SEGURIDAD EN LA PREVENCION DE CAIDAD DE ROCAS

Cerro de Pasco, 8 de Diciembre del 2011

Ingenieros S.R.Ltda.

MSc. Ing. David Córdova Rojas

DCRGeomecánica en Minería y Obras Civiles

CAIDA DE ROCAS

1.- FACTOR HUMANO2.- CALIDAD DE MASA

ROCOSA

3.-PERFORACION Y VOLADURA

4.- SOSTENIMIENTO

5.- METODO DE MINADO 6.- GESTION

CONCLUSION DEL 1er TALLER DE PREVENCION DE CAIDA DE ROCAS

TARMA - JUNIN - ABRIL 2005

Diagrama de Ishikawa Principal

GEOMECANICA APLICADA A LA PREVENCION DE CAIDAD DE ROCAS

• Ocurren accidentes por caída de rocas que no se tiene un completo control de la estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones.

• Los problemas de inestabilidad de la masa rocosa podemos visualizarla a dos escalas: escala mina (visión macro) y escala local (visión micro).

• Tienen influencia sobre la estabilidad global de la mina las características del cuerpo mineralizado y de las rocas de las cajas, los esfuerzos in situ, el esquema y secuencia de avance de las excavaciones.

• Las inestabilidades locales son controladas por los cambios locales en los esfuerzos, por los rasgos estructurales de la masa rocosa y por la cantidad de daño causado por la voladura.

• Es necesario por tanto controlar las condiciones de estabilidad tanto a

escala de mina como a escala local, pero es esta última la que tiene mas importancia respecto a la seguridad del personal.

• Todo el personal de la mina debe estar familiarizado con las técnicas de control de la estabilidad, de tal manera que puedan aplicarlas, para controlar apropiadamente las condiciones de estabilidad de las labores mineras.

• Para ello hay dos aspectos fundamentales:

- Que el personal conozca las características geomecánicas de la masa

rocosa y sepa identificar los problemas potenciales de inestabilidades del terreno.

- Que el personal aplique los estándares apropiados de las técnica de

control de la estabilidad de las excavaciones.

• Esto se logrará entre otros mediante programas la capacitación y el entrenamiento del todo el personal de mina.

GEOMECANICA APLICADA A LA PREVENCION DE CAIDAD DE ROCAS

IDENTIFICACION DE LOS PROBLEMAS DEL TERRENO

• La caída de rocas constituye uno de los mayores riesgos en el minado subterráneo.

• Para que las operaciones mineras sean seguras es esencial que el personal de la mina identifique los problemas de inestabilidad de la masa rocosa, que pueden conducir a la falla potencial de la misma.

• Identificando correctamente los problemas del terreno se podrán adoptar medidas adecuadas para prevenir los accidentes ocasionados por la caída de rocas.

IDENTIFICACION DE LOS PROBLEMAS DEL TERRENO

• Influencia de la litología, intemperización y alteración.

• Influencia de la estructura de la masa rocosa.

• Influencia de los esfuerzos.

• Influencia del agua subterránea. • Influencia de la forma, tamaño y orientación de las excavaciones.

• Influencia del esquema y secuencia de avance del minado.

• Influencia de la perforación y voladura .

• Influencia de los estándares de sostenimiento.

• A fin de contrarrestar el peligro de la inestabilidad de la masa rocosa es necesario adoptar medidas de control de la estabilidad de las labores mineras.

• Los problemas de inestabilidad de la masa rocosa de las labores mineras pueden ser minimizados:

- Planeando adecuadamente el minado del cuerpo mineralizado - Considerando adecuadas formas, tamaños y orientaciones de

las excavaciones - Considerando adecuados esquemas y secuencias de avance del minado - Implementando técnicas apropiadas de voladura - Asegurando correctas prácticas de desatado - Utilizando el sostenimiento con estructuras naturales y/o artificiales - Implementando controles instrumentales de la estabilidad

TECNICAS DE CONTROL DE LA ESTABILIDAD

PLANEAMIENTO DEL MINADO

PROCESO DE DISEÑO DEL MINADO SUBTERRANEO

DiseñoGlobal

Aceptable

NO

Asp

ecto

s de

Dis

eño

Glo

bal

Planeamiento del Minado

Planeamiento del Minado

Planeamiento del Minado y Mecánica de Rocas

Planeamiento del Minado y Mecánica de Rocas

AnálisisEconómico Global

Planeamiento del Minado

Geología

Geología y Mecánica de Rocas

Dimensionamiento de tajeos y pilaresundercuts y niveles de producción

Secuenciamiento de minado(análisis de esfuerzos)

Accesos einfraestructura

Selección delmétodo de minado

Caracterización dela masa rocosa

Delineacióndel mineral

Ref: E. VillaescusaNov-2008

SI

SINO

FINDocumento deResultados

Operaciones, Planeamiento del MinadoGeología y Mecánica de Rocas

Planeamiento del Minado

Asp

ecto

s de

Dis

eño

de D

etal

le

Diseño DetalladoAceptable

Monitoreo de la extracción

Análisis EconómicoDetallado

Sostenimiento de la masarocosa de la excavación

Mecánica de Rocas

Planeamiento del Minado

Geología

Diseño de laperforación y voladura

Perforaciones de delineación

DiseñoGlobal

Aceptable

PLANEAMIENTO DE MINADO

• Es importante que las compañías mineras lleven a cabo registros geotécnicos de los testigos de las perforaciones diamantinas, en adición a los registros convencionales con fines de geología económica. Con esta información, los ingenieros de planeamiento y diseño determinarán las mejores ubicaciones de los piques, galerías de nivel, rampas de acceso, chimeneas de ventilación y otras excavaciones importantes.

• La información geotécnica extraída de los nuevos programas de perforaciones diamantinas de detalle, permitirá a los ingenieros de planeamiento y diseño, identificar los problemas potenciales que podrían afectar a las condiciones de estabilidad de las labores mineras, conforme avance la explotación de la mina.

• Cada vez que avance un proyecto minero, la información geotécnica que se va acopiando permitirá establecer las labores de desarrollo de la mina y determinar la mejor estrategia de minado para la explotación, definiendo los mejores esquemas y secuencias de avance del minado para la extracción del mineral y las estrategias de control de la estabilidad a escala de mina y escala local.

ORGANIZACION DEL TRABAJO GEOMECANICO EN EL MINADO SUBTERRANEO

GERENTE OSUPERINTENDENTE

PLANEAMIENTO Y DISEÑO DE MINA

DEPARTAMENTO GEOLOGIA MINA

GEOMECANICA

Interacción entre grupos técnicos involucrados en la ingeniería de minas

OPERACIONES MINA

PRODUCCION

• Exploración• Estudio conceptual• Estudio de pre-factibilidad• Estudio de factibilidad• Diseño de ingeniería• Construcción y puesta en marcha• Operaciones de producción• Cierre de mina

FORMA, TAMAÑO Y ORIENTACION DE LAS EXCAVACIONES

FORMA, TAMAÑO Y ORIENTACION DE LAS EXCAVACIONES

• Las excavaciones con techos en forma de arco presentan mayor estabilidad. La forma de la excavación debe acomodarse a los rasgos estructurales dominantes de la masa rocosa, aunque esto no sea estético, de lo contrario hay que utilizar el sostenimiento.

• Las dimensiones de las excavaciones deben ser establecidas tomando

en cuenta: la presencia de bloques, cuñas y estratos en la masa rocosa; los esfuerzos; el agua; la velocidad de minado; el ritmo de producción; el equipo y el personal disponible.

• Para tener mejores condiciones de estabilidad, es recomendable (siempre que sea posible), seguir la dirección preferencial de avance, que ocurre por lo general cuando se cruza el sistema dominante de discontinuidades (diaclasas, fallas, estratos, etc.)

• Cuando por necesidades técnicas se tiene que avanzar en forma paralela al sistema dominante hay que utilizar el sostenimiento adecuado.

ESQUEMA Y SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO

SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO CASO MINA CHUPA

SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO

CASO MINA ROSAURA

Explotación Preparación4,010 6 23,990 6 23,970 6 23,950 - - 1Total 18 6 1

Nivel Nº de draw point Desarrollos

Desarrollo

Nv. 4010

Nv. 3990

Nv. 3970

Nv. 3950

Zona explotada

Zona por minar

NW SEARRIBA

ABAJO

PreExplotación

PreExplotación

PreExplotación

OBJETIVO:Minimizar los riesgos a los recursos empleados.Mantener mineral preparado.Mantener una distribución de leyes promedio.

En retirada.De NW a SE.De caja piso a caja techo.

Zona explotada

Zona por minar

NW SECAJA PISO

CAJA TECHO

Explotación Pre

SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO CASO MINA ROSAURA

SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO CASO MINA TINYAG

SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO CASO MINA YAULIYACU

ESQUEMA Y SECUENCIA DE AVANCE DEL MINADO

• Establecer esquemas adecuados de los tajeos y de los pilares.

• Establecer dimensiones adecuadas de los tajeos y de los pilares.

• Establecer la dirección general del avance del minado a través del cuerpo mineralizado.

• Establecer la secuencia de extracción de los blocks de mineral y de los pilares remanentes, preservando la estabilidad estructural de la mina a nivel global y local.

• Especificar el sostenimiento temporal.

• Especificar los parámetros de resistencia de cualquier tipo de relleno

¡En ambientes altamente esforzados estos aspectos son aun más importantes!

TECNICAS APROPIADAS DE VOLADURA

TECNICAS APROPIADAS DE VOLADURA

• Cuando todos los aspectos concernientes a los procesos de la voladura son llevados a cabo exitosamente, la excavación generada mantendrá su forma deseada, la fragmentación de la roca será adecuada y el daño a la roca circundante a la excavación será mínimo.

• Si la secuencia de la voladura no fuera debidamente ordenada, si hubiera taladros abortados o si el alineamiento de los taladros fuera erróneo, la voladura podría ocasionar:

1. Daños más allá del perímetro de la excavación deseada. 2. Fragmentación inadecuada con bloques grandes difícil de manipular.

3. Formas irregulares de los contornos de la excavación, que hacen que

la roca sea propensa al fallamiento y caída de rocas.

• Por tanto es importante que se utilicen para cada caso estándares apropiados de perforación y voladura.

DESATADO DE ROCAS

DESATADO DE ROCAS

• De todos los accidentes fatales que ocurren en las minas subterráneas del Perú, en promedio el 40% son causados por caída de rocas.

• Del porcentaje citado, aproximadamente el 80% de los daños por caída de rocas, ocurrieron mientras el trabajador se encontraba desatando o por desatado inadecuado.

• Si bien es cierto que el desatado reduce la potencialidad de caída de rocas, es importante señalar que su ejecución implica el mayor riesgo de daños al personal de mina.

• Por este motivo, es importante que todos los trabajadores utilicen estándares y procedimientos apropiados para el desatado de la roca suelta. Su correcta utilización disminuirá significativamente los accidentes por caídas de rocas.

• El desatado mecanizado es una buena práctica para evitar accidentes por caída de rocas.

SOSTENIMIENTO CON ESTRUCTURAS NATURALES Y ARTIFICIALES

SOSTENIMIENTO CON ESTRUCTURAS NATURALES Y ARTIFICIALES

• Estructuras naturales: efecto arco, pilares y escudos.

• Estructuras artificiales para sostenimiento activo y pasivo: pernos de roca, cablebolt, malla, cintas, shotcrete, cimbras, gatas, madera, relleno y otras.

• Importante: Controles de calidad antes, durante y después de la instalación del sostenimiento: materiales, equipos, procedimientos de instalación y rendimiento del sostenimiento.

METODOS DE DISEÑO DEL SOSTENIMIENTO

• Utilización de los criterios de clasificación geomecánica de la masa rocosa: RMR, Q, RSI.

• Análisis de equilibrio límite o de estabilidad estructuralmente controlada.

• Aproximación “Convergencia – Confinamiento” o RSI (Interacción Roca – Sostenimiento).

• MATM (Nuevo Método Austriaco de Tunelería).

• Métodos numéricos: MEF, MEB, MED.

• Modelos físicos a escala reducida (maquetas).

CRITERIOS DE CLASIFICIACION GEOMECANICA

CRITERIOS DE CLASIFICIACION GEOMECANICA

ESTABILIDAD ESTRUCTURALMENTE CONTROLADA

Alternativa de estabilización con cablebolts de grandes cuñas potencialmente inestables formadas en el techo de tajeos – Método de minado subniveles con taladros largos.

METODO GRAFICO DE ESTABILIDAD

GRAFICO DE ESTABILIDADGRAFICO DE ESTIMACION DEL

SOSTENIMIENTO CON CABLEBOLT

CONVERGENCIA – CONFINAMIENTO O RSI

equilibrio

fluencia del sistemade sostenimiento

Desplazam. radial hacia el interior

Pre

sión

del

sos

teni

mie

nto

Figura 9.5: Respuesta del sistema de sostenimiento al desplazamiento de la pared del túnel resultante en el establecimiento del equilibrio.Figura 9.5: Respuesta del sistema de sostenimiento al desplazamiento de la pared del túnel resultante en el establecimiento del equilibrio.

Respuesta del sistema de sostenimiento al desplazamiento de la pared del túnel, resultante en el establecimiento del equilibrio.

CONVERGENCIA – CONFINAMIENTO O RSI

CONVERGENCIA – CONFINAMIENTO O RSI

NATM – NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA

• El más común: Uso de la teoría de falla por corte (Rabcewicz and Golser, 1973). Entrada: profundidad de la excavación, parámetros de resistencia de la masa rocosa, dimensiones de la excavación. Salida: resistencia requerida incluyendo el arco rocoso.

• Análisis del anillo de carga portante como un cilindro de pared gruesa (Egger, 1973).

• Método de elementos finitos, usando variables de profundidad, diferentes relaciones de esfuerzos, parámetros de resistencia de la masa rocosa y de las discontinuidades, zonas de plastificación, desplazamientos, cargas sobre el revestimiento, momentos de pandeo y fuerzas axiales en el revestimiento y deformación en el revestimiento (Egger, 1973 y Kovári, 1969).

• Algunas personas usan solo el sistema de clasificación geomecánica de la masa rocosa. Pero esto no es generalmente recomendado y no reemplaza a los cálculos de diseño detallado apropiado.

Métodos de diseño

NATM – NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA

NATM – NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA

NATM – NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA

METODOS NUMERICOS

Sostenimiento de cámara de echadero con pernos, cablebolts y shotcrete estimado con el programa

PHASE2.

SELECCION DEL SOSTENIMIENTO

MODELOS FISICOS A ESCALA REDUCIDA

CONTROLES INSTRUMENTALES DE LA ESTABILIDAD

EJEMPLOS DE MONITOREO SISMICO

REGISTRADOR :Paladin de 6 canales

PC de recepcion de data de los Registradores (paladin)subterraneo

PC de Proceso en Superficie

CN4

V3N

INESTABILIDADES POR PERTURBACIONES ADVERSAS

Fracturamiento y aflojamiento de la roca

INESTABILIDADES POR PERTURBACIONES ADVERSAS

Deslizamientos a través de superficies de discontinuidades

INESTABILIDADES POR PERTURBACIONES ADVERSAS

Deflexiones excesivas del techo

INESTABILIDADES POR PERTURBACIONES ADVERSAS

Convergencia o cierre de los contornos de la excavación

INESTABILIDADES POR PERTURBACIONES ADVERSAS

Fallas inestables de la roca (Liberaciones de energía potencial)