01 capitulo introduccion p&v perina cscherpenisse oct2007

7/27/2019 01 Capitulo Introduccion P&v Perina CScherpenisse Oct2007

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Captulo-1

Introduccin y ConceptosGenerales de Voladuras

Carlos R. Scherpenisse

Preparado para:Mina Pierina - Barrick Per

23-25 Octubre - 2007

INGENIERA E INSTRUMENTACIN EN TRONADURA

M. Pierina ASP Blastronics

IntroduccinComprender:

PObjetivos de la voladura

PQu implica el disear una voladura

PQu es necesario considerar

PDefiniciones y conceptos bsicosPUtilizacin de directrices de diseo

PEnfoques diferentes en el diseo de voladura

PCmo Implementar una voladura

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GAI-Tronics Curso de Vibraciones por Voladuras, Mina Pierina BARRICK ASP Blastronics


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Objetivos de la Voladura

PObjetivo de Corto Plazo : Lograr un adecuado grado defragmentacin de la roca, de tal modo que haga mnimo elcosto combinado de las operaciones de Carguo,Transporte, Chancado y Molienda de la roca.

PObjetivo de Corto y Largo Plazo : Minimizar el dao almacizo rocoso en su entorno, protegiendo la integridad de

los bancos y la estabilidad de los taludes, asegurandongulos de diseo, cuidando las Instalaciones eInfraestructuras mas prximas, permitindo una operacinsin riesgo

La Voladura es un proceso inserto en el Negocio Minero y sobre elcual tiene un gran impacto, tanto en el corto como en el largo plazo.

Importancia de la Voladura

! Reconocer su importancia,

! Crear grupos de trabajos multidiciplinarios

! Proveer de Recursos y Tecnologa

! Utlizar un metodologa que permitan evaluar yposteriormente optimizar esta operacin unitaria.

Por el alto grado de influencia que tienen losresultados de la tronadura, en los restantes

procesos de la Mina (Corto y Largo Plazo),es esencial y necesario:

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La Voladura y sus Influencias

K El negocio minero (el proceso de la mina ysu viabilidad tcnico-econmica), puede verseafectado por las Voladuras.

K Cul es el costo..... de una mala Voladura ?

ENFOQUE GRUPAL PARA LOGRAR UNAEFICIENCIA OPTIMA DE LA VOLADURA

PLa Preocupacin por los detalles es la clave de una voladura eficiente y segura.

PCada operacin debe ser realizada en la forma ms precisa posible.

PLos controles de calidadpueden aumentar la productividad considerablemente.

PLos diseos eficientes de voladura requieren de un esfuerzo grupal.

PCada operacin afecta el resultado de la prxima operacin.

Dideo de laVoladura

Distribucinde la mallaCuantificacin

del resultado

Refinamientodel diseo

Preparacindel banco

PerforacinExcavacin

Carguio dela Voladura

Resultado Optimode la Voladura

Actitud

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FACTORES PRINCIPALES QUE AFECTAN LAEFICIENCIA DE LA VOLADURA

PComunicacin.


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El Diseo depende de :

Objetivos delDiseo

Diseo yAnlisis

Implementacin

Comenzar con un DiseoBsico

Monitorear Rendimientos

Saber cmo cambiar paramejorar resultados

Identificar cundo cambiar omodificar un diseo

Monitorear el Rendimiento

de la VoladuraEl Rendimiento es Controlado por la

Implementacin

Calidad de la Perforacin

Rendimiento del Explosivo

Rendimiento de los Retardos

Rendimiento del Taco Fragmentacin

Vibracin (Cercana y Lejana)

Movimiento del Burden (Dilusin)

Muck Pile (Altura)

Dao y Quebradura

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! Obtener una base de informacin objetiva yrepresentativa por Sector (PPV, VOD, etc.)

! Comprender la Dinmica del Proceso de la Voladuraen el Macizo Rocoso.

! Guiar el Diseo de la Voladura de Produccin yContorno.

! Evaluar y Controlar el Dao segn el tipo de Roca.

Por Qu ?

Monitorear las Voladuras

A que se refiere el

Diseo de una Voladura?Es la especificacin de cada elemento de la Voladura demanera tal que esta se pueda implementar en terreno

PLugar, tamao y forma del volumen a Volar

PTamao de pozos, orientacin y malla

PTipo de explosivo y su distribucin

PSecuencia y tiempo de iniciacin de cada pozo

Esto incluye:

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La Realidad

PDiscrepancia entre la teora y la prctica

PLa base de diseo es sencilla y emprica .....

PTecnologa en Voladura depende en lasofisticacin de

Perforadoras Explosivos Sistemas de Iniciacin Sistemas de Monitoreo Herramientas de anlisis y modelamiento

PEl diseo de Voladura todava requiere un pocode ARTE! (- i.e. Buena Ingeniera)

Consideraciones de Diseo

PPropiedades de la roca Resistencia / Dureza Densidad Modulos Elasticidad

PEstructura del macizorocoso

Macizo Estratificado En bloques Fracturado Homogneo o variable

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Situacin

- Tamao y forma del volumen a Volar- Acceso- Proximidad a estructuras y maquinaria- Agua


< PerforadorasTipo

Largo mximo de pozoDimetro de pozosOrientacinCapacidad

< ExplosivosTipoPropiedades de detonacin

Propiedades FsicasImpermeabilidad


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Diseo - Cmo se hace?

PUsar un diseo conocido que haya funcionadoen otro lugar

PFrmulas fundamentales

PReglas bsicas

P Ingeniera en Voladura

Algunas Definiciones

H

B

Taco

L

Sobre-perforacin, J

B

E

Dimetro de Perforacin (D),Altura de Banco (H), largo de

pozo (L), Sobre-perforacin (J),Burden (B) y Taco (T).

Burden y Espaciamiento

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Langefors y Kihlstrom

PBasado en un anlisis sencillo y experiencia enroca dura en Suecia.

PRepresentativo de la poca de la dinamita

P Ilustrado con el uso de Reglas y Factores

Factores de seleccin :

- Competencia de la roca- Costo especfico de la tronadura ($/m3 roca volada)- Estructuras- Control de la perforacin: inclinacin y desviaciones

- Tamao de la perforadora y la accesibilidad al sitio- Altura del banco

Dimetro de la Perforacin

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U Competencia de la rocaCuando se requiere una buena fragmentacin :

Roca Dura " se recomiendan D pequeosRoca blanda " se recomiendan D mayores

U Estructuras

Al reducir D, se intenta hacer coincidir el pozo, el B y el E con unbloque ayudando a una fragmentacin ms uniforme.


En pozos de gran longitud y de gran inclinacin se recomienda usardimetros mayores reduciendo el grado de desviacin.

A mayor altura de banco, mayor es la probabilidad de desviacinde la perforacin.

La mxima exactitud en la perforacion se logra con pozos lo mscorto posible y diametros lo ms grandes operacionalmentedisponibles.

U Control de la perforacin


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En resumen :

Grandes dimetros :

Menor costo de perforacin.Menor control sobre la fragmentacin.Menor control sobre el impacto ambiental .Mayores factores de carga para mejorar la distribucin de energa.

Dimetros pequeos :

Mejor fragmentacin.

Menor vibracin.

Uso de perforadoras ms livianas y movibles.Mayor costo de perforacin.

Mayor grado de desviacin en perforaciones largas.

Menor grado de desviacin en perforaciones largas.


Reglas Bsicas Generales

Dimetro (D) de pozo vs Altura de Banco

D(pulgadas) = H (pies) / 10 (Atlas)

D = H / 40 - Dura (Hoek and Bray)

D = H / 66 - Blanda (Hoek and Bray)Dimetro = ( 15 / 66 ) = 0.227m = 8.95"

Dimetro = ( 15 / 0.3048 ) / 10 = 49.21 /10 = 4.92"

Dimetro = ( 15 / 40 ) = 0.375m = 14.7"

Clculo Ejemplo para H=15m, Burden=8m, Dim=10 5/8"

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Dim B - Min B - Prom B - Max

[Pulg.] [m] [m] [m]

6 3/4 3.5 5.4 8.1

7 7/8 3.9 6.0 9.0

9 4.3 6.5 9.8

9 7/8 4.5 7.0 10.5

10 5/8 4.8 7.3 11.0

12 1/4 5.3 8.1 12.1

B

Dimensin lineal entre el pozo y la cara libre. Se mide perpendiculara la direccin de la lnea de pozos que constituyen una fila.

Estimacin prctica de Rustan(1990) :

Bp : Burden Promedio (m)d : dimetro (m)

En este clculo, el rango de variabilidad recomiendaest entre un Bmx de 150%B y un Bmin de 65%B

Bp = 18.1 d

Burden (B)

0.689

Burden (B)

B = (25 a 35 D) / 12 (Atlas Powder)

B = 45 D (Hoek and Bray)

B = 19.7 D0.79 (Atlas Copco)

B = (20 to 40) D (Dick et all)B = (0.25 to 0.5) H (Adhikari)

B = [(2 e/R) + 1.5]DH (Konya DH=Pulg, B=ft])Burden = 0.25 a 0.50 x 15m = 3.75m a 7.5m

Burden = (25 a 35 x 10 5/8")/12 = 22.14 a 30.99 pies = 6.75m a 9.44m

Burden = 45 * 10 5/8" = 478.1" = 12.1m

Burden = 19.7 * [(10 5/8"*0.0254)^0.79] = 19.7 * [0.3553] = 7.0m

Burden = [(2 x 1.3/2.5)+1.5] x 10 5/8" = 2.54 x 10 5/8" = 26.99 pies = 8.23m

Burden = 20 a 40 x 10 5/8" = 212.5" a 425" = 5.4m a 10.8m

Burden = [(2 x 0.8/2.5)+1.5] x 10 5/8" = 2.14 x 10 5/8" = 22.74 pies = 6.93m


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B , tiene un lmite mnimo, sobrepasado este, la Voladura

tiende a producir:

Fuertes estallidos en la cara libreExplosiones de aire

Proyecciones de rocas

En filas sucesivas y por excesivo confinamiento, las cargaspodran producir interacciones negativas, generando:

Iniciacin por simpata

Insensibilizacin de cargas

Burden (B)

Eyecciones del Taco

Espaciamiento (S)

Cuadrado: S = B

Triangular S = 1.15 B

Rango Comn S = (1 to 2) B


S = 8 m a 16m

S = 8 m

S = 9.2 m

Dimensin lineal entre POZOS adyacentes que forman una fila.Se mide paralelamente a la cara libre

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Sobre-Perforacin (J)

Perforacin bajo el nivel del piso del banco

Tiene por fin generar pisos ms planos

La pasadura con un entre 10E a 30E forma un cono de rotura. Cada cono debecoincidir con el adyacente, con el fin de evitar la sobrequebradura.

Sobre-Perforacin (J)

Sobre-Perforacin = (0.2 to 0.5) B (Atlas)

Sobre-Perforacin = 0.3 B (Konya)

Sobre-Perforacin = (0.2 to 0.3) B (Hoek & Bray)Pasadura (J) = (0.2 a 0.3) x 8.0m = 1.6m a 2.4m

Pasadura (J) = 0.3 x 8.0m = 2.4m

Pasadura (J) = (0.2 a 0.5) x 8.0m = 1.6m a 4.0m


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Taco (T)

Taco ms largo Taco ms corto

Material inerte aadido en la parte superior delpozo (eventualmente intermedio)

Proporciona confinamiento de la energa de expansinde gases.

Mientras ms tiempo permanezca el taco, mayor ser laefectividad de la energa del explosivo y los resultadosde la voladura (fragmentacin y desplazamiento).

Evita proyecciones de roca y sobrepresin excesiva

Taco (T)

Largo:

T = (0.7 to 1.3) B (Hoek and Bray)

T = (15 to 25) D (Atlas Copco)

T = 0.7 B (Konya)

Material:

M = 0.05 D (Adhikari)

M - 0.15 D (Konya)

Taco = 0.7 x 8.0 = 5.6m

Taco = (15 a 25) x 10 5/8" = 159.42 a 265.6" = 4.0m a 6.75m

Taco = (0.7 a 1.3) x 8.0 = 5.6m a 10.4m

Material = 0.15 x 10 5/8" = 1.59"

Material = 0.05 x 10 5/8" = 0.53" (13.5mm)


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Dim Tg Tp

[Pulg.] [m] [m]

6 3/4 3.4 4.3

7 7/8 4.0 5.0

9 4.6 5.7

9 7/8 5.0 6.310 5/8 5.4 6.7

12 1/4 6.2 7.8

Taco (T)

Largo:

Tp = (25) D (Valor promedio ms Comn)Tg = (20) D (Mnimo con Gravilla *)

Inclinacin de Pozos

Cuando los taludes estn inclinados se pueden dar las siguientes situaciones :

1. Vertical 2. Inclinado

Las perforaciones debieran ser paralelas a la cara libre , con esto se obtieneuna mejor fragmentacin debido a que el burden permanece constante.

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Ventajas de las perforaciones inclinadas :

Las mallas son ms espaciadas, reduciendo los costos de perforacin y explosivos porla cantidad menor de pozos.Mayor estabilidad de taludes (caras de bancos).Aumento del Desplazamiento e la pila VoladaY mejor excavabilidadMejoramiento en las condiciones de patas (pisos) y reduccin de pasaduraMejor aprovechamiento de la energa

Inclinacin de Pozos

Desventajas de perforaciones inclinadas

Aumento de los errores de alineacin, es ms difcil de empatar

Imposibilidad de repasar o reperforar

Aumento de la probabilidad de desviacin

Aumento del desgaste de las barras de perforacin

Inclinacin de Pozos

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Acoplamiento del Explosivo

La diferencia de dimetros entre el pozo y el explosivo generadeficiencias en la energa transferida.

Esta deficiencia se puede estimar como prdida de presinde detonacin, segn la siguiente relacin :

% reduccin en barrenos con agua

% reduccin en barrenos secos

1 - Explosivo1.8

BarrenoD

D

1 - Explosivo2.6

BarrenoDD

Rigidez

Comparacin del Indice de Rigidez

Mala distribucin de la energa

Distribucin aceptable de la energa

Buena distribucin de la energa

Altura del banco 10 mDimetro de la carga 311 mmBurden 10 mIndice de rigidaz 1Taco 7 m

Altura del banco 10 mDimetro de la carga 92 mmBurden 3,3 mIndice de rigidaz 3Taco 2,3 m

Altura del banco 10 mDimetro de la carga 145 mmBurden 5 mIndice de rigidaz 2Taco 3,5 m

Nota: el factor de energa es el mismopara cada ejemplo

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Factor de Carga

PRelacin entre el peso delexplosivo y el peso de la roca.

PConveniente, fcil de calcular yse puede relacionar con costos.

E

B

H

Factor de Carga

15 m

1.5m

6 3/4"5.6m x 5.6mFC=203g/Tn

12.5 m18.5 Kg/m100%231 KgANFO

4.0 m26.7% Hb

11.5 m25.1 Kg/m136%289 KgANFO

7 7/8"6.3m x 6.3mFC=202g/Tn

5.0 m33.3% Hb

9"6.9m x 6.9mFC=201g/Tn

10.5 m32.8 Kg/m178%345 KgANFO

6.0 m40.0% Hb

9 7/8"7.4m x 7.4mFC=201g/Tn

10.0 m39.5 Kg/m214%395 KgANFO

6.5 m43.3% Hb

10 5/8"7.7m x 7.7mFC=204g/Tn

9.5 m45.8 Kg/m248%435 KgANFO

7.0 m46.7% Hb

12 1/4"8.4mx8.4m

FC=204g/Tn

8.5 m60.8 Kg/m329%517 KgANFO

8.0 m53.3% Hb

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Factor de Carga

Prediccin de la Distribucin GranulomtricaModelo Kuz-Ram

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0.1 1 10 100 1000

Tamao de Partculas [cms]4" 6 3/4" 7 7/8" 9" 9 7/8" 10 5/8"

Factor de Carga

Tamaos Caracterstcos x Dimetro de Perforacin

21.4 23.1 25.0 25.4 25.6 26.536.4

46.3 52.357.5 65.2

74.565.8

100.5

119.1

142.5

184.3

234.9

0.6

5.1

7.9

10.9

14.9

18.5

0

50

100

150

200

250

4" 6 3/4" 7 7/8" 9" 9 7/8" 10 5/8"

Dimetro Pulg. (Malla / FdeC)

0

5

10

15

20

25

d50% d75% d95% Porcentaje de Sobretamao, 100cms

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Variacin del factor de carga

Espaciamiento

Incremento del Burden,

reduce el factor de cargaAumento delfactor de Carga

Burden

Incremento delBurden

Factor de carga en 2D

Incremento enespaciamiento

Incremento en Burden

Concentracin deEnerga en 2D

Burden

Espaciamiento

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Factor de Carga en 3D

l

L1

L2dl

r

h P

Ep =IL1

L2

dl

KfE[d2]2

r43 (h2 + 12 )

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Factor de Energa

En un diseo, el factor de carga estbasado en el peso del explosivo sinreferencia a la potencia del mismo.(VOD ?).

Factor de Energa = Factor de Carga* Potencia Relativa en Peso

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Factor de Carga vs Tipo de Roca

Valores Tpicos:

Carbn 0.2 kg/m3

Esquisto arcilloso 0.3 kg/m3

Arenisca 0.5 kg/m3

Basalto fracturado 0.4 kg/m3

Granito resistente 0.8 kg/m3

Problemas con el Factor de Carga

PNo existen directrices respecto de como lograrresultados especficos en las voladuras.

PLas propiedades dinmicas y estructurales delmacizo rocozo son ignoradas.

PEl Factor de Carga no especifica como est

distribuida la energa.

PLa secuencia real de la secuencia y tiempo dedetonacin de un pozo no son considerados.

PEl Factor de Carga es til pero NO es suficiente.

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Mallas de Perforacin

Malla cuadrada Cara libre

Cara libre

Malla cuadradaTrabada Cara libre

Cara libre

Malla rectangularTrabada

Cara libre

Cara libre

MallaRectangular

Cara libre

Cara libre

B < SB < S

B = S B = S

BS

SS

SB

BB

Burden Efectivo

Burdenefectivo

Espaciamiento efectivo

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Ingeniera en Voladura

Implica:

PEntendimiento de situaciones de voladurasdiferentes y materiales de distintascompetencias.

PDefinir objetivos y restricciones

PDocumentacin de experiencias previas

PMedir rendimiento y resultados actuales

Dnde empezar?

Parmetro Prioridad

Dimetro de pozo

Burden

Espaciamiento

Malla

Tamao y propsito

Inclinacin de pozo

I/H, I/R, DH Retardos

Propiedades del macizo

Parmetro Prioridad

Sobre-perforacin

Factor de energa

Decking

Largo de Taco

Tipo de explosivo

Densidad de explosivo

Altura de banco

Secuencia de iniciacin

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Secuencia de Diseo

1. Reunir datos - objetivos, geologamaquinaria, materiales, restricciones etc.

2. Definir geometra - altura de banco,tamao de voladura e inclinacin de

perforadora, etc.

3. Escoger dimetro de pozo, sobre-perforacin, largo de taco y posicin dedecks.

Secuencia de Diseo

4. Escoger tipo de explosivo y factor deenerga

5. Definir la densidad del explosivo

6. Definir el burden requerido, espaciamientoy malla

7. Escoger la secuencia de iniciacinadecuada, entre-pozos, entre-filas, yretardos down-hole.

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Dnde empezar?

Parmetro Prioridad

Dimetro de pozo

Burden

Espaciamiento

Malla

Tamao y propsito

Inclinacin de pozo



Dimetro de pozo

Burden

Espaciamiento

Malla

Tamao y propsito

Inclinacin de pozo



Parmetro Prioridad

Sobre-perforacin

Factor de energa

Decking

Largo de Taco

Tipo de explosivo

Densidad de explosivo

Altura de banco

Secuencia de iniciacin

5

12

13

14

1

4

16

2

6

10

8

7

9

11

3

15

Recomendaciones de enfoque

PDefinir la zonas de la Voladura

PDesarrollar diseos bsicos

PAplicar principios de ingeniera de Voladura: Documentar objetivos, condiciones, diseos y rendimiento Monitorear rendimiento de la voladura

Cuantificar resultados de la voladura Identificar mecanismos que generan bajos rendimiento Realizar pruebas de diseo alternativos y anlisis Implementar diseos modificados Continuar con un mejoramiento contnuo

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Consideraciones

Generalesrespecto a .....

LA TRONADURA

El Mejoramiento y Optimizacinde la Operacin de Perforacin y

Tronadura, debe realizarse desde unaperspectiva GLOBAL

Visin Global de la Voladura

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La Tronadura

deUnidad Productiva

aUnidad de Negocios

La Minera es un Negocio,como Negocio necesita procesos de Negocio y

sistemas que conecten la estrategia de largo plazo con susactividades diarias

Nelson Pizarro, Gerente General de Minera Los Pelambres.

Reflexiones ....

Reflexiones ....

Un diseo mediocre bien implementadopuede ser mejor que una mediocreimplementacin de un buen diseo.

No se puede mejorar o controlar unproceso que no se puede medir

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