ugur ozbay spanish rock brust
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Pdf sobre estallido de rocasTRANSCRIPT
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Mining Rock Mechanics
MITIGACION DE ROCKBURST
Prof. Ugur Ozbay
Colorado School of Mines
Department of Mining Engineering
+1(303) 273 3710
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Objetivo
Respuesta del macizo rocoso a excavaciones mineras Definicin y tipos de Rockburst, Estallido de Rocas Metodos de mitigacin del rockburst
Consideraciones del diseo
Sistema de monitoreo Ssmico
Estrategias de Soporte
Rol de la Unidad de Roca de Ingeniera en una mina ssmica activa
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Respuesta del macizo rocoso a la minera
Respuesta del macizo rocoso a los cambios en los campos de esfuerzo debido a la minera
Ajuste del macizo rocoso se logra con la redistribucin de esfuerzos y deformaciones a travs de
Activacin de fracturas existentes, y
Generacin de nuevas fracturas
Proceso de ajuste involucra cada de rocas en las excavaciones, liberacin de energa de deformacin, y generacin de sismos
La severidad del proceso de ajuste es gobernado por tres parametros principales
Campo de esfuerzos que existen antes de la minera
Caractersticas del macizo rocoso
Tamao y forma de las excavaciones mineras
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Carga y Resistencia del Macizo Rocoso
Str
ess
Strain
Peak
strength
Residual
strength
Compression
Shear
Excavation
-
Rockburst
Que es?
Como ocurre?
Que se puede hacer con el?
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Definicin de Rockburst
Rockburst es una repentina y violenta irrupcin de las
paredes de las minas el cual es causada por, o
acompaada por, un movimiento brusco o vibracin
(evento ssmico) the suficiente magnitud para causar
dao obvio a las excavaciones y soporte, o caida
simultanea de rocas
Un rockburst es una consecuencia de la minera
No todos los eventos ssmicos son causados por el
rockburst
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Falla de Roca Estable e Inestable
Compression
Shear
Excavation
Unstable failure
Str
ess
Strain
Energy
deficiency
Stiffness of
loading
environment
Stable failure
Dos condiciones necesarias para el
rockburst
1. Stress > Strength
2. InstabilityS
tress
Strain
Triggering
stress increase
Excess energy
Stiffness of loading
environment
-
1 Strain burst (crush o rompimiento)
2 fault (slip o deslizamiento)
3 dyke (crush) / dyke contact (slip)
4 rupture (slip)
Tipos de Eventos Sismicos
4
23
Advancing
excavationfault
dyke
weakness
1
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Eventos de rompimiento (c) Eventos de deslizamiento (s)
Descripcin
fsica
Inestable rompimiento del volumen de
roca en las proximidades de la
excavacin minera
Liberacin inestable de esfuerzo de cizalle
por un deslizamiento sobre una area planar
(plane of weakness/intact rock)
Mecanismo
governante o
criterio
Strain-weakening de roca fragil en
compresion, sistema de dureza, potencial
de cada de esfuerzos
Statico: caida dynamica del esfuerzo-cizalle
de la superficie deslizante, dureza del
sistema, potencial de caida de esfuerzo
Ejemplos
comunes
Abutment events, strain bursts, tunnel /
dyke events
Algunas fallas y algunos eventos de
terremotos relacionados a diques, medianos
a muy grandes eventos.
Dao del
rockburst
Ocasionalmente intenso, pero siempre localizado
Multiples deslizamientos planares conjugados o rompimiento general
Para grandes eventos: Cadas grandes, clausura, dano de tunel
cuasi-plano individual mostrando movimientos mesurables
C s/c
ss
Eventos de tipo sismico
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Strategias de control de Rockburst
Criterio de diseo minero ERR (Energy Release Rate) (Razon de
liberacin de energa)
ESS (Excess Shear Stress) (Esfuerzo de
Cizalle excesivo)
Metodos de mitigacin del rockburst
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Razn de Liberacin de Energa (ERR)
ERR es simplemente una medida de concentracin de esfuerzos en las paredes de la excavacin
Paredes mineras irregulares, intersecciones, pilares, y remanentes son areas de alto ERR (esfuerzos)
Estrategias que reducen el ERR (Stress) alrededor de las excavaciones puede reducir el potencial rockburst. Estas estrategias incluyen:
Backfilling (relleno)
Use of large width/height ratio pillars (pilares de mayor ancho/altura)
Reducing stoping width (Anchos de Tajeos)
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Efecto de la Geometra Minera en el ERR
ERR
ERR
ERRERR
ERR
ERR
ERR
Mined Out
ERR
ERR
ERR
ERR
ERR
Irregular vs. regular faces
Large pillars
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Efecto del Ancho del Stoping en el ERR
Wide stopeHigh face
stresses
Narrow stopeBack area
closure limits face
stresses
Backfilled back area in a wide
stope face
stresses
ERR > ERR ERR
Ba
ckfill
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Resumen del ERR
ERR es una medida directa de la concentracin de esfuerzos en la cara frontal de una pared minera
ERR puede servir como una medida descriptiva para el dao del rockburst
Estudios han mostrado una convincente correlacin entre el nivel del ERR promedio y sismicidad o rockburst
Grabando correlaciones entre el ERR y el rockburst puede llevar al desarrollo de guas para el diseo de la mina
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Falla de Cizalle inestable a traves de estructuras
(slip type events)
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Excess Shear Stress (ESS) (Cizalle)
dynamic strength
ESS ( e) = Prevailing shear stress prior to slip Dynamic strength of structure
e
ESS es una medida del evento de deslizamiento
potencial ocurriendo en una estructura geologica
static strength
cohesion
Normal stress
n
Sh
ea
r str
ess
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ESS como criterio de diseo
stability potential indicates
stability indicates
0
0
e
e
ESS lobes05
-2
= 5 to 10 MPa (for plane of weakness) (plano de debilidad)
= 20 MPa (for rupture of intact rock) (ruptura roca intacta)e
e
Estimacin de niveles de ESS requeridos para un evento ssmico
FaultExcavation
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Como ESS beneficia el diseo minero
ESS puede usarse como una herramienta cuantitativa para back-analysis de eventos ssmicos
ESS cuenta para la amplificacin del efecto del dao de condiciones abnormales tectnicos
Siguiendo metodos de mitigacin del rockburst que emergen en base a los conceptos del ESS:
Uso de braquetas de pilares alrededor de fallas ssmicas activas
Explotacin lejos de las fallas
Explotacin hacia fallas en un angulo oblicuo
Confirmacin de beneficios al implementar backfill y estabilizacin de pilares
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Metodos de Mitigacin de Rockburst
Ajustando razones de extraccin de mineral, razones de avance de frente, secuencias mineras
Desconfinamiento de esfuerzos (de-stressing) Pre-condicionado Uso de informacin de monitoreo ssmico Instrumentacin Diseando e implementando un sistema de soporte para las
condiciones del rockburst
En addicin a unos ya mencionados, los siguientes metodos de
mitigacin son practicados en la industria:
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Razon de extraccin de mineral, secuencia minera, y razn de avance de
la frente
Regularizando razones de extraccin de mineral y secuencias mineras mediante
Planificacin minera cuidadosa, diseo, y operacin
Controlando cantidades y razones de extraccin
Limitando la razn de frente de avance bajo los niveles criticos que gatillan el rockburst
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De-stressing and Pre-condicionando
De-stressing
Pre-conditioning
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Monitoreo Ssmico
Un hardware monitoreo ssmico standard requiere una red de varios geofonos instalados alrededor de la mina y un sistema computacional central para analisis de signos
Redes de monitoreo ssmicos pueden Localizar eventos ssmicos ademas pueden ser usados para
cordinacin de operaciones de rescate en caso de rockburst
Permiten la identificacin de estructuras sismicamente activas
Muestran como las condiciones estan cambiando con el tiempo, effecto de la razn de extraccin en la sismicidad.
Entregan una eficacia en estrategias de control del rockburst adopotado por la mina
Entregan estimaciones cuantitativas en la magnitud y momento del los eventos ssmicos
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Ejemplo de monitoreo ssmico Activacion de una falla lejos del
desarrollo
Figure 1. Active mining areas, and initial microseismic activity associated with mining.
Mined out stopes
Active mining area
Vent Raise
to surface
Hangingwall ramp
drive
Microseismic
activity (events)
Actividad microsismica inicial
associado a la produccin
Cambio de la localidad de los eventos
ssmicos con continuo desarrollo
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Otro monitoreo e instrumentacin
Sistemas de monitoreo mas comunes:
Inspecciones de campo (100%), Mediciones de desplazamiento local (82%), Monitoreo ssmico (64%), Reflectometra en el tiempo (64%), Medidas convergentes (36%), y Observaciones de sondajes (36%).
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Consideraciones de soporte del Rockburst
Resistencia de Soporte Estatica
Dynamica
Contencin (screening, areal coverage) Yieldability (Absorcin de la capacidad de energa)
Shaking (sacudida) Ejection (projeccin)Bulking
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Supporte de diseo: Carga estatica
Soporte requerido de
resistencia
Rs > h
: Peso unitario
h: grossor del bloque
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Diseo de Soporte: Carga Dinamica
2
d
2
d
mv2
1E
:sidewallsFor
mv2
1mgdE
:roofFor
Energa requerida (Ed) para
contener movimiento dinamico
de un bloque de roca sobre una
distancia d en metros:
Donde m y v son masa y
velocidad de projection del
bloque de roca y g es la of the
acceleracin gravitacional.
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Yieldability (Absorcin de capacidad de energa)
Energy imparted to
a 2000 kg mass:
E = 0.5 m v2 = (0.5) (2.0) 82
E = 64 kJ
Energy consumed by
Non-yielding bolt:
270 x 0.014 = 3.8 kJ
Yielding bolt:
190 x 1 = 190 kJ
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Yielding bolts
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Estrategias de diseo de soporte
Los requerimientos del sistema de soporte mas crtico para las condiciones de rockburst son
Capacidad de absorcin de energa suficiente (yieldability o ceder)
Complete screening (areal coverage)
El sistema de soporte que puede cumplir con los requerimientos incluyen
Grouted rock bolts with good yieldabilty + wire mesh + lacing,
Grouted yielding bolts + welded mesh + shotcrete,
Grouted yielding bolts + welded mesh + fiber reinforced shotcrete
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Estrategias de proteccin cada de suelo
El sistema de soporte puede tener un adecuado yielding (absorcin) y carastersticas de visual areal completa
Se necesitan medidas para la proteccin de scalers, drillers, and support installers. Automatizando estas actividades que deben ser consideradas.
Desarrollando una base de datos en alturas de cada de roca y el funcionamiento del sistema de soporte puede ayudar enormemente en el diseo efficente del sistema de soporte
Serias consideraciones deben ser tomadas a los efectos del dao de altos esfuerzos (abutment stresses) creadas por las excavaciones de produccion en excavaciones de servicios
Creacin de ledges and brows pueden significativamente reducir la estabilidad soltando los joints y fracturas con esfuerzos.
Bajo esfuerzos altos, ocurren la fracturas paralelas a la frente. En intersecciones y situaciones de lead-lag, altos esfuerzos pueden resultar en techos blocky requiriendo soportes mas densos con cobertura areal mas fuerte.
Caminando hacia las areas sin soporte es un contribuyente a la cada estadistica del suelo Ultimo, pero no menos importante, estrategias de prevencin de accidentes de cada de suelo
pueden no ser exitisos sin la provisin de un adecuado programa de Entrenamiento!
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Unidades de Mecanicas de Rocas
La unidades de mecanica de rocas, consiste
en manejar un adecuado numero de personal
calificado, es esencial para el diseo,
implementacin, y mantenimiento de los
metodos de mitigacin del rockburst
mencionados aqu.
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Actividades de las unidades de mecanica de rocas
Las actividades de Unidades de roca Ingeneril pueden incluir pero no limitadas a
Desarrollo y mantenimiento de modelos geotecnicos y numericos actuales de la mina
Participacin en el proceso del diseo mediante el trabajo cercano con la gerencia mina, planeando y unidades de produccin
Desarrollando excavaciones y diseo de sistema de soporte de tipo de roca especfica para diferentes sectores de la mina
Recoleccin y analisis de incidentes de lesionpara determinar la raiz de la causa de accidentes para identificar entrenamiento y necesidades de mejoramiento de soporte
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Desarrollando e implementando procedimientos de control de calidad / Aseguramiento de calidad
Preparando codigos de conductas de mecanica de rocas y comunicando estas con el personal de la mina
Desarrollando mecanica de rocas relacionadas con los procedimiento de evaluacin de riesgos basados en el dato de accidentes
Obteniendo e instalando instrumentos (incluyendo redes de monitoreo ssmicos) para monitorear la respuesta del maziso rocoso a las explotaciones
Manteniendo contacto con las nuevas tecnologias en el area de mecanica de rocas
Citando y acudiendo a los auditores o consultores de Mecanica de Rocas (Review Board)
Actividades de las unidades de mecanica de rocas (cont.)
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Resumen de metodos de mitigacin del rockburst
Reduciendo altos abutment stresses mediante Mantenimiento de la forma de la frente del talud global
implementando backfillling
Implementando extracciones parciales (pilares)
Reduciendo anchos de stoping
Evitando Creacin de remanentes
Diseos considerando pilares
Exponiendo servicios de excavaciones a altos stresses
Dejando braquetas de pilares alrededor de fallas activamente ssmicas Acercandose a fallas en angulos oblicuos Explotacin lejos de las fallas Regularizando la razn de extraccin de mineral, secuencia minera, y razn de avance
de la frente
De-stressing Pre-conditiocionando Monitoreo de ssmos inducidos por la minera Implementando sistema de soporte con adecuada holgura y capacidades de screening Mantencin de un departamento de mecanica de rocas bien entrenado y con recursos
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Fin
Hay preguntas?