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Diseño geotécnico de pilares en minas subterráneas de vetas auríferas en…
Diseño geotécnico de pilares en minas subterráneas de vetas auríferas en casos de Colombia
Los métodos de explotación que involucran cámaras y pilares se basan en lograr que los campos de desplazamientos inducidos por las excavaciones tanto en el campo cercano como lejano, estén restringidos a órdenes de magnitud elásticos
Uso de pilares en minería de vetas auríferas angostas
Pilares aislados
Pilares barrera
Pilares de corona
Es de anotar que el núcleo de cualquier tipo de pilar puede considerarse en estado de confinamiento triaxial.
Teoría del área tributaria
Este método supone que el esfuerzo sobre el pilar es determinado por el peso de la columna de roca situada sobre dicho pilar, adicionado de la columna situada sobre las excavaciones de forma proporcional a sus tamaños
Si se consideran sólo los esfuerzos litostáticos iniciales verticales
Pv = yH Y Ko= esfuerzo total horizontal/ esfuerzo vertical
La resistencia de los pilares depende
b) efecto de la geometría del pilar
b) efecto de la geometría del pilar
a) el tamaño o efecto volumen del pilar
c) la resistencia mecánica y orientación de las discontinuidades existentes en el macizo que compone el pilar
d) El método de excavación
e) La interacción techo-pilar-piso
f) La influencia de los procesos de debilitamiento de la roca
Resistencia de pilares bajo esfuerzos de compresión
Es usual en el diseño de pilares utilizar el concepto de Factor de Seguridad (FS), que es el cociente entre la resistencia última del pilar y un determinado esfuerzo actuante
Es la capacidad de carga última por unidad de área, el desempeño mecánico de los macizos rocosos con función portante está determinado inicialmente por sus dimensiones y por el campo de esfuerzos actuantes, el cual es modificado por las excavaciones y volúmenes cercanos.
La resistencia de los pilares depende de las dimensiones del pilar, de la relación ancho/altura del pilar (W/H) y del ancho de la cámara excavada.
El objetivo del diseño consistirá entonces en determinar unas dimensiones que garanticen la integridad mecánica del pilar como elemento de soporte y maximicen la extracción del mineral de valor.
Pilar minero
Un pilar es un elemento estructural natural, temporal o permanente, compuesto por mena o roca estéril, encargado de recibir y soportar las presiones del terreno con el fin de evitar el colapso de las excavaciones
El objetivo es asegurar que no se produzca un aumento repentino de la tensión sobre los pilares.
La energía elástica de deformación se almacena en forma de concentración de tensiones en los pilares y en el macizo rocoso que conforma el campo cercano
Métodos de diseño de pilares mineros
Métodos analíticos
Métodos empíricos
Métodos geológicos
Métodos de observación
Métodos de cumplimiento
La experiencia minera en distintas áreas contribuye al desarrollo de técnicas de aplicación de base experimental que suelen cumplir los objetivos bases de estabilidad y seguridad
Metodología propuesta para el diseño de pilares
Observación de modos de falla de pilares existentes
2) falla por esfuerzos inducidos progresivos
3) explosión de pilares (pillar bursts)
1) falla controlada por estructuras
Cálculo de pilares por resistencia al corte de discontinuidades
En una aproximación, se puede considerar que las fuerzas gravitacionales de un bloque que suprayace el pilar antes de la excavación son las mismas fuerzas después de la explotación, por lo tanto: SnA = SpAp; TsA= TpAp
Las fórmulas del factor de extracción R son: Sp = Sn/1-R y Tp = Ts/1-R
el factor de seguridad por cortante según el criterio de Mohr-Coulomb es:
Cálculo de pilares con discontinuidades
Este método de cálculo exige definir los esfuerzos antes y después de la excavación de explotación, así como las propiedades resistentes de las discontinuidades.
El diseño de pilares en minas subterráneas está tradicionalmente evaluado de forma determinista basado en el Factor de Seguridad (FS), en que se pueden definir tres condiciones:
FS>1, el pilar es estable.
FS=1, el pilar está en condición de equilibrio límite.
FS<1, el pilar está en condición de ruptura.
Diseño de pilares por métodos numéricos
Es accesible el software para medio continuo, por lo cual se presentará aquí la experiencia con métodos de elementos finitos (FEM), que sin embargo requiere asumir el macizo rocoso (discontinuo) como un medio continuo equivalente isotrópico, por lo cual los resultados del modelo deben ser tratados con limitaciones.
Una vez obtenidos los resultados de los levantamientos directos y de las pruebas de laboratorio expuestos en las secciones anteriores, será entonces usada esta información para realizar geometrías y condiciones de prueba en el simulador
