Consideración del peligro de falla frágil alrededor de una excavación profunda en la planificación minera

Abstract

El aumento en la explotación de minerales ha llevado a que la minería subterránea se realice a profundidades cada vez mayores, lo cual incrementa los esfuerzos in situ en los túneles. Esto provoca que la ocurrencia de falla frágil sea cada vez más común. Por este motivo, diversos autores han desarrollado métodos para predecir la probabilidad de este fenómeno, considerando distintos parámetros de entrada. En este contexto, se realizó un estudio enfocado en la probabilidad de ocurrencia de una falla frágil la cual se define como el desprendimientos o cedencias de bloques rocosos en una excavación. Para ello, se empleó una modelación numérica de elementos finitos mediante el software RS3 de RocScience, utilizando el enfoque DISL propuesto por Diederichs (2007, 2018), el cual se basa en el criterio de falla generalizado de Hoek & Brown. En el estudio se consideraron variables como el UCS, coeficiente de Poisson, módulo de Young, densidad de la roca, profundidad de la excavación, tasa de excavación y esfuerzos in situ. Con este enfoque, se buscó obtener resultados como la profundidad de falla en el borde y en el frente del túnel en distintas tasas de avance. Asimismo, se calcularon valores asociados a la profundidad de falla, tales como el volumen inestable y el ancho de falla. La profundidad de falla es un parámetro relevante en este análisis, dado que la magnitud de la falla frágil es directamente proporcional a la profundidad alcanzada. Para validar los resultados, se realizó un análisis basado en los modelos propuestos por Martin et al. (1999) y Diederichs (2007, 2018), que emplean métodos empíricos y analíticos. The increase in mineral exploitation has led to underground mining at ever-greater depths, which elevates in-situ stresses in tunnels. This trend makes the occurrence of brittle failure increasingly common. Consequently, several authors have developed methods to predict the probability of this phenomenon, considering various input parameters. In this context, a study was conducted focusing on the probability of a brittle failure, defined as the detachment or yielding of rock blocks in an excavation. To achieve this, finite element numerical modeling was carried out using RS3 software by RocScience, applying the DISL approach proposed by Diederichs (2007, 2018), which is based on the generalized Hoek & Brown failure criterion. The study considered variables such as UCS, Poisson’s ratio, Young’s modulus, rock density, excavation depth, excavation rate, and in-situ stresses. This approach aimed to obtain results such as the failure depth at the edge and face of the tunnel under different advancement rates. Additionally, values associated with failure depth, such as unstable volume and failure width, were calculated. Failure depth is a relevant parameter in this analysis, as the magnitude of brittle failure is directly proportional to the depth reached. To validate the results, an analysis was conducted based on models proposed by Martin et al. (1999) and Diederichs (2007, 2018), which employ empirical and analytical methods.