Impacto del campo de esfuerzos en el fracturamiento hidráulico

Abstract

El fracturamiento hidráulico (FH) es utilizado para preacondicionar el macizo rocoso para facilitar la propagación del caving en métodos de explotación subterránea por hundimiento y disminuir las dimensiones de los bloques de mineral formados. Esto se logra aumentando el número de discontinuidades existentes inyectando agua a altas presiones produciendo fracturas por tracción, las que se orientan de manera perpendicular al esfuerzo principal menor. Sin embargo, las mejores condiciones se obtienen cuando estas resultan horizontales, por lo que es necesario comprender el comportamiento de los esfuerzos para desarrollar el FH de la mejor manera posible evitando que se inclinen. Una forma de lograr esto es a través del modelamiento numérico y la correlación de sus resultados con datos empíricos. El trabajo presentado en este informe utiliza el software Phase2 para identificar el efecto de distintos parámetros de la geometría (ángulo de desplome, ángulo de extracción y socavación) generada al explotar un yacimiento a través de Panel Caving con herramientas de modelamiento numérico e implementar este conocimiento para proponer una metodología que permita estimar la forma de la cavidad que se produce con este método de explotación en función de los registros de propagación media de las distintas fracturas desarrolladas por pozo de FH. Al analizar los resultados obtenidos es posible concluir que a mayores ángulos de desplome, mayores son los esfuerzos delante del frente de socavación por existir una mayor cantidad de roca soportada por este sector. Además el análisis de esta variable permite notar que la zona más cercana a la cavidad se encuentra desconfinada, por lo que se necesitan menores presiones para fracturar el macizo. En cuanto a la socavación y ángulo de extracción, el efecto que generan es similar, produciendo perfiles más cóncavos con esfuerzos menores en la parte superior del pozo y valores notablemente mayores en la sección inferior de estos porque se produce una concentración de esfuerzos delante del frente de socavación. Para el análisis del ángulo extracción se pudo notar que éste debe estar presente en el modelo al igual que la socavación, aunque el valor que se use entre los rangos estudiados no es muy relevante ya que las variaciones producidas en el comportamiento del esfuerzo principal menor son muy leves y no justifican la elaboración de nuevos modelos. La metodología propuesta entrega valores bastante satisfactorios para los dos pozos utilizados para verificarla, resultando en perfiles que se comportaban similar a los registros de presiones en especial en la parte superior de los tiros. En base a esto, se considera que es una buena herramienta para complementar otros métodos de estimación o para obtener una aproximación cuando no existan medios distintos que se puedan usar, sobre todo al considerar que se trata de representaciones muy simplificadas que no presentan grandes dificultades para generarlas y poder analizarlas posteriormente. El trabajo que se presenta abre a su vez opciones para llevar el estudio más adelante e identificar si es posible que los ajustes sean mejores. Para esto se propone incorporar elementos que por simplificación fueron dejados de lado en este trabajo e incluso desarrollar una nueva metodología utilizando modelos en tres dimensiones.