DEPARTAMENTO DE GEOFISICA

FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS

UNIVERSIDAD DE CONCEPCION, CHILEUniversidad de Concepcin

ANLISIS DE SISMICIDAD INDUCIDA EN MINA SUBTERRNEA ROBLANCO SECTOR NORTE III PANEL REAS 15, 16 y 17 NIVEL 16

HUNDIMIENTO CODELCO DIVISIN ANDINA

DIEGO ROMERO CASTRO

Tesis de pregrado para optar al ttulo profesional de Geofsico

Profesor Supervisor:Dr. ARTURO BELMONTE-POOL VILLANUEVA

Concepcin, Chile. 13 de abril de 2012

II

DEPARTAMENTO DE GEOFISICA

FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS

UNIVERSIDAD DE CONCEPCION, CHILEUniversidad de Concepcin

ANLISIS DE SISMICIDAD INDUCIDA EN MINA SUBTERRNEA ROBLANCO SECTOR NORTE III PANEL REAS 15, 16 y 17 NIVEL 16

HUNDIMIENTO CODELCO DIVISIN ANDINA

DIEGO ROMERO CASTRO

Miembros del Comit:Dr. ARTURO BELMONTE-POOL VILLANUEVADr. KLAUS BATAILLE BOLLWEGDr. MATTHEW ROBERT MILLER

Tesis de pregrado para optar al ttulo profesional de GeofsicoConcepcin, Chile. 13 de abril de 2012

II

ndice general

Agradecimientos VII

ndice de figuras XVI

ndice de tablas XVII

Resumen 1

Abstract 3

1. Introduccin 51.1. Antecedentes Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2. Divisin Andina CODELCO Chile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2.1. Resea Histrica Mina Subterrnea Ro Blanco . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2.2. Ubicacin Geogrfica Mina Ro Blanco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2.3. Clima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3. Mtodo de Explotacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3.1. Descripcin de los Mtodos de Explotacin Aplicados en Mina Ro Blanco. . . . 8

1.4. Sismicidad Inducida por Actividad Minera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.4.1. Red de Monitoreo Micro-ssmico Divisin Andina . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2. Hiptesis y Objetivos 132.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2. Objetivos Especficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3. Hiptesis de Trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3. Marco de Referencia y Mtodos 153.1. Estado del Arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1.1. Parmetros Ssmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.1.2. Parmetros de Fuentes Ssmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.1.3. Errores en los Parmetros de la Fuente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.1.4. Parmetros de la Sismicidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.1.5. Sismicidad Inducida Bajo un Mtodo de Caving . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.2. Metodologa de Trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.2.1. Sistema Ssmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.2.2. Descripcin del Software a Utilizar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.2.3. Procesamiento y Anlisis de los Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.2.4. Descripcin Mtodo de Picado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

III

4. Resultados 394.1. Comparacin Mtodo de Picado de Eventos Ssmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.1.1. Distribucin Segn Magnitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.1.2. ndice de Energa y Volmen Aparente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.1.3. Ley Gutenberg-Richter GR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444.1.4. Radio de Brune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454.1.5. Difusividad Ssmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.1.6. Frecuencia Ssmica y Razn ES/EP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.2. Clasificacin de Eventos Ssmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.2.1. Clasificacin Segn Caractersticas de la Seal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.2.2. Clasificacin Segn Distribucin Espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4.3. Back-Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.3.1. Distribucin Espacial y Temporal de Eventos Ssmicos . . . . . . . . . . . . . . 644.3.2. Parmetros Ssmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684.3.3. Mecanismos Focales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

5. Instalacin Sistema Ssmico reas 16 y 17 Nivel 16 de Hundimiento III Panel 855.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 855.2. Volmen de Influencia: rea de Inters y Ubicacin Espacial de los Sensores . . . . . . 855.3. Descripcin de Componentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

5.3.1. Sensores Gefonos 4,5 [Hz] y 14 [Hz] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 875.3.2. Sismmetros (QS, SAQS, GS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 885.3.3. Cables de Conexin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 905.3.4. Unidades de Control y Comunicacin (Broquera) . . . . . . . . . . . . . . . . . 915.3.5. Plan Instalacin Gefonos y Cajas Ssmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

5.4. Instalacin Gefonos y Lechado de Pozos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 945.5. Instalacin Cajas Ssmicas en Nivel 16 Hundimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1015.6. Conexiones Cajas Ssmicas-Broquera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1035.7. Conexiones en Broquera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

6. Discusin 1096.1. Mtodos de Picado de Eventos Ssmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1096.2. Clasificacin de Eventos Ssmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1106.3. Back-Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1106.4. Instalacin Sistema Ssmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

7. Conclusiones y Recomendaciones 1137.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1137.2. Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

A. Caracterizacin Geolgica-Geomecnica reas 14, 15, 16 y 17 Nivel 16 Hundimiento y 161/2 Produccin III Panel 115A.1. Caracterizacin reas 14 y 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

A.1.1. Litologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115A.1.2. Caracterizacin Estructural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116A.1.3. Contacto Primario Secundario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118A.1.4. Frecuencia de Fracturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120A.1.5. RMR (Laubscher 1996) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

A.2. Caracterizacin reas 16 y 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123A.2.1. Litologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123A.2.2. Caracterizacin Estructural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

IV

A.2.3. Contacto Primario-Secundario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126A.2.4. Caracterizacin Geotcnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Bibliografa 128

V

VI

Agradecimientos

Un agradecimiento a CODELCO Divisin Andina por permitir realizar esta Tesis en sus instalaciones.Particularmente, deseo agradecer al grupo de Geomecnica, en especial a Daniela Villegas M. y LuisQuiones A. por su apoyo, disposicin y enseanzas.

Agradezco a mis padres Isaac Romero Ll. y Yolanda Castro M. por su incondicional apoyo, confianzay cario. A mi familia por su comprensin y alegra. Gracias por ayudar a forjar este sueo en realidad,por sus sonrisas de cada da que son el motor que alimenta mi alma.

Agradezco a mi Novia Yenifer Carrillo P., por su compaia, cario, paciencia y apoyo a lo largo detodos mis aos de Universidad, La vida te enva Angeles, personas que te guan y ayudan a caminar enella, eres mi cable a tierra, gracias por ello.

Un especial agradecimiento al Departamento de Geofsica (DGEO) de la Universidad de Concepcin,en particular a los profesores; Arturo Belmonte, Klaus Bataille y Matthew Miller por su formacin tericay prctica durante la carrera y consejos tanto en lo profesional como en lo personal.

Finalmente, agradecer a todos mis amigos, en especial a Anibal Fandez y Alejandro Sanhueza, porsu alegra y apoyo, por ayudarme a escapar de la tensin y el estrs, por simplemente ser las grandespersonas que son.

A todos, Muchas Gracias.

VII

VIII

A la memoria de Paola Romero Castro.....Mi ngel Guardin.

IX

X

ndice de figuras

1.1. Ubicacin Mina Ro Blanco. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2. Proceso de Hundimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.3. Proceso de Hundimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.4. Esquema del mtodo de explotacin Hundimiento de Bloques. (www.atlascopco.cl). . . . 101.5. Esquema del mtodo de explotacin Panel Hundimiento. (www.atlascopco.cl). . . . . . . 111.6. Rol de un sistema ssmico en la faena minera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.1. Fuerzas equivalentes a la fuente ssmica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2. Proyeccin de mecanismos focales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.3. Corte y extensin en formacin de un bloque. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.4. Definicin del parmetro ndice de Energa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.5. Propagacin de Hundimiento hacia la superficie debido a la Extraccin en minera por

mtodo de Hundimiento de Bloques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.6. Esquema descriptivo del mtodo de Hundimiento. Se destacan volumenes de influencia,

activo y de desplome. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.7. Cavidad en un macizo y las direcciones principales de movimiento del macizo hacia la

cavidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.8. Distribucin de los gefonos. A: Vista hacia Norte. B: Vista hacia Este. C: Vista en planta.

D: Detalle de la ubicacin en Nivel 16 (Tomado de Informe de Prctica Procesamiento yAnlisis de Informacin de Sistema de Monitoreo Ssmico, 2011). . . . . . . . . . . . . 31

3.9. Diseo del sistema de monitoreo Noviembre 2010 (Tomado de Informe Tcnico Serviciode Instalacin y Conexin de Gefonos en Nivel 16 Hundimiento Mina Subterrnea,2010). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.10. Visualizacin de evento en software Jmts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.11. Caractersticas del filtro Butterworth High-Pass utilizado. . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.1. Diferentes sectores de sismicidad, se observan 3 sectores; sector Norte (verde), sectorCentro (azul) y sector Sur (blanco), adems del volumen Global. . . . . . . . . . . . . . 39

4.2. Distribucin espacial segn Magnitud MW All. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.3. Distribucin espacial segn Magnitud MW Sample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.4. Sector Global; IE obtenido usando la totalidad de los registros (azul), IE obtenido usando

la muestra (verde), diferencia (rojo) y tendencia lineal en ambos casos. Ejemplo decomportamiento del parmetro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.5. Sector Global; VAA usando la totalidad de los registros (azul), VAA usando la muestra(verde) y diferencia (rojo). Ejemplo de comportamiento del parmetro. . . . . . . . . . . 43

4.6. Ley G-R usando todos los registros para los 4 sectores. MW = 0,19 mxima con bvalue =1,6322. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.7. Ley G-R usando una muestra de los registros para los 4 sectores. MW = 0,25 mxima conb value =1,5115. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.8. Sector Global; RB usando la totalidad de los registros (azul), RB usando la muestra(verde), diferencia (rojo). Ejemplo de comportamiento del parmetro. . . . . . . . . . . 45

XI

4.9. Sector Global; Dif. usando la totalidad de los registros (azul), Dif. usando la muetra(verde), diferencia (rojo). Ejemplo de comportamiento del parmetro. . . . . . . . . . . 46

4.10. Frecuencia Ssmica Acumulada obtenida a partir de la totalidad de los registros para los 4sectores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.11. Frecuencia Ssmica Acumulada obtenida usando una muestra de los registros para los 4sectores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.12. Nmero acumulado de eventos ssmicos aceptados en cada hora del da All v/s Sample. . 47

4.13. Comparacin nmero de eventos por da All v/s Sample. . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.14. Nmero de eventos por da sector Norte All v/s Sample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.15. Nmero de eventos por da sector Centro All v/s Sample. . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.16. Nmero de eventos por da sector Sur All v/s Sample. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.17. Sector Global; Razn ES/EP obtenido a partir de la totalidad de los registros (azul),ES/EP obtenido usando la muetra (verde), diferencia entre ambos (rojo). Ejemplo decomportamiento del parmetro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

4.18. Seal registrada en Gefono Tri-axial 4,5 [Hz] Fecha: 19/11/2010 Hora: 15:56:41 Site:44 componente Norte-Sur (superior), Este-Oeste (intermedia) y Vertical (inferior). Tipode registro claro con componetes frecuenciales definidas. . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4.19. Seal registrada en Gefono Tri-axial 4,5 [Hz] Fecha: 21/11/2010 Hora: 22:18:47 Site: 45componente Norte-Sur (superior), Este-Oeste (intermedia) y Vertical (inferior). Tipo deregistro sin forma definida, las fases P y S se logran distinguir con un poco de dificultady su espectrograma caracterstico muestra componentes frecuenciales variables. . . . . . 51

4.20. Seal registrada en Gefono Tri-axial 4,5 [Hz] Fecha: 26/11/2010 Hora: 09:42:59 Site:43 componente Norte-Sur (superior), Este-Oeste (intermedia) y Vertical (inferior). Sealaltamente contaminada con baja frecuencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.21. Seal registrada en Gefono Tri-axial 4,5 [Hz] Fecha: 19/11/2010 Hora: 08:27:47 Site:43 componente Norte-Sur (superior), Este-Oeste (intermedia) y Vertical (inferior). Tipode registro que no corresponde a un evento ssmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.22. Seal registrada en Gefono Tri-axial 4,5 [Hz] Fecha: 19/11/2010 Hora: 07:52:35 Site:43 componente Norte-Sur (superior), Este-Oeste (intermedia) y Vertical (inferior). Sealque corresponde a un polvorazo donde cada uno de los peaks observados corresponden atiros quemados. Registro sin procesar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.23. Espectrograma caracterstico para registros capturados en Gefonos; Site 42, 43, 44 y 45. 55

4.24. Espectrograma de los registros capturados en Gefono Site 41. . . . . . . . . . . . . . . 55

4.25. Evento ocurrido Fecha: 19/11/2010 Hora: 12:26:30 en el sector Norte. . . . . . . . . . . 56

4.26. Sismogramas de cada Gefono del evento ocurrido Fecha: 19/11/2010 Hora: 12:26:30en el sector Norte. Velocidad estimada (excluido Site 45) usando ajuste de mnimoscuadrados para Onda P 5375,61 [m/s] y para Onda S 3154,46 [m/s]. . . . . . . . . . . . 57

4.27. Evento ocurrido Fecha: 30/11/2010 Hora: 10:49:53 en el sector Centro. . . . . . . . . . 58

4.28. Sismogramas de cada Gefono del evento ocurrido Fecha: 30/11/2010 Hora: 10:49:53en el sector Centro. Velocidad estimada (excluido Site 44) usando ajuste de mnimoscuadrados para Onda P 4172,44 [m/s] y para Onda S 2756,66 [m/s]. . . . . . . . . . . . 59

4.29. Espectrograma caracterstico para registros capturados en Gefonos; Site 42, 43, 44 y 45. 60

4.30. Espectrograma de los registros capturados en Gefono Site 41. . . . . . . . . . . . . . . 60

4.31. Evento ocurrido Fecha: 21/11/2010 Hora: 02:40:08 en el sector Sur. . . . . . . . . . . . 61

4.32. Sismogramas de cada Gefono del evento ocurrido Fecha: 21/11/2010 Hora: 02:40:08 enel sector Sur. Velocidad estimada (excluido Site 41) usando ajuste de mnimos cuadradospara Onda P 4097,95 [m/s] y para Onda S 2992,55 [m/s]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

XII

4.33. Columna de Extraccin Acumulada como altura de columna para el mes de Noviembre,lnea verde indica el Avance del Hundimiento al 30/11/2010, marcas en rojo denotaneventos considerado para cada sector y tringulos celestes corresponden a la ubicacin decada Gefono. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.34. Vista hacia Este de la Figura 4.33. Se observa que el Gefono del Site 41 se encuentramuy cercano al frente de Hundimiento (lnea verde). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.35. Distribucin espacial de la sismicidad en relacin a la superficie definida por el ContactoPrimario-Secundario. Vista hacia NE (derecha) y perfil vertical vista hacia E (izquierda). 64

4.36. Distribucin espacial de la sismicidad a lo largo del sistema de estructuras principal S1.Vista en planta (derecha) y vista siguiendo rumbo del sistema estuctural (izquierda). . . . 64

4.37. Distribucin espacial sismicidad segn magnitud MW , Lneas negras indican tendencia delos eventos ssmicos en cada sector (derecha). Perfil vertical vista hacia el Este (izquierda). 65

4.38. Distribucin temporal de la Socavacin desde el 17 al 30 de Noviembre de 2010. Cuadrosen rojo indican sectores Centro y Sur desde arriba hacia abajo. . . . . . . . . . . . . . . 66

4.39. Movilidad temporal de la sismicidad en sector Norte. Imagen superior izquierda vista enplanta, superior derecha perfil vertical hacia el Este e inferior izquierda seccin verticalhacia el Norte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.40. Movilidad temporal de la sismicidad en sector Centro. Imagen superior izquierda vista enplanta, superior derecha perfil vertical hacia el Este e inferior izquierda seccin verticalhacia el Norte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.41. Movilidad temporal de la sismicidad en sector Sur. Imagen superior izquierda vista enplanta, superior derecha perfil vertical hacia el Este e inferior izquierda seccin verticalhacia el Norte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.42. Extraccin acumulada como altura de columna en el mes de Noviembre, marcas en verdeindican puntos de extraccin, las marcas en negro indican la sismicidad. Sectores Centroy Sur en zonas de produccin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.43. Estadstica descriptiva del nmero de eventos ssmicos en cada hora del da a lo largo dela ventana de tiempo 17-30 de Noviembre; Global (derecha) y sector Norte (izquierda).Los cuadros verdes indican en valor medio de eventos, las lneas rojas indican la mediana,los lados inferior y superior del cuadro indican el primer y cuarto quintil respectivamente,los lmites inferior y superior de las lneas segmentadas indican los valores extremos ypor ltimo el signo (+) indica los valores escapados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.44. Estadstica descriptiva del nmero de eventos ssmicos en cada hora del da a lo largo dela ventana de tiempo 17-30 de Noviembre; sector Centro (derecha) y sector Sur (izquierda). 68

4.45. Distribucin de eventos ssmicos a lo largo del da. Se observa un aumento en el nmerode eventos despus de los polvorazos de hundimiento. El nmero de eventos entrepolvorazos disminuye paulatinamente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.46. Avance del rea de Socavacin Acumulada y Nmero de Eventos Acumulado en cadasector en el mes de Noviembre de 2010. Se observa la detencin de la sismicidad en elsector Sur el 22 de Noviembre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.47. Ley Gutenberg-Richter para cada uno de los sectores analizados. Se ajusta bValue =1,6322 implica MWmax = 0,19 usando Magnitud de Corte MW =2,2. . . . . . . . . . 70

4.48. Ley Gutenberg-Richter, se ajustan 2 rectas que representan una interpretacin acerca delmodo en que la energa es liberada para eventos pequeos y eventos mayores. . . . . . . 70

4.49. Avance del rea de Socavacin Acumulada y Volumen Aparente Acumulado en cadasector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4.50. Volumen Aparente Acumulado (lnea azul) e ndice de Energa Global (lnea verde). . . 714.51. Volumen Aparente Acumulado (lnea azul) e ndice de Energa sector Norte (lnea verde). 714.52. Volumen Aparente Acumulado (lnea azul) e ndice de Energa sector Centro (lnea verde). 714.53. Volumen Aparente Acumulado (lnea azul) e ndice de Energa sector Sur (lnea verde). . 71

XIII

4.54. Avance del rea de Socavacin Acumulada y Difusividad Acumulada en cada sector enel mes de Noviembre de 2010. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.55. Variacin temporal Radio de Brune en cada sector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.56. Variacin temporal Razn ES/EP en cada sector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.57. Distribucin espacial sismicidad segn ndice de Energa. Vista en planta. . . . . . . . . 74

4.58. Seleccin de Mecanismos Focales en sector Norte. Lneas rojas indican sistemas estruc-turales. Contornos indican Extraccin Acumulada como altura de columna. . . . . . . . 75

4.59. Estimacin radios de ruptura para eventos seleccionados, se estima volumen circular demacizo involucrado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4.60. Sismicidad Norte entre magnitudes 3 < MW < 2. Se observa un claro domino es-tructural dado por el sistema secundario de estructuras en este rango de magnitudes quepermite la movilidad de eventos entre estructuras mayores de Norte a Sur (derecha). Vistaen seccin siguiendo rumbo de estructuras mayores (izquierda). . . . . . . . . . . . . . 77

4.61. Sismicidad Norte entre magnitudes 2 < MW

5.8. Se muestra la ubicacin de 7 pozos (puntos en color rojo) dispuestos para la instalacinde 10 gefonos tri-axiales (3-A) en las calles GH-77, GH-83, GH-87, Socavones Este yOeste, y las cajas ssmicas (tringulos color azul y lila) dispuestas a lo largo del XC-29.En la circunferencia color verde se ubica la caja de interconexin que recoge todo elcableado proveniente de las cajas ssmicas y prosigue por el Socavn Este hasta llegar ala Broquera. La Tabla 5.5 muestra informacin detallada de la ubicacin de cada geofonoy su conexin a cada caja ssmica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

5.9. Cortes en el principio del despiche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 945.10. Ingreso del despiche de la lechada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 945.11. Soporte especial para el sensor en la primera vara metlica del kit de instalacin. El

sensor se encuentra con sus soportes extendidos para acoplarse a las paredes del sondaje. 955.12. Varas metlicas para levantar sensor hasta su posicin final. . . . . . . . . . . . . . . . . 965.13. Unin de varas metlicas asegurada con perno para no perder una seccin durante su

extraccin desde el sondaje una vez que el sensor se encuentre en su posicin final. . . . 965.14. Alineamiento final del sensor con el norte geogrfico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.15. Taco de cemento para sellar el sondaje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.16. Instalacin Gefonos Sitio 4 y 5 (14 y 4,5 [Hz] respectivamente) GH-79 rea 17 Nivel

16 Hundimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985.17. Componentes principales de la lechadora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985.18. Conexin lechadora a tubo de ingreso de lechada al sondaje. . . . . . . . . . . . . . . . 995.19. Despiche indicando llenado de pozo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 995.20. Vista sondaje completamente grauteado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1005.21. Esquema interno de instalacin en sondaje (instalacin de dos sensores a diferentes

alturas). Resulta indispensable la correcta identificacin de los componentes que seextienden fuera del pozo durante la instalacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

5.22. Esquema de conexiones para caja ssmica QS (anloga para SAQS) se indican las conex-iones de cada sensor 3-A con especificacin de las componentes por colores Tabla 5.2).Para la QS no se conecta el par de cables para la orientacin del sensor. . . . . . . . . . 101

5.23. Esquema conexin caja GS (derecha). Conexiones componentes del sensor 3-A se indicanecesario la conexin de la orientacin del sensor (izquierda). . . . . . . . . . . . . . . 101

5.24. Caja ssmica QS (derecha). Caja ssmica SAQS (izquierda). . . . . . . . . . . . . . . . . 1025.25. Caja ssmica GS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025.26. Esquema de conexiones en Broquera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1035.27. En la Broquera, rack con unidades MR232/485, Equinox, DSLAM, I-Splitter, Puertos

LAN y Fuente de Poder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1055.28. Vista anterior del Rack. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1065.29. Vista posterior del Rack.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1065.30. Esquema muestra estado de conexiones final en la Broquera. . . . . . . . . . . . . . . . 107

A.1. Litologa interpretada del Nv 16 Hundimiento, sector reas 14 y 15. En color slido,mapeos de labores. En achurado, interpretacin a partir del modelo de secciones 2008. . 115

A.2. Litologa interpretada del Nv 16 Produccin, sector res 14 y 15. En color slido, mapeosde labores. En achurado, interpretacin a partir del modelo de secciones 2008. . . . . . . 116

A.3. Litologa secciones XC-65, XC-55 y XC-45. En lnea verde, base del Nivel 16 Hundimien-to y proyeccin vertical reas 14 y 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

A.4. Fallas mayores interpretadas para las reas 14 y 15 Nivel 16 Hundimiento. . . . . . . . . 117A.5. Fallas mayores en sector comprendidos por las reas 14 y 15. . . . . . . . . . . . . . . . 118A.6. Modelo 3D de alturas de columna de roca primaria en Nivel 16 Hundimiento. Se aprecia

como la altura de columna baja abruptamente hacia el XC-47 y sube hacia el oeste, a laaltura del GH-73. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

XV

A.7. Altura de roca primaria mxima y minima desde el Nivel 16 LHD a la altura de lassecciones XC-65, XC-55 y XC-45. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

A.8. Fracturamiento en reas 14-15 y nueva zona de roca secundaria mapeada en Nivel 16Hundimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

A.9. Secciones XC-65, XC-55 y XC-45 frecuencia de fracturas. En lnea verde, base del Nivel16 Hundimiento y proyeccin vertical reas 14 y 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

A.10.RMR en sector reas 14 y 15 y reas de roca secundaria en Nivel 16 Hundimiento. . . . 122A.11.RMR en sector reas 14 y 15 y reas de roca secundaria en Nivel 16 Produccin. . . . . 122A.12.Secciones XC-45, XC-55 y XC-65 RMR. En lnea verde, base del Nivel 16 Hundimiento

y proyeccin vertical reas 14 y 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123A.13.Litologa de las reas 16 y 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124A.14.Interpretacin estructural en reas 16 y 17, Nivel 16 Hundimiento. . . . . . . . . . . . . 125A.15.Litologa y estructuras Nivel 16 Hundimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126A.16.Fallas mayores en reas 16 y 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126A.17.Vista en perspectiva del contacto P-S, se aprecia como las alturas de columnas de roca

primaria cambian notoriamente de Norte a Sur y de Este a Oeste. . . . . . . . . . . . . . 127A.18.RMR en reas 16 y 17 (derecha). Frecuencia de fracturas en reas 16 y 17 (izquierda). . 127

XVI

ndice de tablas

3.1. Coordenadas mina de las estaciones ssmicas ao 2010. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.2. Criterio de aceptacin de eventos, interpretacin de error residual y esperado. . . . . . . 343.3. Contenido del catlogo de eventos ssmicos .evp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.1. Nmero de registros en cada da de catlogo meses de Octubre y Noviembre de 2010. . . 404.2. Identificacin sub-intervalos temporales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.3. Nmero de eventos ssmicos segn magnitud MW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.4. Tendencias por tramo e ndice de Correlacin All v/s Sample Global. . . . . . . . . . . . 434.5. Estadstica de la variacin RB e ndide de Correlacin All v/s Sample Global. . . . . . . 454.6. Estadstica de la variacin Difusividad e ndide de Correlacin All v/s Sample Global. . 464.7. Correlaciones Frecuencia Ssmica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.8. Estadstica de la variacin ES/EP e ndide de Correlacin All v/s Sample Global. . . . . 504.9. Ubicacin de los sensores en la vertical con respecto al Nivel de Hundimiento (3262

m.s.n.m.). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574.10. Resumen principales velocidades estimadas para los diferentes sectores del volumen de

macizo en anlisis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.11. Nmero de eventos de diferentes magnitudes MW en cada uno de los sectores analizados. 654.12. Errores en localizacin de eventos para cada sector. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754.13. Seleccin de mecanismos focales sector Norte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.14. Seleccin de mecanismos focales sector Centro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814.15. Seleccin de mecanismos focales sector Sur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

5.1. Resistencia tpica observada en Gefonos de 4,5 [Hz] y 14 [Hz] y Ancho de Banda deoperacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

5.2. Descripcin y uso de cables de salida Gefonos de 4,5 [Hz] y 14 [Hz]. . . . . . . . . . . 885.3. Conexiones QS y SAQS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.4. Distancia de cables de conexin entre caja ssmica y caja de interconexin. . . . . . . . 935.5. Ubicacin sensores Gefonos en sondajes verticales rea 17 Nivel 16 Hdmto. . . . . . . 93

A.1. Sistemas Estructurales reas 14 y 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117A.2. Caracterizacin general de las estructuras mayores reas 14 y 15. . . . . . . . . . . . . 118A.3. Sistemas Estructurales reas 16 y 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124A.4. Sistemas Estructurales reas 16 y 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125A.5. Caracterizacin general de las estructuras mayores reas 16 y 17. . . . . . . . . . . . . 126

XVII

XVIII

Resumen

Un proceso de fracturamiento en un macizo rocoso dentro de la actividad minera involucra una pertur-bacin dinmica, la cual induce mecanismos de reequilibrio que dan paso a procesos de deformacin trassuperar cierto umbral de resistencia dentro de la roca. Estos procesos de reequilibrio generan la aperturade estructuras y/o fallas pre-existentes, es decir, rupturas en el macizo desde las cuales cierta cantidad deenerga se libera y transmite en forma de ondas elsticas que se propagan por el medio; estas ondas soncapturadas por los sensores que conforman una red de monitoreo.

En minera, el estudio y comprensin del comportamiento del macizo perturbado es de vital impor-tancia, ya que su adecuado control se transforma en una herramienta que permite un seguimiento ycontinuidad del proceso productivo de la faena minera, en otras palabras, proporciona una operacinsegura tanto para el personal como para la maquinaria e infraestructura comprometida.

Bajo ste contexto, durante los meses de Octubre-Noviembre del ao 2010 CODELCO DivisinAndina mantuvo operativa una red de monitoreo de micro-ssmicidad registrando los eventos ssmicosgenerados a partir de las perturbaciones inducidas por la actividad minera. El inters geofsico consisteen analizar diferentes parmetros que describen cuantitativamente cada evento ssmico, los que sonextraidos a partir de los sismogramas registrados por la red. Las variaciones espacio-temporales de estosparmetros, as como la distribucin de los eventos describen la respuesta del macizo en funcin decundo y dnde ste es perturbado.

Para realizar el estudio se consideran tres etapas fundamentales mediante las cuales los datos sonvalidados y analizados. El desarrollo de un mtodo de pre-procesamiento que ayude a acelerar la maneraen la que son calculados los parmetros ssmicos parece ser fundamental, ya que el pre-procesamientode los sismogramas (identificacin de fases P y S) corresponde a la etapa que demanda mayor cantidadde tiempo. El completo porcesamiento de los datos se realiza usando algunos softwares de procedenciaIMS (Institute of Mine Seismology) y algoritmos desarrollados en entorno de programacin con el fin deautomatizar y agilizar la manera en la que son obtenidos los resultados.

Finalmente se contempla la instalacin de la nueva red de monitoreo micro-ssmico para CODELCODivisin Andina que se encuentra operativa en estos momentos y con proyeccin durante el presenteao. La comprensin de las partes que la forman, asi como de los diferentes componentes que permitenobtener un dato de buena calidad resulta fundamental para conocer completamente el sistema, el cualenvuelve tanto el layout del volmen de macizo a monitorear, las perturbaciones aplicadas por parte de laminera y la formacin del macizo fragmentado que induce los eventos ssmicos. Un registro del procesode instalacin responde a una herramienta fundamental de consulta til para la instalacin de una nuevared de monitoreo en un futuro.

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Abstract

A process of fracturing in a rockmass in mining involves a disturbance dynamics, which entice rebal-ancing mechanisms that lead to deformation processes after passing a certain threshold of resistance withinthe rock. These processes generate rebalancing open structures and/or pre-existing faults, ie, breaks in therockmass from which certain amount of energy is released and transmitted in the form of elastic waves thatpropagate through the middle, these waves are captured by the sensors that make up a monitoring network.

In mining, the study and understanding of the disturbed mass behavior is of vital importance as itsproper control becomes a tool for monitoring and continuity of the production process of the mine, in otherwords, it provides an operation safe for both personnel and machinery and infrastructure compromised.

Under this context, during the months of October-November of 2010 CODELCO Divisin Andinakept operating a monitoring network of micro-seismicity recorded seismic events generated from per-turbations induced by mining. The geophysical interest is to analyze quantitatively different parametersdescribing each seismic event, which are extracted from the seismograms recorded by the network. Thespatio-temporal variations of these parameters as well the distribution of the events described rockmassresponse depending on when and where it is disturbed.

For the study considers three basic stages through which the data are validated and analyzed. Thedevelopment of a pre-processing method that helps accelerate the manner in which the seismic parametersare calculated to be crucial, since the pre-processing of the seismograms (identification of phases P and S)is the stage that demands more of time. The full processing data is done using some software from IMS(Institute of Seismology Mine) and algorithms developed in the programming environment to automateand streamline the way in which results are obtained.

Finally it includes the installation of the new network of micro-seismic monitoring for COELCODivisin Andina wich is operational at this time and in the current year. Understanding the constituentparts, as well as the different components that allow obtain good quality data is essential to know theentire system, which involves both the layout of the volume of rockmass for to monitor, the disturbancesapplied by the mining and the formation of fragmented rockmass inducing seismic events. A record ofthe process installation meets a fundamental tool useful reference for the installation of a new monitoringnetwork in the future.

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Captulo 1

Introduccin

1.1. Antecedentes Generales

El nombre CODELCO representa a la Corporacin Nacional del Cobre de Chile, una empresaautnoma propiedad del Estado chileno. Su historia comienza con la aprobacin del proyecto sobreNacionalizacin de la Gran Mneria del Cobre, el 11 de julio de 1971.

Su negocio principal es la exploracin, desarrollo y explotacin de recursos mineros de cobre ysubproductos, y su procesamiento hasta convertirlos en cobre refinado, y posterior comercializacin.

Codelco es la empresa productora de cobre ms importante a nivel mundial, alcanzando un promedioanual superior al milln 700 mil toneladas mtricas de cobre refinado, y posee adems, cerca del veintepor ciento de las reservas mundiales del metal rojo.

En la actualidad, Codelco est conformada por siete Divisiones: Chuquicamata, Radomiro Tomic,Salvador, Andina, El Teniente, Ventanas, y la recientemente creada, Divisin Ministro Hales.

A lo anterior se agrega la participacin en la propiedad de importantes empresas mineras, tales como:Minera Gaby S.A, donde posee el 100% de la propiedad, la operacin El Abra, en la que posee el 49%,y adems participa en otras asociaciones mineras orientadas a la explotacin geolgica, tanto en Chilecomo en el exterior.

1.2. Divisin Andina CODELCO Chile

Divisin Andina de Codelco-Chile, fundada en 1966, desarrolla sus actividades productivas a ms de3 mil metros de altura sobre el nivel del mar en la V regin. Su produccin se basa en concentrado decobre y concentrado de molibdeno de alta calidad.

Andina posee un esquema de operacin mixto, es decir, combinan minera a rajo abierto (Mina DonLuis) y minera subterrnea (Mina Ro Blanco, cuerpos Tercer Panel, sector LHD y Sector Parrillas),produciendo anualmente alrededor de 190 mil toneladas mtricas de concentrados de cobre, adems decolocar en los mercados unas 3 mil toneladas mtricas de molibdeno al ao.

La explotacin de la Mina Subterrnea, se realiza por los mtodos de hundimiento por paneles en susvariantes LHD y Parrillas, de acuerdo a las caractersticas propias del yacimiento. En la mina subterrneaRo Blanco se utiliza como sistema base de explotacin el Mtodo de Hundimiento Progresivo de Blo-ques (Block Caving) en los sectores de roca secundaria o con baja altura de columna de roca primaria;

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contemplando a la vez, en los sectores de mayor altura de columna de roca primaria, la utilizacin delMtodo de Hundimiento por Paneles Variante Convencional (Panel Caving convencional).

1.2.1. Resea Histrica Mina Subterrnea Ro Blanco

El 10 de Diciembre de 1966 es creada por Decreto de la Repblica de Chile, La Cerro Corporation,con un aporte del 30% del capital por parte del estado y el 70% restante por parte de la Cerro Corporation.

El proyecto se inici en 1967 y consult la construccin de Saladillo como campamento para elpersonal, construccin de una planta de beneficio subterrneo, un tnel de acceso, un pique de servicio eimplementacin del mtodo de hundimiento por bloques para la explotacin del yacimiento.

La iniciacin oficial de la obra fue el 12 de enero de 1967, y en 1970 finalizaron los trabajos deadecuacin del proyecto, inicindose la produccin el 24 de octubre de dicho ao.

Entre 1970 y 1982 fue explotado el Primer Panel de la mina Ro Blanco, localizado en el sector nortedel yacimiento, mediante el sistema de Hundimiento de Bloques Tradicional. Su produccin total fue de41 millones de toneladas, con una ley promedio de cobre de 1.55%.

Posteriormente, entre 1982 y 1997, estuvo en funcionamiento el Segundo Panel, operado medianteel sistema de Hundimiento de Bloques mixto, que incluy extraccin manual a travs de buitras ymecanizada por medio de equipos LHD y camiones de 30 toneladas.

El Tercer Panel incluye tres unidades geolgicas mineralizadas principales, mineral secundario, pri-mario y mixto las que son explotadas por el sistema de Hundimiento de Paneles y Hundimiento de Bloques.

En la actualidad est en plena operacin el Tercer Panel, cuya produccin, programada hasta elao 2015, incluye un total de 272 millones de toneladas con una ley de cobre promedio de 1.05%. Suproduccin diaria es de 45 mil toneladas de tratamiento de mineral.

1.2.2. Ubicacin Geogrfica Mina Ro Blanco

Divisin Andina desarrolla sus operaciones de explotacin y procesamiento de minerales en la partecentral de la Cordillera de Los Andes, a ms de 3 mil metros de altura, en la Quinta Regin de Valparaso,a 38 [Km] de la ciudad de Los Andes.

El yacimiento Ro Blanco se encuentra ubicado en la Cordillera de Los Andes, entre los 3070 y 4200m.s.n.m. y a 60 [Km] al sudeste de la ciudad de Los Andes. El acceso se realiza a travs del caminointernacional que une Chile con Argentina, en un primer tramo de 34 [Km]. Luego, un tramo de 4 [Km]une esta ruta con la Villa Saladillo, en donde se sita el control de acceso a las dependencias del reaindustrial de la Divisin.

El concentrado de molibdeno se recupera en la localidad de Saladillo, donde tambin, se filtran losconcentrados de cobre y molibdeno, productos finales de esta operacin minera.

Los relaves, se conducen por una canaleta de 87 [Km] de longitud hasta el embalse de Ovejera,ubicado a unos 30 [Km] al norte de Santiago, a 600 m.s.n.m.

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Figura 1.1: Ubicacin Mina Ro Blanco.

1.2.3. Clima

El clima en el rea del yacimiento Ro Blanco es el tpico de alta cordillera en Chile central y secaracteriza principalmente por:

Precipitaciones principalmente entre los meses de abril a octubre siendo ms frecuentes entre mayoy agosto, y se consideran escasas a nulas entre noviembre y marzo.

Temperaturas medias ambientales muy bajas en otoo - invierno (media aproximada de -13 [C]) ymoderadas a bajas en primavera - verano (media aproximada de 15 [C]). La temperatura mediaanual es de 6.4 [C].

La humedad relativa del aire es de un 15% hasta un 90% con una media inferior al 50% de humedadrelativa. Rachas de viento predominantes NW-SE, que en invierno en condiciones extremas, puedenalcanzar los 100 [Km/h].

El promedio anual de precipitacin de nieve cada, expresada en valor medio de agua es 830 [mm].

Las condiciones indicadas y la topografa escarpada de la zona, favorecen la ocurrencia de avalanchasque dificultan las operaciones.

1.3. Mtodo de Explotacin.

La mina subterrnea Ro Blanco es explotada a travs de mtodos de hundimiento o caving, especfi-camente por Hundimiento de Bloques (Block Caving) y Hundimiento por Paneles (Panel Caving). Estetipo de metodologa de explotacin se caracteriza por inducir el desplazamiento vertical del cuerpo miner-alizado en forma descendente, utilizando el efecto de la gravedad para la extraccin. El desplazamientovertical, se induce socavando la base de la columna de mineral que se desea extraer, y la socavacin serealiza mediante perforacin radial y tronadura.

En general esta forma de explotacin (hundimiento), se aplica en mega yacimientos, como lo sonlos prfidos cuprferos, que poseen leyes relativamente bajas. Pero se basa en la minera de gran escala,con una alta recuperacin de reservas y con una alta tasa de produccin y mecanizacin. Dentro de

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los mtodos de explotacin subterrneos, los de hundimiento son los que poseen un menor costo deextraccin, a pesar de que requieren un gran nmero de desarrollos (labores mineras). Para una correctaaplicacin de esta metodologa, el tipo de roca que compone el yacimiento debe tener un alto grado defracturamiento, para que a medida que la roca tenga espacio libre para desplazarse, se pueda fracturar yas efectivamente se desplace por efecto de la gravedad.

Este mtodo de explotacin genera una expresin en superficie, que se manifiesta a travs de un crtersobre la zona de explotacin, producindose el fenmeno de Subsidencia.

La mecnica del hundimiento se puede resumir y explicar en los siguientes puntos:

Inicio del hundimiento: Corresponde a la condicin existente inmediatamente despus de lasocavacin del rea inicial que entrar en produccin (debe recordarse que dependiendo de lavariante de panel hundimiento, los frentes de socavacin y de extraccin pueden ser diferentes).

Hundimiento virgen o sin conexin a superficie: Corresponde a la condicin en que el hundimien-to progresa en la vertical y/o en planta, pero no se ha producido la conexin a superficie y existe unCrown Pillar (pilar de corona) entre el techo de la cavidad y la superficie.

Conexin a superficie: Corresponde a la condicin en que se produce la ruptura del crown-pillar(pilar de corona) que exista sobre el techo de la cavidad y se conecta a la superficie. Esta etapa esespecialmente importante porque define un cambio sustantivo en la forma, cinemtica y modo deruptura del volumen activo.

Hundimiento transciente: Corresponde a la condicin en que ya se ha logrado la conexin asuperficie, pero el proceso de progreso del hundimiento todava es afectado o siente un incrementodel rea socavada y en extraccin.

Hundimiento permanente o en rgimen: Corresponde a la condicin en que ya se ha logrado laconexin a superficie y en el sector considerado, el proceso de hundimiento no es afectado o nosiente un incremento del rea socavada y en extraccin.

En Figura 1.2 y Figura 1.3I se muestra un esquema de las distintas etapas o condiciones que presentael hundimiento durante el progreso de una minera mediante panel hundimiento; desde la condicin deinici de hundimiento, o inmediatamente despus del desarrollo de la socavacin basal, hasta la condicinen que se tiene un sector importante con hundimiento en rgimen, el cual no es afectado por incrementosadicionales del rea socavada y en extraccin.

1.3.1. Descripcin de los Mtodos de Explotacin Aplicados en Mina Ro Blanco.

Hundimiento Progresivo de Bloques.

Este mtodo de explotacin generalmente se aplica en mineral secundario, altamente fracturado y debaja competencia. Para aplicar esta metodologa se utilizan bloques como unidad de explotacin, por loque el rea que se desea hundir es dividida en bloques de mineral.

Para realizar una correcta explotacin utilizando este mtodo, es necesario desarrollar una variedad deniveles, y para el caso del III Panel de la mina Ro Blanco son:

I Karzulovic, 2001

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Figura 1.2: Proceso de Hundimiento.

Figura 1.3: Proceso de Hundimiento.

Nivel de Hundimiento (NH o UCL): Se encuentra a la cota 3224 m.s.n.m., y desde este nivel sesocava la base del bloque de mineral que se desea extraer. La socavacin se realiza a travs deperforacin y tronadura mediante tiros en abanico. Este nivel cuenta con galeras de hundimiento(GH) que son paralelas entre s, que poseen una seccin de 4 x 3.6 [m], tambin se encuentran otraslabores llamadas cruzados que tienen la misma seccin de las GHs.

Nivel de Produccin (NP): Este nivel consta de galeras de produccin (GP) de 3 x 3 [m] deseccin, las cuales se disponen en forma paralela entre s, al igual que las galeras de hundimiento,pero estan ubicadas 14 [m] ms abajo, por lo tanto el Nivel de Produccin se encuentra a unacota de 3210 m.s.n.m. y las galerias estan espaciadas en la horizontal por 18 [m]. Desde estasgaleras se extrae el mineral fracturado por los puntos de extraccin, el cual llega desde el Nivel deHundimiento a travs de labores verticales denominados embudos.

Nivel de Transporte (NT): En este nivel se aprecia un conjunto de galeras de carguo y transporte,y buzones de descarga. La seccin de las galeras es de 5.5 x 5 [m]. El conjunto de galeras seencuentra a una cota de 3185 m.s.n.m. A este nivel llega el mineral proveniente del Nivel deProduccin y lo hace a travs de labores llamadas Piques de Traspaso de mineral (OP) que sondesarrolladas desde el Nivel de Transporte hacia el Nivel de Produccin.

Subnivel de Ventilacin (SNV): Este nivel consta de una serie de chimeneas de ventilacin parala inyeccin y extraccin de aire. Este Subnivel de Ventilacin est a una altura de 3196 m.s.n.m.

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Una vez desarrollados los niveles nombrados anteriormente, se sigue con el proceso de socavacin delbloque de mineral, esto se hace desde el Nivel de Hundimiento, y as se da inicio al Hundimiento, dondeel mineral cae a los embudos colectores y es extrado hacia las parrillas o buitras que se encuentran en lasgaleras de produccin. Luego el mineral pasa por las parrillas, y se va al Nivel de Transporte mediantelos OPs (ore pass).

Figura 1.4: Esquema del mtodo de explotacin Hundimiento de Bloques. (www.atlascopco.cl).

Hundimiento Progresivo de Paneles.

Este mtodo de explotacin nace como una variante del Hundimiento de Bloques, y se le denominaHundimiento de Paneles o Panel Caving. Fue creado para mineral primario, que es una roca menosfracturada y ms competente que la roca secundaria. Adems en el Hundimiento de Paneles se pierde laidentidad de bloque, ya que se avanza con la explotacin a travs de una lnea de avance denominadafrente de hundimiento o socavacin.

El sector del tercer panel es denominado Sector LHD y se encuentra emplazado en su mayora en rocaprimaria.

Dentro del diseo de esta metodologa de explotacin se deben desarrollar ciertos niveles, los cualesaplicados al caso del III Panel de la mina Ro Blanco son:

Nivel de Hundimiento (NH, o UCL): Este nivel se encuentra en la cota 3251 m.s.n.m., y cuentacon galeras de hundimiento o de socavacin que son paralelas entre s, las cuales estn espaciadas26 [m]. Tambin se desarrollan cruzados que conectan las galeras de hundimiento. Estas laboresposeen una seccin de 4 x 3.6 [m].

Nivel de Produccin (NP): Las distintas mallas de extraccin utilizadas son de dimensiones de 13x 13 [m], 13 x 15 [m] y 13 x 17 [m], esto se debe principalmente a que hacia el sector norte existe unaumento en la fragmentacin, lo que deriva en un mayor espaciamiento entre brazos de produccin(BPs).

Este nivel est ubicado a 3236 m.s.n.m. donde se desarrollan labores conocidas como galerasde produccin (GP) cuya seccin es de 4 x 3.6 [m], y al igual que las galeras de hundimiento

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son paralelas entre s y estn espaciadas 26 [m] una de la otra. Existen tambin galeras que seintersectan con las de produccin en un ngulo de 60, con un espaciamiento entre ellas de 13 15[m] y que son paralelas unas de otras, estas se denominan galeras zanjas o brazos de produccin ysu seccin es de 3.6 x 3.6 [m]. En los brazos de produccin se encuentran los puntos de extraccinde este mtodo de explotacin que son denominados zanjas.

Subnivel de Ventilacin (SNV): Este nivel se encuentra a una cota de 3222 m.s.n.m., aqu sedisponen galeras para la inyeccin y extraccin de aire, desde donde se desarrollan chimeneas opiques hacia los distintos niveles.

Nivel de Control Granulomtrico (NC): Es un nivel ubicado ms abajo del Subnivel de Venti-lacin, a la cota 3210 m.s.n.m.

Aqu existen cmaras de picado en donde es recepcionado el mineral proveniente del Nivel deProduccin, y por medio de parrillas se controla la granulometra, de manera que el mineral quecumpla con esta, pasa al nivel inferior a travs de los piques de traspaso de mineral (OP). Si unacolpa no tuviese la granulometra requerida y quedase en la parrilla de control, debe ser reducidapor un martillo picador posicionado en las salas de control, hasta que pase completamente por laparrilla.

Nivel de Transporte (NT): Es un conjunto de galeras de carguo y transporte, y se encuentraubicado a una cota de 3185 m.s.n.m.

Cada galera tiene una seccin de 5.5 x 5 [m] y en ellas se encuentran los buzones de descarga, quecorresponden a infraestructuras que alimentan los camiones.

Una vez desarrollados los niveles descritos anteriormente, se da inicio a la secuencia de explotacin,para ello se realizan las tronaduras de socavacin en el Nivel de Hundimiento, y el mineral fracturadocae en las zanjas anteriormente abiertas. Luego utilizando maquinaria de bajo perfil, denominada LHD(Load Haul Dump), se extrae el material de los puntos de extraccin ubicados en el Nivel de Produccin,y es llevado a puntos de vaciado ubicados en las calles de produccin y desde aqu se dirige al Nivel deControl Granulomtrico para luego llegar al Nivel de Transporte.

Figura 1.5: Esquema del mtodo de explotacin Panel Hundimiento. (www.atlascopco.cl).

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Captulo 2

Hiptesis y Objetivos

2.1. Objetivo General

Procesar e interpretar informacin ssmica proveniente de la red de monitoreo micro-ssmico enperodo de tiempo comprendido 17-30 de Noviembre del ao 2010 en Sector Norte III Panel reas15, 16 y 17.

Instalacin de una red de monitoreo micro-ssmico en reas 16 y 17 Nivel 16 Hundimiento IIIPanel.

2.2. Objetivos Especficos

Realizar el procesamiento de los datos de la red de monitoreo ssmico obtenidos en un intervalo detiempo comprendido entre 17 a 30 de Noviembre del ao 2010.

Analizar las diferentes variables ssmicas con el fin de caracterizar la respuesta del macizo rocososometido a la actividad minera.

Generar una correlacin entre actividad ssmica registrada y actividad minera.

Procesamiento directo de formas de ondas (sismogramas) con el fin de validar datos provenientesde la red de monitoreo.

2.3. Hiptesis de Trabajo

Las caractersticas que poseen los sismogramas registrados por los sensores de la red de monitoreopodran tener diferencias significativas entre diferentes sectores del macizo sometido a actividad minera.

La caractersticas de la sismicidad en un macizo rocoso explotado por actividad minera dependerande parmetros estructurales propios del macizo asi como de la evolucin de la faena minera.

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Captulo 3

Marco de Referencia y Mtodos

3.1. Estado del Arte

3.1.1. Parmetros Ssmicos

Todo evento ssmico tiene asociada una ruptura, que es fuente de ondas ssmicas, las cuales se propa-gan por un medio elsticoI.

La seal ssmica, para un rango de distancia mina, contiene dos fases principales generadas en lafuente: la fase compresional y la de cizalle, conocidas tambin como Ondas P y S, respectivamente.La informacin que guarda esta seal ssmica, se encuentra contenida en su amplitud y frecuenciacaracterstica, ya que estas dependen de:

Resistencia y estado de esfuerzos de la roca.

Tamao de la fuente ssmica.

Tasa de deformacin durante el proceso de fractura.

S la distribucin de los sensores es adecuada, en trminos de cubrir el los eventos ssmicos reg-istrados, es posible determinar entre otros parmetros, la ubicacin de la fuente ssmica y tiempo deocurrencia, y para cada una de las fases, se puede establecer la energa liberada, la cada de tensin ymomento ssmicoII.

Localizacin de Fuentes Ssmicas

La localizacin de un evento ssmico, consiste en obtener desde la informacin recogida por una redssmica, la cual corresponde a la serie de tiempo de la velocidad local de las partculas del medio endonde se encuentran acoplados los sensores, la informacin de las coordenadas de localizacin de lafuente ssmica (x0,y0,z0), y el tiempo origen del evento (t0), de esta manera obtenemos el hipocentroh(x0,y0,z0, t0), y su proyeccin en superficie se conoce como epicentroIII.

Este parmetro de localizacin es bsico para caracterizar un evento ssmico, en la perspectiva deentender la respuesta ssmica del macizo en funcin de la minera realizada.

Se pueden considerar tres factores que dependen directamente de la calidad con la que se obtiene estalocalizacin:

I Belmonte, 2005 II Belmonte, 2005 III Dunlop, 2001

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El clculo de los prametros de la fuente ssmica.

La interpretacin de los eventos relativos a la minera desarrollada.

La interpretacin de gradientes espacio-temporales de la sismicidad y criterios de estabilidad delmacizo rocoso en que estos eventos participen.

El algoritmo usado por el sistema IMS para estimar la localizacin, se basa en minimizar la siguienteexpresin:

LOC(h) = j

w j|Vj{t j ta [Tj(h)Ta(h)]}| (3.1)

Esta funcin corresponde a la suma de los residuos, es decir las diferencias entre los tiempos dellegada observados para las ondas de cuerpo P y S, y los clculos para las j-estaciones que participan enel registro de un evento. Los valores de Vj son los valores medios de las velocidades de las ondas P o Sdefinidas como datos de entrada para el sistema. Los valores ta y Ta son promedios de los tiempos dellegada, y de los tiempos de viaje. Los valores de los pesos w j son estimados por el sistema en funcin dela calidad de la determinacin de los tiempos de llegadaI.

En general la localizacin depende del algoritmo utilizado para su determinacin, pero al consideraruna mayor densidad de estaciones y con una mayor precisin de los datos, la influencia del algoritmoseleccionado es menor.

3.1.2. Parmetros de Fuentes Ssmicas

Modelo de Fuente

Existen varios modelos de fuente ssmica que pueden usarse en la estimacin de los parmetros de lafuente. El modelo utilizado por el sistema ssmico IMS es el Modelo Cinemtico de Brune (1970)II.

Cinemtico, la fuente se considera una dislocacin.

Fallamiento, es solamente por cizalle en un rea circular plana.

Iniciacin del deslizamiento en todos los puntos de la superficie (no considera propagacin de laruptura con velocidad finita).

Desplazamiento, es funcin del tiempo y la posicin en el rea fallada.

Se asume 100% de cada de esfuerzos.

Ondas de corte se propagan perpendiculares a la falla.

Los parmetros de fuente no son funcin del ngulo entre la normal a la falla y el punto deobservacin.

Momento Ssmico

El momento ssmico es una estimacin de las dimensiones geomtricas de la deformacin inelsticaocurrida en la fuente al momento de generarse el evento (deformacin ssmica), sin dependencia delmodelo de fuente consideradoIII.

I Dunlop, 2001 II Dunlop, 2001 III Dunlop, 2001

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El momento ssmico se define como el producto entre la constante de rigidez del medio, el rea involu-crada en la zona de ruptura y el desplazamiento relativo promedio entre ambas caras que forman el planode fractura. El concepto de momento ssmico supone que la fractura se ha desarrollado principalmentesobre un plano de falla (zona de contacto de dos bloques) cuyas dimensiones definen el rea de rupturaI.

Entonces el momento ssmico se expresa por:

Mo = S [N m] (3.2)

corresponde a la constante de rigidez del medio (roca = 31010 [Pa]), S es el rea fallada y es ladislocacin o desplazamiento medio en tal rea.

Adems, el momento es proporcional a la integral del pulso de desplazamiento en el campo lejano, ypor lo tanto puede ser derivado directamente de las formas de ondas (sismogramas) registradasII. Paraestimar este parmetro el sistema IMS usa la siguiente relacin:

Mo = 4V3DOR (3.3)

donde es la densidad del medio, V es la velocidad de ondas P o S, D es la distancia de registro a lafuente, O es el valor de la asntota al tender la frecuencia a cero en el espectro de frecuencias de la fuentey R es el patrn de radiacin de las ondas P o S, es decir, la amplitud de la onda en funcin de la direccinde propagacin desde la fuente. El valor total del momento corresponde a la semi-suma de los momentoscalculados a partir de las fases P y S.

Energa Radiada y Cada de Esfuerzos

La energa radiada es una estimacin de la energa total radiada por la fuente, en forma de on-das elsticas o ssmicas. Se considera que la energa ssmica es proporcional a la integral del cuadradodel espectro de velocidades en el campo lejano y se puede obtener de las formas de las ondas registradasIII.

La estimacin de energa radidada que realiza el sistema IMS considera la siguiente expresinIV:

Ec = 4V SV (3.4)

donde SV es la integral del cuadrado del espectro de velocidad de la fuente.

La energa radiada total se obtiene de la suma de las energas calculadas para las ondas P y S. Engeneral, sus valores varan en un rango de 0,1% a 5% de la energa total usada para generar la ruptura.

La mayor parte de la energa radiada por los eventos ocurridos en la mina tiende a concentrarse enlas ondas de corte, efecto ms marcado en la medida que el mecanismo de generacin se aproxima a unfallamiento slo por corte, es decir, a un mecanismo de doble cuplaV.

En cuanto al parmetro de cada de esfuerzos, este determina la disminucin de los esfuerzos en lazona de la fuente ssmica por efecto de la generacin de la ruptura, y se calcula mediante la expresinVI:

= cMo f30 [Pa] (3.5)

donde c = 1,81010 para una estimacin basada en las ondas S, en un macizo competente primarioconfinado, Mo corresponde al momento escalar, y f0 es la frecuencia esquina.

I Belmonte, 2011 II Mendecki, 1997 III Dunlop, 2001 IV Mendecki, 1997 V Dunlop, 2001 VI Dunlop, 2001

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Si se considera que los eventos ssmicos liberan energa de deformacin acumulada cerca de la zonade fallamiento, se puede utilizar la energa ssmica radiada para estimar la cada de esfuerzos ( cada detensin), obtenindose, de esta manera, otra expresin para definir la cada de tensin, donde se muestraque sta es proporcional al momento ssmico e inversamente proporcional a las dimensiones de la fallaI.

=cMoL3

[Pa] (3.6)

La constante c depende de la forma de la falla y la direccin de ruptura. Para el caso de una fallacircular, modelo utilizado por el Sistema Ssmico IMS, se considera que c = 7/16 y L = R, con R el radiocircunferencial.

Tomando en cuenta la expresin anterior, la energa total de deformacin (W ) (Ecuacin 3.7), esigual al producto del esfuerzo promedio () durante el fallamiento, el deslizamiento medio () y el reade falla (S). Adems, la energa ssmica radiada es igual a la diferencia entre la energa total W y ciertacantidad de energa H perdida como friccin (Ecuacin 3.8). Un lmite inferior para la energa ssmicaradiada E0 es proporcional a la cada de tensin y el momento ssmico (Ecuacin 3.9)II.

W = S (3.7)

E =W H (3.8)

E0 =

2Mo (3.9)

Combinando estas ecuaciones, se obtienen expresiones aplicables al problema ssmico-minero:

E0 =1

2cM2oL3

(3.10)

E0D

1L

(3.11)

En trminos globales, se considera que la energa ssmica radiada E0 es idntica a E. Esta condicinse da siempre y cuando el esfuerzo final, en el momento que el fracturamiento se ha detenido, es igual alesfuerzo friccional, asociado a la energa perdida H III.

Considerando la Ecuacin 3.11, esta indica que la energa ssmica radiada por unidad de deformacininelstica co-ssmica es inversamente proporcional a la dimensin caracterstica de la fallaIV. Es posibleinferir que altos valores de energa liberada estarn relacionados con bajos valores de dimensin carac-terstica de falla y viceversaV.

Dado esto, es posible introducir entonces la calidad del macizo rocoso, en trminos de macizo com-petente, duro, altamente confinado o intacto, o bien, poco competente, blando, desconfinado odegradado. En el primer caso (roca competente) se espera que la roca est sometida a altos esfuerzoslocales de tal forma que una ruptura est asociada con valores altos de energa radiada, por tanto, altacada de tensin, mientras que en el segundo caso (roca poco competente) una ruptura tendr asociadovalores bajos de energa radiada, y as tambin baja cada de tensinVI.

I Stein & Wysession, 2003 II Belmonte, 2005 III Belmonte, 2005 IV Belmonte, 2005 V Belmonte, 2005 VI Belmonte,2005

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Frecuencia Esquina

Corresponde a la frecuencia predominante radiada desde la fuente ( f0). Para una onda S en rocacompetente, f0 se puede relacionar con el momento ssmico y la cada de tensin a travs de la siguienteexpresinI:

f0 = 18153

Mo[Hz] (3.12)

Adems se relaciona directamente con el tamao del evento ssmico:

r0 =KVs2 f0

K = 1,4 (3.13)

con Vs velocidad de onda S y r0 Radio de Brune.

El rango de frecuencia recomendado (ancho de banda) vara entre f02 y 5 f0.

Radio de Ruptura

El radio de ruptura segn el modelo de Brune estima el tamao de la fuente ssmica:

r0 = 2,34Vs

2 f0[m] (3.14)

donde Vs es la velocidad de la onda S y f0 es la frecuencia esquina del espectro de frecuencias de lossismogramas. Adems el parmetro f0 marca una brusca cada en el contenido de frecuencias de la sealssmicaII.

Magnitud

La magnitud de un evento ssmico usualmente mide la cantidad de energa radiada en forma de ondaselsticas, es decir, es un estimador del tamao del evento, y numricamente es adimensional.

La necesidad de comparar los tamaos de sismos y terremotos determin la bsqueda de esteparmetro, el cual permite su ordenacin. La magnitud definida por Richter (1958):

M = logA logA0 (3.15)

donde A es la amplitud registrada para un sismo determinado, por un instrumento especfico, a unadistancia dada del epicentro del evento. A0 es la amplitud registrada para el mismo tipo de instrumento, ala misma distancia, para un sismo considerado patrn.

Si bien el concepto magnitud, se relaciona con la energa radiada por un sismo, este depende, entreotros factores, de las caractersticas instrumentales. Adems, es un parmetro poco adecuado, ya quepara caracterizar una ruptura se requieren conocer otros trminos como: dimensiones geomtricas de laruptura y la energa radiada, es decir, es necesaria una descripcin cualitativa del eventoIII.

Considerando lo anterior, se opt por establecer una magnitud que se asociar directamente a unparmetro de la fuente con significado fsico. Y por esta razn la magnitud se estima directamente apartir del momento ssmico (Mo), y as entonces, es directamente proporcional al rea de ruptura y

I Mendecki, 1999 II Dunlop, 2001 III Dunlop, 2001

19

deslizamiento promedio sobre dicha reaI.

Los valores de magnitud son interpretados en la escala de Richter, y se representan por:

M =23

logMo 10,73 Mo en [dyn cm] (3.16)

Para los eventos registrados por el sistema instalado en la Mina, se usa como magnitud local, lamagnitud Hanks-Kanamori o magnitud momento, definida por la siguiente expresin:

MW =23

logMo 6,1 Mo en [N m] (3.17)

Donde Mo es el momento ssmico.

Tensor de momento

El tensor de momento busca una aproximacin a la fsica de la fuente ssmica, supone que espuntual. Para esto, la fuente se aproxima por un sistema de fuerzas equivalentes, y de esta forma, losdesplazamientos en el medio debido a las fuerzas equivalentes f II, se pueden escribir como:

d(x, t) =

G(x, t;r, t) f (r, t)dV (r)dt (3.18)

donde G(x, t;r, t) es la funcin de Green del medio, las integrales son sobre la duracin t de la fuente ysobre el volumen V de la fuente donde se definen esas fuerzas equivalentes.

Esta expresin puede simplificarse como:

d(x, t) = Mk j[Gnk, js(t)] (3.19)

Si la funcin de tiempo de la fuente s(t), se asume como una funcin delta, entonces el trmino entreparntesis describe nueve cuplas (Figura 3.1), y Mk j las componentes de un tensor de segundo ordendenominado tensor de momento ssmicoIII.

a) Aproximacin de Doble Cupla.

Para el caso de una ruptura que puede modelarse como un deslizamiento en las caras de un plano defalla, las fuerzas equivalentes en la fuente ssmica pueden modelarse como una doble cupla actuando endos planos ortogonalesIV.

Para una aproximacin de doble cupla, se pueden derivar los parmetros geomtricos de un par deplanos conjugados, llamados planos nodales, de entre los cuales podra seleccionarse el plano de rupturams probable con alguna informacin, por ejemplo, informacin estructural en el volumen de ocurrenciadel evento. Es posible representar los planos nodales mediante proyeccin en una red estereogrfica en elhemisferio inferiorV. En la Figura 3.2 se muestran las proyecciones para tres casos de fallas ms comunes.

b) Descomposicin del Tensor

El tensor de momento ssmico, real y simtrico, puede descomponerse en una componente isotrpicay en una deviatricaVI.

M = aS+bD =13{Tr(M)I +[M

13

I]} (3.20)

I Dunlop, 2001 II Dunlop, 2001 III Dunlop, 2001 IV Dunlop, 2001 V Dunlop, 2001 VI Dunlop, 2001

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Figura 3.1: Fuerzas equivalentes a la fuente ssmica.

Figura 3.2: Proyeccin de mecanismos focales.

Donde a y b son constantes, y Tr es la traza del tensor, S es la componente isotrpica, y se asocia a uncambio de volumen en la fuente, el cal es producido por implosin o explosin, dependiendo del signode la traza del tensor, y D es la componente deviatrica, este puede interpretarse como un movimiento decorte puro en el plano de falla ms un movimiento residualI.

c) Mecanismos de Eventos Inducidos y Tectnicos

Se ha planteado que los mecanismos de ruptura son similares tanto para los eventos tctnicos comopara los eventos inducidos en minera. Sin embargo, existe una diferencia dada por la escala y la geometrade las rupturasII.

En general, en sismicidad tectnica, un evento corresponde a la ruptura parcial de una discontinuidadgeolgica, o a la reactivacin de una discontinuidad preexistente ya fallada, en la corteza superior terrestre.No se observan fenmenos asociados a los extremos de la ruptura que ocurran por el deslizamiento sloen una porcin de la discontinuidad donde la existencia de asperezas no han permitido un deslizamientoassmico en la estructura. Luego, los mecanismos de ruptura corresponden en mayor grado a mecanismosmejor aproximados por rupturas planas con mecanismos de doble cuplaIII.

I Dunlop, 2001 II Dunlop, 2001 III Dunlop, 2001

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Por el contrario, una ruptura a escala local en la mina, es un proceso que no se da aislado sino queforma parte de un proceso de formacin de bloques, en particular para todos los procesos de rupturaque tienen lugar en el macizo sobre el nivel de hundimiento correspondiente a un sector de explotacin.Esto significa que mientras una ruptura correspondiente a la formacin de una cara de un bloque pudieraasociarse a un efecto de corte puro, al mismo tiempo se puede generar otra ruptura correspondientea una cara adyacente a la anterior, que deber tener una componente de extensin. Por lo tanto, estopodra reflejase, por ejemplo, en que los mecanismos en los eventos inducidos pueden tener con mayorfrecuencia una componente isotrpica no despreciable, que en el caso tectnico no es tan comn (Figura3.3)I.

Figura 3.3: Corte y extensin en formacin de un bloque.

ndice de Energa

El ndice de Energa es un estimador de la cada de esfuerzos en la zona de ruptura del macizo rocosoII.Para definir este parmetro, es conveniente introducir el trmino esfuerzo aparente A III, el cual se definepor la expresin:

A = E

Mo[Pa] (3.21)

donde Mo es el momento ssmico, E corresponde a la energa radiada y es la rigidez del medio.

Esta expresin entrega una aproximacin a las condiciones de esfuerzos en la zona donde se ubica lafuente ssmica. En efecto, una fractura en la que se produzca deslizamiento en una roca poco competente,con bajo nivel local de esfuerzos, tendr valores bajos de energa radiada y altos de momento ssmico,lo que genera valores bajos de esfuerzo aparente. Por el contrario, en una roca competente, sujeta aaltos esfuerzos locales, una fractura tendr asociados valores ms altos de energa radiada y menores demomento ssmico, produciendo valores ms altos de esfuerzo aparenteIV.

Para independizar este parmetro respecto de las variaciones de momento ssmico, se desarrollel parmetro ndice de energa adimensional. Este se calcula como la razn entre la energa radiada

I Dunlop, 2001 II Belmonte, 2011 III Dunlop, 2001 IV Dunlop, 2001

22

Al introducir la condicin de inestabilidad (Ecuacin 3.24) y desarrollarla, se obtiene una relacinen donde sus componentes estn referidas a las variaciones temporales tanto del esfuerzo como de ladeformacinI.

d2W

dt2< 0 (3.25)

d2W

dt2=

d

dt

IE

d

dt

VA

< 0 (3.26)

La relacin expuesta a travs de la Ecuacin 3.26 indica que la condicin de inestabilidad local sedar siempre y cuando las variaciones de los esfuerzos y deformaciones son en sentido contrario. En casoque se produzca una disminucin de esfuerzos simmultneamente, con un aumento de las deformacioneses interpretable como un estado de liberacin de bajas energas, es decir, se hablar de un macizo enestado de fragmentacin, desarme, softening o en fase de relajacin. En caso contrario, s se produceun aumento de los esfuerzos con disminucin de la deformacin, estar ligado a una condicin en queel macizo acumula energa de deformacin sin liberarla. Se hablar de un estado de endurecimiento,hardening o fase de activacin II.

Ley Gutenberg-Richter

La ley Gutenberg-Richter corresponde a una curva (frecuencia-magnitud) la cual estima el nmero deeventos N, por cierta unidad de tiempo, con magnitud mayor o igual a un valor M dadoIII, nos permiteestimar una magnitud mxima para eventos ocurridos en un macizo sometido a una cierta condicin deesfuerzo dada por la actividad minera.

log(N) = abM (3.27)

a y b son constantes a determinar. El valor de b, es decir, la pendiente de la curva, se reconoce comovalor b o b-value. El valor b se encuentra influenciado por las caractersticas geomecnicas del sistemaen consideracin, como la capacidad de resistir deformacin Stiffness, el estado de esfuerzos y laheterogeneidad de la masa de rocaIV.

3.1.3. Errores en los Parmetros de la Fuente

Los dos parmetros ms comnmente usados al caracterizar una fuente ssmica son el momentossmico escalar y la energa radiada, pero las rutinas empleadas para su estimacin son relativamenteimprecisas. Esto se observa en la dispersin en los valores obtenidos para Mo y E en cada estacin, apartir de los sismogramas registrados para un evento. La dispersin vara en un rango aproximado del50% para formas de ondas bien definidas y en un 100% para formas complejasV.

I Dunlop & Gaete, 1994 II Dunlop, 2001 III Belmonte, 2005 IV Belmonte, 2005 V Dunlop, 2001

24

3.1.4. Parmetros de la Sismicidad

Se han desarrollado algunos parmetros que permiten caracterizar estadsticamente el flujo ssmicoen el macizo, es decir, la evolucin en el tiempo de la deformacin del macizo hacia las cavidades gener-adas por la minera. Los parmetros bsicos para esta caracterizacin son el esfuerzo y la deformacinssmica.

Deformacin Ssmica.

La deformacin ssmica estima la deformacin co-ssmica acumulada en el volumen V durante unperodo t, que fue producida al momento de generarse el eventoI.

( V, t) =Mo

2 V(3.28)

Esfuerzo Ssmico

El esfuerzo ssmico estima la variacin de esfuerzo asociada a la ocurrencia de la actividad ssmica enun volumen V II.

( V, t) = 2E

Mo(3.29)

Frecuencia de Eventos

La frecuencia de eventos FrEv es la tasa de ocurrencia de eventos y est ligado directamente a lasactividades de extraccin, socavacin y/o apertura de bateas. Si la actividad ssmica se detiene, la FrEvdisminuye a valores cercanos a ceroIII.

Estabilidad del Flujo Ssmico

La estabilidad del flujo ssmico permite analizar la estabilidad del macizo, para ello se definen otrosparmetros en funcin de la deformacin y esfuerzo ssmico.

La Difusividad Ssmica corresponde a un parmetro que representa la rapidez con la que el flujode eventos ssmicos se propaga dentro de un volumen y perodo dado. La difusividad es inversamenteproporcional a la viscosidad ssmica, esta ltima, representa la resistencia del macizo a la propagacin dela deformacin inelstica co-ssmica a partir de una fuente ssmicaIV. Estadsticamente la difusividad seexpresa como una relacin de la distancia promedio entre eventos consecutivos y el tiempo medio entreellos.

d =X2ptp

[m2/s] (3.30)

Valores bajos de viscosidad implican un flujo ms dctil de deformacin ssmica inelstica y unamayor transferencia de esfuerzos asociados a la actividad ssmica.

Una extensin de la difusividad ssmica la constituye el denominado Nmero de Schmidt Ssmico(Sch), el cual es proporcional a la viscosidad e inversamente proporcional a la difusividad ssmica. ElNmero de Schmidt representa una estimacin de la dispersin ssmicaV, corresponde a la complejidadespacio-temporal de la actividad ssmica (su grado de turbulencia)VI.

I Dunlop, 2001 II Dunlop, 2001 III Belmonte, 2005 IV Belmonte, 2005 V Belmonte, 2005 VI Dunlop, 2001

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3.1.5. Sismicidad Inducida Bajo un Mtodo de Caving

Modelo de Macizo Rocoso y Mtodo de Caving

Se han realizado varios estudios con el objetivo de definir un modelo de macizo que facilite el estudiode la mecnica del caving. En trminos muy generales, y considerando tambin la prctica minera, se haasumido un modelo que representa al macizo como un arreglo de bloques potenciales definidos por lasdiscontinuidades geolgicas presentes. Las caractersticas mecnicas de las estructuras, y de los puentesde roca, definiran la calidad del pegamento existente entre los bloquesI.

Globalmente, un mtodo de Caving busca un desarme controlado de un volumen de macizo o sea deun arreglo potencial de bloques, partiendo por la destruccin (tronadura) de algunos bloques de la basedel arreglo para crear la cara libre y la cavidad que posibilite la liberacin y movimiento de otros bloquesincluidos en el macizo del entorno de la cavidad creadaII.

La definicin de los bloques efectivamente formados y sus posteriores movimientos dependern de lacondicin estructural del macizo, como condicin bsica, y de la geometra de las cavidades generadaspor la minera, es decir tiene directa relacin con la socavacin y extraccin, las caractersticas mecnicasde las estructuras geolgicas y de la matriz de roca, y de la geometra de esos bloquesIII.

La gran mayora de los bloques efectivamente formados tienen estructuras geolgicas formando suscaras, apoyando el modelo de macizo y su desarme en trminos de formacin, liberacin y movimientode bloques de macizoIV.

Fracturamiento del Macizo Rocoso

El desarrollo de una minera tipo Caving establece lograr un cambio de estado de volmenes de macizorocoso, desde una condicin inicial de medio slido hasta una condicin final de material fragmentado, esdecir, de un material intacto a uno degradadoV. La degradacin del macizo corresponde a la disminucino prdida de la calidad geotcnica original (in situ) provocada principalmente mediante el fracturamientodel macizo perturbado. El fracturamiento se produce mediante la apertura de fallas y vetillas selladaspre-existentes o por la generacin de nuevas fracturas a travs de la matriz de rocaVI. Desde el punto devista de estado de esfuerzos, el macizo vara desde un estado altamente confinado a desconfinadoVII.

El cambio de estado del macizo se realiza mediante la creacin de cavidades, tanto directamentepor tronadura como por remocin de material fragmentado. Esta generacin de cavidades provoca unaperturbacin en las condiciones de equilibrio del macizo que las circunda, macizo que se ve afectado porprocesos de deformacin y rupturas. Estos procesos generan movimientos de partes del macizo hacia esascavidades, buscando el restablecimiento del equilibrioVIII.

El proceso de reequilibrio genera una disponibilidad de energa potencial de deformacin y por tantorupturas en el macizo. La evolucin y conexin de estas rupturas dan paso a un proceso de fracturamientocon el objeto de crear, a travs de la fuerza de gravedad predominante, un flujo de material quebradohacia los puntos de extraccin, dado principalmente por movimientos verticales de partes de macizoIX. Elproceso de fracturamiento est formado por un conjunto de rupturas que liberan una cantidad de energaal medio circundante en forma de ondas elsticas.

I Dunlop, 2001 II Dunlop, 2001 III Dunlop, 2001 IV Dunlop, 2001 V Belmonte, 2005 VI Brzovic & Benado, 2003.VII Belmonte, 2005 VIII Dunlop, 2001. IX Belmonte, 2005

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Figura 3.5: Propagacin de Hundimiento hacia la superficie debido a la Extraccin en minera por mtodo de Hundimiento deBloques.

Efecto Ssmico del Caving: Geometra del Caving y Sismicidad Inducida

La minera modifica las condiciones de equilibrio de un volumen de macizo rocoso en un entorno dela explotacin, generando en este volumen, denominado Volumen Activo, un proceso de restablecimientode las condiciones de equilibrio, que incluye procesos de deformacin y ruptura del macizo rocoso.

Figura 3.6: Esquema descriptivo del mtodo de Hundimiento. Se destacan volumenes de influencia, activo y de desplome.

Estos procesos se dan mayoritariamente a travs de la ruptura de las discontinuidades geolgicasexistentes en el macizo primario. El resto se dara a travs de la ruptura de Puentes de Roca de manera deunir rupturas generadas por discontinuidades geolgicasI.

En trminos del modelo de macizo planteado, este proceso de deformacin y ruptura del macizo setraduce en la formacin, liberacin y movimiento de bloques. El volumen activo sera el volumen deI Dunlop, 2001

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macizo donde se genera el proceso de formacin y liberacin de los bloques que posteriormente formarnel material fragmentado que llegar a los puntos de extraccinI.

Dentro del proceso global de Caving, se pueden identificar algunos subprocesos:

Proceso minero: incluye la socavacin, extraccin, apertura de bateas y todo otro proceso ligado ala prdida de las condiciones de equilibrio del macizo. La interaccin entre la minera y el macizorocoso se produce bsicamente a travs de los cambios en la geometra minera y algunos efectoslocales como la tronaduraII.

Proceso de activacin: proceso inducido por las fuerzas existentes y que resulta en la deformaciny ruptura del macizo, dando lugar al volumen activoIII.

Proceso de restauracin: respuesta del macizo tratando de detener los movimientos inducidos porla activacin, pudiendo ser elstica o irreversible como es el caso de las rupturas. La geometradel macizo y las propiedades mecnicas del macizo condicionan este proceso. En la prctica, ladeformacin y las rupturas terminan en las cavidades existentes. Un volumen de macizo restauradoimplica que no se induce sismicidad en lIV.

Los parmetros de la minera aplicada, o sea las geometras del macizo rocoso definidas por es-ta minera y aquellas relacionadas, y las tasas de explotacin, hundimiento extraccin, apertura debateas, junto con las caractersticas del macizo sujeto a explotacin, su geometra global y condicionesgeolgicas estructurales, determinarn la geometra del volumen activo y su evolucin en el tiempo.Es decir, definirn los procesos de ruptura y en consecuencia las caractersticas de la sismicidad asociadaV.

De esta forma, es posible plantear que un cambio en los parmetros de minera permiten modi-ficar la respuesta del macizo sujeto a explotacin, en particular su respuesta ssmica, posibilitando suconduccinVI.

Efecto Ssmico del Caving: Efecto en el Tiempo

Durante el desarrollo del caving en el macizo rocoso, es posible observar dos efectos temporales muymarcados. El primero es el efecto temporal incluido en los parmetros de la minera, es decir los ciclosmineros. El segundo efecto, son los tiempos de respuesta del macizo a la perturbacin de sus condicionesde equilibrio generada por la mineraVII.

Ambos efectos, superpuestos, pueden ser observados en cualquier informacin incluida en la respuestadel macizo, por ejemplo en la frecuencia ssmica asociada a un rea en produccin. Las variacionestemporales de la frecuencia estarn determinadas tanto por las variaciones temporales de los parmetrosmineros como por las caractersticas propias de la respuesta del macizoVIII.

Ciclos en la respuesta del macizo.

Si se considera una cavidad generada por la minera, creciente en el tiempo, entonces los procesos dedeformacin y de ruptura del macizo en el entorno de la cavidad son tales que se producen movimientosde partes del macizo hacia la cavidad, siendo los de mayor relevancia los verticales, dado el efectogravitacionalIX.

El motor del proceso lo constituye la actividad minera a travs de la perturbacin de las condicionesde equilibrio del macizo. La perturbacin se traduce en la disponibilidad de energa para la deformacin y

I Dunlop, 2001 II Dunlop, 2001 III Dunlop, 2001 IV Dunlop, 2001 V Dunlop, 2001 VI Dunlop, 2001 VII Dunlop,2001 VIII Dunlop, 2001 IX Dunlop, 2001

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ruptura de ste, es decir para los movimientos de partes del macizo que buscan restaurar sus condicionesde equilibrioI.

Para un determinado macizo, en una primera etapa se generarn todos los movimientos que impliquenfallamiento por traccin del macizo, en general por fallamiento de estructuras, por ser los de menorrequerimiento de energa para su ocurrencia. En una segunda etapa, se producen aquellos de fallamientopor corte para finalizar con los que involucran compresin que comprometen los niveles mayores deenerga en su generacinII.

Figura 3.7: Cavidad en un macizo y las direcciones principales de movimiento del macizo hacia la cavidad.

Al realizar un anlisis ms profundo de cada etapa, se puede establecer que:

Para un macizo en un instante dado, el cual est en un estado de perturbacin de su equilibrio, ypor lo tanto con un cierto nivel de energa disponible para el restablecimiento de las condiciones deequilibrio, el orden descrito para la ocurrencia de la ruptura del macizo implica que, en una primerafase, los procesos de deformacin y ruptura no podrn ocurrir en forma creciente en el tiempo. Sutasa de deformacin ser decreciente, hasta eventualmente detenerse, ya que se requieren nivelescrecientes de energa para su ocurrencia y slo se encuentran disponibles en el macizo, nivelesdecrecientes de energa, los cuales permitieron la deformacin y ruptura del macizoIII.

Esta fase se denomina activacin (hardening) del macizo rocoso. Los tipos de rupturas queefectivamente se produzcan en esta fase sern funcin de los niveles de energa disponibles para laocurrencia de las distintas posibilidades de fallamiento del macizo involucrado. En trminos de unmodelo de bloques del macizo, esta fase es un proceso con una tasa decreciente de formacin yliberacin de bloques, resultando en un trabamiento cada vez mayor entre los bloques efectivamenteformadosIV.

En una segunda fase, la continuidad de la minera significa la continuacin de los procesos deperturbacin de las condiciones de equilibrio del macizo. Esto implica un incremento en los nivelesde energa disponibles para la deformacin y ruptura en el macizo perturbado. Por lo tanto, una vezocurrida la situacin de activacin del macizo, y la desaceleracin de los procesos de deformaciny ruptura del macizo, y siempre de acuerdo a los niveles de energa disponibles en el macizo, sepodran producir nuevas ruptur