Modelamiento de esfuerzos verticales a través de autómatas celulares en minería de Block/Panel Caving.

Abstract

Block y Panel Caving son métodos de explotación en minería subterránea por hundimiento en que el cuerpo mineralizado se derrumba naturalmente, por efecto de la gravedad y los esfuerzos inducidos, luego de haber sido socavado en su base. La propagación del hundimiento es un efecto de la inestabilidad interna del macizo rocoso, producto de la constante extracción del mineral desde el punto de extracción. En la actualidad, cada vez los yacimientos minerales se encuentran a mayores profundidades y la roca es sometida a mayores niveles de esfuerzos, tanto en el macizo rocoso alrededor de la cavidad del hundimiento como inducidos dentro del mismo material quebrado por la altura de las columnas. Esto implica que las minas tengan una mayor probabilidad de sufrir problemas de estabilidad que pongan en riesgo la vida de personas y la continuidad del negocio minero. La mayor parte de la investigación llevada a cabo hasta la fecha ha sido enfocada en el esfuerzo inducido por la socavación en el frente de avance mientras se propaga el hundimiento, conocido como abutment stress. Sin embargo, la experiencia en la operación de minas explotadas por Block/Panel Caving ha demostrado que la estabilidad del nivel de producción también depende de la extracción y de las condiciones de esfuerzos inducidos asociados al flujo de mineral. Por este motivo, el objetivo de esta investigación es cuantificar los esfuerzos dentro del material quebrado asociados al flujo gravitacional para diferentes estrategias de tiraje, utilizando la metodología de autómatas celulares en un modelo numérico. Primero se construyó en el modelo numérico una lógica de esfuerzos en material quebrado basado en la teoría existente. Posteriormente el modelo fue calibrado con ensayos físicos existentes de medición de esfuerzos realizados para minería de hundimiento. Se revisaron 3 casos experimentales para representar configuraciones de Block Caving (BC) y Panel Caving (PC). En el caso 1, se realizó un análisis de esfuerzos verticales para una estrategia de tiraje aislado en un modelo de pequeñas dimensiones (escala 1:50; modelo físico de Orellana). En el caso 2 y 3, se calibra un modelo de grandes dimensiones para tiraje aislado y múltiple, respectivamente (escala 1:200; modelo físico de Canales). Los resultados para los casos de estudio de tiraje aislado en Block Caving, se obtiene un rango de error aceptable para los valores de esfuerzos verticales de IMZ entre el modelo numérico y físico, la diferencia entre los resultados está bajo 9 %, y en los esfuerzos verticales de SZ, está bajo 2 %, sin embargo, en los esfuerzos verticales iniciales, asciende a un 28 %. Diferente es el caso de estudio para tiraje múltiple en Panel Caving, se obtiene un rango de error lejano en los valores de esfuerzos verticales de MZ, la diferencia entre los resultados está bajo 22 %, en los esfuerzos verticales de SZ, está bajo 43 %, y en los esfuerzos verticales iniciales, está bajo 38 %. Esta investigación se centra en el análisis para el caso de tiraje aislado y deja validado el caso de tiraje múltiple. Bajo los resultados obtenidos, se concluye que se lograron simular los esfuerzos verticales a escala mina, lo que en la actualidad no existe en modelos de tipo autómatas celulares, permitiendo añadir esto a la planificación mina realizada en estos modelos.