*ACUADURA MANUAL Y FORTIFICACIN DE MINAS SUBTERRNEAS. Curso de Expertos en Seguridad Minera. Santiago, 2009.

*ACUADURA.

*Un riesgos importante en minera es la CADA DE ROCAS desde las paredes de labores. Uno de los propsitos de las operaciones mineras es que las excavaciones estn LIBRES DE ROCAS DESLIZABLES. Un riesgo inherente de la minera subterrnea es la CADA DE ROCAS desde el techo o cajas de las galeras, situacin a la que se ven expuestos todos los trabajadores de la mina. Este riesgo se enfrenta y contrarresta con DISEO, FORTIFICACIN y / o ACUADURA.La fortificacin controla el riesgo en gran medida, pero an as debe realizarse acuadura peridicamente, para mantener las paredes y techo BAJO CONTROL. Por lo tanto, la acuadura es recurrente y fundamental en el CONTROL DEL RIESGO DE CADAS DE ROCAS y debe realizarse permanentemente.

*AGENTES QUE OCASIONAN CADA Y DESLIZAMIENTO DE ROCAS. El macizo de roca soporta presiones en todas direcciones. Se mantiene estable debido al equilibrio de las fuerzas. El EQUILIBRIO SE MODIFICA al construirse una excavacin. Si los esfuerzos superan a la resistencia de la roca, la roca se deforma pudiendo llegar al agrietamiento, generndose rocas sueltas que pueden DESPRENDERSE O DESLIZARSE.

*Adems de los esfuerzos actuantes y las caractersticas resistivas de la roca los siguientes factores influyen en la inestabilidad de la labor:

Forma y dimensin de la excavacin. Profundidad de la labor. Presencia de agua. Fallas y diaclasas. Temperatura y humedad ambiental. Vibraciones. Mtodo de construccin de la labor minera.

*ACUADURA.Es la operacin de DESPRENDER oportunamente planchones o material rocoso suelto susceptible de caer desde cajas y techo evitando que caigan imprevistamente y provoquen LESIONES Y DAOS. La acuadura debe efectuarse de manera:

Planificada Sistemtica Controlada. Debe realizarse las veces que sea necesario La acuadura puede hacerse manualmente o mecnicamente.

*CAUSAS DE INCIDENTES RELACIONADAS CON ACUADURA. Genera entre el 30 % y 40 % de los accidentes de trabajo y en la mayora de los casos, son GRAVEMENTE INCAPACITANTES O FATALES. Adems de la inadecuada o falta de fortificacin, las cadas de roca se producen por:

NO ACUAR. ACUAR EN FORMA DEFICIENTE.

*ACUADURA MANUAL.El personal debe:

Ser responsable. Experimentado. Con amplios conocimientos de los riesgos Con amplios conocimientos de los mtodos de control Con amplios conocimientos de las normas Con amplios conocimientos de las tcnicas de acuadura.

*ELEMENTOS DE PROTECCIN PERSONAL.

*HERRAMIENTAS PARA ACUAR.Deben ser barras de:

Seccin circular de dimetro 1,5 pulgadas Metal liviano, firme y rgido Largo entre 1,2 m y 4,5 m.

*OPERACIN DE ACUADURA MANUAL. Instrucciones del supervisor. Entregar instrucciones del PROCEDIMIENTO DE TRABAJO (prevencin de riesgos, equipos de proteccin personal, herramientas y superficie de trabajo). Verificacin de las condiciones de seguridad.

El rea debe estar LIBRE de gases contaminantes y polvo en suspensin. (verificar y solucionar).Direccin de avance.

Iniciar el trabajo en un sitio seguro, BAJO TECHO Y PAREDES SANEADAS. El progreso de la acuadura se realizar en avance trabajndose SIEMPRE BAJO TECHO Y PAREDES YA ACUADAS.

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* Situarse a distancia para que las rocas NO CAIGAN SOBRE L. Posicin del cuerpo y pies para tener EQUILIBRIO. La barra debe manipularse a un COSTADO DEL CUERPO. Posicin de acuadura.

* La estabilidad de las rocas se detectan golpendolas con la bola de fierro de un extremo de la barra. El sonido BOMBEADO indica que la roca est suelta (acuar inmediatamente). El sonido SECO O METLICO indica que la roca est firme.Deteccin de planchones.

*RECOMENDACIONES PARA EL TRABAJADOR ACUADOR. PLANIFICAR el trabajo (elementos de proteccin personal y las herramientas que estn en buenas condiciones).

Prever DONDE CAERN LAS ROCAS (proteger integridad fsica y los bienes materiales).

Acuar con a lo menos un COMPAERO de trabajo.

Asegurar que el lugar de apoyo de los pies sea FIRME Y ESTABLE. Mantener un pi ms adelantado que el otro.

El lugar debe permitir una RETIRADA RPIDA hacia la zona ya acuada.

* NUNCA introducir la barra en fondos de perforaciones.

Atender las SEALES DE LA ROCA.

Si no puede desprender un planchn NO CONTINE TRABAJANDO en el rea, instale un loro y comunique al supervisor.

* La acuadura debe ser PERMANENTE.

Toda galera debe INSPECCIONARSE PERIDICAMENTE.

En galeras con rocas sueltas debe acuarse INMEDIATAMENTE.

Cada vez que se ingrese a una excavacin, despus de una tronada, se debe chequear el ESTADO DE LA ACUADURA.

Previamente a la acuadura EVALUAR EL ESTADO de la frente (concentracin de contaminantes ambientales, estado del macizo rocoso, calidad de la iluminacin para la acuadura, estado del piso).RECOMENDACIONES PARA EL SUPERVISOR.

* PROHIBIDO el trabajo o acceso a cualquier lugar de la mina que NO EST ACUADO. Ante la falta de acuadura INSTALAR UN LORO y comunicar al supervisor. Obligatorio controlar techo, cajas y frentes de trabajo al INICIO, DURANTE Y AL FINAL de cada jornada.RECOMENDACIONES PARA TODOS LOS TRABAJADORES Planificar y dar instrucciones a los acuadores. Controlar el trabajo CONTINUAMENTE (avance y calidad). Inspeccionar el trabajo TERMINADO. Las frentes DEBEN TENER barras acuadoras. La acuadura debe realizarla el personal INSTRUIDO Y PREPARADO.

*PROCEDIMIENTO DE TRABAJO.

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SIEMPRE DEBE ACUARSE ANTES, DURANTE Y DESPUES DE CADA OPERACIN MINERA.

POSTULADO DE ACUADURA:

*FORTIFICACIN.

*En construccin subterrnea hay muchos problema GEOESTRUCTURALES Y DINMICOS.El anlisis permite disear labores ESTABLES y evaluar las dificultades de estabilidad.La planificacin de las labores subterrneas debe tender a crear la MENOR PERTURBACIN POSIBLE y a aprovechar su capacidad de AUTOSOPORTE. Al usar la roca como material estructural principal de la excavacin se cumplir el objetivo de emplear la MENOR FORTIFICACIN posible.

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*COMPORTAMIENTO DINMICO DE LA ROCA.Un terreno sin excavacin est en EQUILIBRIO tensional.Si se excava, no se soportar los esfuerzos que rodeaban la excavacin (DISTURBIO). Se produce una REDISTRIBUCIN DE LOS ESFUERZOS (en magnitud y direccin). Las lneas de tensin pierden verticalidad y paralelismo (se estrechan cerca de la excavacin originndose CARGAS SUPLEMENTARIAS).

*La deformacin de la roca se extiende hasta la distancia en que las lneas no estn afectadas por la labor (ZONA DE PERTURBACIN).

*La magnitud y la intensidad de los esfuerzos suplementarios dependen de:ZONA DE PERTURBACIN. Magnitud de las FUERZAS actuantes La magnitud de la SECCIN de la galera. FORMA de la seccin de la galera. Caractersticas FSICAS DE LA ROCA GEOLOGA ESTRUCTURAL Efecto de AGENTES ATMOSFRICOS Efecto del AGUA. PROFUNDIDAD de la labor minera desde la superficie

*ESFUERZOS VERTICALES Y HORIZONTALES.

*FACTOR DE SEGURIDAD.FS > 1, labor ESTABLE.

FS = , equilibrio LMITE.

FS < 1, labor INESTABLE.

*DEFORMACIN DE LA LABOR MINERA.Si FS < 1 la deformacin se manifiesta como:

AGRIETAMIENTO del macizo rocoso DERRUMBES desde techo y / o cajas DEFORMACIN de la labor minera ESTALLIDO de rocas

*DISEO DE FORTIFICACIN.Vida til de la labor.

Uso de la labor.

Geologa estructural.

Esfuerzos actuantes.

Presencia de agua.

Propiedades fsicas de la roca.

Efecto de agentes atmosfricos.

*CLASIFICACIN DE MASAS ROCOSASSe relaciona con el GRADO DE SEGURIDAD de la excavacin. En el diseo de la fortificacin se consideran la CALIDAD DE LA ROCA Y LA EXPERIENCIA del diseador.

*ROCK QUALITY DESIGNATION (RQD).Por mtodo de testigo de roca. % de testigo recuperado en trozos de longitud mayor a 0,1 m. Mide el grado de fracturamiento de la roca Es medida de % de Roca Buena recuperada de un testigo.

*MTODO DE BIENIAWSKY, RMR o CSIRa. Clasificacin de rocas. Se toma en consideracin:

Resistencia compresiva de la roca RQD Presencia de agua Caractersticas de los planos de debilidad Espaciamiento de los planos de debilidad

*RMR de Explotacin. El RMR bsico se corrige por direccin de la excavacin y las juntas.

*Relacin RMR Luz y Tiempo autosoporte.

*b. Proposicin de fortificacin.

*MTODO DE LAUBSHER o MRMR La calidad de la roca es alterada por:

Erosin. Esfuerzos. Influencia del rumbo y manteo. Tronadura. Afectan a: RCS. RQD. Espaciamiento entre juntas. Condiciones de juntas.

*b. Proposicin de fortificacin. a: No necesita fortificacin, salvo apernado en intersecciones de planos de fallas.b: Pernos lechados cada 1 mc: Pernos lechados cada 0,75 md: Pernos lechados cada 1 m y shotcrete de 10 cm de espesor.e: Pernos lechados cada 1 m y shotcrete de ms de 10 cm de espesor.f: Pernos lechados cada 0,75 m y shotcrete de 10 cm de espesor.g: Pernos lechados cada 0,75 m, shotcrete de 10 cm de espesor y malla.h: Concreto de cemento de 45 cm de espesor y pernos lechados cada 1 m, si los esfuerzos no son excesivos.i: Pernos lechados cada 0,75 m, shotcrete de 10 cm de espesor y marcos de acero cedentes, si los esfuerzos no son excesivos.j: Cable lechado y concreto de 45 cm de espesor, si los esfuerzos no son excesivos.k: Cable lechado, concreto y marcos cedentes hasta la frente, si los esfuerzos son excesivos.l: No trabajar en este tipo de terreno o emplear fortificacin del tipo j o k.

*MTODO DE BARTON, Q o NGI a. Clasificacin de rocas. RQD = Rock Quality Designation (Deere).Jn = asociado al nmero de familias de fracturas.Jr = asociado a la rugosidad de las fracturas.Ja = asociado a la alteracin de las fracturas.Jw = asociado a la presencia de agua en las fracturas alterando la resistencia del macizo rocoso.SFR = relacin entre la capacidad resistente de la roca y los esfuerzos presentes (Factor de Reduccin de Esfuerzos).

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*b. Proposicin de fortificacin.Q y necesidad de fortificacin subterrnea se relacionan por medio de la DIMENSIN EQUIVALENTE (De) definida como:ESR = Razn de Soporte de la Excavacin relacionado con la utilizacin y duracin de la galera y el grado de seguridad requerido.

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*P = Presin del elemento de fortificacin (kg/cm2)SB = Apernado puntual. Pernos de 20 mm de dimetro. Espaciamiento en m.B = Apernado sistemtico. Pernos de 20 mm de dimetro. Espaciamiento en m.UTG = Perno no tensado. Lechado.TG = Perno tensado. Lechado. S = Shotcrete. Espesor en cm.MR = Malla soldada.CLM = Malla de cadena.CCA = Revestimiento con arcos de concreto. Espesor en cm.SR = Marcos de acero.

*ELEMENTOS DE FORTIFICACIN.Los derrumbes NO SON PERMITIDOS, salvo si corresponden al mtodo de explotacin. En la definicin de la fortificacin a emplearse debe considerarse a lo menos los siguientes aspectos:

Parmetros GEOLGICOS Y GEOTCNICOS ESFUERZOS actantes. COMPORTAMIENTO DE LA ROCA USO Y DURACIN de las labores mineras. EXPERIENCIA del diseador.

*FORTIFICACIN CON MADERA.Ventajas.

Facilidad a ser cortada, transportada e instalar. Da seales audibles y visibles de su situacin de estabilidad Las piezas recuperadas pueden reusarse.Desventajas.

Resistencia depende de sus estructuras fibrosas, sus defectos naturales y su humedad. Baja resistencia a los empujes de la roca Se degrada fcilmente con los parsitos (hongos, insectos) Es combustible. Es de corta vida. Difcil adaptacin a las irregularidades del permetro de la labor. Disminuye el espacio til de la galera.

*Cualidades exigidas a la madera Resistencia mecnica: compresin longitudinal y axial, flexin y cizalle. Inalterabilidad: mantenerse activa por el tiempo en que estar en actividad la labor minera. Aptitud de continuidad: al comenzar la ruptura debe continuar sosteniendo el terreno

*Diseo de marcos de madera.

*Unin viga - pilar

*MARCOS DE ACERO Est constituido por a lo menos dos secciones de perfiles de fierro formando una estructura metlica. Para soportar grandes esfuerzos y rocas inestables de gran tamao que ejerzan empujes severos sobre las galeras.

*Desventajas.

Difcil adaptacin a las irregularidades de la labor minera. Limitacin en galeras de grandes dimensiones de seccin. Disminuye el espacio til de la galera.Ventajas

Soporta altas solicitaciones y deformaciones. Alta resistencia a ambiente agresivo Fcil de transportar e instalar. Disponibilidad de diversidad de formas de secciones y tamaos. Material homogneo con caractersticas uniformes en toda la estructura. Reusable. Incombustible.

*Fortificacin rgida.Los perfiles no se deslizan uno sobre otro.No se emplea en zonas de sobre presin ya que puede colapsar al ser sobrepasada su resistencia

*Fortificacin cedente o deslizante. Se emplea en terrenos sometidos a grandes esfuerzos

*FORTIFICACIN CON PERNOS.Se introducen fierros o cables en perforaciones anclndose en las paredes de la perforacin. Forman parte del mismo entorno reforzando la resistencia de la roca, ayudando para que se autosoporte y se oponen a la desunin de bloques de roca. Ventajas

Acta inmediatamente despus de su instalacin. Verstil. Instalacin mecanizable No disminuye la seccin til de la labor. No incrementa la resistencia al flujo de aire de ventilacin. Fcil combinacin con otros sistemas de fortificacin

*PERNOS DE ANCLAJE PUNTUAL. Se tensan luego del anclaje, quedando activo inmediatamenteForman una viga de presin alrededor de la labor.Pernos de anclaje mecnico Se fija en un solo punto en el fondo de la perforacin por medio de un dispositivo de expansin (de fierro).Se emplea en rocas de dureza mediana o alta.

*Pernos de anclaje con lechada de cemento o resina.El anclaje se obtiene con lechada de cemento o resinas epxicas en el fondo de la perforacin

*Ventajas

Activos inmediatamente de logrado el anclaje.

Desventajas

El anclaje puede soltarse por vibraciones de tronaduras o sismos. Afectado por corrosin. Recomendable en rocas de dureza mediana a alta. No es recomendable en roca muy fracturada. No es efectivo por largo tiempo por factores ambientales, vibraciones y deformacin de las labores mineras. Presenta baja resistencia al cizalle.

*Pernos de anclaje cementado.El anclaje se obtiene con lechada de cemento o resina epxica en toda la longitud del perno.Se crea una fuerte friccin en roca pegamento y pegamento fierro, que impide el movimiento de la roca y el elemento de fortificacin.

*Entrada de la lechadaSalida de lechada.Tapn.Perno estriado.Tubos de PVCFlujo de la lechada.AnclajeConcentracin de la lechada: agua/cemento = 1/3 Se emplea aditivos para mejorar las propiedades:

Aceleradores de fraguado Antifloculantes Reducidores de tensin superficial.

*Ventajas

Protege al perno de acciones corrosivas. Util para rocas de baja competencia Puede tensarse formndose una viga resistente alrededor de la excavacin.

Desventajas

Estricto control de la calidad de la lechada. Con flujo de agua la lechada de cemento no es efectiva. Acta una vez que ha fraguado. Con resinas epxicas, la manipulacin es delicada, riesgosa para la salud de las personas. Baja resistencia al cizalle.

*Pernos de friccin o estabilizadores. Son tubos de fierro introducidos en perforaciones en la roca Ejercen una presin radial hacia el exterior a lo largo de toda su longitud. Pernos de fricccin o Split Set. Es un tubo de acero con una ranura longitudinal De dimetro mayor que la perforacin. Al introducirse en el tiro el perno disminuye su dimetro y crea presiones axiales hacia el exterior contra la pared de la roca a lo largo de toda la perforacin.

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*Pernos Swellex.

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*Cables de acero o cable bolting. Se anclan con lechada de cemento Cumplen similar funcin de los pernos lechados. La forma de inyectar el mortero en el tiro y la concentracin de cemento es similar en ambos casos. (Agua Cemento = 1 3).Diferencias con el perno lechado

Mayor resistencia a la traccin. Cables de grandes longitudes. Puede introducirse hasta dos cables en una perforacin. El cable puede destrenzarse en algunos tramos para aumentar el rea de contacto con la lechada.

*Ventajas Rpida y simple instalacin. La operacin mecanizable con Jumbo o Jack Leg. Fortificacin activa inmediatamente al ser instalados. No afectados por tronaduras y sismos. Combinables con otros tipos de fortificacin. Efectivos para control de fallas y cuas.Desventajas Se corroen con la accin del agua. El control de dimetro de perforacin en crucial. De baja resistencia al corte.

*Usos. Por su alta resistencia a la traccin se emplean en zonas de esfuerzos severos. Para controlar estabilidad de grandes cmaras.Accesorios de apernado y cableado.Planchuela: placa de fierro rectangular, triangular o circular de 15 a 20 cm de ancho, de 3 a 5 mm de espesor.

*Funcin Distribuir la carga de tensin del perno hacia el interior de la masa rocosa Forma un rea de presin constituyendo un arco resistivo alrededor de la galera.

*Soporte de cuas de roca.Cua gravitacional. N = Nmero de pernos.W = Peso de la cua.f = Factor de seguridad. . B = Capacidad resistiva a la traccin del perno.

*Cua de deslizamiento.N = Nmero de pernos.W = Peso de la cua.f = Factor de seguridad. A = rea basal de la superficie de deslizamiento de la cua.B = Capacidad resistiva a la traccin del perno

*Bloque de roca. W = Peso de roca a ser soportada por un perno.f = Factor de seguridad. s = Espaciamiento entre pernos, perpendicular al eje de la labor.c = Espaciamiento entre pernos, paralelo al eje de la labor.h = Espesor del bloque de roca.

*SHOTCRETE.Es una mezcla de cemento, agua, arena y ridos transportado por presin de aire por una tubera y proyectado a presin a la superficie de la roca. Se consigue lo siguiente:

Ingreso de la mezcla en las fracturas y grietas de la superficie de la labor. Se forma una superficie dura, compacta y bien adherida a la roca, formndose un arco continuo.Concreto de alta resistencia a la compresin. Estas propiedades se logran al instalarse por capas, compactndose y consolidndose por la inyeccin que se ejerce sobre una ya instalada.

*Shotcrete va seca.Caractersticas

Lechada es controlada por el operador o pitonero, quien agrega el agua a la mezcla. Alta produccin de polvo.

*Shotcrete va hmeda Caractersticas

Mejor control del agua que se agrega a la mezcla.No es controlable la cantidad de agua segn requerimientos de la operacin.Menos produccin de polvo.

*Composicin de la mezcla. Proporciona junto al cemento la unin entre las partculas de rido Proporciona el poder adhesivo del shotcrete en la pared de la excavacin. Da propiedades impermeabilizantes a la mezcla.

* Exceso de agua hace que el shotcrete del techo caiga con ms facilidad. La falta de agua hace que el cemento no se humedezca obtenindose un producto de mala calidad y de baja adherencia en la roca. Si la capa de shotcrete es muy espesa, la mezcla se desprender planchoneos.

*Principalmente, se emplear aceleradores de fraguado en aplicaciones :

De capas gruesas Que requieran elevada resistencia en poco tiempo Cuando se trata de impermeabilizar.

*Aplicacin del shotcrete. Para shotcrete bien adherido, la superficie de la roca debe estar:

Limpia de humo, grasas, pintura y polvo. Hmeda. Firme, slida, compacta, sin rocas sueltas. Sin flujo de agua a presin. Sin exposicin a vibraciones.Experiencia del pitonero: logro de shotcrete instalado de buena calidad y con un rebote razonable.

*Forma de aplicacin. Debe instalarse en capas delgadas sucesivas hasta alcanzar el espesor de diseo. Permite que las capas vayan siendo compactadas con la instalacin de las capas posteriores Alcanzar el espesor definitivo de una sola vez el compromete su cohesin interna, ser dbil y con alta probabilidad de desprendimiento. Debe proyectarse haciendo crculos sobre la superficie de aplicacin Debe volverse continuamente sobre el concreto instalado para compactarlo y lograr el espesor de diseo.

*Distancia de aplicacin. ngulo de aplicacin.

*Shotcrete con fibras.Se agrega fibras de acero o sintticas para obtener un producto de mejores propiedades: Superior resistencia a la compresin y traccin. Mejor capacidad de deformacin. Mejor compactacin de la mezcla.Dosificacin: 5 % del peso del cemento (6 Kg. / m3 de mezcla seca).

*ENMALLADO.Es un enrejado formado por alambres separados entre s conformando una red.Objetivo

Contener rocas de menor tamao o granularas que caen desde el techo y cajas.Instalacin

Se instalan con pernos o cables. Es fundamental el empleo de planchuelas.

*Malla tipo ACMA.Formada por alambres soldados de 3 a 6 mm. de dimetro dejando espacios abiertos cuadrados de 10 x 10 a 20 cm x 20 cm. Malla biscocho o gallinero.Es enrejado de alambres tejidos de 3 a 6 mm de espesor dejando espacios abiertos en forma de rombos de 10 a 20 cm de ancho

*SHOTCRETE MALLA.La combinacin de shotcrete malla se comporta como concreto armado. Propiedades. Absorbe los esfuerzos por contraccin. Aumenta la resistencia a los esfuerzos de traccin y cizalle. Reparte las cargas en toda la armadura.Se emplea en labores sometidas a importantes ESFUERZOS DINMICOS de traccin, flexin y cizalle.

* Para que acte como concreto armado el shotcrete debe cubrir totalmente la malla en 3 cm de mezcla a lo menos.

Los pernos cumplen la funcin de soportar la malla en las paredes y techo de la labor.SHOTCRETE MALLA PERNO O CABLE. Los pernos o cables se emplean cuando los esfuerzos que deben soportarse son severos.

Se logra formar una viga de roca soportante alrededor de la excavacin y soportar esfuerzos de traccin, flexin y cizalle.

*REGLAS DE CONTROL DE FORTIFICACIONES. Establecer procedimientos de trabajo seguro de cada operacin de fortificacin.

Contar con personal especializado en reforzamiento de minas.

Acuar prolijamente la labor antes de fortificar.

Controlar el estado de la fortificacin y realizar mantenimiento.

Revisar el estado de la fortificacin despus de cada tronadura.

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