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Análisis de la estabilidad de los tajeos deexplotación del depósito de Feitais de la minaAljustrel, Portugal

Stability analysis of stopes at Feitais oredeposit of Aljustrel mine, Portugal

Navarro Torres V.F.

1,2

, Arroyo Ortiz C.E.

2

, PaneiroG.1,2, Moreira C.3 Duarte N.3

1: IST Universidade Técnica de Lisboa, Portugal 2 : Red Iberoamericana MASyS-CYTED3: ALMINA Minas de Alentejo S.A., Portugal

Resumen

El estudio considera el análisis de la estabilidad delos tajeos de explotación del depósito de cobre y

zinc de Feitais de la mina Aljustrel de pequeñasdimensiones (12mx20m de sección horizontal ylongitud de 20m) y de grandes dimensiones(20mx70m de sección horizontal y longitud de 70m), localizados entre el subnivel -350 y -330. Lametodología utilizada fue, primeramente realizar lamedición de tensiones verticales y horizontales “insitu” y luego realizar simulación tridimensionalusando el método de elementos finitosdiferenciados. Los resultados muestran que enpequeños y grandes tajeos la estabilidad estágarantizada con factores de seguridad que varíande 6 a 20 en las aberturas de los tajeos y de 16 a

57 en los pilares.

Abstract

The study considers the stability analysis of Feitaiscopper and zinc ore deposit of Aljustrel mine, for smaller stopes (12mx20m of horizontal section and20 m length) and large stopes (20mx70m of horizontal section and 70m length), locatedbetween -350 and -330 sublevels. For themethodology was firstly perform the vertical stressby in situ measurements and after apply for a tree-dimensional modeling using the finite-difference

program. The result shows that in small and largestopes the stability is ensured with a safety factor 6to 20 in the openings and 16 to 57 in the pillars.

1. INTRODUCCIÓN

La mina de Aljustrel está localizada en la republicade Portugal a unos 170 km en sentido S30ºE de laciudad de Lisboa, en la región denominada Alentejo. La mina tiene la Concesión C-9 de 520hectáreas dentro de la cual están localizados loscuerpos de Moinho, Algares, São João e Feitais.

Precisamente el presente estudio es realizado parala explotación de este último cuerpo mineralizado.

El depósito mineral de Feitais está compuesto por sulfuros complejos con 1000 m de largo, 500 m deancho y 100 m de espesor, cuya inclinación varía

de 40º a 60º (Fig. 1), donde predominan piritas degrano fino y en cantidades menores blenda,galena, calcopirita, tetraedrita y arsenopirita.

Fig. 1 Morfología del depósito de Feitais

Las rocas caja techo y piso están compuestasprincipalmente por los denominados reolita inferior

y superior. La capa de reolita superior tiene unespesor de aproximadamente 50 m.

La reservas totales de mineral de zinc en eldepósito de Feitais es de 18.38 Mt con un cut-off de 4.5% de zinc y de cobre de 6.74 Mt con un cut-off de 1.5% de cobre (Barret T.J. et al, 2008),haciendo un total de 25.12 Mt (Tabla 1), que a unritmo de producción de 6500 t/día (1.95 Mt/año) avida de la mina es de aproximadamente de 13años.

Tabla 1. Reservas medidas, indicadas e inferidas

Reservas Mt Zn% Cu% Pb% Ag/g/t)De zinc con 4.5% de cut-ff Medida + indicada 15.22 6.00 0.21 1.85 67.4Inferida 3.26 6.14 0.16 1.86 62.3De cobre con 1.5% de cut-off Medida + indicada 4.87 0.88 2.12 0.24 13.5Inferida 1.87 0.70 2.13 0.18 10.4

Estructuralmente en el depósito de Feitais sepresentan las denominadas, falla piso, falla decompresión, falla transversal y falla represa. Estasestructuras en la zona de explotación no tienen unimportante efecto desestabilizador, ya que seencuentran mayormente fuera de esta zona.

El acceso al depósito es a través de la rampaprincipal y a partir del cual se preparan rampas deacceso a las zonas de explotación (ALMINA,2011). La preparación consiste en construir unagalería en roca caja piso, a una distancia de 20 a30 m y a lo largo ancho del depósito, para a partir de esta galería construir los cruceros de cargadistanciados de 19 a 25 m (Fig. 2)

El método de explotación utilizado en Feitais es elmétodo de Sub Niveles y con relleno posterior (“sub-level open stoping with post fill” con

dimensiones geométricas variable según lavariación de la forma del depósito (Fig. 3).

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Fig.2 Rampas principal y de accesos a zonas de explotación y

preparación del depósito

Distancia entre cruceros19 – 35 m

Intervalo entreBarrenas

20 m

Subnivel superior 5 m Barrenasdescendentes

Longitud de los tajeos20 – 70 m

Ancho de los tajeos12 – 20 m

Distancia 20 – 30 m

Piso

Techo

Subnivel 5 m

Cruceros de Carga

Rellenos cementados para los desmontes primarios

Fig. 3 Método de explotación de Subniveles

La metodología de corte podrá ser con sistemacontigua o dejando entre dos cámaras un pilar paraluego ser recuperado. Desde el punto de vista deestabilidad el último sistema es el másrecomendable, por lo que en el presente estudio seanalizar el dimensionamiento y la estabilidadmediante esta variante de corte.

2. MEDICIÓN “IN SITU” DE TENSIONES YPROPIEDADES GEOTÉCNICAS

2.1 Equipo utilizado y metodología de medición

El equipo de prueba utilizado consistió en unamáquina de corte eléctrica, sistema de transmisióny medición de presiones y sistema de medición dedesplazamientos relativos. La máquina de corteeléctrica está diseñada para realizar abertura enroca con un disco de dientes diamantados con 35cm de diámetro.

El sistema transmisor de presión al macizo rocosoconsiste en una almohada plana de pared delgada,manguera de alta presión, bomba hidráulica y su

correspondiente medidor digital. El gato hidráulicousado de 4 mm de espesor, fue de dos formas, unode forma de un segmento semicircular de radioigual al disco de la máquina de corte y flecha de13 cm y el otro rectangular de 12 cm x 24 cm x 4mm.

Para la medición del desplazamiento se utilizó unalargámetro equipado con un comparador digitalcon precisión de 0.001 mm y campo de mediciónde 12 mm. Los apoyos del alargámetro tienenforma semiesférica cóncavo cónico fijados en losdos pines de acero que son colocados en elmacizo rocoso y constituyen la base de la medición(Fig. 4).

Fig. 4 Disposición del equipo de medición de tensiones “insitu”

La medición de las tensiones utilizando eldenominado “Flatjack Technique” (Fig. 5) consintióen lo siguiente:

Fig. 5 Metodología de medición: (a) Gato hidráulico plano,(b) Configuración de la prueba, (c) Separación de los pin vstiempo con la presión aplicada (Ulusay R, 2007)

a) Corte y construcción de una aberturaaproximadamente semicircular o trapezoidal

en el macizo rocoso, en posición horizontalpara la medición de la tensión vertical y enposición vertical para la medición de la tensiónhorizontal;

b) Colocación de los pines de acero en los ladosopuestos de la abertura construida, perforando

Medición de

tensión vertical

Medición de

tensión horizontal

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una profundidad de unos 5 cm y fijados conuso de resina epoxi. Una vez consolidado, seprocedió con la lectura de la distancia dereferencia usando el alargámetro;

c) Dejar el tiempo necesario para eldesplazamiento del macizo rocoso hacia laabertura realizada (aproximadamente 2 a 3horas).

d) Realizar inyección del fluido hidráulico alinterior del gato plano con apoyo de unabomba hidráulica realizando medición depresión y desplazamiento, simultáneamente,hasta recobrar la distancia de referencia odesplazamiento cero.

La presión medida en el momento de recobrar eldesplazamiento de referencia y aplicado un factor de corrección relacionado con el tipo de gatohidráulico usado, corresponde a la tensión delterreno.

2.2 Resultados de las mediciones de tensiones“in situ”

Debido a la rigidez de los gatos, la presiónhidráulica introducida a su interior no esintegralmente transmitida a las paredes de laabertura realizada, por lo que para conocer el valor de la tensión efectivamente transmitida al macizo,es necesario multiplicar el valor de la presión leídapor el coeficiente K indicado por el fabricante de losgatos, obtenido por ensayos de calibración. Estecoeficiente varía en función de la presión, por loque fue necesario determinar la ecuación de la

línea de tendencia (Tabla 2).

Tabla 2. Coeficiente de calibración del fabricante yecuaciones de tendenciaTipo de macaco Coeficiente de calibração KPressão, P (MPa) 1 2 3 4 5Semicircular 0.747 0.889 0.891 0.911 0.921Rectangular 0.814 0.819 0.876 0.917 0.941Semicircular K=0,1031LnP+0,7731 (R =0,85)Rectangular K=0,0832LnP+0,7937 (R2=0,86)

Durante el proceso de la medición de tensiones “insitu” en las frentes F310GAM-D del nivel -310 y

F330GAM del nivel -330 los valores de laspresiones transmitidas a las paredes de lasaberturas no fueron suficientes para anular totalmente los desplazamientos causados por laabertura (restitución de la situación inicial), por loque a partir de los pares de valores presión vsdesplazamiento, correspondientes a la pruebarealizada, se determinó la ecuación de las rectasmás probables (Fig.5 y Fig. 6).

Basado en la ecuación de la recta correspondientea cada prueba se calculó el valor de la presióntransmitida a las paredes del macizo, que equivalea la presión que anule el desplazamiento totalcausado por el espacio abierto con la máquina decorte.

Fig. 5 Resultados de la presión vs desplazamiento verticalen el hastial del frente F310GAM-D del nivel 310

Fig. 6 Resultados de la presión vs desplazamiento verticalen el hastial del frente F330GAM del nivel 330

Las tensiones verticales de los locales de medición(Navarro Torres V.F. et al, 2010), presentan lossiguientes valores resultantes: nivel -230(F230GAM), 7.72 MPa, nivel -270 (F270GA1-D),6.37 MPa, nivel -290 (F290GA2-D), 7.10 MPa, nivel-310 (F310GAM-D), 7.30 MPa y nivel -330

(F330GAM), 8.44 MPa (Tabla 3).De la misma manera, las tensiones horizontales enlas zonas de los hastiales de los locales donde seefectuaron las mediciones, presentan el siguienteresultado: nivel -230 (F230GAM), 3.2 MPa, nivel -270 (F270GA1-D), 2.95 MPa, nivel -290 (F290GA2-D), 3.45 MPa, nivel -310 (F310GAM-D), 3.94 MPae nivel -330 (F330GAM-1), 4.66 MPa (Tabla 4).

Tabla 3. Desplazamientos, presión máxima aplicada ytensiones verticales

Local N í v e l

Deslocamento(µm)

P r e s i ó n m á

x i m a

a p l i c a d a ( M

P a )

K

T e n s i o n e s

v e r t i c a l e s ( M P a )

P o r e l c o r t e

P o r l a

p r e s i ó n

m á x i m a

F230GAM - 2 3 0

1 1 0

1 1 0

5 . 9

0 . 9

7

5 . 7

2

F270GA1-D - 2 7 0

6 0

6 0

6 . 7

0 . 9

5

6 . 3

7

F290GA2-D - 2 9 0

6 2 1

6 2 1

7 . 4

0 . 9

6

7 . 1

0

F310GAM-D - 3 1 0

2 2 7 0

1 9 1 6

5 . 9

0 . 9 6

7 . 3 0 *

F330GAM-1 - 3 3 0

4 4 3

3 8 0

7 . 1

0 . 9

7

8 . 4

4 *

* Valores calculados basados en la línea de tendencia

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La correlación de las tensiones verticales yhorizontales medidas con la profundidad, muestranuna buena correlación (0.96 a 0.99) y una gradualvariación en función de la profundidad (Fig.7).

Tabla 4. Desplazamientos, presión máxima aplicada ytensiones horizontales

Local

N í v e l

Deslocamento

(µm)

r e s

n

m á x i m a

a

l i c a d a

M P

a

K T e n s i o n e s

v e r t i c a l e s

( M P a )

P o r e l

c o r t e

P o r l a

p r e s i ó n

m á x i m a

F230GAM - 2 3 0 32 32 3.3 0.97 3.20

F270GA1-D - 2 7 0 250 250 3.1 0.95 2.95

F290GA2-D - 2 9 0 110 110 3.6 0.96 3.49

F310GAM-D - 3 1 0 60 60 4.1 0.96 3.94

F330GAM-1 - 3 3 0 79 79 4.8 0.97 4.66

La relación entre la tensión vertical y la horizontalvaría de 0.43 a 0.56, con un valor medio de 0.49.La tensión medida en el local del nivel -270 resultóser ligeramente inferior a la tensión medida en el

nivel -230.

Fig. 7 Correlación de las tensiones verticales y horizontalesmedidos “in situ”

2.3. Propiedades geotécnicas de la zona enestudio

Estudios de laboratorio realizados por empresasque operaron la mina de Aljustrel (Duarte N, 2011),realizaron sendos estudios de laboratorio, cuyos

parámetros de interés para el presente estudio sepresenta en la Tabla 5.

Para evaluar la distribución de tensiones ydeformaciones alrededor de las aberturassubterráneas para la explotación del depósito de

Feitais fueron el módulo de cizalladura (“Shear modulus”) G, el módulo de compresibilidad (“Bulk

modulus”) K y el ángulo de dilatación , que soncalculados en base al módulo de elasticidad, elcoeficiente de Poisson y el ángulo de friccióninterna, a través de las ecuaciones 1, 2 y 3,respectivamente.

Tabla 5. Características geotécnicas del macizo en la zonadel depósito de Feitais

Parámetro Sulfuros RiolitasMódulo de elasticidad, E (GPa) 195 60Coeficiente de Poisson, v 0.17 0.22

Ángulo de fricción interna , (º) 36.7 45

Resistencia a la compresión,c

(MPa)

400 110

Resistencia a la tracción,t

(Mpa)35 10

Densidad, (kg/m3) 4600 2800

)1(2 v

E G

(1)

)21(3 v

E K

(2)

4

,

8

(3)

En la ecuación 3, el denominador varía en funcióndel tipo de roca, según Hoek E., 1998, el valor 4corresponde a rocas de muy buena calidad con

una resistencia a la compresión media de 150 MPay el valor 8 para rocas de calidad media conresistencia a la compresión media de 80 MPa ypara rocas de calidad mala con resistencia a lacompresión media de 20 MPa el ángulo dedilatación es cero.

En el caso del depósito de Feitais, la calidad delmacizo sulfuroso es muy buena y del del macizoriolítico se sitúa entre la calidad muy buena ymedia.

Aplicando las ecuaciones 1, 2 y 3 los valores del

módulo de cizalladura, del módulo decompresibilidad y el ángulo de dilatación resultancomo presentado en la Tabla 6.

Tabla 6. Módulo de cizalladura, módulo de compresibilidady ángulo de dilatación del macizo en la zona del depósito deFeitais

Parámetro Sulfuros RiolitosMódulo de cizalladura (GPa) 83.3 24.6Módulo de compresibilidad (Gpa) 98.5 35.7

ngulo de dilatación (º) 9 8

Comparando las tensiones medidas con loscalculados existe una ligera variación, siendo los

valores de las tensiones medidas “in situ”ligeramente inferiores de las calculadas (Fig. 8).Para la modelación se calculan las tensiones “insitu” basado en línea de tendencia de lasmediciones realizadas.

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Fig. 8 Tensiones verticales medidas” in situ” y lascalculadas

3. MODELACIÓN DE LOS TAJEOS DEEXPLOTACIÓN

3.1 Criterio de rotura de Mohr Coulomb

Para la modelación 3D del comportamientogeotécnico de las aberturas en la explotación deldepósito de Feitais se ha utilizado el softwareFLAC3D basado en el criterio de rotura de Mohr-Coulomb, expreso en términos de las tensionesprincipales σ 1, σ 2, σ 3. Los componentes del vector de tensión generalizada correspondientes son lasprincipales deformaciones Є 1, Є 2 , Є 3.

La expresión incremental de la ley de Hook(FLAC3D, 2005) en términos de tensión

generalizada y los incrementos de la tensión tienela forma:

)( 322111

eee (4)

)( 312212

eee (5)

)( 212313

eee (6)

donde α 1 y α 2 son definidos en términos de módulode cizalladura K y módulo de compresibilidad G,expresados por las ecuaciones 7 y 8.

3

41

G

K (7)

3

22

G K (8)

El criterio de rotura utilizado en el modelo FLAC3Des un criterio compuesto de Mohr-Coulomb con latensión “cut-off”, donde:

321 (9)

Este criterio es representado en el plano (α 1, α 3)

ilustrado en la Fig. 9 (las tensiones de compresiónson negativas). La envolvente de rotura f( σ 1,σ 3 )= 0es definida del puno A al punto B mediante elcriterio de rotura de Mohr-Coulomb f

s = 0, donde:

Fig. 9 Criterio de rotura de Mohr –Coulomb en FLAC3D

N c N f s 231 (10)

y de B a C con el criterio de rotura f t = 0 con

t t f 3 (11)

Donde ϕ es el ángulo de fricción interna, c es

cohesión y σ t es la resistencia a la tracción y

sen

sen N

1

1(12)

cuando la resistencia a la tracción del macizo no esexcedido por el valor de σ 3 corresponde al puno deintersección de la línea f

s = 0 y σ 1=σ 3 en el plano

f( σ 1,σ 3 ). El valor máximo corresponde en el caso de

tanmax

ct (13)

3.2 Modelación de los tajeos de explotación

La modelación se realizó para dos escenarios dediseño de explotación escogidos para condicionesde dimensiones mínimas y máximas de los tajeo deexplotación localizados entre el subnivel -350 y -330, que corresponde a una altura de corte de 20m. La inclinación crítica de los tajeos consideradaes de 65º.

El análisis de la estabilidad de los tajeos se realiza

para escenarios extremos operacionalmenteposibles, de menores dimensiones geométricas(Escenario A) y de mayores dimensionesgeométricas (Escenario B), como se puede ver enla Tabla 7.

Tabla 7. Dimensiones geométricas de los tajeos y crucerosde carga

Geometría das frentes Escenario

A BSección horizontal tajeo (m ) 12x20 20x70

Ancho del pilar (m) 19 35Sección vertical crucero de carga (m ) 5x5 5x5 Ancho pilar entre cruceros (m) 19 35

La modelación del escenario A, para la simulacióncon FLAC3D, fue en un ambiente de un block60mx70mx70m donde se generó una red de 36750elementos cúbicos de 2mx2mx2m con un total40176 puntos de red (Fig. 11). De forma similar, la

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modelación del escenario B, fue en un ambiente deun block de 100mx150mx80m, habiéndosegenerado una red de 76800 elementos cúbicos de2.5mx2.5mx2.5m y 82533 puntos de red (Fig. 11).

La simulación o cálculo de la distribución detensiones y deformaciones utilizando ordenador deúltima generación, fue con un total de 30954 ciclospara el escenario A y de 101170 ciclos para elescenario B, habiéndose demorado ente 4 a 5horas.

Fig. 10 Modelo para la simulación del tajeo de explotación:(a) Modelo 3D completo y (b) Tajeos con 20 m de espesor

En el interior de los blocks, para los escenarios A yB, se han modelado la excavación de 4 crucerosde carga, dos en el subnivel -350 y otros 2 en elsubnivel -330, y 2 tajeos de explotación entre losreferidos subniveles (Fig. 10), según la geometríade diseño para cada caso.

Las condiciones de frontera corresponden a laaplicación de una carga de 7.8 MPa calculada parauna profundidad de 300m con la ecuación de

tendencia del resultado de las mediciones detensiones “in situ”.

3.2 Resultados de la modelación de los tajeosde explotación

Para el análisis de la distribución de tensiones ydeformaciones se toma en cuenta las verticales por tener la mayor influencia de desetabilización enrelación de las horizontales, y para tal fin se utilizancortes verticales en planos que pasan por laszonas de mayor interes (Fig. 11).

FL AC3D 3.00

Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA

Step 30954 Model Perspective15:07:26 Fri Mar 04 2011

Center:X: -3.803e+000Y: 3.006e+001Z: -3.472e+001

Rotation:X: 89.930Y: 0.121Z: 359.930

Dist: 2.236e+002 Mag.: 1.37 Ang.: 22.500

GridMagfac = 0.000e+000Linestyle

Contour of SZZMagfac = 0.000e+000Gradient Calculation

-1.6339e+007 to -1.6000e+007-1.6000e+007 to -1.4000e+007-1.4000e+007 to -1.2000e+007-1.2000e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -8.0000e+006-8.0000e+006 to -6.0000e+006-6.0000e+006 to -4.0000e+006-4.0000e+006 to -2.0000e+006-2.0000e+006 to -3.5106e+005

Interval = 2.0e+006

Fig. 11 Tensiones verticales en el corte horizontal en elsubnivel -350 (Subnivel inferior)

3.2.1 Análisis de los resultados de la simulaciónpara el escenario A

En el corte del plano vertical A-A se observa en elpiso y techo de los cruceros del subnivel -350 y -330 las tensiones alcanzan 6 MPa en la partecentral aumentando gradualmente a 8 MPa y 12MPa hacia los laterales. En los hastiales lastensiones alcanzan 20 MPa y disminuyen a 16MPa, 14 MPa y 12 MPa (Fig. 12).

Fig. 12 Distribución de tensiones en la parte central de loscruceros de carga, para tajeos de 12 m x 20 m x 20 m, cortevertical A-A

En el plano vertical B-B, que corresponde laintersección entre los cruceros y los tajeos, seobservan en la parte central del techo y piso de losdesmontes tensiones de 5 MPa aumentandogradualmente hacia los laterales a 7.5 MPa, 10MPa y 12.5 MPa (Fig. 13).

Fig. 13 Distribución de tensiones en la intersección de loscruceros de carga con los tajeos, para tajeos de12mx20mx20m, corte vertical B-B

A A

B B

C C

D D

E

E

.

, .,

: :

::- .: .:- .

:: .: .: .

: . .: ..: .

= .

.

, .,

:: .: .: .

.: ..: .

.

Niv. -330

Niv. -350


-2.0898e+007 to -2.0000e+007-2.0000e+007 to -1.8000e+007-1.8000e+007 to -1.6000e+007-1.6000e+007 to -1.4000e+007-1.4000e+007 to -1.2000e+007-1.2000e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -8.0000e+006-8.0000e+006 to -6.0000e+006-6.0000e+006 to -4.0000e+006-4.0000e+006 to -2.9345e+006

Interval = 2.0e+006


-2.0661e+007 to -2.0000e+007-2.0000e+007 to -1.7500e+007-1.7500e+007 to -1.5000e+007-1.5000e+007 to -1.2500e+007-1.2500e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -7.5000e+006-7.5000e+006 to -5.0000e+006-5.0000e+006 to -2.5000e+006

-2.5000e+006 to 0.0000e+0000.0000e+000 to 9.8201e+005

Interval = 2.5e+006

0 10m

0 10m

0 10m

Tajeo, escenarios:A: 12x20 m

2

B: 20x70 m2

Pilares:

A: 12 m

B: 20 m

Cruceros:

A: 5x5xx20 m3

B: 5x5x30 m3

Dist cruceros:A: 19 m

B: 35 m

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En los hastiales inferior y superior de los tajeos sepresentan tensiones de 10 MPa a 12.5 MPa. Lastensiones máximas en los tajeos se presentan enlas esquinas llegando a 17.5 MPa y 20 MPa; estasaltas concentraciones de tensiones no se registranen las esquinas superiores derecho.

En el corte vertical del plano C-C, que correspondeal plano que pasa por la parte central de los tajeos,en la parte central del techo y piso se registrantensiones nulas (0) y gradualmente aumentan a 2.5MPa, 5 MPa, 7.5 MPa y 10 MPa en las esquinas.En los hastiales inferior y superior las tensionesalcanzan 5 MPa para aumentar a 7.5 MPa y 10MPa. La máximas tensiones se registran en lasesquinas opuestas superior e inferior de hasta 21MPa para luego disminuir a 20 MPa, 17.5 MPa y 15MPa (Fig. 14).

Fig. 14 Distribución de tensiones verticales en los tajeosentre el nivel -350 y -330, para tajeos de 12mx20mx20 m,corte vertical C-C

En el plano vertical generado por el corte D-D, seobserva que en las superficies de las zonas deltecho y piso de los tajeos se presentan tensionesde 15.4 MPa, 15 MPa a 14 MPa y en las

superficies intermedias son menores y van de 14MPa, 13 MPa y 12 MPa (Fig. 15).

Fig. 15 Distribución de tensiones verticales en los frentesde roca caja techo de los tajeos entre el nivel -350 y -330,

para tajeos de 12mx20mx20m, corte vertical D-D

En el corte vertical transversal a los anteriores E-Eque pasa por el centro del crucero y tajeo (Fig. 16)se ve la significativa influencia del tajeo en relaciónal crucero de carga, corroborando la mayor concentración de las tensiones en las esquinas yen el frente o roca caja techo.

Fig. 16 Distribución de tensiones verticales en los frentesde rocacaja techo de los tajeos entre el nivel -350 y -330, cpara tajeos de 12mx 20mx2 m, corte vertical E-E

En cuanto a la distribución de desplazamientosverticales del macizo rocoso en el plano vertical C-C, que corresponde a la parte central de los tajeos(Fig. 17) se observan en el techo desplazamientos

de 10 mm y 9 mm y en piso es de 3 mm. En loshastiales inferior y superior, y en el pilar, varían de3 mm en la parte baja a 8 mm en parte superior.


-2.0661e+007 to -2.0000e+007-2.0000e+007 to -1.7500e+007-1.7500e+007 to -1.5000e+007-1.5000e+007 to -1.2500e+007-1.2500e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -7.5000e+006-7.5000e+006 to -5.0000e+006-5.0000e+006 to -2.5000e+006-2.5000e+006 to 0.0000e+0000.0000e+000 to 9.8201e+005


-1.5351e+007 to -1.5000e+007

-1.5000e+007 to -1.4000e+007-1.4000e+007 to -1.3000e+007-1.3000e+007 to -1.2000e+007-1.2000e+007 to -1.1000e+007-1.1000e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -9.0000e+006-9.0000e+006 to -8.0000e+006

-8.0000e+006 to -7.8681e+006

Contour of SZZMagfac = 0.000e+000

Gradient Calculation-1.4263e+007 to -1.4000e+007-1.4000e+007 to -1.2000e+007-1.2000e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -8.0000e+006-8.0000e+006 to -6.0000e+006-6.0000e+006 to -4.0000e+006-4.0000e+006 to -2.0000e+006-2.0000e+006 to -3.5106e+005

0 10m

0 10m

0 10m

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Fig. 17 Distribución de desplazamientos verticales en lostajeos entre el nivel -350 y -330, para tajeos de

12mx20mx20m, corte vertical C-C

Observando el corte vertical A-A, que correspondeal plano que pasa por la parte central de loscruceros (Fig. 18), se ve que en los cruceros delsubnivel -350 se presentan desplazamientos de 6mm en el techo y 2 mm en el piso; mientras que enlos cruceros del subnivel -330 son en el techo 9mm y en piso 6 mm.

Fig. 18 Distribución de desplazamientos verticales en loscruceros de carga del nivel 350 y 330, para tajeos de12mx20mx20m, corte vertical A-A

3.2.2 Análisis de los resultados de la simulaciónpara el escenario B

En el plano del corte vertical A-A se ve que en elpiso y techo de los cruceros del subnivel -350 y -330 las tensiones alcanzan 7 MPa en la partecentral aumentando gradualmente a 9 Ma y 10MPa hacia los laterales. En los hastiales lastensiones alcanzan 17 MPa y disminuyen a 16MPa, 14 MPa y 12 MPa (Fig. 19).

Comparativamente al escenario A, tiene uncomportamiento muy similar.

Fig. 19 Distribución de tensiones en la parte central de loscruceros de carga, para tajeos de 20mx70mx20 m, cortevertical A-A

En el plano vertical B-B, que corresponde a laintersección entre los cruceros y los tajeos, lastensiones en la parte central del techo y piso de losdesmontes alcanzan valores de 7.5 MPaaumentando gradualmente hacia los laterales a 10MPa y 12.5 MPa. En los hastiales inferior ysuperior de los tajeos se presentan tensiones de12.5 MPa a 15 MPa. Las tensiones máximas en lostajeos se presentan en las esquinas llegando a17.5 MPa a 15 MPa; estas altas concentracionesde tensiones no se registran en las esquinassuperiores derecho e inferiores izquierdo (Fig. 20).

Fig. 20 Distribución de tensiones en la intersección de loscruceros de carga con los tajeos, para tajeos de20mx70mx20m, corte vertical B-B

En el plano vertical C-C, que pasa por la partecentral de los tajeos, en la parte central del techo ypiso se registran tensiones nulas (0) ygradualmente aumentan a 5 MPa, 10 MPa y 15

MPa en las esquinas. En los hastiales inferior ysuperior las tensiones alcanzan 10 MPa y 15 MPaen las esquinas interiores superior e inferior. Lasmáximas tensiones se registran en las esquinasopuestas superior e inferior (interiores) de hasta 30

I I .

: :

:: .: .: .

:: .: .: .

: . .: ..: .

.

Contour of Z-DisplacementMagfac = 0.000e+000

-1.1297e-002 to -1.1000e-002-1.1000e-002 to -1.0000e-002-1.0000e-002 to -9.0000e-003-9.0000e-003 to -8.0000e-003-8.0000e-003 to -7.0000e-003

-7.0000e-003 to -6.0000e-003-6.0000e-003 to -5.0000e-003-5.0000e-003 to -4.0000e-003-4.0000e-003 to -3.0000e-003-3.0000e-003 to -2.0000e-003-2.0000e-003 to -1.0000e-003-1.0000e-003 to 0.0000e+0000.0000e+000 to 0.0000e+000

I .


-1.1368e-002 to -1.1000e-002

-1.1000e-002 to -1.0000e-002-1.0000e-002 to -9.0000e-003-9.0000e-003 to -8.0000e-003-8.0000e-003 to -7.0000e-003-7.0000e-003 to -6.0000e-003

-6.0000e-003 to -5.0000e-003-5.0000e-003 to -4.0000e-003-4.0000e-003 to -3.0000e-003-3.0000e-003 to -2.0000e-003-2.0000e-003 to -1.0000e-003-1.0000e-003 to 0.0000e+000

0.0000e+000 to 0.0000e+000

I I


-1.6706e+007 to -1.6000e+007-1.6000e+007 to -1.5000e+007-1.5000e+007 to -1.4000e+007-1.4000e+007 to -1.3000e+007-1.3000e+007 to -1.2000e+007-1.2000e+007 to -1.1000e+007-1.1000e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -9.0000e+006-9.0000e+006 to -8.0000e+006-8.0000e+006 to -7.0000e+006-7.0000e+006 to -6.2322e+006

I

I I


-2.0734e+007 to -2.0000e+007-2.0000e+007 to -1.7500e+007-1.7500e+007 to -1.5000e+007-1.5000e+007 to -1.2500e+007-1.2500e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -7.5000e+006-7.5000e+006 to -5.0000e+006-5.0000e+006 to -2.5000e+006-2.5000e+006 to -2.6452e+005

I

0 10m

0 10m

0 15m

0 20m

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MPa para luego disminuir a 25 MPa y 20 MPa (Fig.21).

Fig. 21 Distribución de tensiones verticales en los tajeosentre el nivel -350 y -330, para tajeos de 20mx70mx20m,corte vertical C-C

En el plano vertical obtenido por el corte D-D, se veque en las superficies de las zonas del techo y pisode los tajeos se presentan tensiones de 15.8 MPa,15 MPa a 14 MPa y en las superficies intermediasson menores y van de 14 MPa, 13 MPa y 12 MPa(Fig. 22). Este comportamiento es muy parecido alo que sucede en el escenario A.

Fig. 22 Distribución de tensiones verticales en los frentescaja techo de los tajeos entre el nivel -350 y -330, paratajeos de 20mx70mx20m, corte vertical D-D

En el plano vertical E-E que pasa por el centro delcrucero y tajeo (Fig. 23) se ve la significativainfluencia del tajeo en relación al crucero de carga,corroborándose la mayor concentración de lastensiones en las esquinas y en el frente o roca cajatecho.

En cuanto a la distribución de desplazamientosverticales del macizo rocoso en el plano vertical C-C, que corresponde a la parte central de los tajeos(Fig. 24) se observan en el techo desplazamientosde 16 mm y 14 mm y en piso es de 0 mm a 2 mm.En los hastiales inferior, superior y en los pilares,las tensiones, varían de 4 mm a 6 mm y superior de 8 mm a 10 mm.

Fig. 23 Distribución de tensiones verticales en los frentesde roca caja techo de los tajeos entre el nivel -350 y -330,para tajeos de 20mx70mx20m, corte vertical E-E

Fig. 24 Distribución de desplazamientos verticales en lostajeos entre el nivel -350 y -330, para tajeos de

20mx70mx20m, corte vertical C-C

En el corte vertical A-A, que corresponde al planoque pasa por la parte central de los cruceros (Fig.25), se puede ver que en loca cruceros del subnivel350 se presentan desplazamientos de 8 mm en eltecho y 6 mm en el piso; mientras que en loscruceros del subnivel 330 son en el techo 10 mm yen piso 8 mm.

Fig. 25 Distribución de desplazamientos verticales en loscruceros de carga del nivel 350 y 330, para tajeos de 20 m x70 m x 20 m, corte vertical A-A


-3.0302e+007 to -3.0000e+007

-3.0000e+007 to -2.5000e+007-2.5000e+007 to -2.0000e+007-2.0000e+007 to -1.5000e+007-1.5000e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -5.0000e+006

-5.0000e+006 to 0.0000e+0000.0000e+000 to 1.8735e+005

I I .

: :

:: .: .: .

:: .: .: .

: . .: ..: .

.


-1.5895e+007 to -1.5000e+007-1.5000e+007 to -1.4000e+007-1.4000e+007 to -1.3000e+007-1.3000e+007 to -1.2000e+007-1.2000e+007 to -1.1000e+007-1.1000e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -9.0000e+006-9.0000e+006 to -8.0564e+006

I .

I I


-1.7048e+007 to -1.6000e+007-1.6000e+007 to -1.4000e+007-1.4000e+007 to -1.2000e+007-1.2000e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to -8.0000e+006-8.0000e+006 to -6.0000e+006

-6.0000e+006 to -4.0000e+006-4.0000e+006 to -2.0000e+006-2.0000e+006 to -1.6782e+005

I

I I


-1.6308e-002 to -1.6000e-002-1.6000e-002 to -1.4000e-002-1.4000e-002 to -1.2000e-002-1.2000e-002 to -1.0000e-002-1.0000e-002 to -8.0000e-003-8.0000e-003 to -6.0000e-003-6.0000e-003 to -4.0000e-003-4.0000e-003 to -2.0000e-003-2.0000e-003 to 0.0000e+0000.0000e+000 to 0.0000e+000

I


-1.2823e-002 to -1.2000e-002-1.2000e-002 to -1.0000e-002-1.0000e-002 to -8.0000e-003-8.0000e-003 to -6.0000e-003-6.0000e-003 to -4.0000e-003-4.0000e-003 to -2.0000e-003-2.0000e-003 to 0.0000e+0000.0000e+000 to 0.0000e+000

0 20m

0 20m

0 20m

0 20m

0 20m

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4. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOSRESULTADOS

4.1 Tensiones, deformaciones y factor deseguridad en los cruceros de carga

Las tensiones verticales máximas en los crucerosde carga resultan, en el escenario B, 15% a 20%menor comparando con el escenario A (Fig. 26).Este resultado, habrá sido influenciado por dosaspectos:

- Distancia existente horizontal entre loscruceros, que es de 19 m para el escenario Ay 35 m para el B;

- Longitud de los cruceros, que es de 20 m parael escenario y de 30 m para el B.

En los cruceros de carga, las mayores tensiones(15 a 20 MPa) se presentan en la parte central,superior e inferior de los hastiales; mientras que enel techo estas tensiones son menores (6 a 12MPa).

0

5

10

15

20

25

Central de techo

y piso

Lateral de techo

y piso

Central de los

hastiales

Superior e

inferior hastiales

T e n s i o n e s v e r t i c a l e s , M P a

A

B

Fig. 26 Comparación de las tensiones verticales máximasen los cruceros de carga

Los desplazamientos verticales en los cruceros decarga aumentan en 11% a 200% en el escenario Ben comparación con el escenario A. Los valoresmás altos (9 a 10 mm) se presentan en techo delos cruceros del subnivel superior (Nivel -330) (Fig.27).

0

2

4

6

8

10

12

Techo Subnivel

350

Piso Subnivel

350

Techo Subnivel

330

Piso Subnivel

330

D e s p l a z a m i e n t o s v e r t i c a l e s , m m

A

B

Fig. 27 Comparación de los desplazamientos verticales

El factor de seguridad en los cruceros de carga, enambos escenarios son altos (5.5 a 18.3), siendoque en el escenario B disminuye en 14.2% enrelación al escenario A (Tabla 8).

Tabla 8. Factores de seguridad para crucero de carga ydiversas zonas de los tajeos

Locales análisis A BCruceros de carga 5.5 – 18.3 6.9 - 15.7Intersección cruceros y tajeo 5.5 – 20.0 6.3 - 14.7Zona central de los tajeos 5.5 – alto 3.7 - altoZona caja techo macizo 7.1 – 7.9 6.9 – 7.9Pilares de los tajeos 26.7 – 57.1 16.0 – 40.0

4.2 Tensiones, deformaciones y factor de

seguridad en los tajeos

El análisis de las tensiones se realizan en treszonas de los tajeos: en el lado en comunicacióncon los cruceros, en la parte central y en el ladoopuesto a los cruceros.

En el lado en comunicación con los cruceros no seobservan grandes diferencias entre el escenario Ay B. En la zona del techo y piso se presentan unamenor concentración de tensiones (5 a 7.5 MPa)aumentando lateralmente (12.5 MPa), en áreasinferior y superior de los hastiales aumenta

ligeramente (12.5 a 15 MPa) y en algunas esquinasexiste una mayor concentración de tensionesverticales (17.5 a 20 MPa)(Fig. 28).

0

5

10

15

20

25

Central de techo

y piso

Laterales de

techo y piso

Inferior y

superior de los

hastiales

Esquinas de los

hastiales

T e n s i ó n v e r t i c a l , M P a

A

B

.Fig. 28 Comparación de las tensiones verticales máximasen la zona de comunicación de los cruceros con los tajeos

En la zona central de los tajeos (Fig. 29), lastensiones verticales en el techo y piso son igualesy nulas (0 MPa), en ambos escenarios. En loslaterales del techo y piso, zonas inferior y superior y esquinas de los hastiales en el escenario Baumenta en 15% en comparación del escenario A.

En los tajeos las máximas tensiones verticales (20a 30 MPa) se presentan en las esquinas, sinembargo existen algunas esquinas donde estastensiones no son máximas.

0

5

10

15

20

25

30

35

Central de techo

y piso

Laterales de

techo y piso

Inferior y

superior de los

hastiales

Esquinas de los

hastiales


A

B

Fig. 29 Comparación de las tensiones verticales máximasen la parte central de los tajeos

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Finalmente, en el lado opuesto de los cruceros, lastensiones verticales máximas en los tajeos, en elescenario B aumenta 3.8% en relación al A y en lazona intermedia permanece igual, para ambosescenarios (Fig. 30). Esto indica que el aumento delas dimensiones del tajeo no tiene mucha influenciaen la concentración de tensiones en el macizorocoso de caja techo.

Las zonas donde se concentran las tensiones conmáximos valores (15.4 a 16 MPa) son el techo ypiso de los tajeos.

13

13,5

14

14,5

15

15,5

16

16,5

A B


Zona del techo y piso

Zona intermedia

Fig. 30 Comparación de tensiones en el macizo rocoso de lacaja techo

En relación a los desplazamientos en los tajeos deexplotación, se observa que en el escenario B, enel techo existe un aumento de 56% a 60% enrelación al A y en el piso los desplazamientos soninsignificantes (0 a 3 mm). Las mayoresdeformaciones se presentan en el techo de lostajeos (10 a 16 mm) (Fig. 31).

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Techo central Techo laterales Piso central Piso laterales

D e s p l a z a m i e n t o s v e r t i c a l e s , m m

A

B

Fig. 31 Comparación de los desplazamientos verticales enlos tajeos

El factor de seguridad, que influencia la estabilidadde los tajeos, es alto, con valores de 6 a 20 o másen las cámaras y de 16 a 57 en los pilares (Tabla8). La influencia del tamaño de los tajeos, seexpresa con la reducción del factor de seguridaden 27% en las aberturas de los tajeos y de 30% enlos pilares.

5. CONCLUSIONES

En los cruceros de carga, en el escenario B (tajeoscon sección horizontal de 20mx70m) las tensiones

verticales se reducen en 15% a 20% en relación alescenario A (tajeos con sección horizontal de12mx20m), por lo que la alternativa con mayoresdimensiones es más ventajosa. En ambosescenarios la mayor concentración de tensiones se

observan en los hastiales (16 a 20 MPa) y en eltecho la tendencia a la descompresión (6 a 7 MPa).

En los cruceros de carga el factor de seguridadresultan altos (5.5 a 18.3), siendo que en elescenario B reduce en 14.2% en relación alescenario A.

Los desplazamientos verticales más altos sepresentan en el techo de los cruceros (9 a 10 mm)y el escenario B hace que exista aumento en 11%a 200%.

En los tajeos, en el escenario B la acción de lastensiones verticales se reducen hasta tensionesnulas en el techo y hay un aumenta en 15% en loslaterales del techo y piso, zonas inferior y superior y esquinas de los hastiales. En ambos escenariosla mayor concentración de tensiones es en lasesquinas (20 a 30 MPa en la parte central y de 20a 17.5 MPa en caja techo y piso), siendo cero (0MPa) en la parte central del techo; pero in ningúncaso llega a tracción. En los hastiales de los tajeoslas máximas tensiones verticales son de 10 a 15MPa.

En los tajeos de explotación, los desplazamientosmáximos, también se presentan en el techo, convalores de 10 mm a 16 mm. En el escenario B yen relación al A existe un aumento de 56% a 60%.

El factor de seguridad en los tajeos también es alto(6 a 20 o más en las cámaras y de 16 a 57 en lospilares). En el escenario B el factor de seguridad sereduce en media de 28% (26.5% en las aberturasde los tajeos y de 29.9% en los pilares).

Basado en los resultados, se puede afirmar que enla explotación del depósito de Feitais de la mina de Aljustrel se pude aumentar de una secciónhorizontal de 12mx20m hasta 20mx70m sinmayores problemas de estabilidad, ya que lastensiones verticales máximas de compresión quese presentarían llegarían solo a 30 MPa y laresistencia a la compresión del macizo rocoso esde 110 MPa y de los macizos sulfurosos de 400MPa., los que permiten obtener factores deseguridad de 6 a 20 en las aberturas y de 16 a 57

en los pilares.Este resultado muestra que será posible aumentar el ancho de los tajeos a dimensiones mayores que20 m.

Agradecimientos

Los autores agradecen profundamente a laempresa ALMINA Minas de Alentejo S.A. y a“Fundação para a Ciência e Tecnología FCT”,ambas instituciones de Portugal, por haber hechoposible la realización de este trabajo.

REFERENCIAS

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