Desarrollo de una metodología informática para canteras de mármol subterráneas
La demanda
de piedras ornamentales aumenta día a día debido a su empleo en
la moderna arquitectura. Este aumento ha llevado a una explotación intensiva
de las canteras de mármol existentes. El resultado inmediato es la disminución
o incluso el agotamiento de los depósitos conocidos de la superficie.
Adicionalmente, razones medioambientales obligan a la explotación de
canteras de mármol subterráneas.
A pesar de ello, el conocimiento científico de las canteras de mármol subterráneas es muy limitado. Las canteras subterráneas de mármol no tienen mucho en común con otras formas de minas subterráneas (la dimensión de las aberturas, el método de excavación, la forma del material excavado, el método, etc.). La explotación es empírica, basada más en la experiencia que en conocimientos científicos. Estas dudas desanimaron a otros explotadores aseguir adelante y hacer explotaciones subterráneas.
El proyecto: colaboradores y objetivos
La Unión Europea, consciente del problema, ha aprobado un proyecto de investigación de 36 meses de duración en el que participan fundaciones educacionales y fábricas, para el desarrollo de una metodología integrada computerizada para las canteras de mármol subterráneas.
Las entidades que forman parte de esta investigación son las siguientes:
1.DIONYSSOMARBLE Co S.A. (coordinador)
2.Cooperativa Condomini Lavoratori dei Beni Sociali di Levigliani s.c.r.l. (CCLL)
3.Lasa Marmo SpA
Y las fundaciones educacionales:
1.Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques (INERIS)
2.Politecnico di Torino, Dipartimento di Georisorce e Territorio (POLITO)
3.Technische Universität Berlin (TU Berlin)
4.Centro Studi per la Fisica delle Rocce e le Geotecnologie (CNR)
Los objetivos del proyecto son:
1. La optimización del proceso de extracción del mármol de las canteras con un sistema de fractura y calidad resultaría que la cantidad mínima de material necesario para una operación segura y rentable del sistema de producción se quedaría en el lugar.
2. Una extensión natural de lo anterior es la consecución de la máxima productividad - con sus beneficios económicos - en la cantera, ya que la práctica indica que el material recuperado y la productividad raramente son óptimas, porque se falla al explotar el potencial total de la (s) técnica (s) de explotación adoptadas.
3. La optimización del reforzado de la roca y de los sistemas de soporte permitirá la reducción de los costes de explotación, ya que se minimizarán los fallos de reforzado y no será necesario una reinstalación suplementaria del mismo.
4. La disponibilidad de soportes técnicos de decisión basados en conocimientos expertos integrados de geomecánica de las rocas, geometría de los depósitos, y distribución de las calidades de las rocas ayudará a las empresas extractoras de mármol a diseñar aperturas optimizadas en el subsuelo en términos de seguridad, productivos y económicos.
5. Predicción de las características de los bloques excavados (tamaño, calidad y cantidad) y optimización mediante modernas técnicas informáticas.
6. Difusión y explotación del resultado del proyecto.
Descripción de la metodología de extracción de mármol
subterráneo
El método que se emplea en la extracción de mármol en canteras subterráneas es sala y pilar. El primer paso es excavar una galería en el yacimiento, que después se extenderá para crear una habitación. Una parte del depósito se dejará como pilar para soportar el techo. Durante el proceso de excavación se formarán varias salas y pilares. Sus dimensiones dependerán de la experiencia del cantero, ya que no existe metodología científica sobre canteras subterráneas de mármol.
Después de la construcción del primer piso, la explotación continúa en el segundo piso, donde se harán más salas y pilares, iguales a las del piso anterior. Este procedimiento se repetirá tantas veces como lo pida la profundidad de la excavación.
El método de soporte que sigue es el cierre el techo y los pilares para
reforzarlos.
Descripción del método de investigación
La falta de conocimientos científicos sobre canteras subterráneas motivó que la Unión Europea iniciara un proyecto de investigación con la participación de varios empresarios del sector y académicos. El proyecto está dividido en dos fases. En la primera fase, de 24 meses de duración, se excava una sala en cada sitio alrededor de un pilar cuadrado (15x15 m). Durante esta fase se instala toda la instrumentación apropiada (múltiples medidores de extensión de agujeros, de tensión, estaciones de convergencia) para observar el estado de la masa de las rocas en cuanto a tensión y deformabilidad. También se hace un estudio geomecánico de las características de la masa de las rocas en estudios y tests de laboratorio. Basado en los datos obtenidos, se desarrollo un modelo del bloque en tres dimensiones así como los modelos numéricos apropiados de techo-pilar-suelo.
En una segunda fase, los conocimientos adquiridos en la primera fase se aplican en la explotación de sitios experimentales. Se emplearán sistemas de soporte basados en decisiones informáticas para informar sobre la selección del procedimiento más efectivo y seguro. De esta manera es posible evaluar la efectividad del sistema. Una posterior explotación de los sitios de prueba dará al sistema toda la información necesaria para enriquecer la base de datos, así las decisiones serán más seguras.
Empresas colaboradoras (Dionyssomarble, Lasamarmo and CCLL).
Las industrias colaboradoras tienen que llevar a cabo la explotación
de las mencionadas salas alrededor de un pilar. Durante el proceso de excavación,
están obligadas a instalar todas los instrumentos necesarios para recoger
medidas frecuentes. Se van instalando más instrumentos mientras la excavación
va progresando, de acuerdo con las especificaciones del proyecto. Todos los
datos se envían a los colaboradores académicos para elaborarlos.
Finalmente la sala tiene que ser expandida, así se puede estudiar cualquier
alteración en tensión y deformabilidad del techo y los académicos
pueden llegar a conclusiones seguras.
Colaboradores académicos
Los colaboradores académicos llevan a cabo la caracterización mecánica de las rocas (se han analizado hasta ahora más de 850 tipos). También diseñan el sistema de monitorizado geomecánico a instalar en la sala y el pilar experimentales y hacen la verificación del comportamiento de esos sistemas (CNR). También trabajan en el desarrollo de un programa informático (RESOBLOCK) que reproduce las discontinuidades de la masa de la roca en un modelo en tres dimensiones. El programa da un dibujo en dos dimensiones de las discontinuidades (con orientación e inclinación de las fracturas), así como su caracterización, de acuerdo a su extensión, el material de relleno, la rugosidad y la abertura. Por lo tanto, el programa puede presentar un modelo en tres dimensiones de cómo serán los bloques extraídos. Resoblock, en la primera fase del proyecto ha fue cargado con datos y produjo un modelo. Este modelo teórico será verificado y contrastado con los datos recopilados en la segunda fase del proyecto con datos actuales (INERIS).
Por lo tanto, los resultados de los trabajos realizados por CNR e INERIS serán utilizados por POLITO para desarrollar un modelo numérico para cada cantera. La metodología de POLITO está basada en un Modelo de Elemento Distinto (DEM). De acuerdo con este modelo, todo el yacimiento de mármol consiste en bloques rígidos y deformables y se producen desplazamientos debido a los movimientos de las juntas. La teoría que defiende que los bloques que constituyen el pilar son rígidos permite un análisis fiable de las condiciones globales de estabilidad con un tiempo computacional más corto que los deformables. De otro lado, la teoría de los bloques deformables permite una computación más detallada de tensiones y desplazamiento. Con el desarrollo de este modelo será posible calcular las tensiones, que crecerán con una excavación de apertura grande, así como el desplazamiento esperado del techo y las paredes de la sala. Finalmente, todos los conocimientos suministrados por los colaboradores se presentan a las partes interesadas. El objetivo de TUBERLIN es desarrollar un sistema de soporte de decisión (DSS) para diseñar un procedimiento efectivo en cuanto a coste, seguridad aplicable a las canteras de mármol subterráneas. Este sistema de soporte de decisión se envía a empresas que van a comenzar a explotar canteras subterráneas de mármol o que ya lo hacen. El primer grupo será apoyado en sus planes para la explotación de las canteras, mientras que el segundo recibirá asistencia sobre optimización y modificación de sus sistemas. El programa informático de sistema de soporte de decisión, en sus primeras fases provocará una producción optimizada. Esta producción será contrastada con los datos actuales y la base de datos se enriquecerá con más información para ser más fiable y segura.
Situación del proyecto
El proyecto se encuentra ahora en su mes 24. En Noviembre de 2.000 se celebró el segundo encuentro anual en Berlín. Los temas que se trataron fueron principalmente técnicos. Se anunció la terminación de la fase A y el pase a la fase B. Aparte de esto, todos los colaboradores manifestaron su intención de difundir los resultados del proyecto.