SOSTENIMIENTO GSI

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8/16/2019 SOSTENIMIENTO GSI http://slidepdf.com/reader/full/sostenimiento-gsi 1/61 1 CURSOPRACTICO DE GEOMECANICAELEMENTAL DEFINICIONDELSOPORTE Eviteel desprendimientodeRocas, colocandoel SoporteAdecuadoen el MomentoOportuno

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CURSO PRACTICO DE

GEOMECANICA ELEMENTAL

DEFINICION DEL SOPORTE

Evite el desprendimiento de Rocas,colocando el Soporte Adecuado en

el Momento Oportuno

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Conociendo el Tipo de Soporte

El calculo y diseño del sostenimiento delabores subterráneas se puede efectuar poralgunos de los siguiente métodos: Analíticos,Numéricos, Observacionales y Empíricos.

Métodos Analíticos: Se basan en elcomportamiento elastoplástico de la roca,existiendo una correspondencia entre laspresiones internas y la deformación radial dela excavación, siendo el sostenimientoseleccionado capaz de resistir la presióninterna.

Conociendo el tipo de soporte

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Métodos Observacionales: Se basa en la

medición de tensiones y convergencia en lasexcavaciones, cuyos resultados son aplicadosen los métodos analíticos o numéricos parael calculo del sostenimiento.

Métodos Numéricos:  Parten de la

discretización del macizo rocoso medianteelementos finitos, modelando los procesosde deformación que afecten el terreno aconsecuencia de la excavación y

determinando el sostenimiento que puedecontrolarlo.

Conociendo el tipo de soporte

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Conociendo el tipo de soporte

Métodos Empíricos: Son métodos

aproximados para el diseño delsostenimiento basados en las clasificacionesgeomecánicas (Índices “Q”, “RMR” y GSI),además de considerar los factores que

influyen en su estabilidad (orientación defracturas, presencia de agua, tensiones,aberturas, uso de labores, voladuras y otros).

Las clasificaciones están basadas a su vez en

las condiciones que presenta el macizorocoso al momento de su excavación quepuedan ser descritas y cuantificadas enforma rápida y sencilla. Se relacionan entre

si mediante las siguientes funciones:

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La clasificación GSI esta basadoprincipalmente en la identificación de losparámetros de estructuras (fracturamiento) ycondiciones (Resistencia de la masa rocosa-

condición de discontinuidades) cuya forma dedeterminación se muestra en la siguientesdiapositivas.

GSI=RMR(89) seco – 5................(1)RMR=44 + 9Ln(Q)..................(2)

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Determinación de la cantidad de fracturas pormetro lineal (Condición Estructural)

En la foto se muestra 22 fracturas en 60 cmdel flexometro, equivalente a 30 en un metro,roca intensamente fracturada (IF) por tenermas de 20 fracturas por metro, la clasificación

GSI es IF/R

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En la bocamina de esta diapositiva se handeterminado 18 fracturas por metro,correspondiendo a una roca muy fracturada(MF) por tener de entre 12 a 20

fracturas/metro; la clasificación GSI es MF/R

Conociendo el tipo de soporte

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Determinación de la condición superficial porlaresistencia de la masa rocosa.

La picota se ha indentado profundamentecorrespondiendo a una roca muy pobre (MP)cuya resistencia es muy blanda y relleno dearcillas; la clasificación GSI de la roca es

IF/MP

Conociendo el tipo de soporte

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Determinación decondición superficialpor la abertura de lasfracturas, en el casode esta diapositiva lasfracturas seencuentran muy

abiertas (mayor de5.0 cm) ycorresponde a unaclasificación muypobre (MP) a pesar

que los bloques seanresistentes a muyresistentes (B), laclasificación GSI esF/MP

Conociendo el tipo de soporte

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La tabla de clasificación cualitativa ycuantitativa del GSI se da a continuación, enla cual se pueden identificar tres tipos deroca que se han definido en base a lasobservaciones en una labor:

Color Amarillo.-  Roca moderadamentefracturada (8fract/m) y buena (fracturas

cerradas frescas y se rompe con varios golpesde picota) (F/B), su valoración esta entre 65y 75, valor del RMR seria de 70 – 80 encondiciones secas.

Conociendo el tipo de soporte

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Color Azul.- Roca muy fracturada (15fract/m)y regular (fracturas ligeramente abiertas,moderadamente fracturadas y se rompe con 1a 3 golpes de picota) (MF/R), su valoraciónesta entre 45 a 55, valor de RMR seria de 50 –60 en condiciones secas.

Color Rojo.- Roca intensamente fracturada(25fract/m) y pobre (fracturas ligeramenteabiertas, con relleno arcilloso y se indentasuperficialmente la picota (IF/P), su valoraciónesta entre 25 y 35, valor de RMR seria de 30 –40 en condiciones secas.

Conociendo el tipo de soporte

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Conociendo el tipo de soporte

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Conociendo el tipo de soporte

Considera los tres índices de clasificacióngeomecánica, relacionados mediante lasfunciones (1) y (2), su dimensión equivalente

que es el resultado de dividir, el ancho o alturade la labor entre una constante cuyo valordepende del uso de la labor y se denominaE.S.R.

En esta tabla el E.S.R. en labores permanentes(rampas, cruceros, galerías) es 1.6, en labores verticales (chimeneas, pique, echaderos demineral y desmonte) es de 2.0 y en labores de

extracción (tajeos de corte y relleno, cámarasy pilares) es de 3.0.

 Tabla para el diseño de sostenimiento enlabores mineras subterráneas

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 Asi mismo se incluye la longitud de pernos aser tomada en cuenta de acuerdo a lasdimensiones de la labor.

La tabla se basa en el diseño de sostenimiento

de túneles según el método Noruego (NMT) ylas experiencias obtenidas en las minassubterráneas del Perú, incluyéndose además eluso de la madera, la aplicación de la misma

sirve de base para la elaboración de las tablasde sostenimiento de cada unidad minera,dependiendo de las condiciones geomecánicasy de minado de dicha unidad.

Conociendo el tipo de soporte

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Conociendo el tipo de soporte

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Conociendo el tipo de soporte

Una vez definido el soporte en base a la tabla

mostrada, según su clasificación geomecánicay dimensión equivalente, se requiere deinmediato conocer el tiempo oportuno de sucolocación, de manera que se pueda evitar elaflojamiento progresivo del macizo rocosoexcavado y su desprendimiento posterior

La tabla mostrada a continuación correspondea los tiempos de autosoporte, propuesta por

Bieniaski (1979), se obtiene estos tiempos deacuerdo al intervalo de valores que tiene cadaclasificación geomecánica, determinándose untiempo mínimo y máximo en el cual se deberá

colocar el soporte.

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El tiempo promedio para cada tipo de roca,según la abertura, podrá definirse en formaespecifica en cada unidad minera, de acuerdoa la experiencia obtenida, capacidad instaladapara colocar soporte y su logística, este

tiempo promedio debe estar dentro delintervalo considerado en la tabla de tiemposde autosoporte.

En los casos de que un mismo tipo declasificación geomecánica, presente dosalternativas de soporte, se podrá considerarun menor tiempo para el menor soporte y unmayor tiempo para el mayor soporte, dentrodel intervalo de tiempo mencionado.

Conociendo el tipo de soporte

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 Tabla de tiempo de autosoporte en funciónde la abertura de la labor y clasificacióngeomecánica según índices Q y RMR

Conociendo el tipo de soporte

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Conociendo el tipo de soporte

En la siguiente diapositiva se dan dos

ejemplos desarrollados, que muestran como sedetermina el soporte adecuado y el tiempo decolocación, y sirven para la elaboración de latabla de soporte específico de la MinaPorvenir en la Unidad Minera Milpo, mostradaal final de la misma.

En estos dos ejemplo no se han consideradolos factores influyentes en la estabilidad del

macizo rocoso, únicamente se ha consideradolas condiciones estructurales (fracturas/m) ycondiciones superficiales (discontinuidades yresistencia de masa rocosa, tamaño de

abertura y uso de la labor).

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La descripción de las condiciones de la roca sehace tomando en cuenta las paredes y techoen labores de desarrollo, las cajas, falsas cajasy vetas en zonas mineralizadas, en cuerpos seconsideran las aberturas entre los pilares.

Conociendo el tipo de soporte

Ejemplo Nº 1.- Labor de desarrollo (rampa,galería, crucero) de 4.5m de ancho por 4.0mde altura en calizas, presenta 15 fracturas/m,

cerradas, frescas y se rompen con dos golpesde picota en la pared derecha, luegopresenta 8 fracturas/m, ligeramente abiertas,levemente alteradas y se rompen con un golpede picota en eltecho y la pared izquierda.

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De acuerdo a la descripción de campo

primeramente se identifica en la tabla GSI ladescripción cualitativa y valoracióncuantitativa.

•Pared derecha: muy fracturada, regular(MF/R) y su valoración en la tabla será de45 – 55 y un RMR = 50 – 60

Conociendo el tipo de soporte

• Techo y pared izquierda: fracturada, regular(F/R) y su valoración en tabla será de 55 –65 y el RMR = 60 – 70

•(Ver tabla GSI)

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Descripción

cualitativaDescripción

cuantitativa

Conociendo el tipo de soporte

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Una vez definida su descripción cualitativa y elRMR mediante su valuación cuantitativa, se vaa la tabla del Sostenimiento Práctico Minero(SPM), localizándose el intervalo que abarque laclasificación cualitativa, asi:

MF/R Pared derecha•F/R Techo y pared izquierda

Conociendo el tipo de soporte

Este intervalo se intercepta con la línea quecorresponde al valor de la dimensiónequivalente de esta labor, el mismo que sedetermina dividiendo el ancho de la labor (4.5)entre la constante ESR (1.6) asignada a laboresde desarrollo de carácter permanente.

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El valor obtenido es de 4.5/1.6 = 2.8, a partirde este valor en el eje (Luz/ESR) se trazauna línea horizontal, interceptándola con laslíneas verticales que delimitan los intervalosde calidad de roca de la pared derecha,izquierda y techo, el tramo interceptadocorresponde al tipo de soporte a colocar , así:

• Pared derecha = Pernos en reticulados de

1.2x1.2m.• Techo y pared izquierda = Sin soporte operno ocasional.

Conociendo el tipo de soporte

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Pared derechaPernos reticulados de 1.2x1.2

 Techo y pared izquierdaSin soporte o pernoocasional

De=2.8

Conociendo el tipo de soporte

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Habiendose determinado la descripcióncualitativa de la calidad geomecánica de lalabor mencionada.

•Pared derecha = MF/R, RMR = 50 - 60

• Techo y pared izquierda = F/R, RMR = 60 -

70

Conociendo el tipo de soporte

 La dimensión equivalente :

• Ancho= 4.5, ESR = 1.6 y De = 2.8

 Y los soportes a colocar:•Pared derecha = Pernos de 1.2x1.2m

• Techo y pared izquierda = Sin soporte o

perno ocasional.

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Se procede a determinar el tiempo oportuno

de su colocación, utilizando la tabla de tiempode autosoporte en función de la calidad deroca según índices Q o RMR, para lo cual setraza una línea horizontal a partir del ejecorrespondiente al ancho de aberturainterceptando las franjas que corresponden alos índices de calidad de roca.

Conociendo el tipo de soporte

 A partir de estas intercepciones se trazanlíneas verticales que se intercepten a su vezcon los ejes que corresponden al tiempo deautosoporte

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Pared derecha= entre 15 días a 150 días(recomendado 30 días).

Conociendo el tipo de soporte

• Techo y Pared izquierda = entre 6 meses atres años (recomendado 1 año)

De acuerdo a esta ultima intercepción se

determinan los tiempos máximos y mínimospara colocar el soporte antes de que se inicie elrelajamiento del macizo rocoso :

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Pared derecha, tiempode colocación entre 15y 150 días (promediorecomendado 30 días)

 Techo y paredizquierda, tiempode colocación entre5 meses y tres años

(promediorecomendado 1 año)

4.5

Conociendo el tipo de soporte

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•Ejemplo 2.- Explotación de cuerpomineralizado. Caja techo intrusivo,caja pisocaliza,techo zona mineralizada en skarn,ancho de labor, cámaras de 10m de ancho y5m de altura,intrusivo 18 fracturas/m, se

indenta superficialmente la picota, piso caliza 10 fracturas/m, se rompe con dos otres golpes de picota, mineral  15fracturas/m, se rompe con dos golpes de

picota.

Conociendo el tipo de soporte

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•Cuerpo mineralizado : Muy fracturada/Regular (MF/R), su valuación cuantitativa 45

 – 55 y el RMR en condiciones secas 50 – 60.

De acuerdo a la descripción, la clasificación GSI

será la siguiente (ver tabla)•Caja techo : Muy fracturada/Pobre = (MF/P), su valoración cuantitativa 35 – 45 y el RMR encondiciones secas = 40 – 50

•Caja piso : Fracturada/Regular = (F/R), su valuación cuantitativa 55 – 65 y el RMR encondiciones secas = 60 – 70.

Conociendo el tipo de soporte

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Conociendo el tipo de soporte

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Para determinar el tipo de soporte,

consideramos la abertura 10m y para ladimensión equivalente (abertura /ESR),utilizamos el ESR = 3, luego la De = 10/3 = 3.3

Conociendo el tipo de soporte

 Trazamos la línea horizontal en la tabla SPM(Sostenimiento Practico Minero) a partir del

 valor 3.3, e interceptamos las clasificacionesgeomecánicas correspondientes a la caja techo,

caja piso y cuerpo mineralizado, obteniendo lossiguientes tipos de soporte:

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•Caja techo: MF/P = Pernos en reticulado de1.0x1.0m y refuerzo con malla metálica

Conociendo el tipo de soporte

• Caja piso: F/R = Sin soporte o perno ocasional.

•Cuerpo Mineralizado: MF/R = Pernos enreticulado de 1.2x1.2m

C i d lti d t

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3.3

Caja techo (intrusivo),perno en reticulado de1x1m y malla metálicaZona mineralizada, pernosen reticulado de 1.2x1.2m

Caja piso, sinsoporte o pernoocasional

Conociendo el tipo de soporte

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Habiendo obtenido el tipo de soporte a sercolocado, se procede a determinar el tiempo

oportuno de su colocación, el cual se definetrazando una línea horizontal, en el eje quecorresponde a la abertura en la tabla de tiempode auto soporte de Bieniaski, en este caso se

debe tomar en cuenta, el ancho de la aberturapara la zona mineralizada y la altura para lascajas techo y piso.

Luego se intercepta esta línea horizontal conlas líneas que limitan los valores de RMRdeterminados en la clasificación geomecánicade GSI y la relación GSI = RMR(89)seco)-5.

Conociendo el tipo de soporte

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 El tiempo promedio recomendado sería:

• Caja techo: 3 día = (MF/P)

• Caja piso: 1 año = (F/R)

• Zona mineralizada: 10 días = (MF/R)

 Por lo tanto:

• Caja techo: 5.0m (altura) (RMR = 40 – 50)(tiempo min = 12 hr, máx. = 7 días)

• Caja piso: 5.0m (altura) (RMR 60 – 70)(tiempo min = 6 meses, máx. = 3 año)

• Zona mineralizada: 10m(ancho) (RMR = 50 –60) (tiempo min = 3 días, max = 20 días)

Conociendo el tipo de soporte

Zonamineralizada

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Caja techo, tiempo decolocación entre 12 horasy 7 días (promedio 3 día)

Caja piso, tiempo decolocación entre 6 mesesy3 años (promedio 1año)

Zona mineralizada,tiempo de colocaciónentre 3 días a 20 días(promedio 10 días)

Conociendo el tipo de soporte

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Los factores influyentes como la presencia deagua, la orientación de las discontinuidades,tensiones o esfuerzos (tectonicos, litostáticos u

otros), voladura, cercanía de labores o zonas nosoportadas adecuadamente (tipo y tiempo), sedeberán tomar en la metodología de aplicaciónde la tabla de sostenimiento para realizar lascorrecciones y ajustes en el tipo de soporte ytiempo de colocación, en base al análisis que sedesarrolle en conjunto con los participantes dela capacitación. A continuacion se desarrollaun ejemplo de este tipo.

Conociendo el tipo de soporte

FACTORES INFLUYENTES 

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De acuerdo a la tabla de clasificación GSI setiene:

•Pared y techo de galería: Clasificacióncualitativa = muy fracturada, regular(MF/R), valoración cuantitativa = 45 – 55 yRMR = 50 – 60.

Ejemplo de condiciones con factores desfavorables:

Galería de 4.0x4.0 en calizas, con paredderecha, pared izquierda y techo con 15fracturas/m, se rompe con dos golpes depicota, sistema de discontinuidad sub verticaly sub paralelo a las paredes, con presencia degoteo a través de las mismas.

Conociendo el tipo de soporte

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 Valor 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 SPMpara determinar el soporte.

• Correcciones:

•Presencia de agua =(filtraciones por goteo) = -10

•Orientación desfavorable = -10

• Total de correcciones = -20

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Con los valores corregidos:

Galería de 4.0 de ancho, De = ancho/ ESR= 4.0/1.6 = 2.5)

•Calidad de roca original = MF/R

Calidad de roca corregida = MF/MP 

 A partir del eje De (ancho/ESR), trazamos unalínea horizontal a la altura del valor 2.5, e

interceptamos las líneas verticales que bajandel intervalo de valores que corresponden a laclasificación MF/MP, equivalente a:

Conociendo el tipo de soporte

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•Soporte mínimo: pernos espaciadoscada metro y shotcrete sin fibra de5.0 cm de espesor.

Conociendo el tipo de soporte

Soporte máximo: pernos espaciados cadametro y shotcrete con fibra de 5.0 cm deespesor

Conociendoeltipodesoporte

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Soporte mínimo: perno (1.0x1.0m) ysh(sin fibra) de 0.05m 

Soporte máximo: perno (1.0x1.0m) ysh(con fibra) de 0.05m

2.5

Conociendo el tipo de soporte

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Para determinar el tiempo de colocación, los

datos que utilizamos son:• RMR (corregido) = 30 – 40; siendo RMR(original) = 50 – 60.

• Ancho de la galería = 4.0 m

 A partir del eje de las aberturas trazamos unalínea horizontal que intercepte el intervaloformado por las líneas correspondientes a los

 valores del RMR 30 y 40 y de esta intercepcionlineas verticales que intercepten los ejescorrespondientes al tiempo de autosoporte.

Conociendo el tipo de soporte

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Recomendable: perno cada 1.0x1.0m conshotcrete sin fibra de 5.0 cms de espesor aser colocado en 8 horas, o si se demoran undía requerirá shotcrete con fibra.

Conociendo el tipo de soporte

Los tiempos que se obtienen son:

• Tiempo mínimo de colocación = 2 horas

• Tiempo máximo de colocación = 24 horas(1 día)

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 Tiempo mínimo decolocación = 2horas

 Tiempomáximo de colocación = 1

día

Recomendable: perno cada1.0x1.0m con shotcrete sin fibra aser colocado en 8 horas, o si sedemoran un día requerirá shotcrete

con fibra.

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•Presencia de agua (cantidad y calidad).

•Presencia de orientaciones desfavorables dediscontinuidades.

•Presencia de esfuerzos (profundidad de labor,cercanía a fallas, diques o ejes de pliegues,zonas de relajamiento superficial y cercaníade labores, puentes, pilares).

Criterios para ajustes por factores influyentes

La aplicación directa de la clasificación GSI enlas labores toma únicamente en cuenta lacondición del macizo rocoso, condición que esafectada por los factores indicados acontinuación:

Conociendo el tipo de soporte

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a)Presencia de agua.

  Se corrige relacionando el valor cuantitativodel GSI con el valor de RMR mediante laecuación (1): GSI = RMR(seco)-5.

• Si se presenta humedad se disminuye en4 unidades

•Operaciones deficientes (voladura,distribución incorrecta de taladros,colocación tardía de soporte, colocaciónincorrecta de soporte)

•Efectos del tiempo.

Conociendo el tipo de soporte

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•Si se presenta flujos o filtración intensasse disminuye en 15 unidades

Conociendo el tipo de soporte

•Si se presenta goteo se disminuye en 10

unidades

Se recomienda como promedio disminuir en10 unidades, el valor del RMR ante lapresencia de agua.

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En el caso de Milpo, generalmente el agua esneutra a levemente ácida, salvo zonas conalto contenido de pirita, en las cuales sepueden presentar aguas ácidas o formación desulfatos que corroen los soportes (pernosswelex o split set, pernos con pasta decemento y shotcrete) debiendo utilizarse enestos casos pernos con resina, shotcrete conmicro sílice o reemplazar el shotcrete con

cimbra.

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Se debe tomar en cuenta el efecto negativo del

agua procedente del relleno hidráulico, elmismo que humedece las cajas y puentes,afectando las condiciones de la roca, esteparámetro inicialmente no es considerado en

un área no rellenada y se coloca soporte encondiciones secas, el cual posteriormenteresulta deficiente, al haber disminuido lacalidad de la roca por efecto de esta aguaincorporada, por lo tanto, se requiereproyectar el soporte para las condicionesfinales, especialmente si existen rellenos defracturas y falsas cajas (zonas argilicas)fácilmente lixiviadas o disueltas por esta agua

agregada al sistema.

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 b)Orientaciones de esfuerzos.• En las labores de la mina Porvenir con unencampane mayor de 1,000m esrecomendable utilizar un soporte mas

consistente que el definido en la tabla porsu clasificación geomecánica,recomendándose que para otros casos unaroca MF/R a 1,000 m requerirá unsoporte tipo D, En vez de un soporte tipoC utilizando este criterio.

Como medidas preventivas se requierencampañas de impermeabilización, y control

de drenaje interno de la minaprincipalmente, en áreas criticas (zonas defalla, piques, infraestructura de altoriesgo)

Conociendo el tipo de soporte

C i d lti d t

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•En zonas con ocurrencias de eventos queindiquen liberación de esfuerzos aparición odesaparición de filtraciones o goteo,ocurrencia de lajamiento odescascaramiento de techo y paredes,ocurrencia de estallidos de roca o ruidos, los

soportes colocados (shotcrete y cimbras) sereforzarán, si se han colocado cimbras yestas son de 4” de ancho (10cm) se colocaracimbras de 6” 15cm) o las de 4” espaciadas

cada metro.•En el caso de deformación de shotcrete, secolocaran de inmediato las cimbrasespaciadas cada 1.0m

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•En labores que tendrán en el futuro aberturascercanas, que originaran esfuerzos porredistribución de tensiones en paredes ytecho se deberá prevenir colocando deantemano el sostenimiento siguiente,especialmente antes de iniciar las aberturas

cercanas (tajeos y otros)

•Debe proyectarse en todas las labores enproceso de excavación o a excavarse, las fallas

o estructuras identificadas con los mapeosgeológicos que las intercepten para determinarlos tramos de aumento de esfuerzos por estascausas.

Conociendo el tipo de soporte

Conociendoeltipodesoporte

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c)Orientación desfavorable de discontinuidades

•Las discontinuidades desfavorables

(estratos, fracturas, foleación, fallas,contactos litológicos) por su orientación sepresentan cuando su rumbo es paralelo osub paralelo a la dirección de las labores y

tienen una inclinación o buzamiento vertical o sub vertical.

•Esta condición origina desprendimiento enel techo debido a lo difícil de ser

asegurados con pernos, los cuales se debencolocar con ángulo de 60º hacia laizquierda y 60º hacia la derecha en formaintercalada, o colocar una capa deshotcrete de 5 a 10 cm en lugar de lospernos.

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Conociendoeltipodesoporte

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•En las paredes se presenta pandeo ylajamiento especialmente cuando elespaciamiento de estas fracturas es menos de20.0 cm, por lo tanto, debe colocarse pernosperpendiculares a las paredes, inclusive enzonas que no requieran soporte.

•Otra condición desfavorable por orientaciónse presenta cuando las discontinuidades seencuentran horizontales o sub horizontales y

ocurre una deflexión en el techo de laslabores, esta deflexión de acuerdo al espesorde la capa y al ancho de la labor causara undesprendimiento; se sostiene con pernos cuyalongitud dependerá de los parámetros

mencionados anteriormente.

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Operaciones deficientes

•El principal problema de inestabilidad en laroca se origina por la voladura y unadistribución de los taladros muy deficiente(excesiva carga especialmente en taladros

de contorno y excesivo espaciamientoentre estos taladros), una verificacióninsitu, se efectúa mediante el análisis delos restos de caña de taladros que seobservan en el techo y paredes.

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•Con una distribución de taladros de contornomenor o igual a 0.50 m, con voladuracontrolada utilizando pre corte o recorte yuna buena distribución de los retardos delarranque se pueden evitar vibraciones quecausen micro fracturamiento y daños en las

paredes y techo incluyendo sobreexcavaciones.

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GRACIAS

HASTA LA PROXIMA

CLASE