Preacondicionamiento de Macizos Rocosos en Minería: Técnicas y Efectos

Introducción

El preacondicionamiento (PA) es una técnica que consiste en intervenir el macizo rocoso in situ antes de su explotación, con el objetivo de degradar su calidad geotécnica. Esta intervención busca mejorar las condiciones de explotación en términos de:

• Hundibilidad
• Fragmentación
• Sismicidad
• Condición de esfuerzos

El objetivo final del PA es mejorar la eficiencia técnico-económica y reducir el riesgo geotécnico en la explotación de reservas de mineral primario, especialmente bajo condiciones de altos esfuerzos. Existen dos tipos principales de PA, y una combinación de ambos:

• Fracturamiento Hidráulico (FH)
• Debilitamiento Dinámico con Explosivo (DDE)
• Mixto (FH y DDE conjunto)

Fracturamiento Hidráulico (FH)

El Fracturamiento Hidráulico (FH) consiste en inyectar un fluido a presión hasta superar la resistencia a la tracción de la roca. Esto genera una fractura de tensión que se propaga al interior del macizo rocoso. La orientación de estas fracturas es preferentemente dictada por la dirección de los esfuerzos principales in situ. Estas nuevas fracturas actúan como superficies libres, facilitando la formación de bloques y actuando como cortinas que limitan la propagación de rupturas naturales, reduciendo así la probabilidad de liberación de grandes cantidades de energía.

Proceso de FH

El proceso de FH implica la creación de una serie de pozos para cubrir el volumen del macizo rocoso de interés. El espaciamiento entre estos pozos depende del alcance de las fracturas hidráulicas. Posteriormente, desde cada pozo, se realiza una sucesión de fracturas, separadas por una distancia de 1,5 metros.

Debilitamiento Dinámico con Explosivo (DDE)

El Debilitamiento Dinámico con Explosivo (DDE) utiliza explosivos para maximizar el aprovechamiento de la energía resultante de la interacción de ondas de choque. Estas ondas son producidas por la detonación apropiadamente secuenciada y espaciada de los pozos de PA. El DDE provoca la movilización o apertura de estructuras naturales, así como la activación y propagación de micro-cavidades en la matriz de la roca. Esto reduce la resistencia al fracturamiento natural del macizo rocoso sometido al proceso de quiebre gravitacional.

Proceso de DDE

El proceso de DDE requiere una caracterización detallada del macizo rocoso y del explosivo a utilizar. Con esta información, se configura un diseño de tronadura que asegura el efecto de ruptura en la porción deseada del macizo rocoso, con daño controlado para la infraestructura minera.

Preacondicionamiento Mixto (FH y DDE)

El preacondicionamiento mixto combina el FH y el DDE. Primero, se realiza un fracturamiento mediante FH, seguido por el proceso de DDE. Las discontinuidades generadas por el FH actúan como superficies reflectoras para el campo de ondas de la tronadura de DDE. Esto concentra el efecto entre las fracturas hidráulicas y minimiza la posibilidad de acoplamiento desfavorable de ondas fuera de la zona de interés.

Efectos del Preacondicionamiento

Se han identificado varios efectos del preacondicionamiento, entre ellos:

• Sismicidad Inducida: Se observa un aumento en la frecuencia de eventos de baja magnitud y una disminución de eventos de mayor magnitud que podrían generar daños.
• Hundibilidad: Se logra una reducción del área estimada de hundibilidad.
• Tiempo de conexión del caving: Se reduce el tiempo de conexión al cráter en sectores con caving virgen.
• Fragmentación e Índices Operacionales: Disminuye el sobretamaño, aunque no se elimina totalmente, lo que se manifiesta con la presencia de menos colgaduras y a más baja altura.

Efectos en la Hundibilidad

El debilitamiento del macizo rocoso tiene los siguientes efectos en la hundibilidad:

1. En forma ascendente: Provoca un mayor quiebre de la columna de roca in situ en relación con la cantidad de roca extraída. Esto extiende la zona de fracturamiento y acelera la velocidad de propagación del hundimiento.
2. Reduce la probabilidad de formar arcos estables en la propagación del hundimiento, disminuyendo los riesgos de compresiones violentas de aire (Air Blast).
3. En la base: Permite que el macizo colapse con una menor área abierta (radio hidráulico).

Respuesta Sísmica

El preacondicionamiento también influye en la respuesta sísmica del macizo rocoso:

1. Reduce la rigidez del macizo rocoso, aumenta su homogeneidad y disminuye su capacidad de acumular energía.
2. Facilita la formación de bloques. El proceso de caving genera mayor cantidad de fallamiento, pero de menor extensión.
3. Al reducir la ocurrencia de rupturas de gran extensión, disminuye la respuesta sísmica de alto riesgo y la probabilidad de originar explosiones de roca (Rockburst).
4. La menor rigidez del macizo rocoso lo convierte en un medio más atenuador de ondas sísmicas.

Conclusión

El preacondicionamiento, ya sea mediante FH, DDE o una combinación de ambos, es una técnica efectiva para mejorar las condiciones de explotación minera en macizos rocosos. Sus efectos en la hundibilidad, fragmentación y respuesta sísmica contribuyen a una operación más segura y eficiente, especialmente en entornos de altos esfuerzos.