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17 | Mayo-Junio 2000 | EXPLOWORLD

Pilar GARCÍA BERMÚDEZ yCarlos LÓPEZ JIMENO.

Dres. Ingenieros de Minas. EPM, S.A.

- E.T.S.I. Minas de Madrid.

IntroducciónLa explotación de minas y canteras requiere la

realización de un conjunto de operacionesinterrelacionadas entre sí para llegar a un productoaprovechable, de acuerdo con las especificacionesque establezca el mercado. De todas ellas, las queprecisan un mayor consumo de energía son lasrelacionadas con la fragmentación o conminuciónde la roca para llegar a obtener las diferentes frac-ciones granulométricas.

La perforación y voladura es la primera opera-

ción del ciclo minero y sus resultados condicionanen gran medida los rendimientos y los costes delas operaciones subsiguientes. Tanto es así queentre los técnicos del sector se afirma que la tritu-ración más barata es la que se consigue con lavoladura en el propio tajo.

Pero la eficiencia de las voladuras no sólo semide a través de la fragmentación alcanzada, sinopor un conjunto de factores relacionados entre sí,entre los que cabe destacar la forma en la que seconsume la energía desarrollada por los explosi-




vos, la intensidad de las alteraciones ambientales(proyecciones, vibraciones terrestres y onda aé-rea), la seguridad en los trabajos y el coste de laoperación y del propio ciclo de explotación, Fig. 1.

En este artículo se describen tres programasinformáticos que permiten llevar a cabo el diseñode voladuras, el control y estudio de las vibracio-nes terrestres y la simulación de otras alteracio-

nes ambientales como son la onda aérea, las pro-yecciones y el polvo.

Diseño devoladuras.

Programa DISVOL

El diseño de una voladura debe basarse en unreconocimiento previo del macizo rocoso que sedesea fragmentar, con el fin de determinar la com-petencia de los materiales pétreos, su disposiciónestructural y la fracturación natural que presente.

Una vez cubierta esa etapa, se pasa al cálculode la geometría de la voladura, que se traduce enla forma con que las cargas de explosivo van a sercolocadas dentro del macizo rocoso. No es el di-

seño geométrico el único grupo de variables queun técnico puede controlar en una voladura, ya queen su mano está la elección de los t ipos de explo-sivos y las secuencias de encendido y tiempos deretardo.

El programa Disvol (versión 1.0) permite la ca-racterización de los macizos rocosos mediante elÍndice de Volabilidad, el diseño y cálculo de las prin-cipales voladuras que se realizan en trabajos a cieloabierto, el cálculo de la resistencia eléctrica totaldel circuito de voladura y selección del explosor, y

la predicción de la fragmentación de la rocaresultante.

Por último, además de diseñarsegeométricamente las voladuras y determi-nar las cantidades de explosivo en cadatipo de pega, se dispone de un módulo decálculo de costes que permite una rápida

elaboración de los presupuestos de los pro-yectos.

Índice de volabilidadEl diseño de las voladuras y la propia

predicción de la fragmentación resultanterequiere un conocimiento detallado de lascaracterísticas del macizo rocoso a volar.

En el programa Disvol se utiliza el mé-todo de clasificación propuesto por Lilly(1986, 1992) para caracterizar los maci-

zos rocosos, desde el punto de vista delarranque con explosivos, mediante el de-nominado Índice de Volabilidad, BI.

En su determinación intervienen cincoparámetros: descripción del macizo ro-coso, espaciamiento entre planos de jun-tas, orientación de los planos de juntas,densidad y resistencia a compresión de

la roca, Foto 1.El Índice de Volabilidad, obtenido comosuma de los valores representativos delos cinco parámetros geomecánicos, tie-ne un valor máximo de 100.

En este módulo, en caso de no dispo-nerse de suficiente información puederecurrirse a la base de datos de caracte-rísticas de las rocas más comunes.

Voladuras en bancoDespués de visualizarse una imagen

con las principales variables geométricas

F1-Pantalla para determinación del índice de volabilidad

Fig. 1 -Sistema de optimización de costes del ciclo de explotación




de diseño de voladuras en banco, aparecen dosposibilidades de efectuar los cálculos, según el diá-metro de los barrenos:

- Voladuras de pequeño diámetro (<165 mm)

- Voladuras de gran diámetro (> 165mm).

Eligiendo el grupo correspondiente, acontinuación aparecen en un menú losmétodos de cálculo programados que pue-den aplicarse.

En cualquiera de los casos es necesa-rio introducir un conjunto de datos que seclasifican en tres grupos y que aparecenrepresentados gráficamente comosubcarpetas: Datos geométricos, Datosde la roca, Datos del explosivo,Foto 2 .

Se puede leer un fichero dedatos previamente creado, o in-troducir todos los datos tecleán-dolos e incluso creando un fiche-

ro nuevo.Al introducir valores, en muchas de lasvariables aparecen mensajes indicando

el intervalo o las relaciones ha-bituales en la práctica.

Los datos de la roca puedencalcularse previamente o acce-der al módulo del Índice deVolabilidad desde la subcarpeta.

En cuanto a los datos del ex-plosivo, éstos se refieren siem-

pre a la carga de fondo y cargade columna, utilizándose paracomodidad de introducción devalores la base de datos disponible, don-de además de una imagen de cada unode los productos de la UEE aparecen suscaracterísticas, Foto 3 .

En cada tipo de explosivo se indicanlos diámetros comerciales, si bien se pue-de elegir otro distinto, pero siempre se im-

pone la condición de que sea inferior al

diámetro del barreno.Después de ser aceptados todos los datos apa-

recen los resultados en pantalla divididos en tresgrupos: esquema de la voladura, diseño de las car-gas y fragmentación.

En el primer grupo se recogen todos los resul-tados de diseño geométrico de las voladuras, conla longitud total perforada, el tamaño real del blo-

que de roca volada, el consumo específico de ex-plosivo y el rendimiento de arranque, Foto 4 . En elsegundo los referentes a las cantidades de explo-sivo por barreno y totales en el conjunto de la vola-dura. En el tercer grupo aparecen algunos datos

numéricos referentes a la fragmentación de la roca,que se describen a continuación.

Predicción de la fragmentaciónA partir del diseño de una voladura en banco,

con cualquiera de los procedimientos descritos, sepuede predecir la curva granulométrica de la pila

de escombro con el modelo de estimación deno-

F 2-Entrada de datos

F 3-Resultados obtenidos

F 4- Base de datos de explsivos




minado Kuz-Ram.La fragmentación se representa gráficamentepor la propia curva granulométrica, expresándoselos porcentajes de material que pasan por cadaabertura de malla indicado, además del valor delK95, Foto 5 .

En otra pantalla también se representa elhistograma de frecuencias con el cual se detallanlos porcentajes de material comprendidos entre lostamaños indicados.

Es posible obtener en papel ambas representa-

ciones.Como ejemplo de las posibilidades que ofrece

el programa Disvol, a continuación se analiza lainfluencia de tres variables geométricas de diseñosobre los resultados de la fragmentación.

Caso 1. Diámetro de perforaciónCuando se aumenta el diámetro de los barre-

nos en una cantera, las mallas de perforación no lohacen en la misma proporción si se desea obtener

la misma granulometría del escombro. Esto es

debido fundamentalmente a la peor distri-bución espacial de las cargas de explosi-vo dentro del macizo rocoso.

En la Tabla 1 se indican, para una ex-plotación dada con bancos de 15 m dealtura y un tipo de roca medio, los esque-mas de perforación, los consumos espe-cíficos de explosivo y los rendimientos de

arranque para diferentes diámetros debarreno, suponiendo un mismo tipo deexplosivo y un tamaño máximo de frag-mento fijado previamente a través del K95,es decir, la abertura de malla por la cualpasa el 95% del material.

Se puede observar como aumenta elconsumo específico de explosivo y dis-minuye el porcentaje de la longitud de ba-rreno cargado al incrementarse el diáme-tro de los taladros, y paralelamente au-

menta el rendimiento de arranque y, como conse-cuencia de ello, disminuye drásticamente el núme-ro de barrenos y la longitud total perforada para unavoladura estándar de 10.000 m3.

Por otro lado, en la Fig. 2 se puede ver, para otrocaso analizado, como aumenta el tamaño mediode los fragmentos al hacerse mayor el diámetro delos barrenos, en la hipótesis de que el consumo

específico y el resto de variables se mantuvieranconstantes. El valor del K95 prácticamente se du-plica al pasar de un valor de D = 64 mm a D = 200mm. El porcentaje de bolos con un tamaño supe-rior a 80 cm pasaría de representar un 1,1% a un15,1%.

Es evidente que, conforme aumenta el diáme-tro de perforación, el beneficio derivado de la me-nor perforación específica, es decir, en términoseconómicos el coste de perforación unitario (PTA/ m3), llega en algún momento a estar compensado

F 5- Representación gráfica de las curvas granulométricas

TABLA 1

DATOS DE PARTIDA

Altura de banco ....................... H = 15 m Indice de Volabilidad BI = 50Tipo de explosivo Nagolita ..... (0,8 g/cm;) Fragmentación máxima (K95) 100 cmPrecisión de la perforación..... 0,4 m

DIAMETRO DE PERFORACIÓN (mm)

PARAMETRO 64 76 104 127 200

B x S (m) 2,7x3,4 3,1x3,9 4 x 5 4,6x5,7 6x7,5Piedra reducida (BxS) (m) 3,1 3,5 4,5 5,1 6,8Retacado (m) 1,9 2,3 3,1 3,8 6Sobreperforación (m) 0,6 0,8 1,0 1,3 2Consumo específico (kg/m3) 0,25 0,26 0,29 0,32 0,40Carga por barreno (Kg) 35,3 48,9 87,8 126,2 276,3Porcentaje de barreno cargado 87,8 85,6 80,6 76,6 64,7Rendimiento de arranque(m3 /m) 8,9 11,8 18,7 24,4 40,2Número de barrenos para 10.000 m3 72 54 34 26 15Metros perforados 1126,1 851,0 545,4 423,0 255

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