Geomecánica Aplicada: Criterios de Selección y Diseño de Métodos de Explotación Minera

Fundamentos de Geomecánica y Selección de Métodos Mineros

Métodos Mineros y Criterios de Selección

La selección y el diseño de las labores mineras deben considerar la respuesta del macizo rocoso. Los factores clave incluyen:

• El tamaño de los stopes (caserones) indica el área de influencia.
• Su ubicación en la zona de influencia geomecánica.
• Su forma, soporte y posición deben mantenerse bajo atención constante.

El diseño de galerías y labores auxiliares, como chimeneas o piques de traspaso, debe asegurar su estabilidad a lo largo de la vida útil de la mina.

Requisito Práctico de la Geomecánica

La geomecánica busca el lugar óptimo para desarrollar estas labores en zonas donde los esfuerzos, las deformaciones y las inclinaciones sean tolerables.

La ubicación y el diseño de la estructura minera son fundamentales para definir la estrategia de excavación.

Respuesta del Macizo Rocoso al Caseroneo

Cada método de explotación genera sus propias deformaciones y desplazamientos. Si se restringe el desplazamiento del macizo rocoso, aumentan los esfuerzos internos.

Comportamiento de Métodos Soportados vs. Hundimiento

Los métodos de caseroneo soportado tienden a presentar un comportamiento continuo. Los métodos soportados y los de hundimiento (caving) presentan diferencias significativas en los campos de tensión y desplazamiento, tanto en los dominios cercanos como lejanos del yacimiento.

El objetivo principal es evitar la liberación repentina de energía de deformación. Si la energía se libera de manera rápida e incontrolada, puede provocar:

• Cierre de caserones.
• Riesgo para el personal.
• Daño a soportes, estructuras y equipos.

Gestión de la Energía de Deformación

En los métodos de hundimiento, es crucial evitar la acumulación excesiva de energía de deformación y asegurar una disipación continua de la energía derivada de los campos de tensión (gravitacional, tectónica y residual).

Es necesario asegurar una liberación controlada de la energía en la masa de hundimiento mediante el desplazamiento, aplastamiento y trituración de fragmentos de roca (rx), de manera que sea proporcional a la tasa de extracción del mineral (mx).

Se debe evitar:

• Estructuras inestables (arcos, hoyos, puentes).
• Trituración no uniforme.
• Cargas impulsivas en las instalaciones y en la roca subyacente que se hunde.

Nota: Es posible realizar una transición de un método de caserón a un método de hundimiento (caving) hacia el final de la explotación, teniendo en cuenta los aspectos geomecánicos que afecten la integridad y el rendimiento de las estructuras. Esta es una transición geomecánica.

Influencia de las Propiedades del Yacimiento en la Explotación

Propiedades del Yacimiento que Influyen en el Método de Explotación

La movilización del mineral, la extracción y el transporte son procesos comunes a la mayoría de los métodos. Sin embargo, las propiedades del yacimiento definen las distintas técnicas de operación:

• Propiedades Geométricas: Forma, continuidad, disposición.
• Propiedades Geomecánicas: Resistencia, deformación, estabilidad.
• Propiedades Geológicas: Origen, composición, estructuras.

Propiedades Geométricas

Están directamente relacionadas con el origen geológico del depósito. Ejemplos incluyen: pórfidos de cobre (irregulares), vetas, placeres o estratos (de origen sedimentario y grandes en dos ejes). La disposición y el origen geológico influyen en la respuesta del macizo rocoso a la minería, así como el tipo y la composición de la roca.

Disposición y Orientación

Factores clave dados por el historial de fallas y plegamiento:

• Profundidad.
• Inclinación.
• Orientación.
• Conformación (forma y continuidad).

El tamaño también es importante, ya que no se puede aplicar el método block caving en una veta pequeña.

Configuración Geomecánica

Las características geomecánicas importantes incluyen la resistencia, la deformación (elástica y plástica) y la meteorización. Estos factores se ven afectados por la presencia de fallas, esfuerzos (sigma), uniones y discontinuidades.

Consideraciones Químicas

Se debe prestar especial atención a las rocas con características químicas particulares, como la cementación, que puede generar puentes o pilares en los caminos de acceso.

Propiedades Abrasivas y Conminutivas del Mineral

Se debe tener cuidado con el exceso de finos debido a la abrasión, ya que esto afecta la perforabilidad de la roca. Estas propiedades pueden influir en la altura del punto de extracción.

Características Geológico-Estructurales

Las características geológico-estructurales de la roca afectan directamente la selección del método. Por ejemplo: fallas que cortan el cuerpo mineralizado, presencia de agua (H₂O), actividad tectónica y sismos.