Efecto del fracturamiento hidráulico (FH) en las propiedades del macizo rocoso primario, mina El Teniente

Abstract

El fracturamiento hidráulico (FH) es una técnica fundamental en la industria del petróleo, gas y minería. Consiste en perforar un pozo para crear canales de alta permeabilidad mediante la inyección de agua a alta presión. Este proceso rompe la roca y abre fracturas controladas, facilitando la extracción de recursos. En minería subterránea se aplica para crear sistemas de fracturas artificiales. En el complejo minero El Teniente, desde 2005, la implementación del FH ha reducido la magnitud de los eventos sísmicos asociados al proceso productivo, lo que ha contribuido a disminuir el daño en la infraestructura y facilitar el crecimiento del Panel Caving. Aunque los primeros estudios sobre el FH se centraron en los parámetros de diseño y se respaldaron con pruebas industriales y modelamientos numéricos. La investigación sobre cómo las fracturas artificiales modifican las propiedades mecánicas del macizo rocoso ha sido limitada. Algunos estudios en minas como Cadia East en Australia, han mostrado cambios marginales a escala de roca intacta, lo que no se ha estudiado en El Teniente, pero si se han desarrollado modelos numéricos que consideran un cambio en las propiedades de la roca según la dirección en la que actúa el esfuerzo. Este trabajo analiza la experiencia del fracturamiento hidráulico (FH) en la explotación por Panel Caving en el complejo minero El Teniente, usando un modelo bidimensional de esfuerzos para estudiar los cambios en las propiedades mecánicas del macizo rocoso. Se evalúa el impacto de fracturas hidráulicas explícitas en el estado tensional, comparando resultados con modelos sin FH en condiciones elásticas y plásticas. Los resultados sugieren que, en condiciones mineras, el estado tensional disminuye en términos de σ1 y σ3, tanto para una condición elástica como plástica, lo que podría favorecer la apertura de fracturas existentes y/o la creación de nuevas. Por otro lado, el análisis bajo el nivel de producción evidenció una tendencia similar, pero de menor nivel. Finalmente, es relevante mencionar que los bordes laterales de los modelos con FH, presentan un aumento en los valores de σ1 y σ3, lo que, aunque no causa la falla, altera las condiciones de esfuerzo respecto a la situación previa. En conclusión, el FH por sí solo no genera cambios significativos en el macizo rocoso; sin embargo, facilita condiciones que favorecen su desarme y explotación durante el proceso productivo. Para modelar esta influencia, se propone ajustar el índice GSI reduciéndolo en 17 puntos, en función de la presencia del FH. Además, se recomienda que futuras investigaciones vinculadas a la modificación de las propiedades en modelos numéricos, consideren distintos entornos geomecánicos y condiciones mineras, incluyendo interacciones de cavidades a diferentes profundidades y escenarios más adversos en términos de niveles de esfuerzo, como en proyectos subterráneos de mayor profundidad. Finalmente, resulta fundamental validar estos efectos mediante ensayos a mayor escala, así como mediante tomografías sísmicas de volúmenes de roca con FH u otras tecnologías, con el fin de obtener una comprensión precisa que esta técnica induce en el macizo rocoso. Finalmente, y de manera complementaria, se realizaron modelos numéricos que demostraron que, con FH, los esfuerzos disminuyen linealmente y más rápidamente, en contraste con el comportamiento cuadrático sin FH. Además, el FH favorece un mayor crecimiento vertical de la cavidad durante la propagación del caving.