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GEOMECANICA MINERA SUBTERRANEA

MODULO

Ph. D. Carlos Agreda TurriateConsultor Intercade

VOLADURA CONTROLADA, ANALISIS VIBRACIONALY SISMOLOGIA APLICADA A LA ESTABILIDAD

DEL MACIZO ROCOSO EN MINERIA SUBTERRANEA

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INDICE

1) Geomecnica minera subterrnea

2) A li i d l i l i i2) Aplicaciones de la geomecnica a las operaciones mineras

subterrneas

3) Voladura controlada

4) Anlisis vibracional y sismologa aplicada a la estabilidad del

macizo rocoso

P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

5) Sismicidad inducida y anlisis vibracional

6)Instrumentacin geotcnica convencional y sismicidad

inducida


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GEOMECANICA MINERA SUBTERRANEA


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INTRODUCCION

Como se sabe, una de las maneras de afectar al macizorocoso es mediante el ataque mecnico (por accin derocoso es mediante el ataque mecnico (por accin deuna perforadora) y tambin un ataque fsico-qumico(mediante la detonacin de un explosivo).

Por tanto, se puede deducir que el fracturamiento delmacizo rocoso se produce por la accin binomial de la


macizo rocoso se produce por la accin binomial de laperforacin y la voladura.


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Tambin existen varios investigadores de este tercermilenio que han demostrado que la buena fragmentacindel macizo rocoso dependen ms de las propiedadesfsico-mecnicas de las rocas que de las caractersticasdel explosivo.

El desarrollo del presente curso se efectuar haciendo enprimer lugar una revisin muy sucinta de las aplicacionesde la geomecnica a las operaciones minerassubterrneas


subterrneas.

Luego se revisarn los conceptos fundamentales de lavoladura controlada.

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Posteriormente, se desarrollarn los conceptos bsicos dela voladura de rocas para luego efectuar un anlisis muycompleto de las vibraciones producidas por efecto de lap p pvoladura de rocas.

Finalmente, se estudiarn y se analizarn los modelosmatemticos ms representativos que se han postulado ala fecha para minimizar mitigar y/o evitar la


la fecha para minimizar, mitigar y/o evitar ladesestabilizacin del macizo rocoso, en funcin de lavelocidad pico de partcula (PPV).


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APLICACIONES DE LAAPLICACIONES DE LA GEOMECANICA A LAS

OPERACIONES MINERAS SUBTERRANEAS


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INTRODUCCION

En este tercer milenio, se debe tener en cuenta que paraefectuar las diversas labores subterrneas, en primerefectuar las diversas labores subterrneas, en primerlugar, se debe conocer las caractersticas geomecnicasde las rocas, los parmetros de detonacin y explosin delas mezclas explosivas ms usadas a nivel mundial y eldiseo de dichas labores subterrneas.


Al conocer las caractersticas geomecnicas del macizorocoso se est en las siguientes condiciones:

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I. Disear eficientemente las diferentes excavacionessubterrneas.

II. Seleccionar un adecuado sistema de sostenimiento y,de esta manera, evitar accidentes fatales producidospos la cada de rocas.

III. Calcular el factor de seguridad (S. F).IV. Proporcionar una evaluacin geomecnica global del

macizo rocoso.


V. Estimar la calidad del macizo rocoso y de losparmetros resistentes de las rocas: cohesin y ngulode friccin interna (i).


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Definicin

Segn Bieniawski, es la ciencia e ingeniera que estudialos suelos y los materiales rocosos, lo mismo que a los

GEOMECANICA

los suelos y los materiales rocosos, lo mismo que a losmacizos rocosos. Este es un campo de prcticaprofesional e investigacin que trata de lo anteriormentemencionado.

La geomecnica contribuye a un nmero de disciplinastales como Ingeniera de Minas, Civil, Geolgica, Petroleray de Gas Natural Estas disciplinas se estudian para


y de Gas Natural. Estas disciplinas se estudian paradisear y construir algunos proyectos, tales comominas, tneles, cimentaciones, estabilidad detaludes, piques, perforaciones en la bsqueda de petrleoy gas, etc.

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La geomecnica permite mejorar ambos: el ambiente enque vivimos y la calidad de vida de los habitantes delplaneta Tierra.

Dimensionar y disear las diversas excavacionessubterrneas (tneles, galeras chimeneas, estabilidad detaludes, etc.).

Objetivos


Seleccionar los diversos sistemas de sostenimiento quedeben usarse en las excavaciones subterrneas.


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CARACTERIZACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO

Para utilizar el mapeo geolgico y geomecnico de lasdiscontinuidades del macizo rocoso es necesario clasificar ydiscontinuidades del macizo rocoso, es necesario clasificar ycuantificar sus efectos en el proceso de excavacin de dichomacizo.

A nivel mundial, existen diversos sistemas de clasificacin ycaracterizacin del macizo rocoso, pero los ms usados sonlos siguientes:


g

Rock Quality Designation (RQD-Index)Rock Mass Rating System (RMRs-value)Rock Mass Quality (Q System-value)

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Estos sistemas han sido desarrollados principalmente paraevaluar la reduccin de la estabilidad de un macizo rocosointerceptado por algunos planos.

Sin embargo, ellos tambin pueden proveer cierta ayudapara estimar la influencia de las caractersticas del macizopara estimar la influencia de las caractersticas del macizorocoso durante el proceso de excavacin.



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ROCK QUALITY DESIGNATION RQDEl gelogo norteamericano D. Deere, que desarrollaba sutrabajo profesional en el mbito de la mecnica de rocas,postul que la calidad estructural de un macizo rocoso

d ti d ti d l i f i d d lpuede ser estimada a partir de la informacin dada por larecuperacin de testigos intactos. Sobre esta base proponeel ndice cuantitativo RQD (Rock Quality Designation).

El RQD se define como elporcentaje de testigosrecuperables con una longitud


p gmayor o igual a 10 cm.

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Basndose en los rangos de los valores del RQD, el macizo

10010 xtotalLongitud

cmtestigosdetotalLongitudRQD

rocoso puede ser caracterizado segn la valoracinsiguiente:

RQD (%) Calidad de la roca

100-90 Muy buena

90 75 Buena


90-75 Buena

75-50 Mediana

50-25 Mala

25-0 Muy mala


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En caso que no se cuente con testigos adecuados,Palmstrm (1982) propone que el RQD puede ser calculado,definiendo un RQD superficial segn la siguiente expresinmatemtica:

Donde

(%)3.3115 vJxRQD DondeJv: nmero de contactos por m3Jv: Jx + Jy + JzPara Jv < 5 RQD = 100

Priest y Hudson (1976) proponen el RQD, el cual puede sercalculado usando la siguiente expresin matemtica:


11.01.0100 eRQD

midadesdiscontinuN.Donde

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Desarrollado en Sudfrica por Z. T.Bieniaswki en 1973 y posteriormente

RMR (ROCK MASS RATING) DE BIENIAWSKI 1979

modificado por l mismo en 1976 y en1979. Tambin es conocido como CSIR(South African Council for Scientific andIndustrial Research) (Consejo de frica delSur para la Investigacin Cientfica eIndustrial).


Actualmente, se usa la edicin de 1989 que coincidesustancialmente la con de 1979. Para determinar el ndiceRMR de calidad de la roca, se hace uso de los parmetros delmacizo rocoso que se mencionan posteriormente.

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Esta caracterizacin ingenieril de los macizos rocososutiliza los siguientes seis parmetros, los cuales sonmedibles en el campo y tambin pueden ser obtenidos de

ROCK MASS RATING SYSTEM (RMRS)

la base de datos (laboratorios).

1. Resistencia compresiva uniaxial del macizo rocoso (Sc)2. Designacin de calidad de roca (RQD)3. Espaciamiento de las discontinuidades4 Condicin de las discontinuidades


4. Condicin de las discontinuidades5. Condicin de agua subterrnea6. Orientacin de las discontinuidades

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Valores de los cinco parmetros que intervienen

1. Resistencia a la compresin de la roca alterada:Bieniawski emplea la clasificacin de la resistencia a la

i i i l d l Dcompresin uniaxial de la roca que proponen Deere yMiller, como alternativa se podr utilizar la clasificacinde carga de punta para cualquier tipo de roca, excepto lamuy frgil.

2. RQD: ndice de calidad de la roca segn Deere y Miller.


3. Espaciamiento de las discontinuidades: es decir, de lasfallas, de los planos de estratificacin y otros planos dedebilidad.

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4. Condiciones fsicas y geomtricas de lasdiscontinuidades: este parmetro toma en cuenta laseparacin o abertura de las fisuras, su continuidad, larugosidad de su superficie, el estado de las paredes(duras o blandas) y la presencia de relleno en lasdi ti id ddiscontinuidades.

5. Presencia de agua subterrnea: se intenta medir lainfluencia del flujo de las aguas subterrneas sobre laestabilidad de las excavaciones en funcin del caudalque existe en la excavacin y, de la relacin entre lapresin del agua en las discontinuidades y el esfuerzo


presin del agua en las discontinuidades y el esfuerzoprincipal.

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El valor del RMR se calcula de la siguiente manera:

Valor de un parmetro individual.Las siguientes clases de los macizos rocosos son definidos

654321 RMR

por el valor RMR:

RMR Clase N. Clasificacin

100-81 I Roca muy buena

81-60 II Roca buena


60-41 III Roca regular

40-21 IV Roca pobre

< 20 V Roca muy pobre

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COMPARACION DE LA CLASIFICACION GEOMECANICA DE BIENIAWSKI

RQD Grado de meteorizacin

Resistencia a la compresinuniaxial de la roca inalterada.Resistencia a la compresin simpleGrado de meteorizacin

Resistencia a lacompresin uniaxial de laroca inalterada

Distancia entre diaclasas Orientaciones del rumbo y

buzamiento Separacin de las

di l

Resistencia a la compresin simple. RQD. ndice de calidad de la roca. Distancia entre diaclasas. El trmino

diaclasa se utiliza para toda clase dediscontinuidades.

Estado de las diaclasas. Abertura delas diaclasas, continuidad, rugosidadde su superficie, estado de las


diaclasas Continuidad de las fisuras

(persistencia) Aguas subterrneas

paredes (duras o blandas) y presenciade relleno en las fisuras.

Aguas subterrneas. Se trata demedir la influencia del flujo de aguassubterrneas sobre la estabilidad deexcavaciones.

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Ensayo de Carga Puntual

(Mpa) > 10 4 - 10 2 - 4 1 - 2

Valores bajos, efectuar ensayos compresin

uniaxial

Resis

tencia

ro

ca in

tacta

Compresin Simple (Mpa) > 250 100 - 250 50 - 100 25 - 50 5 - 25 1 - 5 < 1

1

Valoracin 15 12 7 4 2 1 0

TABLA I

ao ac 5 0RQD 90% - 100% 75% - 90% 50% - 75% 25% - 50% < 25% 2 Valoracin 20 17 13 6 3

Separacin entre diaclasas (m) > 2 0.6 - 2 0.2 - 0.6 0.06 - 0.2 < 0.06 3 Valoracin 20 15 10 8 5

Estado de las diaclasas Muy rugosas, discontinuas,

cerradas, bordes sanos y duros

Algo rugosas, separacin < 1 mm, bordes

duros

Algo rugosas, separacin < 1 mm, bordes

blandos

Espejos de falla, relleno < 5 mm, separacin 1 - 5 mm, diaclasas

continuas

Relleno blando > 5 mm, separacin > 5 mm, diaclasas continuas 4

Valoracin 30 25 20 10 0


Caudal / 10m de tnel (l/min) Nulo < 10 10 - 25 25 - 125 > 125

Presin de agua 0 0 - 0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.5 > 0.5

Agua

freti

ca

Estado general Seco Ligeramente hmedo Hmedo Goteando Fluyendo 5

Valoracin 15 10 7 4 0

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Este sistema es uno de los ms usados en nuestro medio,debido a la interrelacin con el sistema de clasificacin deBieniawski (RMR S). Primero se calcula el RMRs y luego se

CARACTERIZACION DEL MACIZO ROCOSO POR N. BARTON

Bieniawski (RMR S). Primero se calcula el RMRs y luego sedetermina el valor de Q.Un sistema estructural de macizosrocosos, orientado tambin a servir enla construccin de tneles, fuedesarrollado por Barton, Lien y Lunden,investigadores del NGI (Norwegian


g ( gGeotechnical Institute) que se basaronen extensivos estudios en macizosrocosos y un gran nmero de casos deestabilidad de excavacionessubterrneas.

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RQD : parmetro definido por Deere (1964)Jn : nmero de contactosJr : nmero de rugosidades

El sistema propuesto considera seis parmetros para definirla calidad de un macizo rocoso, que son los siguientes:

Jr : nmero de rugosidadesJa : nmero de alteracinJw : condicin de agua subterrneaSRF : factor de reduccin del esfuerzo(stress reduction factor)

Para calcular el ndice Q se usa la siguiente expresinmatemtica:


matemtica:

SRFJx

JJx

JRQDQ w

a

r

n

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El valor de Q puede variar aproximadamente entre 0,001 y1000. Dentro de este rango se definen nueve calidades deroca, tal como se muestra en la tabla siguiente:

Calidad de roca QExcepcionalmente mala 0 001 0 01Excepcionalmente mala 0.001-0.01Extremadamente mala 0.01-0.1Muy mala 0.1-1.0Mala 1.0-4.0Regular 4.0-10.0Buena 10 0 40 0


Buena 10.0-40.0Muy buena 40.0-100.0Extremadamente buena 100.0-400.0

Excepcionalmente buena 400.0-1000.0

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CORRELACION ENTRE EL RQD, EL RMRS Y EL Q SYSTEM

Resistencia, rigidez, tamao del bloque, integridad estructural estabilidad, vida

til, etc.

RMR 5

Q 9

100

10000.001

0

Barton

Bieniawski

Clasificacin


RQD 51000 Deere

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COMPARACION DE LOS METODOSDE BIENIAWSKI VS. BARTON

La caracterizacin del macizo rocoso propuesta porBieniawski y Barton es de inters especial, puesto queincluye suficiente informacin para poder evaluar losparmetros del macizo rocoso que tienen influencia en laestabilidad de una excavacin subterrnea como entaludes en roca.

Bieniaswki da ms importancia a la orientacin y a la


Bieniaswki da ms importancia a la orientacin y a lainclinacin estructural de la roca y ninguna a los esfuerzosen la roca.

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Barton no incluye o no considera el factor de la orientacinde los contactos, pero s considera las propiedades de lossistemas de contactos ms desfavorables al evaluar larugosidad de los contactos y su grado de alteracin. Ambosrepresentan la resistencia al esfuerzo cortante del macizorocoso.

Estos dos sistemas sealan que la orientacin y lainclinacin de las estructuras son de menos importancia, yla diferencia entre favorable y desfavorable es adecuadapara los casos prcticos.


p p

Existen algunos materiales como la pizarra que tienecaractersticas estructurales tan importantes que tienden adominar el comportamiento de los macizos rocosos.

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En otros casos, grandes bloques quedan aislados pordiscontinuidades y causan problemas de inestabilidaddurante la excavacin, para estos casos los sistemas declasificacin descritos sern quizs no adecuados y senecesitarn consideraciones especiales para la relacinentre la geometra del macizo rocoso y la excavacin.

Cuando se trata de rocas de muy mala calidad, rocascomprimidas expansivas o con grandes flujos de agua la


comprimidas, expansivas o con grandes flujos de agua, laclasificacin de Bieniaswki es poco aplicable.

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Por tanto, en este tipo de rocas extremadamente malas serecurre al sistema de Barton. Cabe enfatizar que paramayor seguridad estas caracterizaciones se deben tomarcomo guas y, es mejor aplicar ciencia y tecnologa conmodelos matemticos.


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RECOMENDACIONES

Se sabe que las diferentes caracterizaciones del macizorocoso que existen a nivel mundial, postuladas por losdi i ti d i P ll d bdiversos investigadores, son empricas. Por ello, se debentomar como tal; es decir, como una gua.

Estas caracterizaciones se han realizado en otros pasesde diferentes condiciones al Per.

Para que estas caracterizaciones dejen de ser empricas


Para que estas caracterizaciones dejen de ser empricasdebe hacerse uso de los diferentes modelos matemticosde la investigacin de operaciones y darles un cierto gradode confiabilidad.

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VOLADURA CONTROLADA


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VOLADURA CONTROLADA

Introduccin

La minera actual, para ser competitiva en el mercadodi l h i t l id d d i tmundial, se ha visto en la necesidad de incrementar su

eficiencia, su incremento de tonelaje (produccin a granescala).

El incremento de las profundidades de los taladros aperforar y el dimetro de estos, lo mismo que la aparicinen el mercado de nuevas MEC con mejores parmetros


en el mercado de nuevas MEC con mejores parmetrosde detonacin y explosin que los convencionales, haninfluido en la reduccin de costos de operacin.

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Sin embargo, ha resultado un incremento de concentracinde energa en el rea del disparo, creando problemas deback break, y el sostenimiento de la roca remanente queno debe ser afectada por las ondas de choque producidasdurante la detonacin.

Algunos investigadores plantean que debe hacerse unanlisis de sensibilidad econmica entre el ahorro obtenido


al incrementarse el dimetro de los taladros y el costo delos diferentes sistemas de sostenimiento.

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Tambin, plantean que la mejor solucin al problema escontrolar los efectos de la voladura, de manera que laresistencia inherente de las paredes de las labores minerasdespus del disparo no sean destruidas. Estos mtodos sonllamados voladuras controladas, cuyo objetivo de cada unade las tcnicas es reducir y distribuir mejor lasconcentraciones de cargas explosivas, y as disminuir elfracturamiento y el debilitamiento de las paredescircundantes.

Todas estas tcnicas son diseadas para crear una baja


Todas estas tcnicas son diseadas para crear una bajaconcentracin de energa producida por la detonacin deuna carga explosiva por pie2 del rea que conforma elpermetro de la labor minera.

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Deck loading Detonating cord downline

Stemming

Anfo

Primer

S

Esta baja concentracin de energaen las partes finales de las laboresmineras puede conseguirse mediantelas siguientes prcticas: Stemming

Anfo

Primer

Stemming

Anfo

Primer

las siguientes prcticas:

Desacoplar la carga explosiva. Espaciar la carga explosiva. Usar explosivos con menor


Stemming

Anfo

Primer

energa. Disminuir el dimetro del taladro. Cambiar la geometra del disparo(B y S).

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Definicin

Algunos investigadores a la voladura controlada tambin lallaman voladura perimetral perimtrica o de contornollaman voladura perimetral, perimtrica o de contorno.

Existen diversas definiciones como las siguientes:

Evita daos en la roca remanente y trata de dejar unasuperficie rocosa competente, lisa y bien definidadespus de la operacin minera unitaria de voladura derocas; de manera que no se produzca agrietamientos


rocas; de manera que no se produzca agrietamientosexcesivos de la roca, lo que conlleva a mejorar suestabilidad.

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Es la descripcin, el anlisis y la discusin de una serie detcnicas que sirven para mejorar la competencia delmacizo rocoso en la parte perimetral de una labor y/oexcavacin cualquiera.

Es el uso de varias tcnicas para tratar de minimizar losdaos producidos a la roca remanente en los lmites deuna labor y/o excavacin, debido a la accin de la onda dechoque subterrnea y a las altas presiones de los gasesde la explosin, generadas durante la detonacin de lasmezclas explosivas comerciales usadas en un disparo


primario.

Tambin, la definicin de voladura controlada se muestraen el siguiente diagrama conceptual.

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VOLADURA CONTROLADA

Lanzamiento Vibraciones Onda de presin de aire Polvo Gases

Cerca al permetro(0-10 m)

Lejos del permetro(>10 m)

Voladura lisa Precorte

La carga explosiva mxima


Voladura de cortecon detonadores

de mayor precisin

Convencional con detonadores

de segundo

g ppor retardo determinar los

daos provocados a la resistencia y a la estabilidad

de la roca remanente.

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APLICACIONES DE LOS SISTEMASDE VOLADURA CONTROLADA

Los sistemas de voladura controlada pueden ser usados en lossiguientes campos: Minera superficial Minera superficial Minera subterrnea Obras de ingeniera civil: construccin de

carreteras, trincheras para lneas deferrocarriles, reservorios, pistas, entre otras.


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VARIABLES CONTROLABLES

Como ya se sabe, la voladura de rocas puede causar lossiguientes tipos bsicos de daos a la roca circundante deuna excavacin cualquiera:D l d d l it i di t t i d tDaos a las paredes del pit inmediatamente circundantes

(back break, over break, crest, fracture, face loose rock,entre otros).

Daos a las paredes de las labores mineras cercanas aldisparo.

Daos a las construcciones o labores minerassubterrneas cercanas a la influencia del disparo


subterrneas cercanas a la influencia del disparo.Daos a las paredes de las labores mineras debido a que

se ha hecho un disparo en una rea cercana (cuando sedispara para excavar una rea donde se va a instalar unachancadora, entre otros).

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punto deinicio

25ms 25ms 25ms

Variables que se pueden controlarTipo de explosivoDensidad del explosivoDimetro de los taladrosBurden (B)

850ms

875ms825ms

800ms

Burden (B)Espaciamiento (S)Sobre perforacinAltura del collarAltura de tacoPor otro lado, el tipo de MEC a usarse, la densidad decarga el desacoplamiento y el espaciamiento de las cargas


carga, el desacoplamiento y el espaciamiento de las cargasexplosivas, el dimetro de los taladros y/o mallas deperforacin y voladura (B) y (S) pueden variar paraminimizar el fracturamiento hacia atrs y la presencia derocas sueltas.

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EL EXPLOSIVO

Una de las maneras para evaluar algunas MEC escomparando las presiones dentro de los taladros que secomparando las presiones dentro de los taladros que seproducen en el momento de la detonacin.

Tambin, se sabe que la presin mxima ejercida por laexpansin de los gases provenientes de la detonacind d d l i i t f l


DfP ,12 depende de la siguiente frmula:

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CALCULO DE LA PRESION DENTRODEL TALADRO

Es determinado por el Dr. Alan Bauer en la siguienteecuacin:

1

2

16

8.0110228

DxPB

ecuacin:

DondePB: presin del taladro (MPa)1: densidad del explosivo (g/cc)


1: densidad del explosivo (g/cc)D: velocidad de detonacin (m/s)La presin ejercida en la roca circundante es directamenteproporcional a la PB, entonces se puede disminuir la PBdisminuyendo la 1 y la D de la MEC.

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SISTEMAS DE LA VOLADURA CONTROLADA COMUNMENTE MAS USADAS

Los que ms se usan en la minera nacional e internacionalson los siguientes:son los siguientes:a. Perforacin en lnea (line drilling)b. Precorte (pre-splitting, pre-shearing, pre-slotting or

stress relieving)c. Precorte con espaciamiento de aire (air deck pre-

splitting)d Voladura de recorte


d. Voladura de recortee. Voladura lisa (smooth blasting)f. Voladura suave (cushion blasting)g. Voladura amortiguada (buffer blasting)

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Como se mencion, la voladura controlada usa diversasoperaciones mineras subterrneas, superficiales y obrasde ingeniera civil, con el nico objetivo de proteger laroca circundante a la labor que se est trabajando.

En el presente curso, se estudiar principalmente lavoladura controlada llamada precorte convencional yprecorte, usando cmaras de aire.


p ,

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Existen varias definiciones, entre ellas tenemos lassiguientes:

PRECORTE(Pre-splitting, pre-shearing, pre-slotting or stress relieving)

Consiste en crear un plano de contacto o de fracturas en elmacizo rocoso antes que los disparo de produccin hayansido iniciados. Esto se lograr perforando una fila detaladros generalmente de dimetros pequeos, los cualesson cargados con MEC desacopladas.

S d b i l i i i i d l t l d d l


Se debe mencionar que la iniciacin de los taladros del pre-corte puede efectuarse simultneamente con los taladrosque conforman los taladros y los disparos deproduccin, pero la detonacin de los primeros deben serentre 90 a 120 m de adelanto.

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Es perforar una fila de taladros cercanamente espaciados ycon un ngulo correcto respecto del lmite de la excavacinplaneada; dichos taladros son ligeramente cargados conMEC adecuadas y deben ser detonados instantneamenteantes que el disparo de produccin se haya iniciado. Loanterior generar una falla tensional, la cual crear unafractura entre taladro y taladro, la que permitir la disipacinde las fuerzas y la expansin de los gases que provienendel disparo de produccin.

Segn Holmes, esta tcnica es la creacin en el macizo


grocoso de una superficie plana o plano de cizallamientomediante el uso controlado de las MEC y sus accesorios entaladros con un alineamiento y espaciamientos adecuados.

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Taco

El precorte convencional, como se sabe, usa cargasexplosivas desacopladas y/o espaciadas.

El diagrama presentado

C d l d

muestra una carga explosivadesacoplada.


Carga desacoplada

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ST1

El siguiente diagrama conceptual muestra una cargaexplosiva espaciada:

E1ST2E2ST3E


E3ST4E4

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El diagrama conceptual muestra el enlace entre taladrosproducido por la accin de ciertas grietas radialesgeneradas por la detonacin de una MEC, que ha sidocargada en una cantidad mnima en cada uno de lostaladros.


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OBJETIVOSEntre los principales objetivos de esta metodologa se tienelos siguientes:

Reducir el fracturamiento hacia atrs. Controlar el talud de las paredes finales del pit, de las

chimeneas, de las galeras, de las canteras, de los bancos,etc.

Aislar el disparo de produccin de la roca remanentemediante la creacin de una fisura a lo largo del permetrodel disparo. Esto se consigue perforando una fila simple de


p g p ptaladros paralelos y cercanamente espaciados ubicados enel permetro de la excavacin Luego, dichos taladrosdeben ser cargados y detonados adecuadamente y enforma simultnea antes de la detonacin del disparo deproduccin, etc.

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LA PRESION DENTRO DE LOS TALADROS (PB)

Est definida como la presin mxima inicial (Pi)desarrollada dentro de los taladros por una detonacin decualquiera MEC.

Segn el Dr. Melvin Cook, la curva que representa a lapresin y al tiempo de una MEC cualquiera en la voladurade un taladro se caracteriza por las siguientespropiedades:


La intensidad La presin dentro del taladro (Pb) La mxima energa disponible (MAE)

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Todas las propiedades mencionadas y las condiciones decarguo determinan qu rpidamente la presin decrecedesde la presin mxima (Pi) hasta la presin efectiva final(Pf) donde esta termina de hacer el trabajo til para(Pf), donde esta termina de hacer el trabajo til parafracturar al macizo rocoso.


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Por la teora termohidrodinmica, se sabe que lapresin de detonacin (P2) de una MEC cualquiera estdada por lo siguiente:

112 PWDP DondeP2: presin de detonacin1: densidad de la MECD: velocidad de detonacin de la MEC

112 PWDP


W: velocidad de las partculas de los gases desarrollados por la reaccin de la MECP1: presin inicial

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Desde que la presin inicial (P1) es prcticamentedespreciable, la ecuacin anterior se expresa de lasiguiente manera: WDP 12 12

En MEC condensadas, la velocidad de las partculas (W)es aproximadamente igual a D/4, luego P2 se determinalo siguiente:

DDP 2D


412

DP

412DP

64

503P

En una de sus tantas investigaciones, el Dr. MelvinCook demostr que para la mayora de las MEC secumple la siguiente aproximacin:

5.02

3 P

Donde P3 es la presin de explosin o presinadiabtica, la cual puede ser definida como la presinhi tti d d ll d l l i d


hipottica que podra ser desarrollada por la explosin deuna MEC cualquiera a volumen constante y sintransferencias de calor a las partes circundantes deltaladro.

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Generalmente por el factor de conversin para la presindentro del taladro (Pb), en lb/pulg2, y la velocidad dedetonacin (D), en pies/s, y 1 teniendo a ser de lasiguiente forma:

23106857.1 DxPb

Donde


Pb: presin dentro del taladro (psi): densidad de la MEC (g/cc)D: velocidad de detonacin de la MEC (ft/s)

66

hiei rrrrDonde ;:

El Dr. Alan Bauer propone la siguiente expresinmatemtica para determinar la Pb.

4.2

231069.1

h

eb r

rDxP

DondePb: presin dentro del taladro (psi): densidad de la MEC (g/cc)


(g )D: velocidad de detonacin de la MEC (ft/s)re: radio de la MEC (pulg)rh: radio del taladro (pulg)

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La ecuacin anterior es usada cuando la MEC no llenacompletamente el volumen del taladro; es decir, la MEC hasido desacoplada.Si la columna de la MEC ha sido desacoplada yadicionalmente esta no es continua por ejemplo cuando se

4.2

231069.1

CrrDxPh

eb

adicionalmente esta no es continua, por ejemplo cuando seusa algunos espaciadores, se debe usar la siguientefrmula:


Donde C es el porcentaje de la columna de la cargaexplosiva total que ha sido cargada, as por ejemplo si seusa cartuchos de MEC de 12 y espaciadores tambin de12, entonces el valor de C ser igual a 0.50.

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TPrS bb 2

El espaciamiento entre los taladros del precorte puedeser expresado matemticamente de la siguientemanera:

T

S bb

DondeS: espaciamiento entre los taladros (pulg)rb: radio del taladro (pulg)


b (p g)2rb: dimetro del taladro en pulgadasPb: presin dentro del taladro (psi)T: resistencia tensional de la roca (psi)

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La presin de detonacin para cualquier MEC, esta dadapor lo siguiente:

2

2DP

Donde: densidad de la MEC (g/cc)D: velocidad de detonacin de la MEC42 D: velocidad de detonacin de la MEC (ft/s o m/s)

Luego, P2 = 4.28 x 104 atmLa presin termoqumica PTC ser igual a la mitad de lapresin anterior.


2

taladrodimetroMECdimetro

PP TCparedDonde aproximadamente =1.3

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Dimetro de los taladros (pulg)

Espaciamiento (ft)

Carga explosiva (lb/Ft)

1.50-1.75 1.00-1.50 0.08-0.25

2.00-2.50 1.50-2.00 0.08-0.25

3.00-3.50 1.50-3.00 0.13-0.50

4.00 2.00-4.00 0.25-0.75


Tabla que muestra algunas especificaciones genricas promedio para el precorte.

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Grfico que muestra los rangos recomendados para los espaciamientos de los taladros como una funcin del dimetro de

estos para el precorte.

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CALCULO DEL PESO DE LA MEC

El peso de la carga puede ser obtenida calculando eldimetro requerido de una MEC desacoplada ydistribuida convirtiendo esta en un peso de carga El

hDW ec 785.0distribuida, convirtiendo esta en un peso de carga. Elclculo se hace con la siguiente frmula:

DondeWc: peso de la MECD : dimetro de carga (carga desacoplada distribuida


De: dimetro de carga (carga desacoplada distribuidaequivalente)h: longitud del taladro que podra ser cargado si una cargadesacoplada distribuida fuera usada: densidad de la MEC

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Cordn detonante

Diagrama conceptual que muestra un taladro cargado de acuerdo a la teora del precorte.

Taco

Mezcla explosiva encartuchada

detonante

ESPACIAMIENTO


Carga de fondoCORDON DETONANTE

FANEL

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VENTAJAS

Las ventajas importantes que ofrece esta metodologa sonlas siguientes:

Reduce el excesivo fracturamiento del macizo rocoso.Se obtiene paredes y lmites finales ms limpios y

estables.

Se necesita perforar menos taladros que son necesarioscuando se usan otras metodologas de voladura


controlada.

Se reduce el nivel de vibraciones producidos por ladetonacin del disparo de produccin.

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Los espaciamientos entre los taladros de la fila delprecorte son menores que los que se usan por otrastcnicas de voladura controladatcnicas de voladura controlada.

Los costos de perforacin sern menores en $/Tmperforado.

No es necesario volver a disparar en taludes y/o paredesdespus de haber efectuado la primera excavacin.

En algunas operaciones mineras donde se ha empleado


En algunas operaciones mineras donde se ha empleadoel precorte, se han obtenido buenos resultados, aun enmacizos rocosos muy fracturados e incompetentes.

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DESVENTAJAS

Las desventajas ms saltantes de esta tcnica son lassiguientes:

La perforacin de los taladros que conforman la fila del La perforacin de los taladros que conforman la fila delprecorte debe ser efectuada con mucho cuidado, y ellosdeben estar muy bien alineados. Por tanto, esta operacines lenta y costosa.

El carguo de los taladros de la fila del precorte tomamayor tiempo que el carguo de los taladros deproduccin


produccin.

Los resultados del precorte son muy difciles dedeterminar hasta que la excavacin principal seacompletada hasta las paredes finales.

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Desde que el precorte es generalmente efectuadoantes que los disparos de produccin, no es posibletener un conocimiento cabal de las condicioneslocales de la roca que recin se conocern despusde efectuarse los disparos de produccincorrespondientes.

Se requiere mayor perforacin que en la tcnica devoladura controlada lisa o uniforme (smooth blasting).


El precorte produce un nivel de vibraciones mayor yuna mayor intensidad de ruido que el que se producecon la voladura lisa o uniforme.

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CHUQUICAMATA (INTERIOR DE LA MINA)


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Introduccin

PRECORTECon espaciamiento de aire (air deck pre-splitting)

Como se sabe, el sistema de voladura controlado usandocmaras de aire fue propuesto, por primera vez, por losinvestigadores rusos N. V. Melinkov y L. N. Marenko en elao 1940. Desde entonces, este sistema de voladuracontrolada se ha desarrollado en forma vertiginosa ysorprendente.

En la actualidad, este se usa a nivel mundial tanto para


, pminera subterrnea como superficial con grandes ventajasespecialmente traducidas en la reduccin de costos ymejorando la seguridad de las diversas operaciones minerassubterrneas y superficiales.

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Definicin

PRECORTECon espaciamiento de aire (air deck pre-splitting)

Las tcnicas de los espaciamientos de aire y/o las ondasde aire pueden definirse como un mtodo en el cualenvuelven el uso de una MEC concentrada dentro deltaladro con un vaco de aire en la parte superior de la


carga explosiva.

materialdeestudio-partei

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accin binomial

ataque mecnico

accin derocoso

dichas labores subterrneas

anlisis muycompleto