ESTALLIDOS DE ROCA, DERRUMBES Y SOSTENIMIENTO DE LABORES

compumet_ingenieros@yahoo.com COMPAÑÍA PERUANA DE USO MINERO ECOLÓGICO Y TÉCNICO Telefax: 295-7356 CAPACITACION PARA TRABAJADORES MINEROS CERRO RICO-BASE REY ESTALLIDOS DE ROCA, DERRUMBES Y SOSTENIMIENTO DE LABORES MÓDULO MINERÍA LIMA, AGOSTO DEL 2006

de 24 TEMARIO ESTALLIDOS DE ROCA, DERRUMBES Y SOSTENIMIENTO DE LABORES I. INTRODUCCIÓN II. Aspectos generales 2.1. Definiciones básicas 2.2. Qué es el estallido de rocas? III. Factores que influyen para producirse los estallidos de rocas. 3.1. El medio geológico 3.2. Propiedades del comportamiento mecánico del medio geológico 3.3. El campo de esfuerzos original 3.4. Factores que influyen para producirse los estallidos de rocas posteriores al minado IV. Medidas de prevención de estallidos de rocas V. Sostenimiento en labores subterráneas 5.1. Condiciones de inestabilidad en las excavaciones subterráneas 5.1.1. calidad de macizo rocoso 5.1.2. mal diseño en el trazo de la perforación y voladura 5.1.3. mala disposición de los elementos de soporte VI. Sostenimiento 6.1. Clases de terrenos 6.2. Tipos de materiales usados en sostenimiento MÓDULO MINERÍA 50

de 24 6.3. Sostenimiento en labores horizontales(galerías, cortadas, cruceros) 6.4. Sostenimiento en tajeos 6.4.1. Natural 6.4.2. Puntales de madera 6.4.3. Muros secos o pircas 6.5. Sistemas De Sostenimiento 6.5.1. los de apoyo activo; 6.5.2. los de apoyo pasivo; MÓDULO MINERÍA 51

de 24 I. INTRODUCCIÓN Los estallidos de roca son eventos cada vez más registrados en diversas minas, no sólo en el Perú sino también a nivel mundial, pero suele a menudo, confundírsele con derrumbes o desprendimiento de roca. Sin duda hay una diferencia notoria. Los estallidos de roca ocurre a grandes profundidades como consecuencia de las profundizaciones y el aumento de la presión litostática. Los derrumbes son una consecuencia natural de la alteración del equilibrio de esfuerzos y la mala previsión de estos por el hombre para contrarrestarlos. El sostenimiento de las labores subterráneas es una tarea de grandes proporciones y de gran complejidad, donde el fin principal es garantizar la seguridad y la eficiencia de los métodos de explotación empleados por los que realizan las labores de extracción del mineral. Una de las condiciones necesarias para que el sostenimiento se realice eficientemente luego de realizada una excavación, es la correcta indagación y evaluación estructural del macizo rocoso, este es el punto de inicio confiable para seguir en la tarea de seguridad y productividad que se ha trazado en el planeamiento del minado. MÓDULO MINERÍA 52

de 24 II. ASPECTOS GENERALES En vista de la amplitud del tema es necesario tener presente ciertos conceptos elementales previos, antes de pasar a desarrollar el tema con mayor amplitud. Estos se refieren a temas conexos y de gran importancia y útil para un mejor entendimiento 2.1 DEFINICIONES BASICAS PRESION La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie. El control de la presión en los trabajos mineros, da condiciones de operación seguras. Cualquier labor abierta en una mina, al igual que un recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad; variando las condiciones de este lugar, de acuerdo con el material y el tipo de construcción ó macizo rocoso. Las presiones excesivas no sólo pueden provocar la inestabilidad de la labor minera, puede provocar la destrucción de la infraestructura, la maquinaria, los bienes de propiedad de la empresa y FUNDAMENTALMENTE, poner al personal en situaciones peligrosas y susceptibles a ser accidentadas. Para tales efectos, las minas deben tener medidores de presión; donde las lecturas absolutas de gran precisión, ayudarán a prevenir derrumbes, estallidos, deslizamientos o fracturamiento del macizo rocoso; este hecho, con frecuencia es tan importantes como lo es la seguridad extrema. MÓDULO MINERÍA 53

de 24 Presostato: Aparato para la medida y el control de presiones absolutas y relativas, con censor cerámico o metálico. Tipo de Presión de Roca en una Mina Subterránea ENERGIA INTERNA Es la fuerza concentrada y almacenada en cualquier cuerpo, pudiendo convertirse en energía potencial. Para nuestros fines de estudio diremos que es la fuerza acumulada insitu en el interior del macizo rocoso y que puede actuar violentamente al producirse una excavación subterránea. MÓDULO MINERÍA 54

de 24 ESFUERZOS Son las fuerzas que aparecen inevitablemente alrededor de cualquier excavación subterránea y son las responsables de provocar los deslizamientos y desprendimientos de las rocas en una labor minera. GEOMECÁNICA Es la ciencia teórica y aplicada que se encarga del estudio del comportamiento mecánico de la roca y de las fuerzas inducidas como resultado de una excavación subterránea, dando una solución más favorable al problema de sostenimiento en las labores mineras. DICONTINUIDADES También se le conoce comúnmente como rajadura, fractura o también juntas, conociendo bien este parámetro en una evaluación geomecánica se puede llegar a determinar la calidad de la masa rocosa. FALLA Es una fractura que separa dos bloques de roca, pudiendo haber deslizamiento uno respecto del otro. SOSTENIMIENTO Es el refuerzo que requiere una labor cuando las condiciones de inestabilidad y seguridad lo requieran. Para conseguir un buen sostenimiento es necesario una correcta indagación y evaluación del macizo rocoso a fin de elegir el correcto elemento de soporte. MÓDULO MINERÍA 55

de 24 ESTABILIDAD Del verbo estabilizar; en minería, significa dar permanencia firme y constante a las excavaciones subterráneas y a los taludes de labores a cielo abierto. Se logra estabilidad en labores subterráneas, utilizando métodos de sostenimiento con soporte metálico, de madera o con relleno, con pernos, malla y otros elementos que fortifique la labor minera. ESTALLIDO O REVENTAZÓN DE ROCAS Los estallidos de rocas en las aberturas subterráneas, son el debilitamiento y desprendimiento violento del os bloques rocosos dentro de la excavación subterránea. Generalmente se puede atribuir a los siguientes factores: 1. Presión de la masa rocosa alrededor de la excavación. 2. Debilidad del material por no soportar la presión del macizo haciendo que la energía almacenada, se libere violentamente produciendo la rotura. WORK SHOP a. Organizarse en equipos humanos; b. Describir labores abiertas y nombrar sus efectos en diferentes tipo de roca. 2.2. QUÉ ES EL ESTALLIDO DE ROCAS? MÓDULO MINERÍA 56

de 24 Es el desprendimiento súbito y violento de grandes bloques de roca como consecuencia de las grandes presiones ejercidas en el contorno de una excavación, generalmente ocurre a grandes profundidades. Antecedentes Sobre Estallidos Rocas A Nivel Mundial DESASTRE DE LA MINA DE HARTEBEESFONTEIN SUDAFRICA FECHA: el 31 de JULIO 1997 1. En apenas un año, ha habido tres desastres del temblor de tierra. El primer temblor era en marcha de 1997 en la mina de Deelkraal que es poseída por el Goldfields, el segundo estaba en la misma mina. En ambos incidentes 13 personas murieron con 3 inhabilitados permanentemente. El tercer temblor está aquí en la mina de Hartebeesfontein. 18 personas han muerto y 30 tuvieron lesiones críticas. A. Mina Casapalca en Perú Estallido de rocas en una galería Esta mina tiene actualmente 1300 m de profundidad y la roca es competente. Las primeras noticias sobre la ocurrencia de estallidos se remontan a la segunda mitad de la década de los 70. Entre finales de la década de los 80 y principios de la década de los 90 hubo aumento en la frecuencia y severidad de la ocurrencia de estallidos. Las áreas críticas fueron las ubicada entre los Nvs. 1200 y 1500 y entre los Nvs. 2300 y 3000, principalmente en las excavaciones asociadas a las Vetas M, N, O, P y 256P, en las cuales se utilizó mayormente el método de minado shrinkage. MÓDULO MINERÍA 57

de 24 Mina Uchucchacua 31 AGOSTO 2005 Estallido de Roca 10.45PM Lugar del accidente fatal en el Cuerpo Rubí III, mirando al NW. Obsérvese la falla Rubí buzando a la izquierda y la falla tensional buzando a la derecha, ambos formando una cuña. Además en esta área se presentan los estratos y un sistema principal de diaclasas. III. FACTORES QUE INFLUYEN PARA PRODUCIRSE LOS ESTALLIDOS DE ROCAS. A. Los factores relevantes antes del minado, básicamente comprenden: 1. El medio geológico. 2. Las propiedades de comportamiento mecánico de ese medio geológico. 3. El campo de esfuerzos original. MÓDULO MINERÍA 58

de 24 3.1. EL MEDIO GEOLOGICO -La presencia de plegamientos. En algunas minas metalíferas y mayormente en minas carboníferas, el minado, en sistemas de plegamientos principales, crean zonas muy suceptibles a la ocurrencia de los estallidos de rocas. 3.2. PROPIEDADES DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DEL MEDIO GEOLÓGICO Así, se ha establecido que generalmente los estallidos ocurren en rocas que tienen resistencias compresivas en el rango de 100 a 400 Mpa Las rocas con módulos de elasticidad de 40 a 100 GPa son propensas a estallidos ENSAYO DE LABORATORIO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA MÓDULO MINERÍA 59

de 24 COMPRESION UNIAXIAL INSTRUMENTO DE CONSTANTES ELÁSTICAS 3.3. EL CAMPO DE ESFUERZOS ORIGINAL MÓDULO MINERÍA 60

de 24 antes de iniciar los trabajos de laboreo de minas, los esfuerzos originales se encuentran en equilibrio relativo, que ante la perturbación del medio, estos se reacomodan provocando el desprendimiento del macizo. Se suma a esto, el aumento de la presión litostática debido a la profundidad de las excavaciones. 3.4. FACTORES QUE INFLUYEN PARA PRODUCIRSE LOS ESTALLIDOS DE ROCAS POSTERIORES AL MINADO Los factores relevantes Posteriores al minado, básicamente comprenden: 1.Los esfuerzos inducidos por el minado. En las zonas de altas concentraciones de esfuerzos inducidos por el minado, ocurren una serie de mecanismos complejos, entre los cuales el almacenamiento de la energía de deformación, lo cual constituye una fuente de energía sísmica que puede generar un estallido de rocas. 2.La energía de deformación. La energía de deformación ocasionado por las concentraciones de energía debido a las excavaciones realizadas, debido también a la presencia de fenómenos geológicos como los fallamientos y las características inconsistentes de la masa rocosa. IV. MEDIDAS DE PREVENCION DE ESTALLIDOS DE ROCAS MÓDULO MINERÍA 61

de 24 Dimencionamiento de los tajeos. 2. El planeamiento a corto y largo plazo de las secuencias y esquemas de minado. 3. Formas diferentes de relleno. 4. La extracción parcial del cuerpo mineralizado mediante el establecimiento de nuevas formas, tamaños y orientaciones de pilares estabilizantes. 5. Uso de sostenimiento extra en tajeos, cuando se identifican áreas geológicamente desfavorables, de tal modo que cuando ocurran los estallidos el daño pueda ser minimizado. V. SOSTENIMIMENTO EN LABORES SUBTERRÁNEAS MÓDULO MINERÍA 62

de 24 El sostenimiento de las labores subterráneas es una tarea de grandes proporciones y de gran complejidad, donde el fin principal es garantizar la seguridad y la eficiencia de los métodos de explotación empleados por los que realizan las labores de extracción del mineral. Una de las condiciones necesarias para que el sostenimiento se realice eficientemente luego de realizada una excavación, es la correcta indagación y evaluación de la estructura del macizo, este es el punto de inicio confiable para seguir en la tarea de seguridad y productividad. 5.1. CONDICIONES DE INESTABILIDAD EN LAS EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS Se ha hablado de las condiciones de estabilidad de las labores, ahora es necesario conocer las diversas circunstancias de inestabilidad que entre muchas podemos mencionar a los siguientes: Calidad del macizo rocoso Mal diseño en el trazo de la perforación y voladura Mala disposición de los elementos de soporte 5.1.1. CALIDAD DE MACIZO ROCOSO Las labores mineras subterráneas y superficiales, cuyos componentes son estructuras complejas; para ejecutar dichas labores mineras, es necesario poseer el máximo conocimiento del macizo rocoso. Es un requisito básico y fundamental que todo trabajador de mina debe conocer su ambiente de trabajo, esto implica el conocimiento de la calidad de la roca y la manera de contrarrestar su potencial riesgo de desprendimiento. MÓDULO MINERÍA 63

de 24 Para tener el conocimiento de la calidad del macizo rocoso hoy en día existen muchas clasificaciones geomecánicas que entre las mas conocidas tenemos a Bieniawski, Barton, Taylor etc. Clasificación Geomecánica de Bieniawski. Esta clasificación geomecánica da una estimación del macizo rocoso teniendo en cuenta los siguientes parámetros: CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE BIENIAWSKI Resistencia compresiva de la roca Índice de calidad de la roca RQD Espaciamientos de las juntas o discontinuidades Condición de las juntas Presencia de agua Estos factores se cuantifican de acuerdo a una serie de valores que se les da, cuya suma nos da el RMR que varía entre 0-100. Los objetivos de esta clasificación son: Determinar y/o estimar la calidad del macizo rocoso. Dividir el macizo rocoso en grupos de similares características Facilitar la planificación y el diseño de estructuras en roca, proporcionando datos cuantitativos, para una solución real de sostenimiento. INDICE DE CALIDAD DE LA ROCA RQD El RQD se calcula midiendo y sumando el largo de todos los trozos de MÓDULO MINERÍA 64

de 24 testigo mayores que 10cm y dividiendo esta cantidad entre la longitud total de perforación. RQD= Σ TROZOS <10cm. Longitud total de perforación 5.1.2. MAL DISEÑO EN EL TRAZO DE LA PERFORACIÓN Y VOLADURA Las propiedades geomecánicas del macizo rocoso en la voladura de rocas, conforma el grupo de variables mas importantes, no sólo por su influencia directa en el resultado de la voladura, sino además, por su interrelación con otras variables de diseño especialmente en el contorno de la excavación En realidad lo que nos interesa es conocer hasta donde se extiende el daño en el contorno de la excavación. En conclusión podemos decir que la voladura de un conjunto de taladros, genera un campo dañado. la amplitud de ese campo es posible estimarla, midiéndolo y registrándolo y eso justamente es la misión de la geomecánica. 5.1.3. MALA DISPOSICIÓN DE LOS ELEMENTOS DE SOPORTE Otro factor importante que es causante de la inestabilidad de las excavaciones es la mala disposición de los elementos de soporte y es en realidad una de las condiciones mas inseguras y peligrosas, porque se cree erróneamente que una área está asegurada cuando en realidad no lo está, por la falta de previsión técnica en el control y supervisión en el momento de colocar los elementos de soporte. MÓDULO MINERÍA 65

de 24 CONDICIONES DE INSTABILIDAD EN LAS EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS RUMBO DE DISCONTINUIDADES PARALELO AL EJE DE LA LABOR VI. SOSTENIMIENTO Es todo lo que sirve para contener el desprendimiento de trozos de MÓDULO MINERÍA 66

de 24 roca y proteger al personal, impidiendo el derrumbe de los techos y de las paredes de las labores mineras. 6.1. CLASES DE TERRENOS Duros : Al trazar y disparar deben formarse arcos o bóvedas de seguridad, en el techo de la labor. Fracturados : Requiere moderado sostenimiento. Alterados : Necesitan fuerte sostenimiento. 6.2. TIPOS DE MATERIALES USADOS EN SOSTENIMIENTO Madera : Palos, tablas, tacos y cuñas de eucalipto seco. Para piques pino oregón. Piedras o roca (muro seco o pircas) Concreto armado. Pernos de anclaje 6.3. SOSTENIMIENTO EN LABORES HORIZONTALES(galerías, cortadas y cruceros) Natural : El techo debe llevarse en forma de arco o bóveda, ubicando bien los taladros superiores(alzas). Cuadros de madera : Cuando el terreno es blando, en lugar de patilla se coloca un palo de madera en el piso (longarina), en cuyos extremos se paran los postes. 6.4. SOSTENIMIENTO EN TAJEOS 6.4.1. Natural En filones : Se deja puentes, en los hechaderos y/o caminos, sin interrumpir los accesos a los mismos. En minería artesanal, los pilares deben dejarse en los mismos tajeos. En mantos y cuerpos : A intervalos apropiados dejar pilares para impedir que caigan planchones de la caja techo, denominándose cámaras y pilares (Room and Pillar),el método de explotación. MÓDULO MINERÍA 67

de 24 6.4.2. Puntales De Madera : Se deben colocar siempre en forma perpendicular a las cajas. Puntal de línea : Se colocan para reforzar hechaderos de mineral o construir buzones. Puntal de seguridad : Sirven para sostener cajas inestables. En la caja techo llevan una plantilla de madera para dar una mayor consistencia. 6.4.3. MUROS SECOS O PIRCAS : Intercalando con puntales de línea se construyen muros con piedra o roca caja para sostener rellenos. VI. SISTEMAS DE SOSTENIMIENTO Usualmente se denomina soporte de rocas a los procedimientos y materiales utilizados para mejorar la estabilidad y mantener la capacidad de resistir las cargas que producen las rocas cerca al perímetro de la excavación subterránea. Se puede clasificar a los diversos sistemas en dos grandes grupos: 6.1. LOS DE APOYO ACTIVO; que viene a ser el refuerzo de la roca donde los elementos de sostenimiento son una parte integral de la masa rocosa. 6.2. LOS DE APOYO PASIVO; donde los elementos de sostenimiento son externos a la roca y dependen del movimiento interno de la roca que esta en contacto con el perímetro excavado. MÓDULO MINERÍA 68

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