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Los modelos numéricos detallados de escala de mina no lineales se han calibrado usando observaciones de desplazamiento y daño en tres minas profundas. Los modelos calibrados luego se usaron para investigar la correlación entre la Energía Plástica Disipada (DPE) y la probabilidad de evento sísmico. Se observó una fuerte relación no lineal entre la DPE y la probabilidad de evento que describe el desarrollo, punto máximo y eclinación en la sismicidad a medida que se deforma la roca. Las correlaciones están presentes para eventos en todas las magnitudes y donde había suficientes datos disponibles para comparación, se encontró una relación entre DPE y probabilidad de evento consistente con la relación entre magnitud de evento y la frecuencia descrita por la ecuación Gutenberg Richter. La aplicación del análisis DPE durante el diseño y el secuenciamiento de minas permitirán una descripción más cuantitativa de los riesgos sísmicos que actualmente está disponible.

  • Multi-scale, non-linear numerical analysis of mining induced deformation
    Análisis numérico de escala múltiple, no lineal de deformación inducida por minería (Solicite una copia de este artículo)
    D. Beck, Beck Arndt Engineering

Debido a limitaciones de software y hardware, los enfoques de sub-modelamiento frecuentemente se emplean para analizar problemas complejos; un gran modelo donante se utilizará para establecer condiciones de límite para un modelo más pequeño y detallado. Este enfoque es una técnica válida, pero mal empleada puede llevar a problemas muy importantes.
A medida que aumenta la potencia de los computadores y la eficiencia de los programas, se está haciendo posible representar  un rango muy amplio de escalas de longitud  con precisión adecuada en un solo modelo, simplificando el proceso de simulación de escala de longitud múltiple. Ahora hay ejemplos de modelos de mina  con una precisión adecuada para representar el comportamiento del material desde una escala de drive a una escala de mina en una sola simulación de etapas múltiples.

En cada escala de longitud, estas simulaciones no son necesariamente más complejas que el modelamiento histórico, pero hay pocos supuestos  ya que ahora hay pocos límites  entre escalas en los cuales los datos de deformación, esfuerzo y estado se deben simplificar. Esto abre oportunidades para mejores análisis y es posible que ciertos fenómenos que anteriormente eran difíciles de capturar ahora se puedan simular. Con mejor representación  de escalas de longitud múltiple, también pareciera que  hay una justificación  para mayor complejidad geométrica y constitutiva y esto tendrá impacto  en los enfoques  de la recolección de datos y caracterización. Las enseñanzas  del análisis multi-escala  también ayudarán mejor en el sub-modelamiento.
 
Las oportunidades que surgen del modelamiento multi-escala no lineal y los enfoques mejorados de sub-modelamiento se discuten y se proponen estudios de caso para minas subterráneas y de rajo abierto y algunas pruebas  de suficiencia  para modelamiento de escala múltiple.

Una serie de grandes minas subterráneas  intentan comenzar un nuevo nivel de hundimiento de bloque subyacente hacia el fin de las operaciones existentes. Algunos de estos proyectos de transición están entre los proyectos mineros subterráneos de más valor jamás realizados. La interacción entre la caverna en desarrollo y la operación existente durante la propagación de caverna, quiebre y descenso se tiene que simular  de modo que la transición  se pueda planificar apropiadamente y de modo que los riesgos  y efectos  de las nuevas cavernas de bloque se puedan apreciar adecuadamente.
En una serie de minas, la interacción entre cavernas nuevas  y operaciones que se superponen se ha investigado utilizando modelos numéricos detallados tridimensionales. Se han recreado una serie de fenómenos  frecuentemente observados y las causas y factores que influyen en ellos se pueden demostrar. Se discuten algunas observaciones  a partir de estas simulaciones de hitos de hundimiento, así como algunas implicancias para el monitoreo  de operaciones de hundimiento.

Los modelos numéricos no lineales de escala de mina detallados  se han calibrado usando observaciones  de desplazamiento  y daño en tres minas profundas. Los modelos calibrados luego se usaron para investigar la correlación entre la Energía Plástica Disipada (DPE) y la probabilidad  de evento sísmico. Se observe una fuerte relación no lineal entre DPE y la probabilidad  de evento que describe el desarrollo, punto máximo y declinación en la sismicidad a medida que se deformó la roca. Las correlaciones están presentes para eventos en todas las magnitudes y hubo suficientes datos disponibles para una comparación, se encontró una relación entre DPE y probabilidad de evento consistente con la relación  entre magnitud de evento  y frecuencia descrita  por la ecuación Gutenberg Richter.
La aplicación del análisis DPE durante el diseño y secuenciamiento de minas permitirá una descripción más cuantitativa de los riesgos sísmicos de la que está disponible actualmente.

La simulación numérica útil  de piques, chancadores y otras excavaciones de infraestructura está entre los problemas de mecánica de rocas más desafiantes. Las instalaciones mecánicas y formas de concreto usualmente se diseñan con tolerancias a la deformación que son muy bajas según los estándares mineros y los efectos  de movimientos de suelo fuera de especificación pueden ser muy caros. Los altos costos  de los problemas en esta excavación establecen un estándar muy alto de análisis para el ingeniero de mecánica de rocas, aún así el modelamiento de estos elementos a menudo se trata  como un pensamiento posterior. En este artículo, los requerimientos de ser apto para el propósito para el análisis de excavaciones críticas de infraestructura se discuten en términos de las capacidades de paquetes de análisis modernos, disponibles comercialmente y capacidades de los computadores.  Se discuten en detalle evaluaciones probabilísticas  del rendimiento de excavación  y simulación directa de la deformación de excavación.

Aunque se han hecho avances significativos  en el entendimiento de la mecánica de taludes de rajo, el modelamiento numérico no ha impactado de manera significativa la confiabilidad  del proceso de diseño. Es bien sabido que los enfoques de modelamiento de legado no simulan bien taludes grandes.  En tiempos recientes, la aparición  de modelos muy grandes de elementos finitos (FE) con más de diez millones de grados de libertad y la capacidad de simular una gran cantidad de estructuras discretas, ha permitido un cambio de etapa en la precisión de simulación para taludes. El tamaño del modelo permite simular en forma realista los efectos globales y locales  en un modelo por primera vez y el proceso se puede integrar mejor en los procesos normales de ingeniería de talud de rajo.
Se muestran algunos ejemplos  de simulación de rajos abiertos muy grandes  que demuestran  los desafíos  y algunos avances recientes  en el modelamiento de comportamiento de grandes taludes. Se han identificado importantes limitaciones  en el actual régimen de medición y observación de rajos abiertos.

Resumen: Los recientes avances  en la simulación a escala de mina permiten la calibración directa  de desplazamientos modelados  usando mediciones de subsidencia de superficie, cierre de pared de túnel, deformación de pique y daño observado.  La capacidad de simular correctamente estos fenómenos en una escala de mina, en un solo modelo constituye  un cambio de etapa significativo. Los paquetes de legado de modelamiento geotécnico no han sido capaces de simular el total de la deformación de mina.
El análisis no lineal, usando el modelo de material Mohr-Coulomb y subrutinas de usuario en  ABAQUS/Standard, sigue la ruta de esfuerzo de la secuencia de extracción en detalle. Comenzando con el equilibrio geo-estático, a menudo es en sí mismo el resultado de la simulación previa  de la historia geológica, la simulación incluye cambios metodológicos tales como la transición  desde rajo abierto a minería subterránea  y a menudo excede cien etapas de análisis  en un modelo 3D de elementos finitos que contiene  una mezcla de geometría y geología subterránea complicada. Una excelente correlación  de las categorías de daño visible de la masa de roca  con deformación plástica  y la calibración de grandes números  de eventos sísmicos con Energía Plástica Disipada contribuyen a la importancia  de las capacidades de pronóstico. La implementación de indicadores de rendimiento para sistemas de soporte subterráneos muestra una aplicación típica para usar simulaciones de elementos finitos para mejorar el proceso de planificación minera.

Resumen: Los rajos abiertos profundos más grandes están sostenidamente aproximándose a profundidades de un kilómetro. La complejidad del proceso minero y fenómenos de daño para estos rajos están entre las aplicaciones más desafiantes  de la simulación de elementos finitos. Aunque se han hecho avances significativos  en las distintas áreas  relacionadas con la mecánica de taludes de rajo, los recursos computacionales han limitado el uso del modelamiento numérico para problemas de rajo abierto a modelos de dos dimensiones  o modelos 3D extremadamente simplificados.  Con la seguridad y la productividad de futuros mega rajos  dependiendo de  las nuevas reglas de diseño  para la estabilidad de talud de rajo, se requieren mejores herramientas. En tiempos recientes, la aparición de modelos muy grandes  con hasta diez millones de grados de libertad y avances en solucionadores paralelos han permitido un cambio de etapa en la precisión de la simulación para movimientos de talud y daño de masa de roca. El tamaño del modelo permite que los efectos globales y locales se simulen de modo realista  en el modelo con etapas de excavación pequeñas, recreación más correcta  de la historia de esfuerzo-deformación en el talud. Se muestran  algunos ejemplos de calibración  y pronóstico de modelos de rajo abierto muy grandes (LOP)  que demuestran los desafíos de modelar el comportamiento de un talud grande.
Palabras clave: Falla de talud, Gran Rajo Abierto, Estabilidad de talud, Fallas, Geología, Mecánica de Rocas, Geotécnico.

  
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