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7/24/2019 MECANICA DE ROCAS EN MINERIA.ppt
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Mining Rock Mechanics
“MITIGACION DE ROCKBURST”
Prof. Ugur Ozbay
Colorado School of Mines
Department of Mining Engineering
uozbay@mines.edu
+1(303) 273 3710
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Objetio
• Resues!a de" ma#izo ro#oso a e$#a%a#iones mineras
• &efini#i'n y !ios de Ro#burs! *s!a""ido de Ro#as,
• -e!odos de mi!iga#i'n de" ro#burs!
/onsidera#iones de" diseo
is!ema de moni!oreo smi#o
s!ra!egias de oor!e
Ro" de "a Unidad de Ro#a de ngeniera en una mina ssmi#aa#!i%a
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Res!"esta #e$ %aci&o 'ocoso a $a %ine'(a
• Resues!a de" ma#izo ro#oso a "os #ambios en "os #amos deesfuerzo debido a "a minera
• 45us!e de" ma#izo ro#oso se "ogra #on "a redis!ribu#i'n deesfuerzos y deforma#iones a !ra%6s de
4#!i%a#i'n de fra#!uras e$is!en!es y enera#i'n de nue%as fra#!uras
• Pro#eso de a5us!e in%o"u#ra #ada de ro#as en "as e$#a%a#iones"ibera#i'n de energa de deforma#i'n y genera#i'n de sismos
• 8a se%eridad de" ro#eso de a5us!e es gobernado or !res
arame!ros rin#ia"es /amo de esfuerzos 9ue e$is!en an!es de "a minera
/ara#!ers!i#as de" ma#izo ro#oso
:amao y forma de "as e$#a%a#iones mineras
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Ca'ga ) Resistencia #e$ Maci&o Rocoso
1 ! r
e s s
!rain
Pea
s!reng!;
Residua"
s!reng!;
/omression
;ear
$#a%a!ion
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Rockb"'st
Que es?Como ocurre?
Que se puede hacer con el?
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De*inici+n #e Rockb"'st
Rockburst es una repentina y violenta irrupción de las
paredes de las minas el cual es causada por, o
acompañada por, un movimiento brusco o vibración
( evento sísmico ) the suficiente magnitud para causardaño obvio a las excavaciones y soporte, o caida
simultanea de rocas
Un rockburst es una consecuencia de la minería
No todos los eventos ssmicos son causados por el
rockburst
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,a$$a #e Roca Estab$e e Inestab$e
/omression
;ear
$#a%a!ion
Unstable failure
1 ! r e s s
!rain
nergydefi#ien#y
!iffness of
"oading
en%ironmen!
Stable failure
Dos condicionesnecesarias para el
rockburst
1. !ress < !reng!;
2. ns!abi"i!y
1 ! r e s s
!rain
:riggering
s!ress in#rease
$#ess energy
!iffness of "oadingen%ironmen!
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1 !rain burs! (crush o rompimiento)
2 fau"! (slip o deslizamiento)
3 dye (crush) = dye #on!a#! (slip)
> ru!ure (slip)
Ti!os #e Eentos Sis%icos
>
23
4d%an#ing
e$#a%a!ionfau"!
dye
?eaness
1
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Eventos de rompimiento (c) Eventos de deslizamiento (s)
Descripciónfsica
nes!ab"e romimien!o de" %o"umen dero#a en "as ro$imidades de "ae$#a%a#i'n minera
8ibera#i'n ines!ab"e de esfuerzo de #iza""eor un des"izamien!o sobre una area "anar("ane of ?eaness=in!a#! ro#)
Mecanismogovernante o
criterio
!rain?eaening de ro#a fragi" en#omresion sis!ema de dureza o!en#ia"de #ada de esfuerzos
!a!i#oA #aida dynami#a de" esfuerzo#iza""ede "a suerfi#ie des"izan!e dureza de"sis!ema o!en#ia" de #aida de esfuerzo
E!emploscomunes
4bu!men! e%en!s s!rain burs!s !unne" =dye e%en!s
4"gunas fa""as y a"gunos e%en!os de!erremo!os re"a#ionados a di9ues medianosa muy grandes e%en!os.
Da"o delrockburst
• O#asiona"men!e in!enso ero siemre"o#a"izado
• -u"!i"es des"izamien!os "anares#on5ugados o romimien!o genera"
• Para grandes e%en!osA /adas grandes#"ausura dano de !une"
• #uasi"ano indi%idua" mos!randomo%imien!os mesurab"es
/ s=#
ss
Eentos #e ti!o sis%ico
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St'ategias #e cont'o$ #e Rockb"'st
• /ri!erio de diseo minero
RR (nergy Re"ease Ra!e) (Razon de
"ibera#i'n de energa) ($#ess ;ear !ress) (sfuerzo de
/iza""e e$#esi%o)
• -e!odos de mi!iga#i'n de" ro#burs!
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Ra&+n #e -ibe'aci+n #e Ene'g(a .ERR/
• RR es sim"emen!e una medida de #on#en!ra#i'n deesfuerzos en "as aredes de "a e$#a%a#i'n
• Paredes mineras irregu"ares in!erse##iones i"ares yremanen!es son areas de a"!o RR (esfuerzos)
• s!ra!egias 9ue redu#en e" RR (!ress) a"rededor de"as e$#a%a#iones uede redu#ir e" o!en#ia" ro#burs!.s!as es!ra!egias in#"uyenA
Ba#fi""ing (re""eno)
Use of "arge ?id!;=;eig;! ra!io i""ars (i"ares de mayoran#;o=a"!ura)
Redu#ing s!oing ?id!; (4n#;os de :a5eos)
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E*ecto #e $a Geo%et'(a Mine'a en e$ERR
RR
RR
RRRR
RR
RR
RR
-ined Ou!
RR
RR
RR
RR
RR
#rregular vs$ regular faces
%arge pillars
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E*ecto #e$ Ancho #e$ Sto!ing en e$ ERR
&ide stope
Cig; fa#es!resses
'arro stope
Ba# area #"osure"imi!s fa#e
s!resses
ackfilled ba#
area in a ?ides!oe fa#e
s!resses
ERR 0 ERR 1 ERR
B a # ( f i " "
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Res"%en #e$ ERR
• RR es una medida dire#!a de "a concentración deesfuerzos en "a #ara fron!a" de una ared minera
• RR uede ser%ir #omo una medida des#ri!i%a arae" dao de" ro#burs!
• s!udios ;an mos!rado una #on%in#en!e #orre"a#i'nen!re e" ni%e" de" RR romedio y sismi#idad oro#burs!
• rabando #orre"a#iones en!re e" RR y e" ro#burs!
uede ""e%ar a" desarro""o de guas ara e" diseo de "amina
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,a$$a #e Ci&a$$e inestab$e a t'aes #eest'"ct"'as
.“s$i!” t)!e eents/
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E2cess Shea' St'ess .ESS/ .Ci&a$$e/
dynami# s!reng!;
(τe) D Pre%ai"ing s;ear s!ress rior !o s"i &ynami# s!reng!; of s!ru#!ure
τe
ESS es una medida del evento de deslizamiento potencial ocurriendo en una estructura geologica
s!a!i# s!reng!;
#o;esion
Eorma" s!ress
τ
σn
1 ; e a r s ! r e s s
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ESS co%o c'ite'io #e #ise3o
stabi$it)!otentia$in#icates
stabi$it)in#icates
0
0
e
e
>τ
<τ
"obes0
!"
D F !o 10 -Pa (for "ane of ?eaness) ("ano de debi"idad)
D 20 -Pa (for ru!ure of in!a#! ro#) (ru!ura ro#a in!a#!a)e
#τ
e#τ
s!ima#i'n de ni%e"es de re9ueridos ara un e%en!o ssmi#o
Gau"!$#a%a!ion
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Co%o ESS bene*icia e$ #ise3o %ine'o
• uede usarse #omo una ;erramien!a cuantitativa ara
ba#ana"ysis de e%en!os ssmi#os
• #uen!a ara "a am"ifi#a#i'n de" efe#!o de" dao de
#ondi#iones abnormales tectónicos
• iguiendo metodos de mitigación de" ro#burs! 9ue emergen enbase a "os #on#e!os de" A
Uso de bra9ue!as de i"ares a"rededor de fa""as ssmi#as a#!i%as
$"o!a#i'n "e5os de "as fa""as
$"o!a#i'n ;a#ia fa""as en un angu"o ob"i#uo /onfirma#i'n de benefi#ios a" im"emen!ar ba#fi"" y es!abi"iza#i'n de
i"ares
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Meto#os #e Mitigaci+n #e Rockb"'st
• 45us!ando razones de e$!ra##i'n de minera" razones de
a%an#e de fren!e se#uen#ias mineras
• &es#onfinamien!o de esfuerzos (des!ressing)
• Pre#ondi#ionado
• Uso de informa#i'n de moni!oreo ssmi#o
• ns!rumen!a#i'n
• &iseando e im"emen!ando un sis!ema de soor!e ara "as
#ondi#iones de" ro#burs!
n addi#i'n a unos ya men#ionados "os siguien!es me!odos demi!iga#i'n son ra#!i#ados en "a indus!riaA
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Ra&on #e e2t'acci+n #e %ine'a$4sec"encia %ine'a4 ) 'a&+n #e aance #e
$a *'ente
• Regu"arizando razones de e$!ra##i'n deminera" y se#uen#ias mineras median!e
P"anifi#a#i'n minera #uidadosa diseo yoera#i'n
/on!ro"ando #an!idades y razones dee$!ra##i'n
8imi!ando "a raz'n de fren!e de a%an#e ba5o"os ni%e"es #ri!i#os 9ue ga!i""an e" ro#burs!
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De5st'essing an# 6'e5con#icionan#o
De*stressing
+re*conditioning
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Monito'eo S(s%ico
• Un ;ard?are moni!oreo ssmi#o s!andard re9uiere una red de%arios geofonos ins!a"ados a"rededor de "a mina y un sis!ema#omu!a#iona" #en!ra" ara ana"isis de signos
• Redes de moni!oreo ssmi#os ueden
8o#a"izar e%en!os ssmi#os ademas ueden ser usados ara
#ordina#i'n de oera#iones de res#a!e en #aso de ro#burs! Permi!en "a iden!ifi#a#i'n de es!ru#!uras sismi#amen!e a#!i%as
-ues!ran #omo "as #ondi#iones es!an #ambiando #on e" !iemoeffe#!o de "a raz'n de e$!ra##i'n en "a sismi#idad.
n!regan una efi#a#ia en es!ra!egias de #on!ro" de" ro#burs!adoo!ado or "a mina
n!regan es!ima#iones #uan!i!a!i%as en "a magni!ud y momen!o de""os e%en!os ssmi#os
Ej $ # i ( i
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Eje%!$o #e %onito'eo s(s%icoActiacion #e "na *a$$a $ejos #e$
#esa''o$$o
)ined out stopes
$ctive mining area
*ent Raise
to sur+ace
,anging'all ramp
drive
)icroseismic
activit& -events.
4#!i%idad mi#rosismi#a ini#ia"
asso#iado a "a rodu##i'n
/ambio de "a "o#a"idad de "os e%en!os
ssmi#os #on #on!inuo desarro""o
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Ot'o %onito'eo e inst'"%entaci+n
is!emas de moni!oreo mas #omunesA
• nse##iones de #amo (100H)
• -edi#iones de des"azamien!o "o#a" (I2H)• -oni!oreo ssmi#o (J>H)
• Ref"e#!ome!ra en e" !iemo (J>H)
• -edidas #on%ergen!es (3JH) y
• Obser%a#iones de sonda5es (3JH).
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Consi#e'aciones #e so!o'te #e$Rockb"'st
• Resis!en#ia de oor!e
s!a!i#a
&ynami#a
• /on!en#i'n (s#reening area" #o%erage)
• Kie"dabi"i!y (4bsor#i'n de "a #aa#idad de energa)
;aing (sa#udida) 5e#!ion (ro5e##i'n)Bu"ing
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S"!!o'te #e #ise3o9 Ca'ga estatica
Soporte re,uerido de
resistencia
R s 0 h
γ / eso unitario
;A grossor de" b"o9ue
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Dise3o #e So!o'te9 Ca'ga Dina%ica
"
d
"
d
mv"
1E
/side'alls2or
mv"1mgdE
/roo+ 2or
=
+=
nerga re9uerida (d) ara
#on!ener mo%imien!o dinami#o
de un b"o9ue de ro#a sobre una
dis!an#ia d en me!rosA
&onde m y % son masa y
%e"o#idad de ro5e#!ion de"
b"o9ue de ro#a y g es "a of !;e
a##e"era#i'n gra%i!a#iona".
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:ie$#abi$it) .Abso'ci+n #e ca!aci#a# #eene'g(a/
Energ& imparted to
a "000 kg mass/
E 3 0( m v" 3 -0(. -"(0. 4"
E 3 56 k7
Energ& consumed b&
Non!&ielding bolt/
"80 9 0(016 3 :(4 k7
;ielding bolt/
1<0 9 1 3 1<0 k7
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:ie$#ing bo$ts
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Est'ategias #e #ise3o #e so!o'te
• 8os re9uerimien!os de" sis!ema de soor!e mas #r!i#o
ara "as #ondi#iones de ro#burs! son
/aa#idad de absor#i'n de energa sufi#ien!e (yie"dabi"i!y o
#eder)
/om"e!e s#reening (area" #o%erage)
• " sis!ema de soor!e 9ue uede #um"ir #on "os
re9uerimien!os in#"uyen
rou!ed ro# bo"!s ?i!; good yie"dabi"!y + ?ire mes; + "a#ing rou!ed yie"ding bo"!s + ?e"ded mes; + s;o!#re!e
rou!ed yie"ding bo"!s + ?e"ded mes; + fiber reinfor#ed s;o!#re!e
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Est'ategias #e !'otecci+n ca(#a #e s"e$o
• " sis!ema de soor!e uede !ener un ade#uado yielding (absor#i'n) y #aras!ers!i#as de
visual areal #om"e!a• e ne#esi!an medidas ara "a ro!e##i'n de scalers, drillers, and support installers.
4u!oma!izando es!as a#!i%idades 9ue deben ser #onsideradas.
• &esarro""ando una base de datos en alturas de cada de ro#a y e" fun#ionamien!o de"sistema de soporte uede ayudar enormemen!e en e" diseo effi#en!e de" sis!ema desoor!e
• erias #onsidera#iones deben ser !omadas a "os efe#!os de" dao de a"!os esfuerzos(abutment stresses) #readas or "as e$#a%a#iones de rodu##ion en e$#a%a#iones de
ser%i#ios
• /rea#i'n de ledges and brows ueden signifi#a!i%amen!e redu#ir "a es!abi"idad so"!ando "os 5oin!s y fra#!uras #on esfuerzos.
• Ba5o esfuerzos a"!os o#urren "a fracturas paralelas a la frente. n in!erse##iones ysi!ua#iones de "ead"ag a"!os esfuerzos ueden resultar en techos “blocky” re9uiriendosoor!es mas densos #on #ober!ura area" mas fuer!e.
• Caminando hacia las areas sin soporte es un #on!ribuyen!e a "a #ada es!adis!i#a de"sue"o
• U"!imo ero no menos imor!an!e es!ra!egias de re%en#i'n de a##iden!es de #ada desue"o ueden no ser e$i!isos sin "a ro%isi'n de un ade#uado programa de EntrenamientoL
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Uni#a#es #e Mecanicas #e Rocas
8a unidades de me#ani#a de ro#as #onsis!e
en mane5ar un ade#uado numero de ersona"
#a"ifi#ado es esen#ia" ara e" diseoim"emen!a#i'n y man!enimien!o de "os
me!odos de mi!iga#i'n de" ro#burs!
men#ionados a9u.
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Actii#a#es #e $as "ni#a#es #e %ecanica#e 'ocas
8as a#!i%idades de Unidades de ro#a ngeneri"ueden in#"uir ero no "imi!adas a
&esarro""o y man!enimien!o de mode"osgeo!e#ni#os y numeri#os a#!ua"es de "a mina
Participación en el proceso del diseño medianteel trabajo cercano con la gerencia mina"aneando y unidades de rodu##i'n
&esarro""ando e$#a%a#iones y diseo desis!ema de soor!e de !io de ro#a ese#fi#a
ara diferen!es se#!ores de "a mina Re#o"e##i'n y ana"isis de in#iden!es de "esion
ara de!erminar "a raiz de "a #ausa dea##iden!es ara iden!ifi#ar en!renamien!o yne#esidades de me5oramien!o de soor!e
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&esarro""ando e im"emen!ando ro#edimien!os de#on!ro" de #a"idad = 4seguramien!o de #a"idad
Prearando #odigos de #ondu#!as de me#ani#a dero#as y #omuni#ando es!as #on e" ersona" de "a mina
&esarro""ando me#ani#a de ro#as re"a#ionadas #on "os
ro#edimien!o de e%a"ua#i'n de riesgos basados en e"da!o de a##iden!es
Ob!eniendo e ins!a"ando ins!rumen!os (in#"uyendo redesde moni!oreo ssmi#os) ara moni!orear "a resues!a de"maziso ro#oso a "as e$"o!a#iones
-an!eniendo #on!a#!o #on "as nue%as !e#no"ogias en e"area de me#ani#a de ro#as
/i!ando y a#udiendo a "os audi!ores o #onsu"!ores de-e#ani#a de Ro#as (Review Board)
Actii#a#es #e $as "ni#a#es #e%ecanica #e 'ocas .cont8/
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Res"%en #e %eto#os #e %itigaci+n #e$'ockb"'st
• Redu#iendo a"!os abu!men! s!resses median!e
-an!enimien!o de "a forma de "a fren!e de" !a"ud g"oba"
im"emen!ando ba#fi"""ing
m"emen!ando e$!ra##iones ar#ia"es (i"ares)
Redu#iendo an#;os de s!oing
• %i!ando
/rea#i'n de remanen!es
&iseos #onsiderando i"ares
$oniendo ser%i#ios de e$#a%a#iones a a"!os s!resses
• &e5ando bra9ue!as de i"ares a"rededor de fa""as a#!i%amen!e ssmi#as
• 4#er#andose a fa""as en angu"os ob"i#uos
• $"o!a#i'n "e5os de "as fa""as
• Regu"arizando "a raz'n de e$!ra##i'n de minera" se#uen#ia minera y raz'n de a%an#ede "a fren!e
• &es!ressing
• Pre#ondi!io#ionando
• -oni!oreo de ssmos indu#idos or "a minera
• m"emen!ando sis!ema de soor!e #on ade#uada ;o"gura y #aa#idades de s#reening
• -an!en#i'n de un dear!amen!o de me#ani#a de ro#as bien en!renado y #on re#ursos
7/24/2019 MECANICA DE ROCAS EN MINERIA.ppt
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MCay regun!asN
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