introducción a mineria de superficie

8/16/2019 introducción a mineria de superficie

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Presentación

Sistemas Mineros


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Cuerpo Docente

• Minas Subterráneas:

– Matías Egaña

• Minas a Cielo Abierto:

– Sebastián Troncoso

• Auxiliares (Cielo Abierto):

– Gonzalo Sepúlveda


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Programa del Curso

• Clases:

– Introducción a la geomecánica en minas a cielo abierto.

– Envolventes económicas.

– Diseño minero.

– Operaciones unitarias. – Cálculo de equipos principales.

– Integración de Planificación y Diseño

• Softwares: – Whittle

– Diseño


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Evaluaciones

• Controles (70%):

– C1: Subterránea.

– C2: Minas a Cielo Abierto.

•Actividades Complementarias (30%): – Subterránea (50%):

• Por definir

– Minas a Cielo Abierto (50%)• Tarea 1: Pits Anidados.

• Tarea 2: Diseño.

• Actividades complementarias de Rajo y Subte deben aprobarse porseparado

• Controles y actividades complementarias deben aprobarse porseparado


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Calendario de Actividades

Semana 1 Semana2 Semana 3 Semana 4 Semana 5 Semana 6 Semana 7 Semana 8

11-Mar 18-Mar 25-Mar 01-Abr 08-Abr 15-Abr 22-Abr 29-Abr

Introducción / Geomecánica

Envolvente económica

Diseño Minero

Operaciones unitarias

Calculo de Equipos

Integración de Planificación y diseño

Control 2

11-Mar 18-Mar 25-Mar 01-Abr 08-Abr 15-Abr 22-Abr 29-Abr

Auxiliar geomecánica

Auxiliar Whittle 1

Auxiliar Whittle 2

Auxiliar Whittle 3 + diseño

diseño

diseño

Apoyo (definir)

Enunciado Tarea 1

Entrega Tarea 1

Enunciado Tarea 2

Entrega Tarea 2

AUX

ILIAR

CATEDRA

Inicioclases

mineriasubterranea


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Mecánica de Rocas

Sistemas Mineros


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Conceptos generales

• En cualquier diseño estructural se quiere predecir su

desempeño al ser sometido a cargas durante su vida

útil.

• En mecánica de rocas, interesa el desempeño de lasexcavaciones en roca generadas por la actividad

minera.

• La mecánica de rocas está asociada a la mecánica

clásica y mecánica de continuo, pero hay factores

específicos que la distinguen…


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Definiciones informales

• Mecánica: área de la física que estudia el efecto de lasfuerzas sobre los cuerpos.

• Mecánica de rocas: rama de la ingeniería que estudia el

efecto de las fuerzas sobre las rocas.• Roca: parte sólida de la corteza terrestre formada por bloques

sólidos y duros de gran tamaño, encajados y ligados entre sí.Agregado de minerales.

• Suelo: acumulación de partículas de pequeño tamaño (hasta

3 o 4”) y sin una ligazón fuerte entre sí.• Discontinuidades (joints): cualquier tipo de fractura en la

roca. Son planos de fragilidad.


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Definiciones informales

• Macizo rocoso (rock mass): gran masa de roca componente dela corteza terrestre. Está compuesto por:

– Roca intacta: el volumen de roca que se encuentra entre las

discontinuidades. También se llama matriz rocosa o sustancia rocosa.

– Discontinuidades: fallas, diaclasas, planos de fractura, de clivaje, etc.

suelo

transición

roca


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Definición formal

• Mecánica de rocas (US National Committee on RockMechanics, 1964, 1974):“La mecánica de rocas es la ciencia teórica y aplicada del comportamientomecánico de la roca y de los macizos rocosos. Corresponde a la rama de la

mecánica que estudia la respuesta de la roca y del macizo rocoso a loscampos de fuerza de su entorno físico.”

• Mecánica de rocas < geomecánica (incluye suelo) =ingeniería geotécnica

• Excavaciones mineras cambian los campos de fuerzade su entorno


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Definiciones

• La mecánica de rocas trata con un material previamente cargado. Alalterar la geometría del macizo rocoso (mediante una excavación en laroca), se redistribuyen los esfuerzos existentes.

• El macizo estaba en equilibrio y lo desestabilizamos.

• El principal problema de la mecánica de rocas es que se desconocen estascargas. Es necesario, entonces, medir estos esfuerzos antes de iniciar laobra.

• Las propiedades mecánicas de las rocas son desconocidas. Hay que

medirlas mediante ensayos de laboratorio o de terreno. – Sin embargo se requiere escalar sus resultados a macizo rocoso

• Pero la roca no es homogénea, por lo que es difícil de modelar.


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CALIZAS PLEGADASMINA A RAJO ABIERTOEN LATINOAMERICA(1999)

DIscontinuo

Anisotropo

NoElastico

En la Realidad…


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MACIZO ROCOSO

ROCA CON VARIAS

ESTRUCTURAS

ROCA CON UNA

ÚNICA

ESTRUCTURA

ROCA “INTACTA”

Efecto Escala


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Porosidad, n (%)

Propiedades Peso Unitario, g (ton/m3) o (kN/m3)

Índice

Degradabilidad

Tracción, TS o sci (MPa)

Resistencia Compresión Uniaxial, UCS o sci (MPa)

Compresión Triaxial, c (MPa) y f (grados)

Propiedades Deformabilidad Velocidad Prop. Ondas, VP y VS (m/s)de Ingeniería Módulos Elásticos, E (GPa) y n

Conductividad Hidráulica

Otras Propiedades

Propiedades de la Roca Intacta


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C a r g a

Deformación

ELASTICO

C a r g a

Deformación

ELASTO-PLASTICO

C a r g a

Deformación

RIGIDO-PLASTICO

C a r g

a

Deformación

C a r g

a

Deformación

ComportamientoCarga-Deformación-Resistencia


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(a) (b)

EJEMPLO DE RUPTURA CON CONTROL ESTRUCTURAL QUE IMPIDE CONSIDERAR ELRESULTADO OBTENIDO COMO VALIDO O REPRESENTATIVO DE LA RESISTENCIA DE LA ROCA“INTACTA”.

Control Estructural


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25020015010050 30000.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

R E S I S T E N C I A U

N I A X I A L D E L T E S T I G O

R E S I S T E N C I A U

N I A X I A L D E U N

T E S T I G O D

E D I A M E T R O 5

0 m m

DIAMETRO DEL TESTIGO (mm)

Mármol

Caliza

Granito

Basalto

Lava Basaltica-Andesítica

Gabro

Norita

Diorita cuarcífera

2.0

50

50

d UCS

UCS d

s

Escalamiento Roca Intacta


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Ensayos a Gran Escala


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MACIZO ROCOSO A ESCALA “ 1”

( 100 m3 < Vol < 101 m3 )

PROBETA DEROCA INTACTA


( 101 m3 < Vol < 102 m3 )


( 10-1 m3 < Vol < 100 m3 )

AUMENTA

EL EFECTODE ESCALA

Escalar Estructuras


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SIN NINGÚN CONTROL ESTRUCTURAL(típico de macizos muy poco competentes)

A U M

E N T A E L G R A D O D

E F R A C

T U R A M I E N T O

D I S M

I N U Y E E L I N D I C E R Q D

D I S M

I N U Y E L A C A L I D A D

G E O T E C N I C A

CON TOTAL CONTROL ESTRUCTURAL(típico de macizos competentes)

Minas a Cielo Abierto


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Competencia del Macizo Rocoso

• Macizo Rocoso = Fact. Escala * Prop. R. I

• Factor de Escala:

– RQD: Rock Quality Designation

– FF: Fracture Frecuence

– RMR (Bieniawski): Rock Mass Rating

– MRMR (Laubscher): Modified Rock Mass Rating

– GSI: Geological Strength Index


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h

Si el talud es demasiadoalto fallará, por lo que paraun dado hay un valor

máximo permisible para h

Si el talud es demasiadoempinado fallará, por lo

que para un h dado hay unvalor máximo permisiblepara

x

superficiede falla

Restricciones Geomecanicas


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0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Altura del Talud, h (m)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Res

istenciaalcorte/Esfuerzode

corte

= 60°

INESTABLE

ESTABLE

35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Inclinación del Talud, (grados)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Res

istenciaalcorte/Esfuerzo

de

corte

h = 100 m

INESTABLE

ESTABLE

Angulo vs Altura de Talud


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ANGULOCARA DEBANCO

b

ANGULOINTERRAMPA

r

ALTURA DEBANCO h b

ANGULO

INTERRAMPA r

ALTURAINTERRAMPAh r

ANGULO GLOBAL(OVERALL ANGLE) o

ALTURAGLOBAL(OVERALL)

h o

ANCHO DERAMPA

b r

ANCHO DEBERMA

b

Geometria Talud Minero


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Falla Plana

• Para que ocurra un deslizamiento

plano debe aparecer una estructura

(plano débil).

• El rumbo de la estructura debe

formar un ángulo no mayor que unos

20º con el rumbo del Talud

– La estructura debe aflorar en el talud

(o sea, debe ser menos empinada

que éste).

– La inclinación de la estructura debe

ser mayor que su ángulo de fricción

(en caso contrario se tendría un

factor de seguridad al deslizamiento

mayor que 1.0).


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INESTABILIDADES CON TOTAL CONTROL ESTRUCTURALDESLIZAMIENTOS PLANOS


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Cuñas

• Para que ocurra un deslizamiento de

cuña deben cumplirse las condiciones

siguientes :

– Deben aparecer dos estructuras

(planos débiles), orientadas de modo

tal que se intercepten y formen unacuña.

– La línea de intersección de estas

estructuras debe aflorar en el talud.

– La inclinación de las estructuras y de

su línea de intersección debe ser tal

que los ángulos de fricción de lasestructuras sean insuficientes para

mantener la cuña estable.


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INESTABILIDADES CON TOTAL CONTROL ESTRUCTURALDESLIZAMIENTOS DE CUÑAS


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Volcamientos

• Para que ocurra unvolcamiento (toppling)deben cumplirse lascondiciones siguientes: – Debe aparecer una estructura

(plano débil). – El rumbo de la estructura

debe formar un ángulo nomayor que unos 30º con elrumbo del talud.

– La estructura debe mantear

hacia “cerro adentro” (o seaen dirección opuesta a ladirección de manteo de lacara del banco).


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INESTABILIDADES CON TOTAL CONTROL ESTRUCTURALVOLCAMIENTOS

Sistemas Mineros - J.Yarmuch


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INESTABILIDADES CON TOTAL CONTROL ESTRUCTURALVOLCAMIENTOS

INESTABILIDADES SIN NINGÚN CONTROL ESTRUCTURAL


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INESTABILIDADES SIN NINGÚN CONTROL ESTRUCTURALDESLIZAMIENTOS


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DD 233°

DD 278°

DD 320°

DD 352°

DD 30°

DD 68°

DD 185°

Dominio II

Dominio I

Dominio IV

Dominio III

DD 155°

DD 128°

Ld = 6 m.

Berma Minimo= 4m.

Ld = 6 m.

Berma Minimo= 4m.

Ld = 5 m.

Berma Minimo= 4 m.

Ld = 5 m.

Berma Minimo= 4 m.

Ld = 6 m.

Berma Minimo= 4 m.

Ld = 6 m.

Berma Minimo= 4 m.

NO

PLANAR SLIDE

NO

PLANAR SLIDE

NO

PLANAR SLIDE

NO

PLANAR SLIDE

NO

PLANAR SLIDE

NO

PLANAR SLIDE

NO

PLANAR SLIDE

NO

PLANAR SLIDE

Ld = 5.4 m.

Berma Minimo= 4 m.

Ld = 5.4 m.

Berma Minimo= 4 m.

Ld = 6 m.

Berma Minimo= 4 m.

Ld = 6 m.

Berma Minimo= 4 m.

Plausibidad de Deslizamiento Plano


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DD 233°

DD 278°

DD 320°

DD 352°

DD 30°

DD 68°

DD 185°

Dominio II

Dominio I

Dominio IV

Dominio III

DD 155°

DD 128°

Ld = 11 m.

Berma Minimo= 8m.

Ld = 11 m.

Berma Minimo= 8m.

Ld = 5 m.

Berma Minimo= 4m.

Ld = 5 m.

Berma Minimo= 4m.

Ld = 6 m.

Berma Minimo= 4m.

Ld = 6 m.

Berma Minimo= 4m.

Ld = 3 m.

Berma Minimo= 2m.

Ld = 3 m.

Berma Minimo= 2m.

Ld = 4 m.

Berma Minimo= 3m.

Ld = 4 m.

Berma Minimo= 3m.

Ld = 5 m.

Berma Minimo=4m.

Ld = 5 m.

Berma Minimo=4m.

Ld = 5 m.

Berma Minimo= 3m.

Ld = 5 m.

Berma Minimo= 3m.

Ld = 5 m.

Berma Minimo=4m.

Ld = 5 m.

Berma Minimo=4m.

Ld = 6 m.

Berma Minimo= 5m.

Ld = 6 m.

Berma Minimo= 5m.

NO

WEDGE

NO

WEDGE

NO

WEDGE

NO

WEDGE

NO

WEDGE

Ld = 4 m.

Berma Minimo=3m.

Ld = 4 m.

Berma Minimo=3m.

Plausibidad de Deslizamiento Cuñas


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DD 233°

DD 278°

DD 320°

DD 352°

DD 30°

DD 68°

DD 185°

Dominio II

Dominio I

Dominio IV

Dominio III

DD 155°

DD 128°

DD 233°

DD 278°

DD 320°

DD 352°

DD 30°

DD 68°

DD 185°

Dominio II

Dominio I

Dominio IV

Dominio III

DD 155°

DD 128°

NO

TOPPLING SLIDE

NO

TOPPLING SLIDE

NO

TOPPLING SLIDE

NO

TOPPLING SLIDE

NO

TOPPLING SLIDE

Plausibidad de Volcamientos


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39/48

Estructuras Planas y Excavación Circular

North Pit, Homestake Pitch Mine, Sargents Colorado


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Estabilidad de Taludes Bagdad Mine, Arizona


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Grasberg Mine, Indonesia Octubre 9, 2003

9 Personas Muertas


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Bringham Canyon


43/48

Bringham Canyon


44/48

Bringham Canyon


45/48


46/48

Estabilidad de Excavaciones Subterráneas

Pilar sobrecargado (overstressing)

Colapso de un túnel


47/48

Fragmentación

DOZ, Freeport Indonesia

Esmeralda- El Teniente, Codelco, Chile


48/48

Palabora, South Africa

Transición Rajo- Subterránea

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