Evaluación de la respuesta del refuerzo bóveda - cables en puntos de vaciado Recursos Norte mina El Teniente

Abstract

Asegurar la estabilidad de la infraestructura de los puntos de vaciado que albergan a los piques o estructuras verticales que trasladan el material extraído hacia un nivel de transporte, es fundamental para dar continuidad a la extracción metalúrgica aguas abajo del proceso minero. En el caso de los sectores actualmente en explotación por el método de panel caving al interior de la mina El Teniente, estos puntos de vaciado se concentran en el nivel de producción, emplazados en pilares de roca, los que tienen por esta razón menor área y delimitan zonas de mayor luz en comparación a los pilares del entorno. Por lo anterior, estos sectores son más propensos a la caída de cuñas, desarme de bloques e incluso colapsos. A partir del año 2019, se comenzó a implementar en terreno un refuerzo del crown pillar entre el nivel de producción y el nivel superior o nivel de hundimiento, que incluye la incorporación de cables de acero desde el techo del nivel de producción hasta el piso del nivel de hundimiento, mallas electrosoldadas y la proyección de shotcrete conformando una estructura tipo bóveda. En este estudio se evalúa la implementación del refuerzo de bóveda – cables para los puntos de vaciado.

La evaluación se enfoca en el análisis de datos de terreno obtenidos del sector Recursos Norte, revisión de métodos empíricos de análisis de estabilidad asociada a una búsqueda bibliográfica y modelación con herramienta computacional tridimensional (programa RS3). Con la evaluación de los antecedentes de terreno y modelo numérico, se concluye que las principales variables que definen la vulnerabilidad geomecánica del punto de vaciado son su geometría y la condición de esfuerzos que es variable en el tiempo demostrando el rol clave de la minería en la generación de inestabilidades. Por otro lado, con el modelo numérico se respalda el aporte del refuerzo bóveda - cables y la incorporación de cables horizontales de amarre del pilar para mejorar el diseño.

Se concluye que el refuerzo bóveda – cables en los puntos de vaciado, genera una superficie más rígida que impide de manera eficiente el desconfinamiento del contorno y por ende la caída de cuñas o desarme de bloques, haciendo que los procesos de colapso en los puntos de vaciado sean menos acelerados en comparación a los puntos de vaciado que no tienen este refuerzo. En base a lo realizado hasta ahora, futuros trabajos deberían considerar cambios en la geometría de los pilares que minimicen el impacto sobre su estabilidad (sin reducción de su área por diseño), evaluaciones que tomen en cuenta la variación de esfuerzos en el tiempo asociada a los cambios de la minería en el entorno (avance del frente de hundimiento) y desarrollo de modelos que permitan integrar los sistemas de fortificación en la respuesta del macizo rocoso en los distintos escenarios de esfuerzos.

Ensuring the stability of the infrastructure at shaft points, which include the shafts or vertical structures that transfer extracted material to a transport level, is essential to maintain the continuity of extraction processes. In the case of sectors currently with panel caving method inside the El Teniente mine, these shaft points are concentrated on the production level, located within rock pillars. For this reason, they have smaller areas and define zones with larger spans compared to surrounding pillars. Consequently, these sectors are more prone to wedge falls and even collapses. Since 2019, a reinforcement system has been implemented in the field for the crown pillar between the production level and the upper or undercut level. This reinforcement includes the incorporation of steel cables from the roof of the production level to the floor of the undercut level, welded wire mesh and shotcrete, forming a cable - concrete structure. This study evaluates the response of the cable – concrete structure reinforcement system for the shaft points. The evaluation focuses on the analysis of field data obtained from the Recursos Norte sector, a review of empirical methods for stability analysis through a bibliographic search, and modeling using a three-dimensional computational tool (RS3 software). From the analysis of field data and the numerical model, it is concluded that the main variables defining the vulnerability of shaft points are their geometry and the stress conditions which vary over time, demonstrating the key role of mining in generating instabilities. On the other hand, the numerical model supports the contribution of the cable – concrete structure reinforcement system and the incorporation of horizontal cables to the pillar, improving the design. It is concluded that the cable – concrete structure reinforcement system at the shaft points creates a more rigid surface that efficiently prevents the deconfinement of the contour and, therefore, wedge falls. This makes the collapse processes at the shaft points slower compared to those without reinforcement. Based on the work carried out here, future efforts should consider changes in pillar geometry to minimize impacts on their stability, evaluations that account for the variation in stress over time due to changes in the surrounding mining environment (advancement of the caving front), and the development of models that integrate support systems into the rock mass response under different stress scenarios.