas
opciones dentro del cuadro principal
- El primero es un menu de barra, con los submenus:
20
Trabajo
- Terreno
- Calculos
Figura 3.2.- Cuadro de dialogo de la aplicacion SUBSIMCO
3.2.2.1 - Trabajo
Dentro del menu trabajo hay dos opciones para abrir y cerrar trabajos. SUBSIMCO
trabaja como hemos dicho con la estructura de proyectos y trabajos. Proyecto identifica lo
que es un yacimiento y una topografia mientras que trabajo determina cada una de las
distintas explotaciones que se van a estudiar dentro de ese yacimiento y esa topografia.
S.2.2.2 - Terreno
Permite introducir los dates correspondientes a :
- Topografia
- Mesozoico
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- Taller
- Yacimiento
Esto se realiza mediante sencillos cuadros de dialogo como el siguiente :
Figura 3.3.- Submenu Terreno. Topografia
Dibuja la superficie generada, que sera una malla tridimensional de triangulos, como
los mostrados en la figura 3.4.
22
Figure 3.4.- Malla de triangulos
Cuando en un terreno existe Mesozoico se debe abrir esta ventana para introducir su
valor. El cuadro de dialogo del submenu Mesozoico es como el representado en la figure
3.5.
En ella podemos distinguir nueve campos, que son:
23
Figura 3.5.- Submenu Terreno. Mesozoico
Para definir los paneles a explotar y sus caracteristicas tambien utilizamos un
sencillo cuadro de dialogo
Figura 3.6.- Submenu Terreno. Taller
#MMi:
&30MI:#######
BAl
mmmi;##########
1###:
vl-.v.ss %\ n \x \\\ % x\% x-vsv.v.xxx^xxxxxxxxxxxxxxxxx-x^xxvxxxxvx'-xxxvx-x-x-.
24
Para dar los puntos que definen el panel, se comienza por un extreme del panel
superior, despues el punto equivalente en el panel inferior, y asi sucesivamente hasta
terminar con todos los paneles definidos.
Para introducir estos puntos se aconseja utilizar una herramienta denominada punto
tentative de MicroStation.
El submenu Yacimiento sirve para calcular el grupo de yacimiento:
Figura 3.7.- Submenu Terreno. Yacimiento
mmmii
ya estamos en disposition de ejecutar los
los siguientes campos:
- Cubeta
- Hundimientos
- Dcformaciones
3.2.2.3 - Calculos
Una vez rellenados los datos del terreno
calculos. Dentro del submenu Calculos tenemos
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- Inclinaciones
- Desplazamientos
- Curvatura
- Suma Parametros
3.2.2.3.1- Cubeta
Antes de calcular los parametros debemos calcular los limites de la cubeta.
Permitira hacer el calculo de la cubeta comprobando si esta interactua con otras ya
calculadas previamente. El chequeo consistira en determinar si la cubeta del calculo actual
intercepta alguna de las anteriormente calculadas, en cuyo caso se volvera a hacer el
calculo pero teniendo en cuenta esta particularidad.
3.2.2.3.1- Hundimientos
Podemos realizar el calculo de hundimientos a traves de un interface en el que se nos
permite representar los resultados en varias formas:
26
3.8.- Submenu Calculus. Hundimiento
27
Un tipico resultado del calculo en el que se representan las curvas de iso-
hundimiento y un mallado de valores es el siguiente:
El resto de parametros se calcula de una forma similar a los hundimientos
3.2.2.3.3- Suma de parametros
Con esta opcion podemos generar un calculo de un determinado parametro que sea
el resultado de la suma de dos calculos realizados anteriormente. En el cuadro que nos
aparece (Figura 3.9 ) seleccionamos el parametro y los dos ficheros a sumar. El llamado
"ORIGINAL" sera el que defina la direccion. El ‘SUMADO’’ se recaiculara en aquellos
puntos que coincida con el original, y se sumaran sus valores, para que exista un unico
valor de calculo orientado en la direccion del original.
28
Figura 3.9.- Cuadro Suma Parametros
El resultado de esta suma, ademas de dibujarse en pantalla al nivel que indiquemos
se guardara en un fichero para poder ser utilizado en el calculo de otras direcciones o de
nuevo como un sumando en la suma de parametros.
29
En el cuadro siguiente se ve un ejemplo de suma de hundimientos:
30
4- COMPARACltiN CON QTRQS METODOS DE CALCULQ
Puesto que el metodo VNIMI es empirico, es conveniente para su mas correcta
calibracion, la realization de campanas de medida de subsidencia en superficie, para
“calar”los angulos de influencia y, una vez obtenidos, corregir las tablas correspondientes.
De esta manera se adapta por complete el metodo a la zona o cuenca donde se desea
aplicar.
Para valorar la actual aproximacion del metodo, se ha comparado con otros ya
ajustados, en mayor o menor medida, al yacimiento de la Cuenca Central Asturiana. Los
sistemas de calculo de la comparacion ban sido:
- NCB, National Coal Board (Gran Bretana)
- NPC, Antihundimiento (Perfiles de Nord Pas de Calais (Francia)
- Rejillas NPC (Valoracion superficiada)
* Originales
* Recalculadas
- HUNOSA (Funciones de influencia bidireccionales)
-VNIMI
A continuation se revisa cada calculo en sus puntos principales y se analizan las
diferencias existentes, para justificar en cada caso las anomalias encontradas. En la Figura
4.1 se pueden ver todos los calculos juntos, incluido el del VNIMI, (realizados para cada
metodo en particular) de la cubeta de hundimientos previsible para una capa de 30 grades
de pendiente, y un taller de 100 metros de longitud entre plantas. En lo que sigue, todas las
referencias se haran con respecto a dicha Figura.
31
Hun Jim ion to maxi mo
N.C.B.N.P.C. (Aniihundimitnto) Rojt/fa origin a/Rejil/a. correct'da Fuficiontt ok infiuoaci*.
VNIttl *• 30
Figure 4.1.
4.1- NCB
El metodo de estimation de subsidencia de la antigua NCB (hoy British Coal),
permite conocer el perfil de hundimientos, pendientes y deformaciones de una cubeta en
funcion de la explotacion de una capa con pendientes hasta 30 grades, segun el manual.
Realmente los 30° son un limite ya demasiado alto para este metodo, como lo prueba
la ubicacidn del centra de hundimiento maximo, a mas de 100 metros de la galena de pie,
para el caso que nos ocupa, con topografia totalmente horizontal en superficie. Ademas, el
valor de hundimiento calculado es muy bajo, de 480 mm para la capa de referenda, de 2
metros de potencia, sin relleno.
Esta anomalia permite reducir el limite de aplicacion de este metodo a las capas
horizontales o de pendiente inferior a los 10°, ya que mayores pendientes conducen a
errores graves de ubicacion de las influencias, al calcularse por este metodo semicubetas
simetricas, cosa que no ocurre en cuanto la pendiente pasa de 5° y es tolerable solo hasta
los 10°.
Se ha planteado como primer metodo de comparacion para poner de manifesto las
diferencias entre los sistemas disehados para capas verticales y los no preparados para tal
utilidad.
4.2- NPC
En las Hulleras de Nord - Pas de Calais, se desarrollo por los ahos 70 una serie de
trabajos y campanas de medida que han permitido plantear dos sistemas de calculo, validos
para aquellas cuencas y extrapolables, con las condiciones antes citadas (campaha de
medidas en superficie) a otras cuencas, sin mas que cambiar la tabla de angulos de
influencia principales.
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El primer sistema que se presenta es el denominado de antihundimiento y permite
calcular perfiles de los parametros principales (hundimiento, pendiente y deformacidn
horizontal), mediante el dibujo de dos funciones de influencia, una respecto al extremo
superior del taller y otra respecto del extremo inferior, a la que se cambia de signo y se
suma a la primera (de ahi el nombre de antihundimiento) obteniendose asi el perfil de la
influencia del taller.
Este sistema situa el maximo de la cubeta a pocos metros del pie de taller, tal como
se ha visto ocurre en la realidad, en las que se ubican los maximos en las proximidades de
la proyeccidn de la guia de pie, bien dentro del panel bien fuera del mismo.
Los valores de hundimiento calculados son, para la capa de 2 metros de referenda,
de unos 740 mm, lo que coincide sensiblemente con las mediciones de control topografico
realizadas.
4.3- REJ1LLAS (Originates)
La experiencia francesa, ha permitido que en la Cuenca Central Asturiana y desde
1978, en que se comenzd a monitorizar la subsidencia en la zona de Carbayin sob re las
explotaciones de La Moral, se puedan prever los hundimientos con el sistema denominado
de rejillas, para poder aplicarlo a superficies en lugar de hacer perfiles, mucho mas
inexactos en los hordes de explotacion, donde precisamente se quieren determinar lineas de
no influencia, para los macizos de proteccidn.
Asi, en 1984 se realize un trabajo de detalle para resumir las campafias de medicidn
hechas a la fecha y se dieron valores nuevos a la tabla de angulos de influencia ya citada.
Aplicando las rejillas con la tabla original francesa, se obtiene (sacando puntos del perfil)
una cubeta similar al caso de antihundimiento, situada en las proximidades del pie de tajo
pero por adentro y mas profunda, con valores de hundimiento prdximos a los 1.000 mm,
para la capa del caso.
34
Este resultado es acorde con la practica, en la que se encuentran valores de hasta un
30% mcnos de lo previsto con rejillas. As! tambien se expresa Proust, el autor de la mayorla de
estos trabajos franceses, cuando habla de la utilization de rejillas en paneles subcriticos y muy
inclinados (mas de 30°).
4.4 - REJILLAS (Reformadas)
Si se aplican los angulos recalculados con las mediciones de estos 17 anos ultimos,
en los que se ban colocado estaciones de medida en los Pozos (de la Cuenca C. Asturiana)
Mosquitera, Candin, M. Luisa, Samuno, Entrego, Santa Barbara, Santiago-Aller, Tres
Amigos, algunas escombreras y se ha medido tambien en labores de interior, se obtiene un
centra de cubeta proximo al pie de tajo, ubicado algo mas hacia adentro del panel
explotado que con las rejillas originales.
Los valores de hundimiento son un poco mayores que los calculados con las rejillas
originales, al reducirse el area afectada para un valor total de las rejillas igual (1.000
puntos porcentuales), lo que hace que el error de estimation por exceso sea algo mayor.
Con una correction del 30 al 40 %, se ha demostrado su utilidad en muchos casos
calculados y explotados, en los macizos de protection de algunos de los pozos antes
citados.
4.5- FUNCIONES DE INFLUENCIA
La Empresa National HUNOSA, en la que se llevaron a cabo los citados trabajos
de recalculo, desarrollo un programa que permite, mediante funciones de influencia
bidireccionales, tener en cuenta los efectos de horde de explotacion, suma de influencias
entre paneles de distintas capas, relieve, etc.
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El calculo que se muestra en la comparacidn tiene una semejanza en valor de
hundimiento maximo, 650 mm con el sistema de antihundimiento, y la ubicacion del maximo de
la cubeta, dentro del panel y proximo al pie de tajo, en concordance con las rejillas recalculadas.
4.6- VNIMI
El sistema objeto del Proyecto, aplicado a la capa de referenda, nos da un valor de
hundimiento maximo del orden de los dos sistemas mejor aproximados, el de NPC-
Antihundimiento y el de Funciones de Influence, con 620 mm.
El punto de maximo hundimiento de la cubeta queda algo por debajo del pie de tajo,
por fuera del panel, siendo esta la unica difference con los otros calculos.
A este respecto debe tenerse en cuenta que los dos sistemas anteriores, a difference
del VNIMI, tienen una serie de correcciones hechas a partir de las medidas en superficie,
que han permitido afinar la posicidn de la cubeta con respecto al panel explotado.
El programa, como se explica en el Proyecto, esta concebido para permitir, de forma
sencilla, la reforma de las tablas de calculo con lo cual sus resultados podran ajustarse, de
acuerdo con la experience a las circunstancias reales de cada yacimiento.
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5- .CQNCLUSIQNES
A la vista de la comparacion de los resultados con los del VNIMI, se puede extraer
una sene de conclusiones utiles.
- El programa de calculo SUBSIMCO, basado en las experiencias del VNIMI, se
aproxima muy correctamente a los resultados de otros procesos y programas de
calculo ya ajustados.
- La sencillez de manejo del programa permite una repetition de calculos y una
variation de hipotesis de situation de las explotaciones que en otros sistemas
resultarian mucho mas laboriosos.
- Su adaptacidn a distintos tipos de yacimientos es notable, de ahi que se preste a ser
un procedimiento de calculo practicamente universal.
- La experiencia que ya existe con los otros sistemas permitira, tanto en siguientes
versiones como a los usuarios de la actual, adaptar por completo sus resultados a la
realidad.
- La exactitud de calculo por este metodo se considera mas que suficiente lo cual,
unido a su sencillez de manejo, da una nueva via a la estimacidn y aproximaciones a
las previsiones de parametros asociados a la subsidencia.
- La plataforma de programacion, MICROSTATION, confiere al programa una
potencia muy superior a cualquier otro del mercado, ya que es totalmente
compatible con otros programas de calculo aplicados a mineria, como los de
TOPOGRAFIA, (tambien financiado por OCICARBON) o los de
PLANIFICACION MINERA, (financiado por CECA y OCICARBON) con los que
puede no solo complementarse sino intercambiar dates a traves de MDL’s
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(programas basados en MICROSTATION) sin pasar por tediosos procesos de
traduccion, muchas veces inexactos o antiecondmicos.
- Se puede para el future pensar en la creacion de un “Paquete de Mineria” sobre
dicha plataforma, que resuelva una serie de problemas diaries en las explotaciones
mineras, anadiendo alguna otra aplicacion que complemente las ya existentes y
citadas.
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