Fortificación e infraestructura subterránea en minería: procesos y seguridad

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CHILE

INSTITUTO PROFESIONAL

CENTRO DE FORMACIÓN TÉCNICA Inacap

Perforación Carga de Explosivos Voladura Topografía

Unidad Nº1

Fortificación e Infraestructura Subterránea

Fortificación y Elementos Complementarios Sostenimiento Ventilación Saneo Carga Docente: Nicolas Gaete C. Sede: INACAP Renca

Introducción a la Minería

• El proceso productivo de extracción de minerales comprende un gran número de etapas y en cada una de ellas participan mineros que, día a día, laboran con gran responsabilidad, entusiasmo y dedicación.
• Lamentablemente este esfuerzo cotidiano no está libre de riesgos y frecuentemente enfrentan peligros que pueden provocar accidentes o enfermedades profesionales.
• Uno de los principales riesgos es la caída de rocas, que genera un 40% de los accidentes de trabajo, los cuales, en la mayoría de los casos, son graves, incapacitantes o fatales.

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Fortificación en Minería

La fortificación en minería se refiere a las técnicas y métodos utilizados para reforzar las estructuras subterráneas y garantizar la seguridad de las operaciones mineras. Este proceso es crucial para prevenir derrumbes, deslizamientos y otros riesgos asociados con la excavación en entornos inestables.

Objetivos de la Fortificación en Minería

• Seguridad: Proteger a los trabajadores y equipos de posibles colapsos.
• Estabilidad: Mantener la integridad de las galerías y pozos.
• Eficiencia: Aumentar la vida útil de las excavaciones y reducir los costos de mantenimiento.

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Factores de Caídas de Roca

¿Cómo se produce la caída de roca?

En el interior del cerro, cuando le sacamos una parte al excavar una galería, se producen grandes presiones en todas las direcciones, las que debilitarán las cajas y el techo hasta que se vuelva a acomodar el cerro, en ese tiempo debemos estar atento para botar todos las rocas sueltas que se produzcan. Sin embargo, esto cambia al extraer el mineral, pues se crea un espacio en el cual las caras libres quedan sometidas a fuerzas que empujan la roca hacia el espacio vacío, provocando grietas en el techo y las cajas, generando rocas sueltas que posteriormente caerán

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

ELEMENTOS DE FORTIFICACIÓN

Taladro Placa Mecanismo de expansión Varilla Rosca Tuerca Plancha de sujeción Resina Tubo de expansión

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Elementos de Fortificación

• Pernos de Anclaje Mecánico
• Pernos de Anclaje con Resina o Cemento
• Pernos de Anclaje por Fricción
• Cables de Acero
• Planchuelas
• Mallas
• Shotcrete
• Shotcrete con Fibras
• Madera
• Marcos de Acero

Taladro Placa Mecanismo de expansión Varilla Rosca Tuerca

PERNO CON TUERCA

Resina Plancha de sujeción Tubo de expansión

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Pernos de Anclaje

Se introducen fierros o cables en perforaciones anclándose en las paredes de la perforación. Forman parte del mismo entorno reforzando la resistencia de la roca, ayudando para que se autosoporte y se oponen a la desunión de bloques de roca. La selección y el método de instalación de un perno para roca dependen de lo siguiente; el tipo de roca, el tamaño y la dirección del movimiento del macizo rocoso, la presencia de agua o humedad y la duración planeada para la labor.

Clasificación de Pernos de Anclaje

La clasificación que utilizaremos es la siguiente:

• Pernos anclados mecánicamente
• Pernos anclados con resina o cemento
• Pernos anclados por fricción

Viga de presión Perno

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Pernos de Anclaje Mecánicos

Pernos de anclaje mecánico Se fija en un solo punto en el fondo de la perforación por medio de un dispositivo de expansión (de fierro)

Taladro Placa Mecanismo de expansión Varilla Rosca Tuerca

PERNO CON TUERCA

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Partes de los Pernos de Anclaje Mecánicos

Los pernos de anclaje constan de las siguientes partes:

• Chaveta de expansión
• Perno de anclaje
• Plancha metálica (4' x 4' y 1/4" de espesor)
• Tuerca del perno

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Instalación de Pernos de Anclaje Mecánicos

Instalación Colocar la plancha en la base del perno. Enroscar, la chaveta de expansión en el otro extremo del perno. Insertar completamente el perno en el taladro, con la chaveta de expansión adelante, hasta el fondo del taladro. Enroscar el perno de anclaje, girando en sentido del reloj la cabeza del perno

Rosca Chaveta de expansión Chaveta de expansión Rosca Fracturas Pero Perno Plancha metálica Ilnacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Características principales de Pernos de Anclaje Mecánicos

Características principales: Anclaje Puntual Anclaje sistemáticos 1 3 6

Linacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Métodos para determinar la longitud de un perno para roca

Algunos métodos para determinar la longitud de un perno para roca

1. La profundidad de las capas (x) a soportar. Longitud del perno (L) = X+0,75 mts

2. Dimensión de los bloques (X) a soportar Longitud del perno (L) = X+0,75 mts

3. Dimensión del ancho de la labor Longitud del perno (L) = 1,4+(0,15xW)

4. Pernos en el Techo Longitud del perno (L) = 1/3W

ト X L A B L = X+0,75 M L c - W L=1.4+(0.15xW)

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

VIDEO Pernos de Anclaje Mecánicos

VIDEO

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Pernos de Anclaje con Resina o Cemento

El tipo más comúnmente usado es el perno, de barra de fierro o acero tratado. Se utiliza cemento o resina como adherente. La resina resulta conveniente para ser usada en pernos sometidos a altas tensiones desde momentos tempranos y/o pretensados, lo cual no descarta su uso en pernos sin tensión previa.

Resina o cemento Pero de anclaje Pernos anclados con resina o cemento

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Características de Pernos con Cemento

• ALTA CAPACIDAD DE CARGA (16 t)
• BUENA PROTECCION CONTRA LA CORROSION
• DIFICULTADES PARA REALIZAR UN BUEN CONTROL DE CALIDAD.
• REQUIERE UN ESTRICTO CONTROL DE LA LECHADA ( razón agua/cemento, tiempo de curado, inserción de la lechada).

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Características de Pernos con Resina

• ALTA CAPACIDAD DE CARGA ( mayor 22 t)
• BUENA CAPACIDAD DE SOPORTE CUANDO QUEDA BIEN INSTALADO
• RAZONABLE PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSION
• SE DEBEN CONOCER EN DETALLE LAS CARACTERISTICAS DE LA RESINA UTILIZADA (vida útil, procedimiento para insertar en la perforación y mezcla, temperatura de trabajo, efectos sobre la piel de los trabajadores).

Resina

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

VIDEO Pernos de Anclaje con Resina o Cemento

VIDEO

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Pernos de Anclaje por Fricción

Existen dos tipos:

• Split set
• Swellex

Plancha de sujeción Tubo de expansión Solo el split set es realmente de fricción. El swellex, combina la fuerza de fricción sumada al mecanismo de expansión del perno al interior del barreno que habitualmente tiene paredes irregulares. Esta situación genera una acción de bloqueado que permite obtener alta resistencia a la tracción.

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Split Set

• FACIL DE INSTALAR
• ES EL MAS BARATO DE TODOS LOS PERNOS
• BAJA CAPACIDAD DE CARGA
• EXTREMADAMENTE SENSIBLE AL DIAMETRO DE PERFORACION.
• SENSIBLE A LA CORROSION

Plancha de sujeción Tubo de expansión

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Ventajas y Desventajas del Split Set

Ventajas · Instalación Rápida: Fácil y rápida de instalar. · Adaptabilidad: Se ajusta a diferentes diámetros de agujeros. · Buena Resistencia: Capacidad de carga adecuada en rocas moderadas. · Costo Efectivo: Menor costo que otros anclajes. · Menor Daño: Reduce el daño a la roca. · Eficiente en Espacios Reducidos: Ideal para espacios confinados

Desventajas · Limitaciones en Rocas Duras: No efectivo en rocas muy duras. · Eficacia en Rocas Blandas: Poca capacidad en rocas inestables. · Precisión Requerida: Agujeros deben ser perforados con precisión. · Corrosión Potencial: Puede deteriorarse si no es resistente. · Mantenimiento Necesario: Requiere inspecciones regulares. · Capacidad de Carga Limitada: Inferior a otros sistemas de anclaje.

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

VIDEO Pernos de Anclaje por Fricción

VIDEO

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Swellex

• FACIL DE INSTALAR.
• BUENA CAPACIDAD DE CARGA
• NO TIENE IMPORTANCIA EL DIAMETRO DE LA PERFORACION
• REQUIERE EXPERIENCIA Y CONTROL DE CALIDAD EN LA INSTALACION.
• ALTO COSTO.

Pre-tensioned to 20kN Taladro Placa con domo Tubo de acero expandido

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Instalación de Swellex

Swellex (Instalación)

1. Drilling
2. Insertion
3. Expansion

Pump 4automatically stops

₪ 7 AÑOS Comisión Nacional ACREDITADO de Acreditación C.NA-Chile ENERO 2025 CENTRO DE FORMACIÓN TÉCNICA INACAP Gestion Institucional. Docencia de Pregrado. 7 AÑOS ACREDITADO NIVEL DE EXCELENCIA SEPTIEMBRE 2030 INSTITUTO PROFESIONAL INACAP Gestion Institucional Docencia de Pregrado. Vinculación con el Medio.

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Ventajas y Desventajas de Pernos de Anclaje por Fricción

Ventajas: · Instalación rápida y simple · El soporte es inmediato después de su instalación. · Puede ser usado en una variedad de condiciones de terreno. · El Split set es el perno de mas bajo costo del mercado. • La arandela SWELLEX permite la instalación de una tela metálica en cualquier momento SWELLEX une fisuras ahiertac SWELLEX tolera desplazamientos latelares SWELLEX proporciona anclajes de hasta 20 Ton/Metro de roca SWELLEX se expande en toda su longitud, adaptándose a las inAnidaridadan dal harranA Perno

Desventajas: · El Swellex es relativamente caro. · Se requiere protección contra la corrosión si se usa en instalaciones permanentes. · Se requiere una bomba para su instalación para el Swellex. La carga que resiste el Split set es baja, aunque podría quedar bien anclado en macizos con fracturas activas.

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA

Cable de Acero

Un cable de acero es un conjunto de alambres de acero, retorcidos helicoidalmente, que constituyen una cuerda de metal apta para resistir esfuerzos de tracción con apropiadas cualidades de flexibilidad. La fortificación de cable se realiza generalmente donde existen bloques de roca de gran magnitud, tanto por peso, tamaño y longitud del soporte a instalar, no pueden ser contenidos por pernos mecánicos o fricción.

Inacap ÁREA DE MINERÍA Y LOGÍSTICA