UNASAM-FIMGM TUNELES Y MOVIMIENTO DE TIERRAS

UNASAM-FIMGM

TUNELES Y MOVIMIENTO DE TIERRASCARACTERIZACIN DEL MACIZO ROCOSOSISTEMA G S I (Indice de Resistencioa Geolgica)HUARAZ RALOCKSET-2015GEOMECANICA EN EL CONTROL DEL DESPRENDIMIENTO DE ROCAS EN LAS LABORES MINERASConocer la rocaConocer los factores que influyenConocer el tipo de soporteConocer el tiempo de colocacinConocer los procedimientos de colocacinConocer el mapeo geomecnicoConocer los mtodos de controlEl conocimiento de la roca ser la primera leccin que debemos aprender y aplicar hasta que seamos conscientes se que la conocemos y sabemos diferenciarla en nuestra mina, tanto en las labores de explotacin(tajeos),como en las de desarrollo(gallerias,rampas,y cruceros)Su conocimiento permitir escoger el tamao de la labor, la voladura mas adecuada, el tiempo y tipo de soporte s colocar y sobre todo si estamos en una zona con condicin segura o no3Cada unidad minera tiene diferentes tipos de roca que a su vez estn en diferentes condiciones, ya que cada yacimiento ha tenido su propia formacin y evolucin hasta llegar a la situacin actual en la que explotamos, por lo tanto es necesario definirlas.Tanto los procesos geolgicos como su composicin de minerales le han dado a las rocas unas caractersticas que los diferencian al igual que a su comportamiento cuando son excavadas4Las caractersticas o Parmetros mas significativos de su comportamiento son las:-condiciones de Fracturamiento y -condiciones de Resistencia1.- LAS CONDICIONES DE FRACTURAMIENTO se miden utilizando un flexmetro y se determina midiendo a lo largo de un metro, cuantas fracturas se presentan en la roca; para observar mejor la pared rocosa de la labor debe estar bien lavada.No se miden las fracturas por disparo, ni las fracturas muy pequeas, menores de 1.0 m de longitud.

5De acuerdo al Nmero de Fracturas por metro lineal las rocas se clasifican en :Masiva (menores de 2 fracturas/metro)Levemente Fracturadas( F). (2 a 5 fracturas/metro)Moderadamente Fracturadas(6 a 12 fract/ metro)Muy Fracturadas(12 a 20 fracturas/ metro)Intensamente Fracturada(mas de 20 fracturas/metro)Triturada( solamente se obtiene fragmentes)62.- CONDICIONES DE RESISTENCIAConsidera dos aspectos- La resistencia al romperse o indentarse con la picota y - Las condiciones de las paredes de las fracturas(si estn abiertas, si son rugosas, lisas o estriadas, si tienen o no relleno de panizo).72.1.-De acuerdo a como se rompen o se indentan con la picota se clasifican en :Muy Buena o extremadamente dura, solo se astilla con golpes de picotaBuena o muy dura.se rompe con mas de tres golpesRegular o dura, se rompe con uno a tres golpes de picota.Pobre o blanda, se indenta superficialmente con la punta de la picotaMuy Pobre o muy blanda, se indenta profundamente con la punta de la picota.82.2.- De acuerdo a las condiciones de las Paredes se clasifican en:Muy Buena.-si esta Cerrada, es rugosa y fresca.Buena.- si esta levemente abierta, moderadamente rugosa y tiene oxidacinRegular.- si esta moderadamente abierta, es lisa y presenta oxidacinPobre.- si esta moderadamente abierta, lisa y presenta relleno de limo o panizoMuy Pobre.-si esta muy abierta(mayor de 10.0 cm)esta estriada y relleno de panizoCuando se quiere conocer como se comporta la roca, deber escribirse ambas condiciones de resistencia

9Conociendo el Tipo de SoporteEl calculo y diseo del sostenimiento de labores subterrneas se puede efectuar por algunos de los siguiente mtodos: Analticos, Numricos, Observacionales y EmpricosMtodos Analticos: Se basan en el comportamiento elastoplstico de la roca, existiendo una correspondencia entre las presiones internas y la deformacin radial de la excavacin, siendo el sostenimiento seleccionado capaz de resistir la presin interna.11Mtodos Observacionales: Se basa en la medicin de tensiones y convergencia en las excavaciones, cuyos resultados son aplicados en los mtodos analticos o numricos para el calculo del sostenimiento.Mtodos Numricos: Parten de la discretizacin del macizo rocoso mediante elementos finitos, modelando los procesos de deformacin que afecten el terreno a consecuencia de la excavacin y determinando el sostenimiento que puede controlarlo.Mtodos Empricos: Son mtodos aproximados para el diseo del sostenimiento basados en las clasificaciones geomecnicas (ndices Q, RMR y GSI), adems de considerar los factores que influyen en su estabilidad (orientacin de fracturas, presencia de agua, tensiones, aberturas, uso de labores, voladuras y otros).Las clasificaciones estn basadas a su vez en las condiciones que presenta el macizo rocoso al momento de su excavacin que puedan ser descritas y cuantificadas en forma rpida y sencilla. Se relacionan entre si mediante las siguientes funciones:conociendo el tipo de soporte1213La clasificacin GSI explicado en el primer capitulo esta basado principalmente en la identificacin de los parmetros de estructuras (fracturamiento) y condiciones (Resistencia de la masa rocosa- condicin de discontinuidades) cuya forma de determinacin se muestra en la siguientes diapositivas.GSI=RMR(89) seco 5................(1)RMR=44 + Ln(Q)..................(2)Determinacin de la cantidad de fracturas por metro lineal (Condicin Estructural)14

En la foto se muestra 22 fracturas en 60 cm del flexometro, equivalente a 30 en un metro, roca intensamente fracturada (IF) por tener mas de 20 fracturas por metro, la clasificacin GSI es IF/R15

En la bocamina de esta diapositiva se han determinado 18 fracturas por metro, correspondiendo a una roca muy fracturada (MF) por tener de entre 12 a 20 fracturas/metro; la clasificacin GSI es MF/Rconociendo el tipo de soporte1516

Determinacin de la condicin superficial por la resistencia de la masa rocosa.La picota se ha indentado profundamente correspondiendo a una roca muy pobre (MP) cuya resistencia es muy blanda y relleno de arcillas; la clasificacin GSI de la roca es IF/MPconociendo el tipo de soporte1617

Determinacin de condicin superficial por la abertura de las fracturas, en el caso de esta diapositiva las fracturas se encuentran muy abiertas (mayor de 5.0 cm) y corresponde a una clasificacin muy pobre (MP) a pesar que los bloques sean resistentes a muy resistentes (B), la clasificacin GSI es F/MP18La tabla de clasificacin cualitativa y cuantitativa del GSI se da a continuacin, en la cual se pueden identificar tres tipos de roca que se han definido en base a las observaciones en una labor:Color Amarillo.- Roca moderadamente fracturada (8fract/m) y buena (fracturas cerradas frescas y se rompe con varios golpes de picota) (F/B), su valoracin esta entre 65 y 75, valor del RMR seria de 70 80 en condiciones secas.19Color Azul.- Roca muy fracturada (15fract/m) y regular (fracturas ligeramente abiertas, moderadamente fracturadas y se rompe con 1 a 3 golpes de picota) (MF/R), su valoracin esta entre 45 a 55, valor de RMR seria de 50 60 en condiciones secas.Color Rojo.- Roca intensamente fracturada (25fract/m) y pobre (fracturas ligeramente abiertas, con relleno arcilloso y se indenta superficialmente la picota (IF/P), su valoracin esta entre 25 y 35, valor de RMR seria de 30 40 en condiciones secas. 20

21En esta tabla el E.S.R. en labores permanentes (rampas, cruceros, galeras) es 1.6, en labores verticales (chimeneas, pique, echaderos de mineral y desmonte) es de 2.0 y en labores de extraccin (tajeos de corte y relleno, cmaras y pilares) es de 3.0.Tabla para el diseo de sostenimiento en labores mineras subterrneas22Asi mismo se incluye la longitud de pernos a ser tomada en cuenta de acuerdo a las dimensiones de la labor.La tabla se basa en el diseo de sostenimiento de tneles segn el mtodo Noruego (NMT) y las experiencias obtenidas en las minas subterrneas del Per, incluyndose adems el uso de la madera, la aplicacin de la misma sirve de base para la elaboracin de las tablas de sostenimiento de cada unidad minera, dependiendo de las condiciones geomecnicas y de minado de dicha unidad.23

24Una vez definido el soporte en base a la tabla mostrada, segn su clasificacin geomecnica y dimensin equivalente, se requiere de inmediato conocer el tiempo oportuno de su colocacin, de manera que se pueda evitar el aflojamiento progresivo del macizo rocoso excavado y su desprendimiento posteriorLa tabla mostrada a continuacin corresponde a los tiempos de autosoporte, propuesta por Bieniaski (1989), se obtiene estos tiempos de acuerdo al intervalo de valores que tiene cada clasificacin geomecnica, determinndose un tiempo mnimo y mximo en el cual se deber colocar el soporte.25El tiempo promedio para cada tipo de roca, segn la abertura, podr definirse en forma especifica en cada unidad minera, de acuerdo a la experiencia obtenida, capacidad instalada para colocar soporte y su logstica, este tiempo promedio debe estar dentro del intervalo considerado en la tabla de tiempos de autosoporte.En los casos de que un mismo tipo de clasificacin geomecnica, presente dos alternativas de soporte, se podr considerar un menor tiempo para el menor soporte y un mayor tiempo para el mayor soporte, dentro del intervalo de tiempo mencionado. 26

Tabla de tiempo de autosoporte en funcin de la abertura de la labor y clasificacin geomecnica segn ndices Q y RMR27En la siguiente diapositiva se dan dos ejemplos desarrollados, que muestran como se determina el soporte adecuado y el tiempo de colocacin, y sirven para la elaboracin de la tabla de soporte especfico de la Mina Porvenir en la Unidad Minera Milpo, mostrada al final de la misma.En estos dos ejemplo no se han considerado los factores influyentes en la estabilidad del macizo rocoso, nicamente se ha considerado las condiciones estructurales (fracturas/m) y condiciones superficiales (discontinuidades y resistencia de masa rocosa, tamao de abertura y uso de la labor).28La descripcin de las condiciones de la roca se hace tomando en cuenta las paredes y techo en labores de desarrollo, las cajas, falsas cajas y vetas en zonas mineralizadas, en cuerpos se consideran las aberturas entre los pilares.Ejemplo N 1.- Labor de desarrollo (rampa, galera, crucero) de 4.5m de ancho por 4.0m de altura en calizas, presenta 15 fracturas/m, cerradas, frescas y se rompen con dos golpes de picota en la pared derecha, presenta 8 fracturas/m, ligeramente abiertas, levemente alteradas y se rompen con un golpe de picota el techo y la pared izquierda.29De acuerdo a la descripcin de campo primeramente se identifica en la tabla GSI la descripcin cualitativa y valoracin cuantitativa.Pared derecha: muy fracturada, regular (MF/R) y su valoracin en la tabla ser de 45 55 y un RMR = 50 60 Techo y pared izquierda: fracturada, regular (F/R) y su valoracin en tabla ser de 55 65 y el RMR = 60 70 (Ver tabla GSI)30

Descripcin cualitativaDescripcin cuantitativa31Una vez definida su descripcin cualitativa y el RMR mediante su valuacin cuantitativa, se va a la tabla del Sostenimiento Prctico Minero (SPM), localizndose el intervalo que abarque la clasificacin cualitativa, asi:MF/R Pared derechaF/R Techo y pared izquierdaEste intervalo se intercepta con la lnea que corresponde al valor de la dimensin equivalente de esta labor, el mismo que se determina dividiendo el ancho de la labor (4.5) entre la constante ESR (1.6) asignada a labores de desarrollo de carcter permanente.32El valor obtenido es de 4.5/1.6 = 2.8, a partir de este valor en el eje (Luz/ESR) se traza una lnea horizontal, interceptndola con las lneas verticales que delimitan los intervalos de calidad de roca de la pared derecha, izquierda y techo, el tramo interceptado corresponde al tipo de soporte a colocar , as: Pared derecha = Pernos en reticulados de 1.2x1.2m.Techo y pared izquierda = Sin soporte o perno ocasional. 33

Pared derechaPernos reticulados de 1.2x1.2Techo y pared izquierdaSin soporte o perno ocasionalDe=2.834Habiendose determinado la descripcin cualitativa de la calidad geomecnica de la labor mencionada.Pared derecha = MF/R, RMR = 50 - 60Techo y pared izquierda = F/R, RMR = 60 - 70 La dimensin equivalente : Ancho = 4.5, ESR = 1.6 y De = 2.8Y los soportes a colocar:Pared derecha = Pernos de 1.2x1.2mTecho y pared izquierda = Sin soporte o perno ocasional.35Se procede a determinar el tiempo oportuno de su colocacin, utilizando la tabla de tiempo de autosoporte en funcin de la calidad de roca segn ndices Q o RMR, para lo cual se traza una lnea horizontal a partir del eje correspondiente al ancho de abertura interceptando las franjas que corresponden a los ndices de calidad de roca. A partir de estas intercepciones se trazan lneas verticales que se intercepten a su vez con los ejes que corresponden al tiempo de autosoporte36Pared derecha= entre 15 das a 150 das (recomendado 30 das). Techo y Pared izquierda = entre 6 meses a tres aos (recomendado 1 ao)De acuerdo a esta ultima intercepcin se determinan los tiempos mximos y mnimos para colocar el soporte antes de que se inicie el relajamiento del macizo rocoso :37

Pared derecha, tiempo de colocacin entre 15 y 150 das (promedio recomendado 30 das)Techo y pared izquierda, tiempo de colocacin entre 5 meses y tres aos (promedio recomendado 1 ao)4.538Ejemplo 2.- Explotacin de cuerpo mineralizado. Caja techo intrusivo,caja piso caliza, techo zona mineralizada en skarn, ancho de labor, cmaras de 10m de ancho y 5m de altura, intrusivo 18 fracturas/m, se indenta superficialmente la picota, caliza 10 fracturas/m, se rompe con dos o tres golpes de picota, mineral 15 fracturas/m, se rompe con dos golpes de picota.39Cuerpo mineralizado : Muy fracturada /Regular (MF/R), su valuacin cuantitativa 45 55 y el RMR en condiciones secas 50 60.De acuerdo a la descripcin, la clasificacin GSI ser la siguiente (ver tabla)Caja techo : Muy fracturada/Pobre = (MF/P), su valoracin cuantitativa 35 45 y el RMR en condiciones secas = 40 50Caja piso : Fracturada/Regular = (F/R), su valuacin cuantitativa 55 65 y el RMR en condiciones secas = 60 70.40

41Para determinar el tipo de soporte, consideramos la abertura 10m y para la dimensin equivalente (abertura /ESR), utilizamos el ESR = 3, luego la De = 10/3 = 3.3Trazamos la lnea horizontal en la tabla SPM (Sostenimiento Practico Minero) a partir del valor 3.3, e interceptamos las clasificaciones geomecnicas correspondientes a la caja techo, caja piso y cuerpo mineralizado, obteniendo los siguientes tipos de soporte:42Caja techo: MF/P = Pernos en reticulado de 1.0x1.0m y refuerzo con malla metlica Caja piso: F/R = Sin soporte o perno ocasional.Cuerpo Mineralizado: MF/R = Pernos en reticulado de 1.2x1.2m43

3.3Caja techo (intrusivo), perno en reticulado de 1x1m y malla metlicaZona mineralizada, pernos en reticulado de 1.2x1.2mCaja piso, sin soporte o perno ocasional44Habiendo obtenido el tipo de soporte a ser colocado, se procede a determinar el tiempo oportuno de su colocacin, el cual se define trazando una lnea horizontal, en el eje que corresponde a la abertura en la tabla de tiempo de auto soporte de Bieniaski, en este caso se debe tomar en cuenta, el ancho de la abertura para la zona mineralizada y la altura para las cajas techo y piso.Luego se intercepta esta lnea horizontal con las lneas que limitan los valores de RMR determinados en la clasificacin geomecnica de GSI y la relacin GSI = RMR(89)seco)-5.

45 El tiempo promedio recomendado sera:Caja techo: 3 da = (MF/P)Caja piso: 1 ao = (F/R)Zona mineralizada: 10 das = (MF/R) Por lo tanto:Caja techo: 5.0m (altura) (RMR = 40 50) (tiempo min = 12 hr, mx. = 7 das)Caja piso: 5.0m (altura) (RMR 60 70) (tiempo min = 6 meses, mx. = 3 ao)Zona mineralizada: 10m(ancho) (RMR = 50 60) (tiempo min = 3 das, max = 20 das)

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Caja techo, tiempo de colocacin entre 12 horas y 7 das (promedio 3 da)Caja piso, tiempo de colocacin entre 6 meses y 3 aos (promedio 1ao)Zona mineralizada, tiempo de colocacin entre 3 das a 20 das (promedio 10 das)47Los factores influyentes como la presencia de agua, la orientacin de las discontinuidades, tensiones o esfuerzos (tectnicos, litostticos u otros), voladura, cercana de labores o zonas no soportadas adecuadamente (tipo y tiempo), se debern tomar en la metodologa de aplicacin de la tabla de sostenimiento para realizar las correcciones y ajustes en el tipo de soporte y tiempo de colocacin, en base al anlisis que se desarrolle en conjunto con los participantes de la capacitacin. FACTORES INFLUYENTES 48Presencia de agua (cantidad y calidad).Presencia de orientaciones desfavorables de discontinuidades.Presencia de esfuerzos (profundidad de labor, cercana a fallas, diques o ejes de pliegues, zonas de relajamiento superficial y cercana de labores, puentes, pilares).Criterios para ajustes por factores influyentesLa aplicacin directa de la clasificacin GSI en las labores toma nicamente en cuenta la condicin del macizo rocoso, condicin que es afectada por los factores indicados a continuacin:49Presencia de agua. Se corrige relacionando el valor cuantitativo del GSI con el valor de RMR mediante la ecuacin (1): GSI = RMR(seco)-5.Si se presenta humedad se disminuye en 4 unidadesOperaciones deficientes (voladura, distribucin incorrecta de taladros, colocacin tarda de soporte, colocacin incorrecta de soporte)Efectos del tiempo.50Si se presenta flujos o filtracin intensas se disminuye en 15 unidades Si se presenta goteo se disminuye en 10 unidadesSe recomienda como promedio disminuir en 10 unidades, el valor del RMR ante la presencia de agua. Por orientacin desfavorable de discontinuidades restarle 10 unidades.51Operaciones deficientesEl principal problema de inestabilidad en la roca se origina por la voladura y una distribucin de los taladros muy deficiente (excesiva carga especialmente en taladros de contorno y excesivo espaciamiento entre estos taladros), una verificacin insitu, se efecta mediante el anlisis de los restos de caa de taladros que se observan en el techo y paredes. A continuacin se desarrolla un ejemplo de este tipo.

52De acuerdo a la tabla de clasificacin GSI se tiene:Pared y techo de galera: Clasificacin cualitativa = muy fracturada, regular (MF/R), valoracin cuantitativa = 45 55 y RMR = 50 60.Ejemplo de condiciones con factores desfavorables:Galera de 4.0x4.0 en calizas, con pared derecha, pared izquierda y techo con 15 fracturas/m, se rompe con dos golpes de picota, sistema de discontinuidad sub vertical y sub paralelo a las paredes, con presencia de goteo a travs de las mismas.53Valor de RMR corregido = 30 40 o GSI = 25 35, equivalente a una roca MF/MP o IF/P, valores con los cuales se pasa a la tabla SPM para determinar el soporte. Correcciones:Presencia de agua = (filtraciones por goteo) = -10Orientacin desfavorable = -10Total de correcciones = -2054

55Con los valores corregidos: Galera de 4.0 de ancho, De = ancho/ ESR = 4.0/1.6 = 2.5) Calidad de roca original = MF/RCalidad de roca corregida = MF/MP A partir del eje De (ancho/ESR), trazamos una lnea horizontal a la altura del valor 2.5, e interceptamos las lneas verticales que bajan del intervalo de valores que corresponden a la clasificacin MF/MP, equivalente a:56Soporte mnimo: pernos espaciados cada metro y shotcrete sin fibra de 5.0 cm de espesor.Soporte mximo: pernos espaciados cada metro y shotcrete con fibra de 5.0 cm de espesor57

Soporte mnimo: perno (1.0x1.0m) y sh(sin fibra) de 0.05m Soporte mximo: perno (1.0x1.0m) y sh(con fibra) de 0.05m 2.558Para determinar el tiempo de colocacin, los datos que utilizamos son:RMR (corregido) = 30 40; siendo RMR (original) = 50 60.Ancho de la galera = 4.0 mA partir del eje de las aberturas trazamos una lnea horizontal que intercepte el intervalo formado por las lneas correspondientes a los valores del RMR 30 y 40 y de esta intercepcion lineas verticales que intercepten los ejes correspondientes al tiempo de autosoporte.59Recomendable: perno cada 1.0x1.0m con shotcrete sin fibra de 5.0 cms de espesor a ser colocado en 8 horas, o si se demoran un da requerir shotcrete con fibra.Los tiempos que se obtienen son:Tiempo mnimo de colocacin = 2 horasTiempo mximo de colocacin = 24 horas (1 da)60

Tiempo mnimo de colocacin = 2horas Tiempo mximo de colocacin = 1 daRecomendable: perno cada 1.0x1.0m con shotcrete sin fibra a ser colocado en 8 horas, o si se demoran un da requerir shotcrete con fibra.GRACIAS

EL GENIO SE HACE CON UN 1% DE TALENTO Y UN 99% DE TRABAJO Albert Einstein