Análisis geológico-geomecánico de pilares de roca mediante perforaciones de auscultación, en los sectores productivos Mina Esmeralda y Mina Pilar Norte, Pertenecientes a la División El Teniente, CODELCO, Región del Libertador General Bernardo O’Higgins, Chile.

Abstract

El comportamiento geomecánico de pilares de roca en respuesta al estado tensional generado por la explotación minera mediante el método de Panel Caving, es un factor relevante para asegurar estabilidad global de los sectores productivos. Una respuesta desfavorable se traduce en inestabilidades geomecánicas que se evidencian generalmente en la zona de Abutment Stress, y cuya intensidad varía principalmente según la condición litológica-estructural y distancia al frente de hundimiento de cada pilar. Bajo este contexto, en los últimos años División El Teniente, ha impulsado la integración de diversas técnicas de monitoreo y parámetros que permiten establecer un criterio de evaluación y comportamiento de pilares. Siguiendo esta línea, el presente trabajo consiste en el análisis de siete pilares monitoreados mediante perforaciones de auscultación a través de Borehole Camera (BHC), aplicando el parámetro geomecánico denominado Índice de daño de la Perforación (IDP), parámetro que relaciona el daño observado en la perforación con la curva esfuerzo-deformación de un macizo rocoso de ruptura frágil a escala probeta. A lo largo de las perforaciones es frecuente observar un daño tipo Breakouts cuya profundidad de daño (𝑅𝑓) está estrechamente relacionada con el estado tensional y unidad litológica del pilar. De los resultados obtenidos, se observa que los bordes del pilar presentan un daño asociado predominantemente a una condición de “roca plastificada” (daño tipo IV según IDP), mientras que, hacia el interior del pilar, es frecuente observar la condición de Breakout en la perforación (daño tipo III según IDP), resultados que se correlacionan con valores altos de RQD, factor que indica la presencia de un macizo rocoso competente capaz de transmitir altos esfuerzos. Lo anterior evidencia que en los pilares de roca se genera una distribución heterogénea del estado tensional, con una concentración de los mayores esfuerzos hacia las zonas interiores, y una transmisión de carga residual hacia los bordes, producto de la condición de “roca plastificada” en esta zona. A partir de esta condición, es posible definir una geometría efectiva del pilar, que es menor a la geometría de diseño, y que está conformada por el macizo rocoso competente capaz transmitir las cargas. Los resultados de este estudio indican que la resistencia de pilares considerando la geometría efectiva respecto de la geometría de diseño, disminuye entre el 3% y el 15% según Lunder y Pakalnis (1997), mientras que para la metodología de Stacey y Page (1986) disminuye entre el 12% y el 29% respectivamente. Para el caso de la profundidad de daño (𝑅𝑓), los resultados se obtuvieron a partir 200 mediciones, las cuales fueron normalizadas al radio de la excavación (𝑎) y se evaluaron según su posición respecto al frente de hundimiento al momento de realizar la auscultación. Como tendencia general, se observa una tendencia al aumento de los valores de 𝑅𝑓/𝑎 a medida que estos se encuentren más cercanos al frente de hundimiento. Mediante la expresión 𝑅𝑓/𝑎 =0.4 𝑥(𝜎𝜃𝑚á𝑥/𝜎𝑐)+0.68 (González y otros, 2016) es posible estimar el grado de esfuerzos en torno a la perforación obteniendo esfuerzos tangenciales máximos (𝜎𝜃𝑚á𝑥=3𝜎1−𝜎3) entre los 175 a 195 MPa en zonas de pre-minería los cuales aumentan en la cercanía del frente hasta un rango aproximado entre los 230 a 355 MPa. Por otra parte, los resultados de la dirección del eje del daño tipo Breakout indican que el esfuerzo principal mayor (𝜎1) tiene una orientación preferentemente sub-vertical, condición que se observa con mayor claridad en las perforaciones más cercanas al frente de hundimiento. En términos de magnitud, el esfuerzo principal mayor alcanza valores que varían en un rango de 65 a 75 MPa en zona de pre-minería hasta a un rango de 90 a 135 MPa en la cercanía del frente. Dada la orientación sub vertical identificada para 𝜎1 los valores obtenidos anteriormente constituyen una buena aproximación del esfuerzo máximo que podría actuar sobre los pilares de roca.