Análisis y modelamiento geotécnico de pilares de una mina subterránea mediante elementos de contorno

Analizar la estabilidad de los pilares y garantizar la seguridad de las obras subterráneas es un tema de vital importancia a la hora de desarrollar proyectos mineros subterráneos. El presente trabajo aborda la importancia crítica de comprender y predecir el comportamiento de los pilares en el entorno subterráneo de la mina “Xauxa” que explota mármol mediante el método de cámaras y pilares. Se realizó la evaluación de la estabilidad de 60 pilares planificados en el plan de labores de la mina, correspondientes a cinco niveles de explotación: Subinferior Xauxa, Subinferior Sala, Inferior Oeste Sala, Intermedio, y Medio-SOT. El análisis se realizó mediante métodos empíricos tradicionales y modelamiento numérico utilizando el software de elementos de contorno EX3; además, se consideraron tres escenarios de análisis (de acuerdo a la planificación operativa): un nivel de desarrollo con pilares de 7m de altura, un primer rebaje hasta los 13m de altura de pilar, y un escenario de segundo rebaje hasta los 19m de altura, que corresponde a las galerías de producción final. A partir de los resultados se pudo concluir que los factores de seguridad calculados mediante EX3 tienen considerables similitudes con los métodos empíricos más conservadores, especialmente con el propuesto por Irarrazabal (2013). De forma general se observa que los pilares son más inestables conforme su altura aumenta, y se evidencia que la geometría rectangular de los pilares garantiza la estabilidad. Por ejemplo, el nivel Subinferior Xauxa, cuyos pilares son en su mayoría rectangulares, presenta los mayores valores de factor de seguridad y un 80% de pilares estables. En condiciones geotécnicas similares, los niveles Subinferior Sala, Inferior Oeste Sala, e Intermedio, en los que predominan los pilares cuadrados, presentan menor estabilidad en general, con solo 29% de pilares estables a la altura de 7m, mientras que en los otros escenarios resultan inestables en su totalidad.
Analyzing the stability of pillars and ensuring the safety of underground works is a matter of vital importance when developing underground mining projects. This paper addresses the critical importance of understanding and predicting the behavior of pillars in the underground environment of the "Xauxa" mine, which exploits marble using the room and pillar method. The stability of 60 planned pillars in the mine's work plan was evaluated, corresponding to five levels of exploitation: Subinferior Xauxa, Subinferior Sala, Inferior Oeste Sala, Intermedio, and Medio-SOT. The analysis was carried out using traditional empirical methods and numerical modeling using the boundary element software EX3; three analysis scenarios were considered (according to operational planning): a development level with pillars of 7m in height, a first cut to a pillar height of 13m, and a second cut scenario down to 19m height, corresponding to final production galleries. From the results, it was concluded that the safety factors calculated using EX3 exhibit considerable similarities with the most conservative empirical methods, especially with the one proposed by Irarrazabal (2013). Generally, it is observed that pillars become more unstable as their height increases, and it is evident that the rectangular geometry of the pillars ensures stability. For example, the Subinferior Xauxa level, whose pillars are mostly rectangular, presents the highest safety factor values with 80% of stable pillars. Under similar geotechnical conditions, the Subinferior Sala, Inferior Oeste Sala, and Intermedio levels, where square pillars predominate, show lower stability overall, with only 29% of stable pillars at a height of 7m, while in other scenarios they are entirely unstable. Finally, the Medio-SOT level, which is currently a research gallery and has a lower-quality rock mass (slate), yields result of total instability with safety factors less than 1 in all scenarios.