Modelamiento numérico de sobre excavación de paredes colgantes en caserones abiertos

Abstract

La principal información para el diseño de caserones consiste en determinar la estabilidad de la excavación con el fin de cuantificar la dilución planificada y estimar el potencial de dilución asociada a la sobre excavación de las paredes. Para cumplir este objetivo, actualmente se utilizan métodos de diseño derivados de gráficos de estabilidad empíricos. Para complementar estos métodos, existen criterios para estimar la sobre excavación de caserones usando modelamiento numérico, sin embargo, algunos de estos criterios no relacionan el esfuerzo principal intermedio y/o las características geotécnicas del macizo rocoso, por lo que no representan las condiciones reales en las que se encuentra la excavación. El presente trabajo busca desarrollar un criterio que ayude a determinar la sobre excavación utilizando el modelamiento numérico de caserones en minería por sublevel stoping. En primera instancia, se realiza un estudio de la evolución que han tenido las distintas metodologías empíricas para la estimación de la estabilidad y sobre excavación de caserones abiertos, así como de los distintos métodos que se han desarrollado para la estimación de sobre excavación en el modelamiento numérico para este tipo de excavaciones. Luego, se genera una base de datos que recolecta la información geométrica y geotécnica de 307 casos históricos de estabilidad de caserones de Canadá. A partir de esta base de datos, se realiza un análisis de los actuales criterios de estimación de sobre excavación a través del modelamiento numérico. Para este fin, se modelan distintos casos usando un modelo constitutivo lineal-elástico en el software de diferencias finitas FLAC3D v6.0. Los resultados de la primera parte permiten concluir que los criterios analizados no logran reproducir las guías actualizadas de estimación de sobre excavación deducidas a través del análisis estadístico de la base de datos de casos históricos, por lo que es preciso construir un nuevo criterio numérico que presente una solución a las desventajas identificadas en la respuesta del modelamiento numérico. En segunda instancia se propone un nuevo criterio para estimar la sobre excavación de la pared colgante en caserones abiertos. Para esto, 408 modelos numéricos de caserones abiertos son modelados considerando diferentes parámetros geométricos y geotécnicos. Se utiliza un modelo constitutivo lineal-elástico en el software de diferencias finitas FLAC3D v6.0. El esfuerzo principal menor (σ_3) es evaluado en relación con la sobre excavación de la pared colgante, identificada mediante el Equivalent Linear Overbreak/Slough (ELOS), para calibrar nuevos modelos que estimen la sobre excavación considerando los esfuerzos principales y propiedades geotécnicas del macizo rocoso. Finalmente, el rendimiento de cada criterio propuesto es evaluado comparando sus resultados con los valores usados para su calibración. El mejor criterio establece una influencia y relación significativa entre la calidad del macizo rocoso y el esfuerzo principal menor (σ_3) e intermedio (σ_2) en la sobre excavación de la pared colgante causado por la relajación de esfuerzos. El uso del criterio propuesto mejora la capacidad predictiva del método de modelamiento numérico y conduce a una modificación de los análisis numéricos usados actualmente en la industria. Para trabajos futuros se recomienda evaluar y calibrar el criterio propuesto con nuevos modelos numéricos que consideren variaciones en la inclinación de la pared colgante y en el ancho de las excavaciones mediante la ampliación de la base de datos utilizada inicialmente.