1 Diseño de Pilares Mineros IMI 58B: Diseño de Minas Subterráneas Diseño de Pilares Mineros I Cátedra Codelco de Tecnología Minera Instructor: Enrique Rubio

2 Motivación: Necesario para el DiseñoMI 58B: Diseño de Minas Subterráneas Motivación: Necesario para el Diseño Campo de esfuerzos presente en el macizo rocoso Campo de esfuerzos actuando sobre el pilar Resistencia del pilar Cátedra Codelco de Tecnología Minera Instructor: Enrique Rubio

3 MI 58B: Diseño de Minas SubterráneasMotivación Factor de Seguridad del Diseño Factor mayor a 1 La tendencia actual es calcular la confiabilidad del diseño Campo de esfuerzos presente en el macizo rocoso Campo de esfuerzos actuando sobre el pilar Aproximación probabilística al diseño de minas Resistencia del pilar Cátedra Codelco de Tecnología Minera Instructor: Enrique Rubio

4 MI 58B: Diseño de Minas SubterráneasGSI (Geologic Strength index), índice geológico de resistencia GSI=RMR(76) Cátedra Codelco de Tecnología Minera Instructor: Enrique Rubio

5 Resistencia de Macizo RocosoMI 58B: Diseño de Minas Subterráneas Resistencia de Macizo Rocoso Criterio de Hoek and Brown (1980, 1995) Resistencia a la compresión no confinada roca intacta GSI >=25 GSI <25 Cátedra Codelco de Tecnología Minera Instructor: Enrique Rubio

6 Constante mi para Distintos Tipos de Roca Intacta

7 Efecto de Escalamiento de Resistencia de Macizo RocosoCriterio de Hoek and Brown para granito de la mina Lac du Bonnet basado en resistencia de laboratorio, post falla y iniciación de fractura basado en monitoreo sísmico Martin, 1994 The progressive fracture of Lac DuBonnet Granite , Int. J. Rock Mech. Min. Sci

8 Diseño de Pilares El objetivo es maximizar la recuperación de la unidad básica de explotación a través de un diseño seguro y viable El diseño de pilares debe obedecer a un análisis de las cargas o solicitaciones y la resistencia del macizo rocoso.

9 Carga Sobre el Pilar Se produce re distribución de esfuerzos al realizar minería de la cámara de producción Los esfuerzos tienden a ser mayores en las esquinas produciendo fallas por exceso de cizalle

10 Carga Vertical Sobre el PilarCarga litoestatica Estimación del esfuerzo inducido MPa Carga litoestatica (MPa) Recuperación Minera

11 Área Tributarea

12 Concentración de Esfuerzos como Función de la Recuperación

13 Área Tributaria para Muros y Pilares Rectangulares

14 Tracción Sobre el Techo del CaserónLuz máxima para un estrato de roca t L El fallamiento del techo del caserón va a generalmente ser debido al esfuerzo de tracción y no de corte E: Módulo de elasticidad del macizo rocoso peso específico de la roca

15 Resistencia de Pilares MinerosHardy and Agapito (1977) Obert and Duvall (1967) Salamon and Munro (1967), Holland (1964) S, especimen P, Pilar Medidos en pilares cúbicos W/H=1

16 Constantes Utilizadas Para El Diseño de Pilares

17 Ajustando el Valor de Resistencia del PilarEscalamiento del espécimen Resistencia del pilar Obert and Duvall Simplemente utilizar el criterio de Hoek and Brown

18 La Importancia de W/H La esbeltez del pilar define el grado de confinamiento de este Para pilares con relaciones W/H menor a 4 se produce el fenómeno de relajación post falla (strain softenning). Este ábaco es fundamental para entender el estallido de roca en minería profunda Das, Curvas de esfuerzo deformación completas para testigo de pilares de carbón. Modelamiento de relajación post falla

19 Otros Ábacos EmpíricosEstos gráficos se utilizan en roca competente y se refieren a casos estudiados en Norteamérica Considera el hecho que los pilares mineros poseen algún grado de confinamiento el cual se estima con modelos numéricos Lunder y Pakalnis, Resistencia de pilar en función del esfuerzo normalizado vs la geometría del pilar.

20 Resistencia como función del Confinamiento del PilarSe define el confinamiento medio del pilar Esta formula nace del análisis de múltiples geometrías modeladas numéricamente y estimación del confinamiento al interior del pilar Lunder y Pakalnis, Resistencia de pilar en función del esfuerzo normalizado vs el confinamiento medio normalizado

21 Resistencia de Pilares Para Roca CompetentePakalnis Y Lunde (1997) proponen una relación para estimar la resistencia del pilar considerando el confinamiento medio de los pilares

22 Factor de Seguridad El 100% de los pilares diseñados con un FS mayor 1.6 se ha mantenido estable Esta relación corresponde a la experiencia de 1 mina, cada operación debería tener sus propios estándares Retro-análisis de pilares de minas de carbón Sudafricanas, Salamon y Munro (1967)

23 Ejemplos de Diseño Minas de Carbón US y CanadáW Hustrulid y R Bullock, 2001, Underground Mining Methods Engineering Fundamentals and International Case Studies

24 Ejemplos de Diseño de Minas de R&P en Yacimientos MetálicosW Hustrulid y R Bullock, 2001, Underground Mining Methods Engineering Fundamentals and International Case Studies

25 Ejemplos de Diseño de R&P en Yacimientos No MetalicosW Hustrulid y R Bullock, 2001, Underground Mining Methods Engineering Fundamentals and International Case Studies

26 Alternativas de Diseño De Room and Pilar

27 Medición de la DiluciónVisión del metalurgista % Dil= Estéril /(Estéril + Mineral) Visión Minera %Dil= Estéril / Mineral Los métodos anteriores no consideran que el estéril podría tener alguna ley %Dil=(Ley recursos-Ley diluida)/Ley de recursos

28 Ejemplo Considere 100 t de mineral de una ley de 10% diluida con 10t de material con ley de 4%. Lo cual produce una cantidad de material de 110t con una ley de 9.127% (1) : 10 x 100 / 110 = 9.1% dilución (2) : 10 x 100 / 100 = 10% dilución (3) : ( ) x 100 / 10 = 8.7% dilución

29 Conceptos de Dilución Variables críticas en la estimación de dilución en minería subterránea El método minero y el tamaño de los equipos La variabilidad de la ley en los limites del cuerpo mineralizado La geometría y continuidad de la mineralización Los ritmos de extracción Dimensionamiento de los caserones como radio hidráulico, RQD y dimensiones de pilares

30 Dilución de Acuerdo al Método de ExplotaciónLa dilución nunca es menor a 5% Para cut and fill tipicamente la dilución es del orden de 5-10% Para caserones la dilución es de 10-20% Métodos de caving 20-30%

31 Recuperación Minera El porcentaje del tonelaje al interior de la envolvente económica que se envía a tratamiento El porcentaje del metal contenido al interior de la envolvente económica que se envía a tratamiento El porcentaje del tonelaje de las reservas mineras que se envía a tratamiento Típicamente varía entre 70% a 90%

32 Ejemplo Diseñar los caserones y pilares para un yacimiento mantiforme de 10m de potencia que se encuentra a una profundidad de 200m Las características de la roca de caja y mineral se presentan a continuación:

33 Datos Item Rc Caja Rc Mx Peso (KN/m3) 22 30 UCS (MPa) 120 200 T 5 7 CFric angl. 37 42 Roca Sedimentaria alterada Gabro Estructuras Fracturado en bloques, calidad de estructuras regular Fracturado en bloques, calidad de estructuras buena E (GPa) 32 50

34 Luz Máxima y Dilución

35 Resistencia del Pilar Unitario

36 Diseño de Pilares