Aspectos geomecánicos y diseño minero: propiedades de rocas y métodos de explotación

Aspectos geomecánicos

Mecánica: área de la física que estudia el efecto de las fuerzas 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.

Suelo: acumulación de partículas de pequeño tamaño (3 o 4") y sin una ligazón fuerte entre sí.

Discontinuidades: cualquier tipo de fractura en la roca. Son planos de fragilidad.

Macizo rocoso: gran masa de roca componente de la corteza terrestre. Está compuesta por:

• Roca intacta: el volumen de roca que se encuentra entre las discontinuidades.
• Discontinuidades: fallas, diaclasas, planos de fractura, de clivaje.

Mecánica de rocas (M.R) es la ciencia teórica y aplicada del comportamiento mecánico 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 los campos de fuerza de su entorno físico.

Problemas: Es que se desconocen las cargas del material cargado, por lo cual se mide los esfuerzos antes de iniciar la obra.

Las propiedades de la M.R son desconocidas, por lo cual se deben medir mediante ensayos de laboratorio o terreno.

Metodología para diseño de la M.R

Estimar el campo de esfuerzo y distribución sobre el pilar a diseñar / determinar propiedades de resistencia y deformación del cuerpo mineralizado y de la roca huésped / características estructurales: localización, persistencia y propiedades mecánicas / presión de agua.

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Desafíos relacionados con el diseño minero:

El esfuerzo y la resistencia sobre pilares de acuerdo a la secuencia de excavación y problemas del diseño minero.

Clasificación geológica de las rocas: la idea es caracterizar ciertos parámetros de la roca que tienen que ver con su resistencia. Estas características se pueden relacionar con las del macizo rocoso. Genético: ígneas, sedimentarias, metamórficas. Comportamiento: textura cristalina; clástica, rocas de granos muy finos y rocas orgánicas, elásticas y frágiles, plásticas, viscosas, isotrópicas o anisotrópicas.

La descripción incluye: textura, composición, tipo de cementación en las discontinuidades, diaclasamiento, contenido de humedad, poros, etc.

Propiedades:

1. Porosidad: indica la proporción entre la parte vacía de la roca (poros) y la parte sólida. Las porosidades normalmente fluctúan entre 0-40%.
2. Densidad: corresponde al peso por unidad de volumen y puede relacionarse con la mineralogía y constitución de los granos que forman la roca.
3. Gravedad específica: es la densidad del material de interés dividida por la densidad del agua.
4. Permeabilidad: mide de cierta forma la conexión existente entre poros, de modo que un fluido pueda movilizarse a través de la roca.
5. Resistencia: mide la competencia de la roca a través de ensayos de compresión simple y de carga puntual.
6. Durabilidad: mide la tendencia de los componentes de la roca a degradarse al exponerse al aire, agua y tiempo.

Relación roca intacta - macizo rocoso

Las propiedades de la roca intacta no definen al macizo rocoso. Es necesario escalar las propiedades de las rocas a las del macizo rocoso. Parámetros que influyen en el comportamiento del macizo rocoso: resistencia de la roca, estructuras presentes, características geológicas de la roca, presencia de agua, dirección, tamaño, volumen de la excavación. Se pueden definir refuerzos en función de la calidad del macizo rocoso.

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Rajo

Es el método que más se ve en Chile, particularmente en la explotación de yacimientos de metales básicos y preciosos.

Cantera (quarry): este nombre se da a la explotación de minerales que pueden utilizarse directamente en aplicaciones industriales, como es el caso de la sílice, caliza y piedra de construcción.

Lavaderos o placeres: corresponde a la explotación de depósitos de arena en antiguos lechos de ríos o playas, con el fin de recuperar oro, piedras preciosas u otros elementos químicos valiosos.

Subterránea

Métodos autosoportantes o de caserones abiertos: dejan la cavidad que el mineral ocupaba vacía, con caserones estables en forma natural o escasos elementos de refuerzo. Room and pillar / stope and pillar / shrinkage stoping / sublevel stoping / vertical crater retreat.

Métodos soportados o de caserones que requieren elementos de soporte para mantenerse estables y/o que se rellenan con algún material exógeno. Cut and fill stoping / excavation techniques / backfilling methods.

Métodos de hundimiento: las cavidades generadas por el mineral extraído son rellenadas con el material superpuesto (mineral mientras dura la explotación y estéril una vez finalizada). El hundimiento y consecuente relleno de las cavidades se produce simultáneamente a la extracción del mineral. Longwall mining / SLC / block-panel caving.

Criterios de selección:

• Características espaciales: tamaño, forma, disposición, profundidad.
• Condiciones geológicas e hidrológicas: drenaje, mineralogía y petrografía, composición química, estructuras, planos de debilidad, uniformidad, aguas subterráneas e hidrología.
• Geotécnicas / económicas / tecnológicas / medioambientales.

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