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LA IMPORTANCIA DE LOS PILARES DE BARRERA EN EL CONTROL DE LA TRANSFERENCIA DE CARGA Y LA SISMICIDAD EN LAS MINAS PROPENSAS A ES

Por: H. Maleki, Maleki Technologies, Inc. United States of America y B. Jaramillo, Instituto de Ingenieros de Minas del Perú. Traducción libre: B. Jaramillo / D. Povis. Mecánica de Rocas para Recursos Naturales y Desarrollo de Infraestructura Anales del Congreso ISRM, Foz de Iguazú, Brasil 2019, pp 2276-2283


Resumen

Con el uso de información de cuatro décadas de monitoreo geotécnico y análisis de estrés en tres operaciones propensas a estallidos en los EE.UU., se demuestra la importancia de los pilares de barrera en el control de la excavación, la transferencia de carga y la sismicidad. Los esfuerzos para eliminar los pilares de barrera fracasan en el primer estudio de caso, mientras que una barrera de tamaño marginal contribuye a un evento sísmico de 4.2 en la segunda mina estudiada, la que se ubica a una profundidad de 760 m. 

Por el contrario, la efectividad de un pilar de barrera de 150 m de ancho se muestra en el tercer caso en condiciones litológicas rígidas de Utah. El estudio confirma una reducción notable en el número de eventos por kilómetro (un factor de 4 a 8), en comparación con el distrito minero inicial que utiliza la extracción de carbón por el método de pared larga de lado a lado (Long Wall). La importancia de los diseños de pilares de acceso y de barrera, para el control del estrés y la sismicidad, se demuestra utilizando datos geotécnicos y el monitoreo del estrés en los tres estudios de casos.

Introducción 

Los estallidos de rocas se definen como fallas repentinas y violentas del macizo rocoso, que alcanzan tal magnitud que expulsan grandes cantidades de carbón y roca durante el derribo en el área del frente del Long Wall, la extracción de pilares y, ocasionalmente, en el desarrollo operacional. El material expulsado típico varía de 5 a 100 toneladas que llenan la bandeja de extracción en el frente del Long Wall. Los estallidos de roca y los golpes de carbón son asuntos de seguridad de gran importancia en las minas de carbón de EE.UU. Sin embargo, las experiencias en este país, reflejan solo una parte de lo que realmente es un problema a nivel internacional. La seguridad del trabajador y la recuperación de recursos, se han visto afectadas en muchos otros países, incluidos Alemania, Inglaterra, Polonia, Francia, México, China, India, Perú y Sudáfrica.  

La minería según el Book Cliffs Coal Field de Utah, históricamente se ha asociado con la sismicidad debido a los entornos de alto estrés y la presencia de rocas rígidas y competentes. Entre las opciones de diseño de minas, el uso del sistema de pilares de rendimiento de dos accesos se ha convertido en una práctica rutinaria para controlar la energía de deformación y la respuesta violenta (estallido) de los pilares. Sin embargo, con el aumento de la profundidad de la mina en condiciones estratigráficas rígidas, la excavación, la transferencia de carga y la sismicidad se han vuelto problemáticas, al punto que requieren el uso de pilares de barrera entre paneles. 

Las mediciones directas de presión, en una parte de este primer estudio de caso, han confirmado la naturaleza periódica rezagada de la excavación, en algunas minas de Utah, que afectan negativamente la transferencia de carga y la estabilidad (Maleki 1981 y 2015). Los esfuerzos para eliminar los pilares de barrera fallaron en este estudio de caso y condicionaron una mejora significativa al adoptar tecnologías de Long Wall que utilizan diseños de pilares de accesos estables. Debido a limitaciones en el espacio, se remite al lector interesado a las publicaciones anteriores sobre este primer estudio de caso (Maleki 1981, 2015). 

Más recientemente, reconociendo los riesgos geotécnicos mencionados en Book Cliffs Coal Field, los operadores, en cooperación con el primer autor, implementaron programas de monitoreo geotécnico, durante las primeras etapas de la extracción por Long Wall en los estudio de caso de las minas 2 y 3 (Maleki et al 2003). Los resultados de estos estudios de casos históricos se utilizan aquí para: (1) verificación del rendimiento del pilar, rendimiento en sistemas de dos y tres accesos en minas con profundidades de 550 a 760 m y, (2) identificación de los requisitos de diseño del pilar de barrera en el control de transferencia de carga y sismicidad.

El diseño conservador de los pilares de rendimiento, requiere estimaciones de su resistencia máxima in situ y el comportamiento posterior a la falla, incluida la pendiente de descarga y la resistencia residual (Maleki 1992). Los diseños de pilares de barrera deben satisfacer dos requisitos funcionales: (1) estabilidad de pilares/cimientos y (2) control de transferencia de carga. Esta última es importante en algunos distritos de explotación de carbón del oeste de los EE.UU., que constan de unidades estratigráficas masivas, capaces de transferir cargas a largas distancias desde el borde del sector (Maleki 2008). Tal transferencia de carga, puede afectar la estabilidad de los accesos y la falla violenta de los pilares del acceso.

Los pilares de 26 pies (7.9 m) de ancho del acceso en la Mina 2, demostraron ser ineficaces para controlar la convergencia entre el techo y el piso bajo condiciones de estratos cercanos al ramal más débil y a una profundidad que excede los 760 m (2,500 pies). Sin embargo, a diferencia del Estudio de caso 2, la experiencia muestra que los pilares de bajo rendimiento, son efectivos para limitar la acumulación de energía de deformación, a lo largo de las salidas en el caso de la Mina 3, por lo tanto, limita el potencial de sismicidad del pilar a profundidades superiores a 550 m. 

Si bien una barrera de tamaño marginal confronta 4.2 eventos sísmicos en la Mina 2, a baja profundidad, la efectividad de un pilar de barrera de 492 pies (150 m) de ancho, se muestra en el tercer caso de estudio en condiciones litológicas rígidas de la mina de carbón Book Cliffs de Utah. El estudio confirma una reducción notable en el número de eventos por kilómetro (un factor de 4 a 8) en comparación con el distrito minero inicial, que utiliza la extracción por Long Wall. Además, la barrera de 492 pies (150 m) era lo suficientemente ancha como para proteger futuras vías de acceso de cualquier transferencia de carga significativa.

El objetivo de este documento es mostrar la importancia del pilar de barrera en el control del macizo rocoso y en las ventajas en la ventilación mediante el uso de diseños de barrera estables, para la protección de las entradas auxiliares, el mismo que es abordado por Gauna 1992.

Programa de mecánica de rocas mina 

Geología y resistencia de las rocas 

La mina está ubicada en el extremo noroeste de Book Cliffs, en el este-central de Utah. Tres mantos de carbón minable, el D, K y A, buzan suavemente (5° a 8.5°) hacia el noreste. Los ramales D y K se dividen en varios bancos al noreste, pero se fusionan en el noroeste, creando un ramal más grueso. El grosor total del ramal varía de 6 pies al noreste a 30 pies (2 a 9 m) al límite noroeste de la reserva. Estos estratos se encuentran en la Formación Cretácea Blackhawk, que consiste en secuencias de estratos lenticulares de areniscas, limolitas y lutitas. Los geólogos han interpretado la configuración deposicional general de la Formación Blackhawk, como una amplia llanura costera. Las láminas o lenguas de arenisca representan islas de barrera. 

El manto D contiene una deformación de cara orientada a N 60° W. Debido a la pequeña desviación entre la deformación y las paredes largas (15°), los hastiales dependientes del tiempo aumentan los tramos de entrada a lo largo de las líneas de carga existentes. Hay al menos dos conjuntos de ramales persistentes en el techo de la mina cerca del portal. A mayor profundidad, los ramales se vuelven poco consistentes y muy juntos y, por lo tanto, tienen menos impacto en la estabilidad del techo, pero afectan negativamente la capacidad de excavación y la respuesta sísmica. 

Dentro de la mina, existe una amplia variabilidad en la resistencia de la roca, los valores de las propiedades mecánicas y las tensiones de preminado. Las tensiones horizontales de sectores alejados son mucho más altas de lo normal. Estos esfuerzos varían entre 2,000 y 4,000 psi (13.8-27.5 Mpa) medidos a lo largo de los esfuerzos principales del noreste y están influenciados por (1) variaciones en la rigidez de las rocas y (2) variaciones en la topografía de la superficie (Figura 1) y múltiples geometrías de junturas. La dirección del máximo esfuerzo es paralela a la inclinación. Salidas desde el Long Wall, orientados por el operador, son casi paralelos a la tensión horizontal máxima para reducir el daño inducido por la tensión horizontal en el techo, a lo largo de las salidas. Sin embargo, la estabilidad del techo permaneció marginal debido al desprendimiento gradual de los hastiales y la resistencia insuficiente de los pilares del acceso para soportar el techo. 

En general, la mayoría de las rocas sobrecargadas son duras, tienen una alta resistencia a la compresión uniaxial (excepto las piedras de lodo carbonadas y las capas intercaladas) y rígidas. La rigidez de las rocas se relaciona directamente con su capacidad para almacenar la tensión. Las resistencias uniaxiales promedio de las areniscas, limolitas y lutitas son 14,000, 12,000 y 8,300 psi (96, 82 y 57-Mpa), respectivamente. Los fragmentos de lodo, localmente entremezclados con areniscas, también pueden ser fuertes y rígidos. 

La piedra arenisca de Castlegate, que forma acantilados, ubicada aproximadamente a 600-700 pies (180-210 m) sobre el ramal D, es gruesa, pero de resistencia moderada (los datos regionales muestran de 5,000 a 9,000 psi, 34-62-Mpa). Las observaciones subterráneas y el mapeo han mostrado la presencia de un sistema de arenisca orientado al este-oeste en el techo de la mina. Estas areniscas son rígidas (el módulo de Young equivale a 3.3 millones de psi, 22.7 Gpa), y masivas, contienen juntas discontinuas y se extienden lateralmente sobre un área amplia. Tienen un promedio de 10 a 25 pies (3-7.6 m) de espesor. Otras arenas fluviales están presentes sobre el ramal D dentro de la Formación Blackhawk y posiblemente en la base de la arenisca Castlegate. Estas areniscas cercanas a la costura son mucho más rígidas y fuertes que el cuerpo principal de la piedra arenisca de Castlegate y, debido a su proximidad al ramal, han contribuido a numerosos nódulos de carbón.

Se incorporaron características de diseño específicas, en el plan de la mina para aliviar el estrés y las dificultades de ventilación, incluyendo (1) el uso de un sistema de pilares de rendimiento de dos entradas para los accesos, (2) la inclusión de un pilar de barrera de 200 pies (60 m) de ancho entre buena parte de los paneles D1 y D2 (Figura 1), y (3) implementación de monitoreo geotécnico para evaluar la estabilidad y el estallido de rocas. Desafortunadamente, la mayoría de estas características de diseño no pudieron controlar por completo las difíciles condiciones geológicas y de estrés en este sitio, por lo que la extracción fue abandonada prematuramente en 2002 después de dos incendios mineros.

Mediciones en la mina y respuesta del pilar de la puerta 

Debido al potencial esperado de problemas de estabilidad inducidos por el estrés, el operador asignó recursos significativos para el estudio del comportamiento de los estratos y la sismicidad minera. Una breve reseña de los datos es útil para abordar la respuesta del pilar de acceso estrecho a las cargas de pared larga y para evaluar el factor de seguridad. Los estudios consistieron en mapeo geológico e investigaciones de mecánica de rocas utilizando instrumentos estáticos y dinámicos (geofísicos). La Figura 1 presenta la mina y diseños de instrumentos y muestra dónde se recolectaron las mediciones estáticas a lo largo del acceso D2. La presión de los hastiales sobre los escudos del Long Wall, también se monitorearon continuamente. Las mediciones geofísicas incluyeron emisiones micro sísmicas (ruido de roca), utilizando dos conjuntos de instrumentos ubicados en la superficie y el subsuelo, y ocasionalmente imágenes tomográficas en la cara del Long Wall.

Los cambios de tensión se monitorearon tanto en el manto de carbón como en el techo, usando una combinación de medidores biaxiales de tensión de alambre vibrante y celdas de presión de pozo. El cambio relativo en la deformación del techo y del manto se midieron utilizando sensores electrónicos o extensómetros de hastiales. Estos dispositivos indican el cambio de deformación con respecto al collar del agujero. Todos los instrumentos fueron monitoreados en tiempo real utilizando un sistema de colección de datos. A pesar de los ajustes en el ancho del pilar, nunca se pudieron lograr diseños efectivos de pilares de rendimiento, para las condiciones geológicas en esta mina, que inicialmente utilizó pilares de 30 pies de ancho (9 m) a lo largo de la salida del acceso principal del panel D1. Debido a estallidos repentinos de roca y a un evento sísmico de 3.8 en el desarrollo, el operador redujo el ancho del pilar a 26 pies (7.9 m). El evento sísmico fue registrado por la Universidad de Utah, en su red sísmica. 

El pilar de 26 pies de ancho (7.9 m) experimentó una importante falla en los hastiales por adelantado a medida que aumentaba la profundidad, por tener un núcleo pequeño que podría proporcionar una resistencia limitada al cierre del acceso debido a una fuerte falla de descarga posterior (Maleki 1992). La Figura 2 presenta el cambio de presión vertical, medido en función a la posición de la cara, durante la retirada del panel D2. Cabe mencionar que el núcleo del pilar tomó aproximadamente 3,500 psi (24 Mpa) antes de descargar. Después, las cargas de los pilares se transfirieron a los hastiales, creando una gradiente de tensión en el bloque sólido. Esta gradiente de alto estrés, es uno de los factores que contribuyeron a deformaciones de carbón, que requieren diseños de pilares suficientemente anchos entre paneles (Maleki et. al 1999).

Rendimiento del pilar barrera

El operador dejó una barrera de 200 pies (60 m) de ancho entre buenas porciones de los paneles D1 y D2. Ese pilar fue casi eliminado con el ensanchamiento del panel D2, tal como puede verse en la Figura 1 y, con tamaño marginal, fue reduciendo su resistencia y contribuyó al estrés en voladizo en ese sector y en la sismicidad durante la extracción del Panel D2. Para que la barrera permanezca estable y controle la sismicidad efectivamente, debería haber sido significativamente más ancha basada en el monitoreo detallado del estrés como en otras operaciones de Utah (Maleki 2014).

Para examinar la estabilidad del pilar de barrera, el autor presenta brevemente el análisis por elementos finitos del sector y el análisis del panel D2 (Figura 3). El perfil de tensión a lo largo de la sección A-A' también se muestra en la Figura 3, con la tensión promedio del pilar de barrera que alcanza un valor de 8,200 psi (56 Mpa); esto excede significativamente los niveles de estrés identificados por Maleki (1992) que pueden crear problemas de estabilidad significativa en el pilar, el techo y el piso. Usando la fórmula Maleki, el pilar de barrera tiene un factor de seguridad (FOS) de 0.55. Utilizando la fórmula Mark-Bieniawski, se estima que la resistencia del pilar excede los 16,000 psi (110 Mpa) y el factor de seguridad del pilar FOS es superior a 1.9, lo que resulta ser un dato falso para el diseñador. Esta afirmación está de acuerdo con NIOSH, que en reciente investigación indica la menor capacidad de carga de los pilares de la mina, en función de los datos de campo y el número de resultados del modelo. La estimación de NIOSH de la resistencia del pilar in situ, está muy de acuerdo con las fórmulas sugeridas por Holland y Maleki (Tesarik et al 2013).

Desempeño del diseño mina  

Configuración de la mina

El operador extrajo los mantos de Rock Canyon y Gilson de la Formación Cretácea Blackhawk, la que está cubierta por la roca arenisca Castlegate que forma los acantilados de la Formación Price River. Se han identificado varias otras areniscas que son lateralmente continuas sobre la mayor parte de la reserva dentro de la Formación Blackhawk y cerca a los contactos. Estas son las areniscas Gilson, Rock Canyon y Sunnyside superior e inferior.

La roca arenisca de Castlegate, que forma los acantilados, cubre toda la propiedad. Se encuentra aproximadamente a 400 pies (120 m) por encima del estrato Rock Canyon y tiene aproximadamente 200 pies de espesor (60 m). Las areniscas superiores e inferiores de Sunnyside tienen un promedio de 30 a 50 pies (9-15 m). Estas areniscas están ubicadas aproximadamente de 30 a 90 pies (10-27.4 m) sobre el contacto de Rock Canyon. La carga entre el manto Rock Canyon y el manto Gilson, varía de 30 a 60 pies (10-18 m). El buzamiento regional de la Formación Blackhawk es de 7° hacia el noreste. Hay tres conjuntos de contactos en las rocas sedimentarias: N110° E, N30° W a N40° W y N40-70° E. En general, las junturas no están bien desarrolladas y, por lo tanto, las orientaciones varían localmente.

Como se ilustra en la Figura 4, la mina utilizó sistemas de salidas de dos y tres entradas, con pilares de protección de 29 pies de ancho (8.8 m) y paneles de 750 pies de ancho (228 m) en el manto Rock Canyon. Se seleccionaron los pilares de producción para reducir la acumulación de energía de deformación en los pilares de la compuerta y, por lo tanto, reducir el potencial de estallidos en el pilar de la compuerta. La sección del pilar se definió sobre la base de la revisión de la experiencia en la mina de carbón de Book Cliffs (Maleki 1992) y en base al análisis detallado del estrés. El sistema de pilares de rendimiento de tres entradas, fue reemplazado por un sistema de dos entradas en el Tercer Oeste, poco después de recibir la aprobación de la petición de dos entradas. Para verificar los diseños de los pilares y finalizar los parámetros de diseño de la mina para el manto Gilson, se emplearon técnicas de modelado avanzadas para simular las variaciones en la topografía y realizar evaluaciones de riesgo sísmico. El modelado incluyó métodos pseudo-tridimensionales, de elementos limítrofes y tridimensionales, de diferencias finitas, que condujeron al uso de barreras de 492 pies (150 m) de ancho entre paneles en el segundo distrito minero en el manto Gilson. Los resultados de modelado Flac3D se mencionan en el informe de Maleki 2014.

Campo de tensión y resistencia de la roca 

Hay un exceso de tensión horizontal en la mina de carbón Book Cliffs, con tensión máxima orientada casi paralela a la estructura geológica (N110 ° E). El esfuerzo horizontal máximo en la zona es de 1,500 psi (10.3 Mpa), medido en la mina vecina Soldier Creek. Este campo de tensión es anisotrópico con una tensión mínima (principal secundaria) de 350 psi (2.4 Mpa). En comparación con otras minas de carbón vecinas, el campo de tensión horizontal es moderado cerca a esta mina. En la vecina Mina 2, la tensión principal secundaria máxima medida se aproxima a 4,000 psi. Las pruebas de laboratorio de rocas de carbón indican que la mayoría son fuertes y rígidas. La resistencia a la compresión uniaxial para areniscas cercanas al contacto, por ejemplo, varía de aproximadamente 9,000 a 23,000 psi (60-158-Mpa) y el módulo de Young varía de 1.8 a 4.0 millones psi (12-28 Gpa). Estas unidades son resistentes y pueden absorber energía de alta tensión, lo que contribuye a la sismicidad de la mina. El valor máximo para el módulo de Young alcanza 7.6 millones psi (52 Gpa) en una ubicación. 

Entre las areniscas suprayacentes, el Lower Sunnyside es la unidad más fuerte y rígida. Esta unidad tiene el potencial de contribuir a la sismicidad minera. La masiva roca arenisca de Castlegate es relativamente débil en algunos lugares probados (5,000 psi, 35 Mpa). Debido a su potencia, todavía contribuye también a la sismicidad. 

Excavación y sismicidad 

Cuando se extrae carbón dentro de los paneles, una parte de los estratos sobrecargados se derrumba detrás de la cara, mientras que el peso de los estratos restantes, se transfiere a los límites del panel. Con la excavación de paneles adicionales, la zona de falla se extiende más arriba sobre el techo y la cantidad de subsidencia en la superficie aumenta, dependiendo de la relación de ancho a profundidad de la excavación, la ubicación de las principales unidades de arenisca y los diseños de pilares. Este estudio de caso es ventajoso, porque la respuesta del terreno a la extracción por Long Wall, podría compararse en el manto Rock Canyon (RC) utilizando la extracción por Long Wall (Figura 4) con los resultados en el manto Gilson (GL), utilizando 492 pies de ancho (150 m) de pilares de barrera entre paneles.

Basado en una revisión de registros sísmicos, se confirma que el progreso del hundimiento es lento y periódico en esta mina. Durante la extracción del primer panel (RC1), la Universidad de Utah registró una sismicidad muy limitada y no hubo subsidencia notable. Esto indicaba que la excavación se limitaba a las rocas inmediatas al techo y provocaba una sismicidad menor, debido a la falla de corte dentro del horizonte Sunnystone Sandstone/Siltstone. La sismicidad aumentó significativamente durante la extracción de RC2, lo que indica que la falla ahora se estaba extendiendo a unidades estratigráficas superiores, incluidas las areniscas Upper Sunnyside y Castlegate. 

Al finalizar el panel RC2, hubo alguna evidencia de subsidencia en la superficie, lo que indica que la falla finalmente se estaba moviendo hacia la superficie. Debe tenerse en cuenta que en esta etapa, había un efecto considerable de voladizo y transferencia de carga a los pilares. El llamado arco de presión que incluye el arco natural de resistencia del macizo, posiblemente no colapsó por el derrumbe en esta fase, particularmente en las partes más altas por encima de la excavación. Esta afirmación se basa en el monitoreo detallado de la superficie y el subsuelo, en la mina de carbón Wasatch Platteau (Maleki 2014), donde no se logró el hundimiento total, hasta después de la extracción del tercer panel. 

El monitoreo en el panel RC3, confirmó la naturaleza periódica de la sismicidad discutida anteriormente y un cierto aumento en las magnitudes de los eventos. Se cree que el mayor nivel de sismicidad se debe a la activación de una falla de corte y el deslizamiento a lo largo de planos de fractura más largos, a medida que se crean tramos de tres paneles de ancho, lo que lleva a una progresión completa de la subsidencia hacia la superficie (Maleki 2014). 

La Figura 5, presenta las magnitudes de eventos sísmicos medidos (local en la escala de Richter, Ml) durante la extracción de Rock Canyon y dos paneles Gilson, que utilizan diseños de pilares de barrera de 492 pies de ancho (150 m) entre paneles. La red de monitoreo de la Universidad de Utah, no registró ningún evento durante la extracción del panel GIL1. Esto probablemente estuvo influenciado por la incapacidad de la red regional, para registrar pequeños eventos. Los datos del contacto de Gilson, muestran una reducción notable en el número de eventos por kilómetro (un factor de 4 a 8 para el panel GIL2) en comparación con el contacto de Rock Canyon. Las magnitudes de eventos también se reducen por debajo de 1.8 en la escala de Richter, agrupados alrededor de 1.5. Se espera tal reducción en la magnitud y frecuencia de los eventos de la excavación periódica de las unidades estratigráficas inferiores, el colapso ocasional del bloque y pocas fallas en las junturas en la arenisca de Castlegate. Los diseños de paneles Gilson en el Distrito Minero 2 consisten en paneles de 875 pies de ancho (266 m) y barreras de 492 pies (150 m); a la fecha en la práctica real, estos diseños han mostrado condiciones casi óptimas frente a la geología del manto Gilson (Maleki 2014). 

Programa de instrumentación

La Figura 6 presenta la ubicación de cinco grupos de instrumentos, situados a lo largo de las salidas de los primeros dos paneles Long Wall, RC1 y RC2. En cada ubicación, se miden los cambios en la deformación y las tensiones de los pilares. Los grupos están situados según las condiciones topográficas sean diferentes, con el fin de abordar la influencia de las variaciones en el espesor de la cubierta sobre la estabilidad. Los medidores de dos posiciones y los anclajes de convergencia techo-piso se utilizan para medir la deformación relativa. También se llevaron a cabo la instrumentación de la dilatación de los hastiales.

El análisis de los resultados del monitoreo se circunscribe a la Figura 6 en este documento, debido a limitaciones en el espacio; sin embargo, el lector interesado se puede referir a Maleki et. al 2003. En profundidades de mayor sobrecarga, en la ubicación del instrumento 5 durante la retirada RC2, los pilares del acceso se descargan dentro de una distancia de -35 a -75 pies desde la cara (-10 a -23 m), aún de manera controlada (Figura 6). Poco después de que la cara de la excavación está a una distancia mayor a 35 pies (10 m) de los instrumentos, los sensores triaxiales BPC instalados en los pilares del acceso perdieron presión, lo que indica la descarga del pilar y la transferencia de carga hacia el panel RC3. 

Las mediciones muestran que los pilares de rendimiento estrecho fueron bastante efectivos para limitar la acumulación de energía de deformación a lo largo de las salidas en la Mina 3 y, por lo tanto, el potencial de sismicidad del pilar a profundidades superiores a 550 m. Al mismo tiempo, los pilares proporcionaron resistencia suficiente para controlar la convergencia del techo-piso en la entrada principal, descargándose gradualmente a la resistencia residual en inmediaciones de la cara del frente. La resistencia máxima y el comportamiento posterior a la falla de los sistemas de pilares de protección, son consideraciones de diseño muy importantes (Maleki 1992).

Conclusiones

1. La experiencia y el monitoreo geotécnico en tres minas de Utah, han confirmado la importancia de diseños conservadores de accesos y pilares de barrera en las minas del oeste de los EE.UU., que operan en condiciones estratigráficas rígidas. Los pilares de acceso de 26 pies de ancho (7.9 m) en la Mina 2 resultaron ineficaces para controlar convergencia techo-piso, bajo condiciones de estratos de contacto cercanos más débiles y a profundidades que exceden los 2,500 pies (760 m). Sin embargo, a diferencia del estudio de caso 2, la experiencia muestra que los pilares de rendimiento estrecho son bastante efectivos para limitar la acumulación de energía de deformación a lo largo de las salidas en la Mina 3 y, por lo tanto, el potencial de sismicidad del pilar, a profundidades superiores a 550 m.

2. Mientras que una barrera de tamaño marginal contribuye a 4.2 eventos sísmicos en la Mina 2, a profundidades de 2,500 pies, un pilar de barrera de 492 pies (150 m) de ancho es efectiva, tal como se muestra en el tercer caso estudiado, en condiciones litológicas rígidas de la mina de carbón Book Cliffs de Utah; el estudio confirma una reducción notable en el número de eventos por kilómetro (un factor de 4 a 8), en comparación al distrito minero inicial, utilizando la extracción por Long Wall. Además, la barrera de 492 pies (150 m), más ancha que la distancia de transferencia de carga, protege futuras salidas, de cualquier transferencia de carga significativa.

3. El hundimiento no uniforme de las rocas sobre las excavaciones, dan como resultado, concentraciones periódicas de tensión en las esquinas más alejadas de los accesos (Maleki 2015). La liberación repentina de la energía de tensión, cargada críticamente en estratos circundantes, desencadena estallidos de roca en esas áreas por la alta concentración de tensión y por la reducción del esfuerzo de confinamiento (Maleki 2017).

Bibliografía

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Gauna, M. 1992. Coal Pillar Design for Deep Conditions, Proc. International Workshop on Pillar Mechanics and Design, USBM IC9315, 214-224. 

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Tesarik, D., J Whyatt, M Larson. 2013. Inferring Mine Floor Properties from Mine Pillar and Floor heave, ARMA2013-489.


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