Según el Manual de Geomecánica aplicada a la prevención de caída de rocas en minería subterránea, publicada por la Sociedad Nacional de Minería Petróleo y Energía, son múltiples los factores que influyen en la estabilidad del macizo rocoso. En el siguiente extracto veremos algunos de ellos que contribuirán a una excavación minera segura.
La caída de rocas constituye uno de los mayores riesgos en el minado subterráneo. Por esta razón, para que las operaciones mineras sean seguras, es esencial que el personal de la mina identifique los problemas de inestabilidad de la masa rocosa, que pueden conducir a la falla potencial de la misma. De esta manera, se podrá adoptar medidas adecuadas para prevenir los accidentes ocasionados por la caída de rocas.
Los factores que influyen en las condiciones de estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones subterráneas, que son de particular interés en términos de la operación minera día a día, son: la litología, intemperización y alteración, la estructura de la masa rocosa, los esfuerzos, el agua subterránea, la forma, el tamaño y orientación de las excavaciones, el esquema y secuencia de avance del minado, la voladura, el tiempo de exposición abierta de la excavación y los estándares de sostenimiento.
Antes de realizar una excavación, la masa rocosa se encuentra en equilibrio. Sin embargo, cuando la excavación se ha creado, esta rompe las condiciones de equilibrio pre-existentes. Lo mencionado crea perturbaciones en la masa rocosa que es necesario controlar. Cuando estas perturbaciones son adversas, pueden resultar en inestabilidades de la masa rocosa como fracturamientos y aflojamientos de la roca. Asimismo, crea deslizamientos a través de superficies de discontinuidad, deflexiones excesivas del techo, convergencia o cierre de los contornos de la excavación o de las cajas de una labor en veta, astillamientos, lajamientos, reventazones y estallidos de rocas.
La identificación de las inestabilidades de la masa rocosa, debe ser llevada a cabo en forma continua durante el desarrollo de la mina. En ese sentido, se debe realizar en base a la información geomecánica que se tenga disponible y las inspecciones de rutina de la masa rocosa de las aberturas mineras.
Influencia de la litología, intemperización y alteración
El tipo de roca influye en las condiciones de estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones. Por ejemplo, las margas, tufos y tobas volcánicas de textura granular o brechoide, caracterizadas por su baja densidad y alta porosidad, son rocas que absorben rápidamente la humedad. Como consecuencia, se deterioran, pudiendo llegar paulatinamente al fallamiento. En especial si es que no se adoptan medidas de control de la estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones.
Las condiciones inestables de estos tipos de roca, se incrementan en condiciones de mayor presencia de agua (goteos y flujos), presencia de agua ácida y materiales rocosos carbonatados. Asimismo, en la presencia de altos esfuerzos y cuando se ubican entre capas de roca de mejor calidad. Por ejemplo, brechas tufáceas entre lavas andesíticas o margas entre calizas.
Particularmente en la roca estratificada, se presentan horizontes de rocas de mala calidad como lutitas, margas, calizas carbonosas, calizas porosas u otras rocas que contienen arcillas. Estos materiales constituyen estratos débiles, principalmente en presencia de agua. Como consecuencia, pueden influir adversamente en las condiciones de estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones.
Por otro lado, las rocas intemperizadas y alteradas también pueden influir en las condiciones de estabilidad de la masa rocosa. Las rocas superficiales intemperizadas, son rocas deterioradas y propensas a causar inestabilidades al ser excavadas. Su rasgo principal es la presencia de óxidos de fierro debido a la oxidación y el contenido de arcillas por la descomposición de los feldespatos u otros minerales. En la mayoría de los casos las bocaminas requieren ser sostenidas.
Las rocas alteradas tienen características más complejas. Las alteraciones hidrodrotermales son muy relevantes en el minado, desde que están asociadas con la formación y tipo de los yacimientos minerales. Las características de la alteración influyen en forma adversa o en forma favorable a las condiciones de estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones.
A manera de ejemplo, presentamos el zoneamiento simplificado de una estructura mineralizada en un ambiente de alteración hidrotermal en vetas:
- Zona de alteración silícea o cuarzo sericita, asociada con la mineralización de la veta, en donde ocurren rocas de calidad regular.
- Zona de alteración argílica, avanzada o intermedia, correspondiente a las cajas inmediatas, donde ocurren rocas de mala calidad y propensas al fallamiento.
- Zona de alteración propilítica potásica, asociada a la periferia de las cajas, en donde la roca mejora su calidad, sin embargo, las fracturas presentan minerales de clorita formando superficies lisas.
- Zona de roca estéril no afectada por la alteración, en donde ocurren condiciones geomecánicas características de los macizos rocosos.
Además del zoneamiento de la alteración local (en la veta), algunos yacimientos presentan un zoneamiento hidrotermal regional, mostrando las diferentes zonas de alteración, condiciones geomecánicas que la caracterizan y que influyen en la estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones. También es importante anotar que algunas rocas presentan, en su composición mineralógica, materiales de características expansivas como la anhidrita (sulfato de calcio) y la montmorillonita (tipo de arcilla). La primera relacionada con las calizas y la segunda con tufos volcánicos o rocas como las fillitas.
Influencia de la estructura de la masa rocosa
La influencia de los rasgos estructurales geológicos sobre las condiciones de estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones, es de particular interés en términos de las operaciones mineras día a día. La influencia de la estructura de la masa rocosa puede ser simplificada considerando los siguientes tipos generales de excavaciones:
- En roca masiva o levemente fracturada.
- En roca fracturada.
- En roca intensamente fracturada y débil.
- En roca estratificada.
- En roca con presencia de fallas y zonas de corte.
Influencia de los esfuerzos
Cuando el minado procede a poca profundidad respecto de la superficie, la estabilidad de las excavaciones está condicionada principalmente por la influencia de la estructura de la roca, tal como se ha descrito en el acápite anterior.
A medida que la profundidad del minado aumenta (mayor encampane), en general los esfuerzos naturales en toda la masa rocosa también van incrementándose. Esto debido principalmente al peso de la roca sobreyacente o denominada también carga litostática. Cuando se apertura una labor minera en esta masa rocosa, se rompe el campo de esfuerzos naturales y se induce un nuevo estado de esfuerzos en la roca circundante a la excavación. Conforme avanza el minado, los esfuerzos inducidos pueden concentrarse en ciertos lugares de las excavaciones, en otros pueden disiparse. Particularmente en las áreas de concentración de esfuerzos, estos pueden exceder la resistencia de la roca. Lo mencionado genera problemas de inestabilidad en la masa rocosa de las excavaciones, que se traduce a problemas potenciales de caída de rocas.
En términos de la estabilidad de las labores mineras, la influencia de los esfuerzos en la masa rocosa puede ser simplificada considerando a los siguientes tipos generales de terrenos:
- Esfuerzos antes de la excavación.
- Esfuerzos en roca masiva o levemente fracturada
- Esfuerzos en roca fracturada.
- Esfuerzos en roca intensamente fracturada y débil.
- Esfuerzos en roca estratificada.
- Esfuerzos en presencia de fallas y zonas de corte.
- Esfuerzos en roca expansiva.
Publicado en la Revista Seguridad Minera nº125.
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