Subsidencia

SUBSIDENCIA

Cuando se usan métodos de hundimiento para realizar la extracción del mineral, se forma una cavidad subterránea la cual genera manifestaciones de inestabilidad en las zonas superiores. Mientras la extracción del mineral continúa, se genera una cavidad lo suficientemente grande como para fracturar el macizo rocoso ubicado entre la superficie y el mencionado hueco, iniciando la depresión superficial del terreno, es decir, la subsidencia. Inicialmente los efectos son locales, pero con el transcurso y continuación de la extracción, esto se hace evidente en superficie, generándose un cráter de subsidencia (Vergara, 2014).

Lo anteriormente mencionado es respaldado por Brown (2007), quién describe que a medida que el mineral es extraído desde subniveles de producción, el hundimiento se propaga verticalmente a través del bloque mineralizado, hasta que la roca superior también es quebrada dando lugar a un cráter de subsidencia en la superficie.

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Según Laubscher (2000), la sólida evaluación de los ángulos límite de la cueva que produce la subsidencia, es muy importante para determinar el tamaño final del cráter, la extensión de la falla y los aspectos medio ambientales. Es por este motivo que se han desarrollado gráficos para determinar los ángulos óptimos en función del MRMR. Los mencionados ángulos deben ser calculados para diferentes profundidades.

Es necesario conocer los parámetros que gobiernan el fenómeno de subsidencia, los cuales son:

• Las tensiones regionales inducidas, las cuales mediante su orientación y magnitud determinan si las juntas están sujetas, en tensión o en cizallamiento. Además, tienen gran influencia en el comportamiento de la pared del cráter.  
• El MRMR, la cual debe ser calculada en intervalos verticales (Cárcamo, 2016).
• La Geometría de la zona mineralizada, la cual determinará la forma del cráter y la respuesta del macizo rocoso en diferentes lugares. Una zona estrecha tendrá altas tensiones actuando en los lados y un ángulo de la cueva más pronunciado (Woo et al., 2013).
• La profundidad del yacimiento, ya que es un factor clave en el ángulo de la cueva. También afecta las tensiones inducidas.
• La altura de la columna de mineral y la columna de la cueva, ya que, cuando la altura de columna de mineral es alta y los residuos sobrantes son bajos, el ángulo de la cueva disminuirá con la reducción del nivel a medida que se expongan los lados del cráter (Campos de Orellana, 1982).
• La topografía, ya que, si por algún motivo se produce la subsidencia en zonas de ladera de colinas o montañas, a menudo se produce derrumbe de las laderas superiores (Tomás et al., 2009).

GRÁFICOS PARA DETERMINAR LOS ÁNGULOS DE LA CUEVA

El ángulo de la cueva define el límite o plano de movimiento activo del material que desciende a medida que progresa el hundimiento. Los ángulos de la cueva son función de la resistencia del macizo rocoso tal como refleja el MRMR, la densidad, altura del material excavado, y el ancho de la zona de la cueva en términos de las tensiones de arco y la restricción en el límite de la cueva. Las estructuras principales presentes en el macizo rocoso pueden causar que el ángulo de la cueva se incline o aplane dependiendo de del manteo de las mencionadas (A Vyazmensky et al., 2008).

En las Figuras X y X, se muestra las dos graficas que permiten determinar el ángulo de la cueva según su RMRM y el denominado factor de subsidencia.

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La gráfica anterior tiene un enfoque conservador y debería usarse para situar infraestructuras importantes, como plantas o pozos.

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La gráfica anterior es menos conservadora y se debe utilizar para el control de la extracción y los cálculos de entrada de agua.

MODELAMIENTO DE LA SUBSIDENCIA

A la luz del creciente uso del método de Block Caving para explotar yacimientos subterráneos y debido a la importancia de incrementar el conocimiento sobre una potencial subsidencia superficial, es que existe una necesidad genuina de estudiar mediante modelos numéricos los principios generales del desarrollo de la subsidencia asociada al Block Caving. En 2010 el Centro de Excelencia en Innovación Minera (CEIM), propuso un proyecto de demostración para explorar la capacidad de los códigos para simular la fractura del macizo rocoso y la propagación de la falla a la superficie. Con los avances de la tecnología computacional se han desarrollado y aplicado técnicas de modelamiento numérico para simular la subsidencia en la minería, dentro de los códigos más relevantes se tiene:

• FLAC (Singh et al., 1993).
• 3DEC (H. Li & Brummer, 2005).
• PFC3D (Gilbride et al., 2005).
• DDA (Wu et al., 2004).
• RFPA (L. C. Li et al., 2009).
• ELFEN (Alexander Vyazmensky et al., 2010)-

Los códigos nos permiten tanto modelar como demostrar los perfiles de subsidencia en superficie y los modos de falla a diferentes profundidades producto de la propagación de fracturas inducidas por el hundimiento.

EFECTO DE LAS PRINCIPALES INSTALACIONES SUBTERRÁNEAS

Las grandes instalaciones dentro de un yacimiento explotado vía Block Caving, influyen en el ángulo de la cueva si la proximidad fuera tal que el pilar intermedio pudiera sufrir una mayor tensión y fallar, esto se debe a que el macizo rocoso que queda entre la caverna y la instalación va a tener una distribución de esfuerzos diferente a la del contorno, pudiendo llegar al colapso del pilar o de la mencionada porción de macizo rocoso. Esto tendería a aplanar el ángulo de la cueva, aumentar la extensión de la zona de falla y tener un efecto adverso en las instalaciones principales.

Según CODELCO (2009), toda infraestructura permanente deberá ser ubicada fuera del cono de influencia generado por la subsidencia final de la explotación, mientras que toda infraestructura de nivel deberá ser emplazada fuera del área de influencia de la subsidencia generada por el nivel inmediatamente inferior, proyectada a la cota de emplazamiento de la infraestructura de nivel.

La subsidencia debido a la propagación de fallas hacia la superficie y la consecuente creación del cráter de subsidencia puede llegar a ser sumamente significativa en instalaciones superficiales, es por lo que se requiere un enfoque conservador para calcular el ángulo de la cueva y la extensión de la zona de falla cuando se trata de ubicar instalaciones de superficie importantes como una planta. Si no se dispone de información geológica de peso, a menudo lo más seguro es tomar un ángulo de 45° del nivel de producción más bajo posible (Laubscher, 2000).

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