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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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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Consideraciones de Diseo
Situacin
- Tamao y forma del volumen a Volar- Acceso- Proximidad a estructuras y maquinaria- Agua
Consideraciones de Diseo
< 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.
Dimetro de la Perforacin
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
Dimetro 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.
Dimetro de la Perforacin
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
Clculo Ejemplo para H=15m, Burden=8m, Dim=10 5/8"
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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
Clculo Ejemplo para H=15m, Burden=8m, Dim=10 5/8"
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
Clculo Ejemplo para H=15m, Burden=8m, Dim=10 5/8"
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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)
Clculo Ejemplo para H=15m, Burden=8m, Dim=10 5/8"
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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 )
32
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
I/H, I/R, DH Retardos
Propiedades del macizo
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
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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Carlos R. Scherpenisse
Email: [email protected], WebSite: www.aspblastronics.cl
Preparado para:Mina Pierina - Barrick Per
23-25 Octubre - 2007
INGENIERA E INSTRUMENTACIN EN TRONADURA
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