Estallido de Rocas en Minería Subterránea y túneles civiles

En la actualidad la seguridad en la minería subterránea ha sido de gran importancia a nivel mundial y un fenómeno que ha llevado que se tome pautas segura para las laboras mineras con el fin de evitar riesgos catastróficos de trabajadores que laboran en minería subterránea es el fenómeno de estallido de rocas; Al iniciarse un proyecto minero se debe considerar que el macizo rocoso esta estáticamente inducidos por fuerzas de su misma naturaleza para mantenerse estable, por eso cuando vamos a hacer el minado el material a ser excavado ejerce una cantidad de fuerzas en el macizo rocoso de igual magnitud pero de sentido contrario, estas fuerzas inducidas hace que el macizo rocoso se perturbe mecánicamente, en consecuencia va generando una estructura rocosas, lleno de vacíos y elementos de sostenimientos naturales o artificiales, El objetivo final de un diseño de una estructura minera es evitar los desplazamiento en el interior de las roca, ya sea desplazamiento pequeños o grandes desplazamiento que pueden ser causados por fallas geologicas, deflexiones excesivas en la excavación, derrumbes y deslizamiento de fragmentos de rocas y la energía acumulada en las rocas.

Antiguamente el estallido de rocas era conocido como simples fallas de las rocas, variándo las magnitud con estallidos simples producidos por microsismos hasta el colapso total de la excavación detectado por sismógrafos que cubren varios kilómetros de área, como paso en India el 27 de noviembre de 1962 que daño un área aproximada de 450 m de profundidad , 300m de rumbo de la veta y afectando a un radio de 2-3 km; A nivel mundial ha ocurrido grandes estallidos de rocas registrados en campos auríferos de Witwatersrand en Sudafrica y Kolar de India, también en el área minera metalífera de la Faja Abitibi de Ontario en Canadá. Y En las minas de plomo-plata del distrito de Coeur d'Alene al norte de Idaho en U.S.A. además de la metalurgia también ha ocurrido en campos carboníferos como Inglaterra (North - Staffordshire y South Wales), Checoslovaquia (Ostrava - Radnavice), Alemania (Ruhr), Rusia (Donbass).

Para llegar a conocer un poco mas de este fenómeno de estallido de roca debemos concentrarnos en la Investigación, buscar las causas que genera esta acción del macizo rocoso, mediante investigaciones iniciales que podemos indagar mas y que fueron efectuados hace mas de 50 años en los diferentes países ya señalados, se podría separa en 4 fases los esfuerzos que se vienen realizando en la lucha para contrarrestar los estallidos de rocas; la Primera fase es la fase de investigación inicial que se orienta en la recopilación de datos de la información relacionada con la ocurrencia de los estallidos y llevar un manual estadístico para deducir la significación de cada hecho ocurrido a través del estudio, también es necesario realizar los ensayos tanto en laboratorio como en in-situ, para poder determinar el comportamiento geo-mecánico del macizo rocoso involucrado en este problema, Ademas las investigaciones y aplicaciones intensivas de métodos sísmicos y microsismico para dar aviso de algún fenómeno de falla de la roca y asi poder prevenir cualquier catástrofe y controlar la rocas en ese instante, y por últimos los desarrollos de modelos matemáticos, el método cuantitativo para dar una

valoración de las características de comportamiento a los esfuerzos y deformaciones del macizo rocoso, todas estas medidas nos da seguimiento a la segunda fase que es el Desarrollo de contramedidas que quiere decir de dos medidas que se llaman estratégicas y tácticas, la primera trata de disminuir la probabilidad de encontrar situaciones propensas a estallidos de rocas y la segunda es asegurar que los efectos destructivos sean minimizados; con esto vamos para la tercera fase que se llama Implementación de medidas preventivas como su misma palabra lo dice buscar pautas para mitigar riesgos de los estallidos de rocas, la primera tarea es entrenar al personal técnico con los principios y medidas de control de la estabilidad a desarrollarse en la mina; y por ultimo la cuarta fase que se llama Investigación futura que trata de predecir futuros estallidos de rocas en las labores mineras activas.

Mecanismo de la ocurrencia de los estallidos de roca

Si queremos adoptar decisiones efectivas, con una base informada, para prevenir, controlar o predecir los estallidos de rocas, es necesario entender el origen de este fenómeno, recurriendo a modelos teóricos y trabajos experimentales concernientes al mecanismo de su ocurrencia.

Una explicación del origen de los estallidos de rocas es que ellos son liberaciones inestables de energía potencial de la roca circundante a las excavaciones. Otra explicación es que los cambios producidos por el minado simplemente activan eventos sísmicos que se derivan principalmente de la energía de deformación producida por las diferencias geológicas en el estado de esfuerzos.

Es decir, al llegar a un cierto valor la energía acumulada en la roca (la cual rebasa la resistencia de esta), esta produce el fenómeno del estallido. Se sabe que esta energía acumulada es directamente proporcional a los esfuerzos e inversamente proporcional al módulo de elasticidad de la roca.

Notablemente, en Sudáfrica y en la India se ha logrado progresos remarcables en ganar un mejor entendimiento del mecanismo y de las condiciones que favorecen su ocurrencia. Especialmente los ingenieros sudafricanos son los pioneros de la aplicación del análisis de la energía y estabilidad al diseño práctico de esquemas de minado y en el establecimiento de procedimientos de ejecución de excavaciones mineras en condiciones propensas a estallidos de rocas.

La energía sísmica y las causas de los eventos sísmicos

En Sudáfrica se tienen disponibles registros sísmicos de temblores desde 1910. La revisión de esta información por los investigadores llevó a conclusiones muy interesantes. Ya en 1946 se tenía establecida una relación directa entre el minado y los temblores. En la década del 60' Cook llevó a cabo investigaciones sísmicas detalladas, el resultado más importante de estas investigaciones fue que, solo una fracción de los eventos sísmicos causaba daño a los trabajos mineros, es decir muy pocos eventos sísmicos se manifestaban en estallidos y el porcentaje de estallidos aumentaba con el aumento de la magnitud del evento sísmico. Además, los focos de los eventos sísmicos se confinaban en las vecindades inmediatas a las actividades de minado, en regiones de alta concentración de esfuerzos.

Investigaciones más recientes han hecho que sea convincente la proposición de que no hay diferencias fundamentales entre los sismos naturales y los eventos sísmicos relacionados al minado. Hace dos décadas que ha quedado establecido que los ambientes sísmicos son debidos a las concentraciones de esfuerzos inducidos por el minado y que las fuerzas tectónicas juegan un rol fundamental, ya que, en este medio, en muchas instancias, el minado actúa como un mecanismo activador de eventos sísmicos.

La base física de los estallidos de rocas ha sido definida por Cook como "la rotura o falla incontrolada de la roca asociada con una liberación violenta de energía", las cuales causan daños a las labores subterráneas y por inferencia al personal y/o equipos. En este contexto y relacionado a los eventos sísmicos, los estallidos de roca constituyen un subconjunto de un rango amplio de eventos sísmicos que pueden ocurrir dentro del macizo rocoso como consecuencia de las actividades de minado. El minado da lugar a una actividad sísmica, que varía desde eventos microsísmicos, tan pequeños como 10-5J (Joules), a temblores tan grandes como 109J. Los estallidos de rocas se incrementan con la magnitud de la energía liberada.

Factores que influyen en la ocurrencia de estallidos de rocas

Antes de tratar sobre las medidas de prevención de los riesgos de estallidos de rocas, es necesario establecer como resultado de los diferentes aspectos señalados precedentemente, los posibles factores que influyen en la ocurrencia de este fenómeno. Debemos advertir, sin embargo, que estos factores no pueden generalizarse, cada caso particular tiene sus propias peculiaridades, donde cada factor tiene un diferente grado de influencia o significancia en la frecuencia y severidad de los estallidos de rocas.

De acuerdo con su concepción actual, la mecánica de rocas, como aplicación a los problemas prácticos de ingeniería está relacionada con la aplicación de los principios de la mecánica ingenieril al diseño de estructuras rocosas; la estructura en este caso estará constituida por la masa rocosa en la que, por efecto de haberse practicado en la misma una excavación, se ha producido un cambio de esfuerzos con respecto a su situación original, lo que trae por consecuencia la necesidad de garantizar la estabilidad de toda la zona. La experiencia ha mostrado que la estabilidad básicamente depende de los esfuerzos de campo preexistentes, de la forma y dimensiones de la excavación y de la calidad del macizo rocoso.

Según esta concepción claramente podemos agrupar los factores que influyen en la ocurrencia de los estallidos en 2 partes:

                1. Los factores preexistentes al minado.

                2. Los factores posteriores al minado.

Los factores relevantes preexistentes al minado básicamente comprenden:

               - El medio geológico.

               - Las propiedades de comportamiento mecánico de ese medio geológico; y,

               - El campo de esfuerzos original.

Los factores posteriores al minado comprenden:

              - Los esfuerzos inducidos por el minado; y consecuentemente,

              - La energía de deformación.

Ambos, condicionados a la configuración geométrica de las excavaciones mineras o lo que es lo mismo a la estructura de la mina y su evolución.

La forma en que se han agrupado estos factores concuerda perfectamente con la metodología que se suele utilizar actualmente en el diseño o dimensionamiento geomecánico de excavaciones o estructuras rocosas, el cual considera los tres tipos de modelos: el geológico, el geomecánico y el matemático.

En el modelo geológico: se trata de definir o caracterizar el medio rocoso lo más fielmente posible.

El modelo geomecánico: permite cuantificar los diferentes parámetros del comportamiento mecánico del medio rocoso.

El modelo matemático: brinda las herramientas necesarias para integrar toda la información disponible de los dos modelos anteriores, a fin de obtener una visión de los modos posibles de comportamiento o respuesta del medio rocoso involucrado en un problema particular.

En las siguientes pautas definiremos los tres metodos para poder entender mas profundamente cada caracteristica que puede influir en la determinacion de los estallidos de rocas.

El medio geológico

En primer lugar, nos referiremos al material rocoso. Generalmente están asociados con la ocurrencia de estallidos, rocas que cualitativamente son descritas como duras, fuertes y frágiles. La fragilidad y otras características relacionadas a los estallidos de rocas pueden ser más cercanamente identificadas con la petromineralogía. Las rocas ígneas y metamórficas son generalmente más propensas a los estallidos que las sedimentarias. En términos de composición mineral, las rocas más silíceas y aquellas que contienen otros minerales duros son más propensas a los estallidos, mientras que por ejemplo los carbonatos y otros minerales sueltos no lo son. La medida de los cristales parece ser otro de los factores que influyen en la ocurrencia de rocas, la progresión de granos gruesos a finos, luego a cristalinos y a vidriosos o amorfos hace que la roca tienda a ser más propensa a los estallidos.

Consideramos ahora la masa rocosa, al respecto debemos señalar que la extensión y grado de disturbancia geológica crea las condiciones necesarias para la ocurrencia de los estallidos de rocas. Aquí es necesario considerar la influencia tanto de los rasgos estructurales principales o mayores como de los menores, especialmente los primeros causan anomalías en los esfuerzos.

Entre los rasgos principales mayores tenemos los siguientes:

- La presencia de los planos de estratificación, que han sido tectónicamente disturbados, favorecen la ocurrencia de estallidos de rocas.

- La presencia de plegamientos. En algunas minas metalíferas y mayormente en minas carboníferas, el minado, en sistemas de plegamientos principales, crean zonas muy susceptibles a la ocurrencia de los estallidos de rocas.

- La presencia de fallas, las cuales constituyen debilidades en la estructura de la mina, favorece la ocurrencia de estallidos en sus proximidades. Debido a que estas discontinuidades estructurales generalmente tienen baja resistencia al corte, los altos esfuerzos inducidos por el minado pueden producir la falla por deslizamiento, reactivándola. Este fenómeno no viene a ser sino un evento sísmico que puede traducirse en un estallido de roca y estos estallidos por lo general son los que causan los mayores daños.

- La presencia de zonas de corte, que representan zonas de liberación de esfuerzos dentro de un entorno de macizos rocosos no alterados, tienen un comportamiento similar al de las fallas.

- La presencia de diques, que por lo general tienen alta rigidez, por estar constituidos por rocas competentes no alteradas, pueden desarrollar altos esfuerzos y ser susceptibles a la ocurrencia de los estallidos de rocas en sus proximidades.

Es necesario considerar las propiedades geomecánicas importantes de estos rasgos estructurales mayores (orientación, espaciamiento, etc.), puesto que, por ejemplo, los efectos son mayores cuando estos se presentan cercanamente paralelos a los frentes de excavación, que si ellas se presentan cercanamente perpendiculares a los mismos.

En cuanto a las discontinuidades estructurales menores, como los sistemas de diaclasamientos, es importante considerar sus propiedades geomecánicas lito-estructurales, puesto que éstos pueden influenciar en la ocurrencia de los estallidos.

En su artículo sobre estallidos de roca en los campos auríferos de Kolar (India), Krishna Murthy, reporta la aparente influencia del agua subterránea sobre la incidencia de estallidos; sugiere que, como es común con muchos otros fenómenos que involucran el debilitamiento aparente en presencia de presiones de agua, el efecto del agua podría ser explicado en términos de principios bien establecidos de esfuerzos efectivos.

Propiedades del comportamiento mecánico del medio geológico

La literatura disponible sobre estos aspectos, indica que mayormente se han realizado investigaciones sobre las propiedades de deformación y resistencia del material rocoso. Así, se ha establecido que generalmente los estallidos ocurren en rocas que tienen resistencias compresivas en el rango de 100 a 400 MPa, las rocas con menores resistencias compresivas son menos propensas a este fenómeno.

Por otro lado, las carácterísticas de deformabilidad también influyen en la ocurrencia de los estallidos de rocas. Las rocas con módulos de elasticidad de 40 a 100 GPa son propensas a estallidos y cuanto más elásticas sean esta propensidad aumenta, por el contrario, la propensidad disminuye cuando las rocas tienden a un comportamiento no elástico.

No se reportan datos precisos sobre parámetros adicionales del comportamiento del material rocoso, como la resistencia al corte y otros. Asimismo, no se reportan parámetros de comportamiento mecánico del macizo rocoso y de las discontinuidades estructurales. Al respecto, se debe señalar que el actual desarrollo tecnológico de la mecánica de rocas permite tener un conocimiento adecuado de todos estos parámetros, los cuales forman parte del modelo geomecánico.

El campo de esfuerzos original

Es un hecho muy conocido que hay una correlación lineal positiva de la frecuencia y severidad de los estallidos con el incremento de la profundidad debajo de la superficie del terreno. La causa de este fenómeno se atribuye al efecto gravitatorio de la carga litostática, lo cual crea esfuerzos in-situ altos. Sin embargo, este no es el único factor de influencia en la ocurrencia de los estallidos, puesto que por un lado también se han registrado estos fenómenos en minas consideradas no profundas.

Por otro lado, no ha habido ninguna ocurrencia de estallidos en minas de mayor profundidad (más de 3200 m aproximadamente), que aquellas en las cuales ocurren estallidos. Es necesario entonces incluir aquí la influencia de posibles esfuerzos tectónicos residuales, que podrían cambiar sustancialmente la naturaleza y magnitud de los esfuerzos in-situ.

Los esfuerzos inducidos por el minado y la energía de deformación

Las configuraciones geométricas que presentan las excavaciones mineras, es decir las formas, tamaños y orientaciones de estas, o lo que es lo mismo, la estructura que presenta la mina, asimismo, el desarrollo progresivo o evolución de esta estructura como consecuencia del avance de la exploración de la mina, resulta en un cambio o redistribución de los esfuerzos preexistentes, creando zonas de mayor o menor concentración de esfuerzos.

En las zonas de altas concentraciones de esfuerzos inducidos por el minado, ocurren una serie de mecanismos complejos, entre los cuales el almacenamiento de la energía de deformación, lo cual constituye una fuente de energía sísmica que puede generar un estallido de rocas.

Algunos de los aspectos que contribuyen a generar zonas de alta concentración de esfuerzos son:

• El tamaño de la excavación: a mayor tamaño mayor probabilidad de estallidos.
• El ancho de los tajeos: el incremento del ancho de los tajeos está asociado con el incremento de la ocurrencia de estallidos de rocas.
• En general las formas y tamaños inadecuados de las excavaciones crean problemas de inestabilidad.
• El inadecuado dimensionamiento de pilares, teniendo en cuenta el desarrollo progresivo de la mina, favorece la ocurrencia de estallidos de rocas.
• Igualmente, las inadecuadas secuencias o esquemas de minado crean debilidades con lo cual es mas propenso a los estallidos.
• La complejidad geométrica como se presentan las vetas o cuerpos mineralizados; generalmente, los problemas asociados con los estallidos de rocas son mayores cuanto más complejos sean los depósitos minerales con respecto a que si consideramos un depósito mineral de geometría tabular simple y cuasi-horizontal.
• La densidad de las excavaciones o ubicación espacial de unas excavaciones con respecto a otras o, dicho de otro modo, las proximidades de las áreas de minado. A mayor densidad de excavaciones, hay mayor probabilidad de generar zonas de alta concentración de esfuerzos.
• El minado próximo a áreas antiguas de minado, en los cuales no ha habido un adecuado re-establecimiento del equilibrio de la masa rocosa involucrada, genera mayor disturbancia en los esfuerzos.
• Los efectos de deformación con el tiempo, los cuales se agravan en medios de disturbancia geológica y consecuentemente generan disturbancia de esfuerzos si es que no se adoptan medidas adecuadas para evitarlo.
• Finalmente, podemos añadir algunos procedimientos operacionales de minado como los inadecuados sistemas de sostenimiento utilizados o la voladura; en algunos casos, se ha observado picos significativos en la ocurrencia de estallidos de rocas tan pronto después de producida la voladura en los tajeos.

Medidas de prevención de estallidos de rocas

En la práctica de la defensa contra los estallidos de rocas está basada en la aplicación combinada de estos tres conceptos:

• Soporte efectivo de los frentes de avance.
• Adecuados diseños de los esquemas de minado.
• El control del volumen de convergencia.

Basado en todo lo señalado anteriormente, se adoptan como medidas estratégicas, cambios o modificaciones del sistema de minado; lo cual involucra principalmente:

• El dimensionamiento adecuado de los tajeos y diseños de producción según el método de explotación minera subterránea usado.
• El planeamiento a corto y largo plazo de las secuencias y esquemas de minado.
• La introducción de diferentes formas de relleno en los tajeos, por un lado, para reducir el ancho que puede ser tomado por la convergencia, disminuyendo de esta manera tanto el volumen de convergencia final como los desplazamientos inducidos en cada etapa de minado; por otro lado, la masa rocosa debe hacer algún trabajo sobre el relleno para compactarla, proceso este que consume alguna energía; como resultado, la energía es reducida, de otro modo ésta podría haber estado disponible para contribuir a la relación de incrementos de la energía de deformación por área.
• La extracción parcial del cuerpo mineralizado mediante el establecimiento de nuevas formas, tamaños y orientaciones de pilares estabilizantes para reducir la convergencia y proveer el efecto grampa entre cajas piso y techo. Este hecho ha significado en algunos casos pérdidas de hasta 15% en los márgenes de ganancia resultante del sacrificio del mineral.
• Secuencias de minado, geométricamente diseñados, que permiten por un lado incrementar y mantener las velocidades de avance a ser logrados y por otro lado, limitarlas áreas a ser expuestas a un mínimo después de cada ciclo de minado; asimismo, adoptar sistemas rápidos de sostenimiento.
• Sistemas de sostenimiento con características de fluencia, que permitan liberaciones de masas rocosas, pero que sean lo suficientemente fuertes para sostener las paredes inmediatas, de tal modo que asistan a la masa rocosa a lograr su equilibrio estático y dinámico.

Sin embargo, estas medidas no son suficientes para eliminar los eventos sísmicos, hay necesidad de implementar medidas adicionales conocidas como medidas tácticas, estas involucran:

• La introducción de sistemas de sostenimiento efectivo, a fin de proveer soporte activo a los frentes de trabajo y así minimizar la probabilidad de que un evento sísmico cause el colapso violento de las excavaciones próximas. Los sistemas utilizados son los siguientes:
• La entibación hidráulica de fluencia rápida ideada por Cook (1.2) para soportar aún cargas de shock, es decir lograr el equilibrio estático y dinámico.
• El enmaderado tradicional ha sido reemplazado por miembros de concretos prefabricados dentro de las estructuras de madera para aumentar la rigidez del sostenimiento.
• La combinación de redondos de madera introducidos en tubos de acero para mejorar la resistencia de los puntales y al mismo tiempo incorporar facilidades para una fluencia controlada.
• La utilización de métodos de cerchas combinados con pernos de anclajes.
• El diseño y sostenimiento de túneles y excavaciones de servicio. En Sudáfrica, de lejos, se ha dedicado mayor atención a los tajeos, porque es en éstos que se presentan los problemas mayores. Pero por supuesto los estallidos de rocas también ponen en peligro a túneles, piques y otras excavaciones de servicio, luego sus ubicaciones y sostenimiento requieren considerable atención. En este sentido:
• En túneles, la madera y el acero han sido reemplazados por los pernos de roca o cables de anclaje, combinados con mallas y enlazados; este sostenimiento controla muy bien los estallidos, aunque estos sean muy grandes.
• En piques, generalmente se usan pernos o cables de anclaje cementados de hasta 6m de longitud, en un arreglo sistemático, con mallas y cables de enlace. En algunas áreas se practican las técnicas de inyecciones para crear un anillo de refuerzo alrededor del pique.
• En general, cuando la masa rocosa presenta fracturamientos por bloques se añade al sostenimiento anterior el shotcrete.

Es importante señalar que todos estos sistemas de sostenimiento son instalados antes que los esfuerzos inducidos pongan en peligro la estabilidad de la excavación, es decir tan pronto después de ejecutada la excavación, puesto que su efectividad es grandemente reducida si ya ha tomado lugar el deterioro del túnel o excavación que se trate.

Finalmente, cuando recuperan áreas mineralizadas remanentes, se adoptan medidas como: mínimas dimensiones de tajos, voladuras diarias en varios frentes para extracción rápida, uso de soporte activo temporal en los frentes de avance, sostenimiento regional adecuado como pilares estabilizantes y relleno, direcciones de avance dirigidas hacia las áreas más sólidas, evitando posiciones adversas de áreas de disturbancia geológica (diques, fallas, etc.) y haciendo uso completo de frentes. Adicionalmente, se proveen los accesos suficientes, se minimiza la permanencia del personal y las labores en los frentes de avance, se difunden folletos de instrucción y se revisan por lo menos trimestralmente las estrategias de minado.

Estrategias del manejo de los estallidos de rocas

El objetivo a largo plazo de las estrategias de manejo de los estallidos es proveer esquemas de minado que permitan operar la mina con seguridad y beneficio económico. Para el logro de este objetivo es esencial la aplicación de la ingeniería en mecánica de rocas, en el planeamiento a largo plazo de la mina, en el seguimiento integral del mismo y en la toma de decisiones a corto plazo, cuando a causa de factores geológicos u otros factores, exista la necesidad de desviarse del sistema estándar de minado.

Los objetivos principales a corto plazo de las estrategias de manejo de los estallidos son operar y controlar la mina con seguridad y economía, de tal manera que se logre y mantenga al máximo la producción planeada.

A causa del importante rol que juega la mecánica de rocas, en las minas donde ocurren problemas debido a la ocurrencia de estallidos de rocas, se han establecido departamentos de mecánica. Las actividades de estos departamentos necesitan ser conducidos en un medio ambiente organizacional que permita la integración de conceptos, de la información y de las actividades requeridas por la gerencia o superintendencia, los ingenieros de planeamiento, los geólogos y los ingenieros en mecánica de rocas. En este esquema hay una interacción entre los grupos técnicos involucrados en la ingeniería minera: en primer lugar, la mutua dependencia de cada grupo funcional sobre la información suministrada por los otros; en segundo lugar, son los ingenieros de planeamiento de mina quienes finalmente transforman las contribuciones técnicas individuales en planes de trabajo en programas de producción y estimados de costos para su implementación subsecuente. Aquí solo estableceremos las contribuciones de la mecánica de rocas, la cual está relacionada básicamente a tres aspectos:

• Al diseño de aberturas permanentes como: ubicación y dimensionamiento de piques deservicio y ventilación, y los niveles principales de la mina; especificaciones del sostenimiento y dimensionamiento de otras excavaciones de servicio. Estos tienen carácter de actividades eventuales.
• Al diseño de esquemas y secuencias de minado, aquí la mecánica de rocas realiza la mayor parte de su actividad para resolver las interrogantes relacionadas con la evolución de la estructura de la mina. Basado en la noción de que virtualmente en todas las ocasiones un área dada de la mina puede ser minada de varios modos; y basado también en que los riesgos resultantes de las posibles alternativas de minado pueden ser jerarquizados, se adoptan decisiones respecto a: el dimensionamiento de tajeos y pilares, definición del sistema de tajeos y pilares, dirección promedio de avance del minado, secuencia de extracción de tajeos y recuperación de pilares, asegurar la estabilidad estructural de la mina, y, especificar resistencias de cualquier tipo de relleno.
• Al diseño de sistemas de extracción, los cuales están relacionados con los detalles de la configuración del proceso de explotación, esto involucra: establecer la dirección preferencial de retirada, asegurar la estabilidad de puntos de carguío, galerías de transporte, echaderos de mineral, etc.; anticipar la ocurrencia de problemas de inestabilidad en las zonas de extracción debido a la densidad de las aberturas o a la disturbancia geológica; y, finalmente apoyar en el diseño de la voladura primaria.

Lógicamente estos departamentos de mecánica de rocas deberán contar con los recursos humanos y materiales necesarios. Tratándose de problemas de estallidos de rocas y aún no habiendo hasta la fecha una solución total a este problema, es recomendable que estos departamentos de las empresas mantengan estrecha relación con los centros de investigación asociados con la aplicación de mecánica de rocas a la minería.

En algunas minas sudafricanas, el departamento de mecánica de rocas también a cargo del manejo y organización de las redes sísmicas en todo el ámbito de la mina, en otras minas no, tienen sus propios departamentos de monitoreo sísmico. El monitoreo sísmico permite detectar y ubicar los focos de los eventos sísmicos mediante la instalación de redes sísmicas o microsísmicas. A partir de los registros de estos eventos sísmicos pueden establecerse las características de su distribución espacial en ubicación y magnitud, lo cual está correlacionado a la ocurrencia de estallidos. El uso del monitoreo sísmico tri-dimensional, en base a la instalación de geófonos, se ha esparcido ampliamente desde que N.G.W. Cook lo utilizó por primera vez para sus estudios de estallidos de rocas a inicios de la década del 60'. Ahora, este constituye una herramienta rutinaria en la mayoría de las minas que tienen problemas asociados a este fenómeno.

El monitoreo sísmico tiene un incuestionable valor como herramienta de investigación y entendimiento del fenómeno sísmico. En ciertas minas, el éxito de sus operaciones es atribuible a esta herramienta. Sin embargo, a causa de que la sismicidad es un fenómeno de predicción estadística más que determinística, no debe esperarse el éxito total de esta o de cualquier otra herramienta. En la práctica vienen dominando las investigaciones geomecánicas de prevención de riesgos de los estallidos.

Daños en el macizo rocoso por los estallidos de rocas

Fallas tipo A: este tipo de fallas se caracteriza por un fracturamiento intenso del macizo rocoso en el entorno de las galerías y cuyo espesor alcanza valores que van desde unos pocos centímetros hasta 1.5 m. este tipo de falla siempre se produce dentro de la zona de influencia de la fortificación la cual abarca aproximadamente 2.0 m de espesor entorno a la galería.

Daños en los sistemas de sostenimiento

Corresponde básicamente a las fallas presentadas en el soporte compuesto por pernos de anclaje y sostenimientos activos.

Falla tipo 1: Este tipo de falla se caracteriza porque los pernos de anclaje se han cortado bajo esfuerzos de tracción.

Falla tipo 2: Este tipo de falla se caracteriza porque los pernos de anclaje se han cortado bajo esfuerzos de corte.

Falla tipo 3: Este tipo de falla se caracteriza porque los pernos de anclaje se han cortado bajo esfuerzos combinados de corte y tracción.

Falla tipo 4: En este caso y debido al fracturamiento intenso del macizo rocoso los pernos de anclaje quedan colgando sin sufrir daños.

Falla tipo 5: Esta situación es similar a la anterior, el macizo rocoso se fractura parcialmente quedando algunos bloques de roca colgando de los anclajes.

Falla tipo 6: En este caso los elementos de soporte sedes ploman en conjunto con el macizo rocoso sin efectuar ningún trabajo.

Predicción de estallidos de rocas

En una mina donde se den ocurrencias de estallidos de rocas el esfuerzo principal sería el correctivo, o sea, las acciones estarían dirigidas hacia la reducción de la frecuencia y severidad de la ocurrencia de este fenómeno.

Sin embargo, podría considerarse otra aproximación, la cual involucra el desarrollo de procedimientos para la predicción de los estallidos de rocas, de tal modo que puedan tomarse medidas precautorias para proteger al personal y/o equipos de la mina. Por ejemplo, la medición repetitiva de esfuerzos en puntos comprendidos dentro de áreas sospechosas podría ser uno de los procedimientos; si se determina que el esfuerzo se aproxima a la resistencia de la roca, un estallido podría ser predicho; sin embargo, esta idea no ha progresado por las dificultades de su realización.

Por otro lado, utilizando las técnicas sísmicas y microsísmicas, muchos investigadores han dedicado esfuerzos en el intento de buscar métodos de predicción, sin embargo, los resultados no son muy alentadores, por lo que hasta el momento resulta más productivo dirigir esfuerzos hacia la reducción de la frecuencia y severidad de los estallidos. No obstante, lo señalado, los avances de la ciencia y la tecnología están permitiendo realizar ataques más y más complejos al problema. La idea común es explorar la posibilidad de estudiarla distribución de la sismicidad "en el tiempo y en el espacio" usando una red sísmica avanzada y conectando a computadoras para facilitar el análisis en el tiempo real. El problema es muy dificultoso y no es posible predecir si es que este intento tendrá éxito o no.

Según el mecanismo de ocurrencia de estallidos de rocas establecidos, las discontinuidades geológicas (fallas, diques, diaclasas, etc.) juegan un rol importante en la iniciación de eventos sísmicos. Las técnicas numéricas hoy disponibles facilitan el análisis cuantitativo de este tipo de problema, pudiendo anticiparse progresos importantes en este sentido, que conducirían a mejorar la seguridad o integridad del personal, equipos y labores mineras.

Sobre la utilización de las técnicas de reforzamiento, estudios sísmicos detallados han indicado que no hay irradiación adicional de energía como resultado de su aplicación o de la voladura convencional, aparte del provocado por los explosivos. Los nuevos conceptos de estabilidad y cambios de esfuerzos podrían incentivar la atención a voladuras que podrían "provocar" eventos sísmicos bajo condiciones controladas.