Presentacion 1a. Presion y Manejo de Techo

7/25/2019 Presentacion 1a. Presion y Manejo de Techo

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ALTURA DEL TECHO IN MEDIATO. Para calcular la altura del

hundimiento en una capa arrancada en una explotacin por

tajo largo, y para al control del techo es fundamental conocer

el espesor del techo inmediato. Este no es constante para unacapa de carbn, pues varia con la constitucin estratigrfica

del MR, y con el mtodo de explotacin y la forma de

aplicarlo.

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Descripcin de los fenmenos observados en un frente

largo.

Segn PENG y CHIANG (1984), al abrir un hueco con la

explotacin de una capa se desequilibra el campo de

tensiones, en su entorno.

Por ello se producen movimientos de los estratos de

rocas comprendidos entre el plano del techo y la

superficie, y presiones de apoyo a ambos lados de laexplotacin y en el frente.


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Cuando una explotacin en frente largo, de suficiente

longitud y anchura, se arranca, los estratos del

recubrimiento se alteran desde el techo a la superficie.

La Figura muestra las tres zonas del movimiento causado

por el arranque del carbn.

ZONA 1: La zona hundida es la inmediata al carbn y tieneun espesor variable entre 2 y 8 veces la potencia de la

capa. Al hundirse esta zona caen sus estratos sobre el

muro de la capa y se rompe en trozos planos de diferentes

tamaos que se disponen de forma caprichosa. El volumen

del montn de trozos de esta zona hundida es mayor que

el que tena la roca in situ. La relacin de estos dos

volmenes se llama coeficiente de expansin oes on amiento.


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Este coeficiente tiene mucha importancia porque fija laaltura de la zona hundida.

ZONA 2: Sobre la zona hundida est la zona fracturada. En

ella estn rotos los estratos, separados en bloques por

fracturas verticales o sub-verticales y horizontales; stas

debidas a la separacin de los estratos.


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Los bloques adyacentes estn total o parcialmente encontacto. De este modo permanece en el estrato una

fuerza horizontal, transmitida a travs de sus trozos. As los

bloques de ese estrato no pueden moverse libremente, sin

afectar al movimiento de los dos bloques adyacentes. Esosestratos rotos en contacto pueden llamarse "vigas

transmisoras de fuerza". El espesor de la zona fracturada

'oscila entre 28 y 42 veces la potencia de la capa, de forma

que el conjunto de zonas hundida y fracturada alcanza 30 a50 veces la potencia de la capa.


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ZONA 3: Entre la zona fracturada y la superficie se

extiende la zona de deformacin continua. En ella no

hay rotura y se comporta como un medio continuo.

Estas tres zonas se han reproducido en modelos de

laboratorio.

De las dos primeras zonas del recubrimiento de que se

ha hablado, la parte de los estratos situada

inmediatamente sobre la lnea del techo, y que debe

hundir en el hueco abierto inmediatamente detrs delavance del sostenimiento del frente, es la que se

denomina Techo inmediato.


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Este techo inmediato al romper y hundir, no puede

transmitir ninguna fuerza horizontal en direccin delavance del frente. Adems el sostenimiento debe

soportar su peso.

constituyen el techo superior. Los dems estratos sobre el

techo superior no afectan la estabilidad del techo en la

zona del frente. En el techo superior los estratos estn

rotos pero no pierden sus contactos. Por esto pueden aun

transmitir fuerzas horizontales, aunque el extremotrasero del estrato est generalmente ms bajo que el del

frente, situado sobre el sostenimiento.


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Una vez montado el frente largo, empieza el avance del

mismo al arrancar el carbn. Ello produce un hueco queda lugar al movimiento del recubrimiento, que se realiza

en dos tiempos.

PRIMERO: comprende desde que se monta la explotacinhasta el hundimiento del techo inmediato, y despus,

dentro del mismo, empieza la rotura del 'techo superior.

La presin mxima de esta primera fase se llama primera

carga. En ella apenas pesa el techo superior. A la distanciaque ha avanzado el frente en esta etapa, Lo, se la

denomina intervalo de la primera carga.


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SEGUNDO: Despus que termina la primera carga,

empieza una fase de hundimiento ms corto, que sigueperidicamente hasta que termina de explotarse la capa.

Esta etapa es la que se llama carga peridica, pues en ella

los techos inmediato y superior sufren roturas que dan

lugar a presiones cclicas, por separado y conjuntamente.

La longitud del intervalo en esta carga peridica,

designada por Lp, es ms corta que el de la primera fase.

(Figura anterior).


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Cuando el ancho de la explotacin, una vez montado todo

el frente largo, adquiere un valor determinado, el techoinmediato empieza a comportarse como una viga

empotrada, flexando, separndose del techo superior e

iniciando las roturas.

El intervalo de la primera fase se puede estimar para el

techo inmediato y superior, por las frmulas:

= 2

= 2


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Donde:

Pi es la potencia del techo inmediato

Ps la del techo superior.

Ri y Rs son las resistencias a traccin de los techos

inmediato y superior.

Yi y Ys sus pesos especficos

TERCERO: Una vez que se ha producido la primeracarga, se inicia la fase de la carga peridica. En esta

fase, y segn sus rocas, el techo inmediato hunde

rpidamente detrs del sostenimiento del frente.


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Los estratos inferiores del techo superior comienzan a

romper peridicamente produciendo presiones elevadas enla zona del frente.

Los intervalos Lp dependen de numerosos parmetros.


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Existen tres parmetros en las caractersticas resistentes de

la entibacin que sirven para predecir la carga peridicadel techo. En primer lugar hay que considerar el

significativo aumento de la resistencia media en tiempo

ponderado.

Tanto la duracin de la mxima resistencia como la de la

resistencia a la carga media hacen crecer claramente el

perodo de carga del techo.

La primera tiene poco inters, pero la duracin de laresistencia a la carga media es la verdaderamente

importante.


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En la Figura se reproduce un ejemplo prctico. En ella el

intervalo de la carga peridica Lp, se compone de dospartes:

aes propiamente el espacio de la carga y

bla duracin del perodo de equilibrio.

De modo que Lp =a + b.


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Otro parmetro a tener muy en cuenta es el crecimiento

rpido del incremento de la resistencia, ya que durante lafase primera de la resistencia del sostenimiento en

funcin del tiempo se incrementa moderadamente

despus de colocado el sostenimiento y al final del

perodo marca una punta violenta.

En la segunda fase, el incremento de resistencia empieza

rpidamente al principio y se mantiene con pocoincremento hasta el final, en que sube en una pequea

punta que sirve para predecir el golpe de carga peridico.


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Durante las cargas peridicas del techo la resistencia

cambia en el frente y los dos estemples traseros, de

los cuatro del sostenimiento de los escudos-bloques,

tienen sensibles diferencias con los delanteros. En la

primera fase, no peridica, no hay estas diferenciaspero al empezar la fase peridica, la presin de los

estemples traseros crece claramente.

En la fase de carga peridica del techo los dos trminos

ms tiles son el intervalo Lp de la carga peridica y la

duracin del mismo Tp.


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El aspecto ms normal del hundimiento del techo

superior es que de cada dos a cuatro perodos cortos de

carga del techo, se produce un perodo ms largo.

Los ciclos cortos pueden atribuirse a deformaciones yhundimientos de los estratos inferiores del techo

superior y duran uno o dos ciclos de avance.

Por otra parte los ciclos mayores de carga ms fuerteprovocados por el techo superior, duran de tres a siete

ciclos de avance del frente.


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La mxima resistencia a la carga peridica, Rmax, es

funcin del intervalo peridico Lp.

Se ha podido establecer que:

= +

Donde:

m es una constante que depende de las propiedades de

los estratos del techo superior hundidos y

n es una constante relacionada con el intervalo.

Estas constantes se determinan en cada yacimiento.


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La estratigrafa del techo de una capa vara de capa a

capa, de mina a mina y de cuartel a cuartel, y aun dentro

del propio cuartel, con ella varan los movimientos.

Cuando se abre un hueco, al arrancar una capa, las

tensiones que estaban en un principio distribuidas

uniformemente, se alteran en su equilibrio. Por ello seforma una zona descomprimida en el techo de los huecos,

y la carga se transfiere a las zonas de carbn virgen.

En el frente y en los bordes de la explotacin se presentantensiones verticales superiores a la normal del

recubrimiento, que se conocen como presin de apoyo o

estribo.


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En la Figura se indican estas distribuciones de las tensiones

sobre el carbn.

Como se ve las tensiones mximas estn

en los bordes del cuartel,

en las guas-de base y

cabeza y en la vertical del frente.


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Altura del techo inmediato:

Para calcular la altura del hundimiento en una capaarrancada en frente largo y para el control del techo, es

fundamental conocer el espesor del techo inmediato.

Este no es constante para una capa de carbn, pues

varia con la constitucin estratigrfica del macizo

rocoso y con el mtodo de explotacin y la forma de

aplicarlo.

en la rebanada superior de una capa potente que searranca en frente largo, el hundimiento se propaga

hacia arriba a medida que se alarga el hueco, al avanzar

el frente.


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Los estratos en voladizo rompen y abren un hueco para

que a su vez rompan los bancos superiores.Los estratos rompen y el volumen de los trozos es mayor

que el de la roca in situ.


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As el espacio entre la corona del hueco hundido y la parte

alta del montn de trozos disminuye, hasta llegar a tocarsey producir el autorrelleno. Esta altura de autorrelleno

cumplir la condicin siguiente (Figura).

P-f = 1 f=ce

por tanto los factores determinantes de la altura de

autorrelleno o techo inmediato pi son:


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= Techo inmediato

p = Espesor del manto

f = Flexin del estrato ms bajo NO hundido

=maxima flexin posible del mismo

k = Coeficiente de expansin

la mxima flexin f (si f = fo = p pi = 0; luego no hay

hundimiento);

la flexin real f est relacionada con p de forma que f =c*p,

Siendo


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- c = 0,l a 0,15 para areniscas muy fuertes,

c = 0,15 a 0,25 para areniscas medias y finas,

c = 0,35 a 0,40 para pizarras arenosas,

c = 0,40 a 0,50 para pizarras y margas.


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El coeficiente de expansin de la roca k se considera

distinto segn las fases.

Es mayor en los primeros hundimientos detrs del

sostenimiento, y

se llama coeficiente original; cuando el montn de trozos

de roca se acerca al contacto con los estratos inferiores

sin hundir, el coeficiente disminuye al compactarse el

montn y

se llama coeficiente residual Kr


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Tambin vara el control del techo en la zona de

hundimiento si se aplica algo de relleno.


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La altura del techo inmediato se obtiene mediante las

siguientes frmulas:

h=

Siendo:

h = Altura del techo inmediato en m.

p = Potencia de la capa en m (en nuestro caso 3,5 m.

como valor mximo)

= Densidad del techo inmediato en t/m3 (en nuestrocaso 2,50 t/m3)

= Densidad del mismo techo pero esponjado (en

nuestro caso 1,74 t/m3 )


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FORMULA DE SISKA

Siska toma la formula de techo inmediato y la modifica,introduciendo 3 coeficientes, a,a,a, a saber:

Categora 1. techos que hunden de forma natural al

retirar la entibacinCategora 2. techos que no hunden fcilmente y necesitan

explosivos, para iniciar el hundimiento.

Categora 3. techos que no hunden y necesitan explosivos

de manera sistemtica


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CATEGORIA DE TECHO a

1 12 (1)+((0,5+2,5*e)/(Ls))

3 (1)+((0,5+0,8*e)/(Ls))

E= espesor del manto en m.s= anchura del tajo (taller) en m


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COEFICIENTE DE TRATAMIENTO DE TECHO INMEDIATO

a

TRATAMIENTO POST

TALLER a

Hundimiento de techo 1

Relleno manual 0,7

Relleno neumtico 0,5

Relleno hidralico 0,45


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COEFICIENTE DE AUTOAPOYO DEL TECHO INMEDIATO

CATEGORIA DE

TECHO

INMEDIATO

LITOLOGIATRATAMIENTO

POST TALLERa

1 LUTITA HUNDIMIENTO 0,75

1 LUTITA RELLENO 0,4

2 LUTITA/ARENISCA HUNDIMIENTO 0,55

2 ARENISCA RELLENO 0,353 LUTITA/ARENISCA HUNDIMIENTO 0,4

3 ARENISCA RELLENO 0,35


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Una vez conocidos a,ay a,y la presin de techo (P),

obtenida mediante la formula de techo inmediato, sepuede estimar la presin de techo Ps, segn siska en

Ton/m, con la formula:

Ps = (a*a*a)*p

P= presin del techo sobre la

entibacin segn formula detecho inmediato (Ton/m)

Ps= presin de techo sobre la entibacinsegn siska (Ton/m)


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Aunque la formula de siska corrige algunas de las

implicaciones de la formula de techo inmediato, su

campo de aplicacin mas idneo es en tajos de capasde potencia inferior a 2 metros, situados a

profundidad media.


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FORMULA DE TERZAGHI

Para la correcta utilizacin de la formula de terzaghi debetenerse en cuenta un coeficiente emprico k. cuando se

desconoce su valor, por no tener experiencias previas

contrastadas, lo cual sucede muy frecuentemente, puede

tomarse k=1.

A partir del ngulo de rozamiento del techo (), se

estima un ngulo Ct expresado en radianes, de la

siguiente forma:


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= 45

2

La presin del techo _ (Ton/m), segn terzaghi se

obtiene de los ngulos y _, el coeficiente emprico

K, potencia del manto e en m, y de _ (anchura deltaller), incluidos los vacos hacia el frente y el

hundimiento.

= + (2 tan )2 tan


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Tomado con adecuada prudencia, se sugiere la siguiente

correccin en trminos de K:

INCLINACION DE LA CAPA K

CAPAS DE PENDIENTE INFERIOR A 20 0,67

CAPAS DE PENDIENTE ENTRE 20 Y 36 1

CAPAS DE PENDIENTE ENTRE 36 Y 45 1,1

Los valores de presin que da esta formula, se

aproximan bastante a los calculados con el modelo

tensodeformacional, especialmente para capas depotencia inferior a 2m. Por ello se recomienda utilizar un

FS de 1,5 para mantos de potencia menor a 2m y 2 para

mantos con potencia superior a 2m.


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CLASIFICACION DEL TECHO INMEDIATO DE

ACUERDO AL MANEJO DE LA PRESION

El techo inmediato tiene un espesor (h=8e) sus rocas

derrumban fcilmente. h=

El techo inmediato se compone de rocas que derrumbanfcilmente y su altura es menor a 6*e h< 6*e. h

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