diseño empírico de caserones

7/25/2019 Diseo Emprico de Caserones

1/48

Javier Vallejos, Ph.D. U. de Chile / Ing. de Minas MI4060 (Primavera, 2013) 1

MECANICA DE ROCAS (MI4060)

DISEO EMPIRICO

DE CASERONES


2/48


Los caserones son la unidad bsica de explotacin en minera

Estos se pueden dejar vacos (sub-level stoping), rellenos (cut and

fill) o dejarlos colapsar (caving)

El diseo de caserones se realiza con grficos de estabilidad queincorporan una relacin entre la estabilidad del macizo rocoso y el

tamao/forma de la excavacin expuesta

Caserones


3/48


Nivel de perforaciny tronadura

Pared colgante(hangingwall)

Nivel deextraccin

hw

(Geoffrey, 2009)

Vista enplanta

Caserones


4/48Javier Vallejos, Ph.D. U. de Chile / Ing. de Minas MI4060 (Primavera, 2013) 4

Caserones

45m

20m


5/48Javier Vallejos, Ph.D. U. de Chile / Ing. de Minas MI4060 (Primavera, 2013) 5

Measure of excavation geometry

Measur

eofrockmass

qualityandmining

A STABLEcasehistory of a single

excavation surface

An UNSTABLEcasehistory of a singleexcavation surface

The STABILITY BOUNDARYseparates the stable and unstablecases as well as possible. It maybe linear or curved.

2) Sin entrada de personal:

Grfico para estabilidad de caserones (Mathews, 1981; Potvin, 1988)

Grfico de caving (Laubscher, 1987, 1990)

Grficos de estabilidad

1) Con entrada de personal:

Grfico de luz crtica (Lang, 1994; Wang et al., 2002; Ouchi et al., 2004)

Son mtodos empricos-no rigurosos, simples de usar. Se pueden dividir en:


6/48


Se pueden utilizar para: Estudios de pre-factibilidad Planificacin Back-anlisis

Usar SOLO para las condiciones para las que fueron construidos

Grficos de estabilidad


7/48


Grfico de luz crtica

Utilizado para el diseo inicial de techos en minera por corte y relleno(Cut and Fill) y Room and Pillar

Basado en un grfico de RMR76 en funcin de la luz de la excavacin El factor de orientacin de discontinuidades no es aplicado

directamente. Se restan 10 puntos si hay discontinuidades con dipentre 0 y 60. Esta correccin es independiente del strike de las

discontinuidades relativo a la excavacin

Desarrollado para esfuerzo bajos en el techo de la excavacin. Noincluye condiciones de estallidos de roca

Basado en 292 casos histricos de seis minas Canadienses


8/48


La luz crtica se definecomo el dimetro del circulomayor que puede sercircunscrito entre pilares yparedes de la excavacin

Estable:sin fallas no controladas, y sinmovimiento significativo del techo, yno se necesitan medidas

extraordinarias de refuerzo comocables

Potencialmente inestable:existen cuas potencialmentedeslizantes en el techo, o serequiere refuerzo adicional, oexisten indicadores de movimientodel techo (ms de 1mm en 24horas)

Inestable:el rea a colapsado, o refuerzoadicional no es efectivo

Lang(1994);Wa

ngetal.

(2002)

PakalnisandVongp

aisal(1993)Grfico de luz crtica


9/48


Bradyetal.,

(2009)



10/48


Consideraciones: El techo debe ser reforzado localmente (patrn de pernos)

Condiciones de altos esfuerzos no pueden ser analizados

El techo es horizontal El trmino estable se refiere a estabilidad de corto plazo

(aproximadamente 3 meses)

Cuas discretas deben ser reforzadas adecuadamente



11/48


Considera que los siguientes factores controlan el diseo de estabilidadde los caserones:

Tamao, forma y orientacin de la excavacin, Resistencia de la roca y estructura,

Esfuerzos en las paredes del casern.

Basado en el desarrollo de dos factores:

N el numero de estabilidad,

S factor de forma o radio hidrulico.

Para el diseo de caserones sin entrada de personal

Mtodo de estabilidad grfico

Desarrollado originalmente por Mathews (1981) y modificado por Potvin(1988)


12/48


Nmero de estabilidad N

CBAQN ''

'Q ndice Q de Barton modificado

A Factor de esfuerzosB Factor de orientacin de discontinuidades

CFactor de ajuste por gravedad

SRF

J

J

J

J

RQDQ w

a

r

N

a

r

N J

J

J

RQDQ'

Rango RQD/Jn Jr/Ja A B C N

Mximo 0,5 200 0,025 5 0,1 1 0,2 1 2 8 0,0005 8000

Tpico (roca dura) 2,5 25 0,1 5 0,1 1 0,2 1 2 8 0,1 1000



13/48


Esfuerzos totales relativo a la resistencia a la compresin uniaxial de roca intacta Medida del efecto de fracturamiento por esfuerzos

Determinar el esfuerzo total mximo que acta en el centro de la cara de

inters del casern mediante bacos, soluciones analticas, modelosnumricos 2D/3D lineal-elsticos

Factor de esfuerzos A



14/48


Examine 2D - Anlisis de esfuerzos (elementos de borde)

Distribucin de 1 (MPa)alrededor de un casernde 5 m de ancho y 10 mde alto

Esfuerzos: Techo 31,7 MPa

Pared colgante

-1,6 MPa(Relajacin)

Descargar gratis de: http://www.rocscience.com/

2010



Al aplicar el factorA los esfuerzos durante la

vida til del casern deben ser anticipados


15/48


Comparacin deA con el grfico para determinar losvalores de SRF utilizando el sistema Q

Notar la disminucin deSRF para la zona de

confinamientos medios

Comparar conA

Es esto consistente?




16/48


1/A

10

1

A versus SRF

Similar a SRF en la regin de mediosy altos confinamientos

A debera disminuir en la zona debajos confinamientos


?

El factorA no toma en cuentafalla en tensin (A = 1)


17/48


Basado en el juicio de expertos y observaciones de terreno

El sistema Q no incluye la orientacin de discontinuidades relativo a la superficie dela excavacin


Factor de orientacin B


18/48


1. entre 60 y 90: Difcil que las discontinuidades deslicen

2. entre 30 y 60: Alto potencial de deslizamiento de las discontinuidades

3. entre 0 y 30: Alta probabilidad para que puentes de roca seandestruidos por tronadura, esfuerzos y otras discontinuidades




19/48


Ejemplo 1 Utilizando red stereografica

Cara-1=20Cara-2=53 Cara-3=71

BC-1=0,2B

C-2=0,65

BC-3=0,88




20/48


Strike=120

Dip=60

J1: Dip=50 , DD=310J2: Dip=45 , DD=340J3: Dip=60 , DD=150

h/w-J1 = 78h/w-J2 = 88

h/w-J3 = 51

f/w

back

h/wh/w

J1

Repetir para lostres sistemas

h/w-J1 = 0,91

h/w-J2 = 0,98h/w-J3 = 0,60

J3 es crtica para h/w

DDh/w=210DDroof=210

Diph/w=60Diproof=0

Ejemplo 2 Utilizando Dips




21/48


22/48


Ejemplo 3 Calculo directo del ngulo real

Calcular el producto punto, wj ,entre la pared del casern y el plano de ladiscontinuidad:

jwjwjw DDEENNjw

jw arccos

El ngulo real entre los planos, , queda dado por:




23/48


Discontinuidades horizontalo cara del casern horizontalDip 0

Discontinuidad o superficiedel casern sub-vertical

Dip 90


Factor de orientacin B casos especiales

Mt d d t bilid d fi


24/48



Factor de ajuste por gravedad C

1) Determinar el modo de falla estructural 2) Determinar el factor C basndoseen el modo de falla

Mt d d t bilid d fi


25/48


DD1

DIPw=70STRIKEw=240DDw=330

Ejemplo 1:

J1: DIP1=45DD1=330

STRIKE=240

Dipw

DDw

DD1

DDw

Dip1



Mt d d t bilid d fi


26/48


DDw

DIPw=70STRIKE=240DDw=330

J1: DIP1=45DD1=150

STRIKE=240

Dipw

DD1

Dip1

DDw

DD1

Ejemplo 2:



Mt d d t bilid d fi


27/48


Medida del rea expuesta de una superficie

superficieladePerimetroanalizadasuperficieladeAreaHR


Radio hidrulico HR

Cuadrada (luz corta mxima)

tnel (luz corta mnima)

Casern

hwhwHR22



28/48


Limite de estabilidad sin refuerzo

189 casos

Estable:poco o ningn deteriorodurante el periodo deservicio

Inestable:caserones con falla limitadaen las paredes, involucrandomenos del 30% de lasuperficie

Caving:caserones presentan cantidadde falla inaceptable


(Hut

chinsonandDiede

richs,

1996)



29/48


112 casos

Curva superior:el cableado es confiable

Curva inferior:limite de efectividad delcableado

Cables no pueden soportarbajo la curva inferior

Limite de estabilidad de refuerzo con cables


(Hut

chinsonandDiede

richs,

1996)



30/48


Indica si el casern serestable, requerir soporte, o

ser inestable

El diseo del cableado serealiza con otro grfico

Curvas de diseo combinadas


(Hut

chinsonandDiede

richs,

1996)



31/48


La densidad del cableado depende deltamao de bloque relativo al tamao de laexcavacin (RQD/Jn)/HR

A medida que el tamao de bloquedisminuye es necesario una densidadmayor

Cables son inefectivos si (RQD/Jn)/HR


32/48


Ejemplo:

(Hutchinsonand

Diederichs,

1996)

22 m

cables

ntoEspaciamie

1Densidad

S

S

m

1

Densidad

1ntoEspaciamie

90RQDsets3

30mx15mhwCaseron

9 NJ 10

NJ

RQD

m530301515

3015

xHR

25

10

HR

JRQD

N

m4,4m

1

0,23

1ntoEspaciamie

Densidad de cableado y longitud


m5,75,1 HRL



33/48


Datos en un nuevo grficosin HR

La zona de diseo es paracaserones sin entrada depersonal, excavaciones nopermanentes

Bloques de mayor tamao

requieren menoresdensidades de cables

Densidad de cableado y longitud


(HutchinsonandD

iederichs,

1996)



34/48


Predisposicin en el diseo hacia lascondiciones mineras Canadienses

Utilizar el mtodo como una

herramienta preliminar hasta quedatos locales son colectados


Calibracin curvas de estabilidad a condiciones locales



35/48


Limitaciones

(Hutchinsonand

Diederichs,

1996)

d) e) f) g)




36/48



Limitaciones

(Hutchinson and Diederichs, 1996)

Caso z(m) s1(MPa) UCS(MPa) RQD RQD/Jn Jr/Ja Q

AParedColgante 200 10 80 40 10 0.5 5.0

BTecho 600 20 115 60 10 3 30.0

CParedColgante 150 8 160 85 7.1 0.75 5.3

DTecho 1000 60 180 90 15 1.5 22.5

Caso Mododefalla Dipcara/disontinuidad C

AParedColgante Slabbing 90.0 8.0

BTecho SlabbingGravityfall 0.0 2.0

CParedColgante Sliding 50.0 6.0

DTecho Gravityfall 0.0 2.0

Caso UCS/s1 A B

AParedColgante 8 0.78 0.0 0.3

BTecho 5.75 0.52 0.0 0.3

CParedColgante 20 1.00 0.0 0.3

DTecho 3 0.21 90.0 1.0

Caso N' w(m) L(m) RH(m)

AParedColgante 9.3 20.0 40.0 6.7

BTecho 9.4 18.0 55.0 6.8

CParedColgante 9.6 25.0 30.0 6.8

DTecho 9.6 22.0 34.0 6.7



37/48


(Hutc

hinsonandDiederichs,

1996)


Limitaciones



38/48


odo de es ab dad g co

Estimacin de dilucin

Dilucin noplaneada

Lnea deminera

Dilucinplaneada

Cuerpo

mineralizado

100(t)planeadasToneladas

(t)planeadanoDilucin% Dilucin

(ScobleandMoss

,1994)



39/48


g


Es posible estimar la dilucin a travsdel numero de cargas de mineral yestril removidos del casern

Cavity monitoring survey (CMS)Miller et al. (1992)Permite una mejor estimacin del

volumen de dilucin y de la estabilidaddel casern

(Hutchins

onandDiederichs

,1996)

Un lser scan es montado en un hombrotelescopico que es extendido dentro delcasern o bajado por un sondaje

El lser rota en 3D para obtener unaimagen de la superficie de la excavacin



40/48


g


Con el uso de datos de CMS, Clark andPakalnis (1997) definieron el trminoELOS (Equivalent Linear Ovebreak/Slough)para cuantificar la sobre excavacin en lasparedes del casern

paredladereaparedlaenexcavacinsobredevolumen(m) ELOS profundidad de falla promedio

(Geoffrey,

200

9)

mineraldelancho%

ELOSnDiluci



41/48


Zona estable:

Solo dao tronadura: ELOS < 0,5 m

Inestabilidad:

ELOS: 0,5-1 m

Inestabilidad mayor:

ELOS: 1-2 m

Zona colapso:

ELOS > 2 m

g


Caving


42/48


Mecanismos de caving

Desconfinamiento o caving gravitacional inducido pordiscontinuidades

Stress Caving: el caving se encuentra en propagacin asuperficie. Envuelve falla de corte en discontinuidades yfracturamiento de roca

Subsidence caving: el caving se produce en contra de un reapreviamente hundida

No hay caving

Brown(2003)

Caving


43/48


0.01

0 20Rock Mass Rating, RMR

Rock Tunneling Quality, Q

MaximumIn

ducedCompressive

StressinExcavationBoundary

UniaxialCompressiv

eStrengthofIntactR

ock

Ratio:

6040 80 100

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Extremely Very Extr. Exc.Poor Poor Good G.

Poor

Very Poor Poor Fair Good Very Good

Fair Good V.G.

0.1 1 4 10 40 100 400 1000

Not Practical

Stress Induced

Stableto Maintain

Caving notPractical

Failure

Gravity Caving

Openings

Stress CavingA

BC

D

EF

GH

I

Mecanismos de caving

LEGEND :

Successful Cave

Caving required inducementCaving required inducement

Coarse fragmentation

Moss et al. (1998)

Caving


44/48


Experiencia prctica

Grficos empricos

Anlisis estructural Anlisis numrico

Aproximaciones al anlisis de hundibilidad

Caving


45/48


Grafico de hundibilidad

Grfico razonablepara MRMR < 50

Grfico de hundibilidad

Stable:requiere solo soporte decuas

Transicin:refuerzo intensivo esrequerido para mantenerestabilidad

Barlett (1998)

Caving


46/48


Grfico de hundibilidad

FloresandKarzulovic(2003)


47/48

Referencias


48/48


Miller , F., Potvin, Y., and Jacob, D. (1992). Laser measurement of open stope dilution. CIM Bulletin, 85, 96-102.

Milne, D. (1997). Underground design and deformation based on surface geometry. PhD Thesis, University ofBritish Columbia, Vancouver, Canada.

Nickson, S.D. (1992). Cable support guidelines for underground hard rock mine operations. MSc Thesis,University of British Columbia.

Rocscience Inc., (2006). Examine Version 7.0 2D. 2D Stress analysis for underground excavations.www.rocscience.com, Toronto, Ontario, Canada.

Scoble, M.J., Moss, A. (1994). Dilution in underground bulk mining: Implications form production management,mineral resource evaluation II, methods and case histories, Geological, Society Publication No. 79, pp. 95-108.

Pakalnis, R. and Vongpaisal, S. (1993). Mine design an empirical approach. International Congress on MineDesign, 455-467. Rotterdam: Balkema.

diseño empírico de caserones

Documents