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Fragmentacin SustentableAplicac in de las Ingenieras Geotcnica & Voladura, agregando
Valor en el Negocio Minero
8.- MODELAMIENTO DE P&V
Arequipa Per6, 7 y 8 de Julio 2009
Expositor:Carlos R. Scherpenisse
1ra Jornada GeoBlast - Arequipa Per
Av. Alonso de Crdova 5710 Of. 902 Las Condes Santiago Phone: +56 2 7144200 Fax: +56 2 7144230 website: www.geoblast.cl
Instrumentacin, Monitoreo eInterpretacin de Vibraciones
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Conceptos Generales deMonitoreo e Interpretacin
de Vibraciones
! Caractersticas de las Vibraciones (Ondas)
! Tipos de Sensores (Transductores)
! Instalacin y Acoplamiento de los Sensores
! Direccin y Orientacin de los Sensores
! Equipos de Adquisicin y Anlisis! Anlisis e Interpretacin de las Vibraciones
La onda de choque generada por la detonacin decargas explosivas, se propaga en forma esfrica, ytransfiere una energa vibracional al macizo rocoso.
Estas ondas ssmicas transmiten a la rocamovimientos de partculas en distintas direcciones,con intensidades que dependern del poderenergtico del explosivo y la geometra involucrada.
Caracterstica de las Vibraciones
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Cuando se desea medir eventos de caractersticastransientes, se deben considerar tres aspectos:
! La respuesta en frecuencia del detector
! La repuesta en frecuencia del instrumento quealmacena la informacin
! La localizacin y mtodo de acoplamiento del
detector
Caracterstica de las Vibraciones
Instrumentacin para Monitoreo
de Vibraciones
Tipo de Sensores (Transductores)
Gran parte de las capacidades y ventajas de la tcnica demonitoreo de vibraciones descansa en la habilidad pararecolectar datos de vibracin de buena calidad.
La caracterstica de estos datos tiene directa relacin con el tipo
de transductor utilizado, la tcnica empleada para su instalaciny orientacin.
Los dos tipos bsicos de transductores usados para medir lasvibraciones del terreno son el acelermetro y el gefono. En laprctica, la seleccin de los transductores es un compromisoentre la precisin, el costo y la relacin seal ruido.
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Instrumentacin para Monitoreode Vibraciones
! Propiedades y cantidad de explosivo! Configuracin geomtrica de la fuente y detector! Orientacin del detector! Propiedades del transductor! Propiedades de la roca (ej. Velocidad de Onda-P)
La cantidad de informacin utilizable de cada registro devibraciones depende de la ubicacin y orientacin de lostransductores. La forma de la onda recibida es funcin de losiguiente:
Instalacin de Sensores (Transductores)
Instrumentacin para Monitoreo
de Vibraciones
El nmero de transductores usados depende de la cantidad deinformacin requerida.
Si el inters principal es confirmar la detonacin de cada carga (ogrupo de cargas en cada retardo), o la medicin de la dispersinde los retardos, entonces se requerir solo un transductor y sulocalizacin no ser muy crtica.
Si se desea examinar la contribucin de cada carga de lavoladura, o si el inters es conocer la forma de la onda por cadacomponente, la fuente generadora de cada vibracin debe serconocida. Se requiere para esto una cuidadosa ubicacin yseleccin del nmero de transductores a utilizar.
Nmero de Sensores (Transductores)
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Tipo de Sensores (Transductores)
Gefonos
- Mejor respuesta en un amplio rango de frecuencias (1Hz a 20.000Hz)- Su unidad de medida es el g (1g=9.8 m/s2), con rangos de 0-250g.- No poseen partes mviles, lo que resulta en una mayor fiabilidad- La deformacin del cristal piezoelctrico genera voltajes muy pequeos que deben amplificarse con elementos externos- Son de pequeo tamao- Alto costo (aprox. US$ 1.000)
- Su unidad de medida es el Volt/mm/s- Entregan una medicin directa de la velocidad- Miden bien en el rango de 1mm/s hasta 1200mm/s- Su respuesta a la frecuencia vara entre 4.5 a 1000 Hz- La sensibilidad vara entre 0.003Volts/[mm/s] a 0.041Volts/[mm/s]- Bajo costo (aprox. US$ 100).
Acelermetros
Sensib. = 0.029 Volts / [mm/s]Resist. = 375 Ohm
Aspecto Real
N
S
Terminales de Salida
Por cada 1 mm/s
29 mVolts
Representacinesquemtica
Sensibil idad de un Gefono
5
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N
S
Sensibil idad de un Gefono
Sensib. = 0.029 Volts / [mm/s]Resist. = 375 Ohm
Resistencia ShuntRs = 1500 Ohm
Resistencia TotalRt = (Rs x Rg)/(Rs + Rg)
Nueva SensibilidadS* = Sg x (Rt/Rg)
Rt* = 300 OhmS* = 0.023 Volts /[mm/s]
N
S
+-
Interpretacin de los Signos
N
S
-+
6
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50
100
0
-50
-1002300 2400 2500 2600 2700 2800
TIEMPO [ms]
Vibraciones por Voladuras
Cada Carga Explosiva genera una Onda de Vibracin
Tiempos de Detonacin
Velocidad de Partculas
Vertical
Lnea de PropagacinPunto de Monitoreo
La Tronadura acta como una Fuente Ssmica
Instalacin y Orientacin de los Gefonos
Transversal
Longitudinal (Radial)
Directa de la Ondulacin
7
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8/26
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En Superficie
til para medicin relativa en el Campo Cercano (tiempos ysecuencia de detonacin), yde uso frecuente para medicin en el Campo Lejano.
Dentro del Macizo Rocoso
til para medicin de valores absolutos en el CampoCercano.
Instalacin y Orientacin de los Gefonos
Gefono Radial
Gefono Radial
Instalacin y Orientacin de los Gefonos
En Canteras o Cielo Abierto En Minas Subterrneas
Monitoreo en Superfic ie para medicin deSecuencia y Magnitudes relativas.
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Gefonos
Instalacin y Orientacin de los Gefonos
Zona del Taco
Cargas Explosivas
dentro del macizo
GefonosEn superficie
Roca alterada cercade la superficie
Acoplamiento
G
Hormign
Tubo PVC (50mm 75mm)
Posibles errores en la seal resultante por mal acople del Gefono
Mtodo conperno o fierro
Seal distorsionada poroscilacin del gefono
Seal ms clara obtenidade la tronadura
Mtodo conpegamento
d
Instalacin y Orientacin de los Gefonos
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Equipo de Adquisicin
Alta velocidad de conversin y frecuencia de muestreo(sample rate)
SealReal
SealDigitalizadacon 1 Dt/Pto.
SealDigitalizadacon 2 Dt/Pto.
Anlisis del efecto del t iempo de muestreo sobre la Onda
0
200
400
600
800
0
-200
-400
-600
-800
800 900 1000Tiempo [ms]
312.6 [mm/s ]
-237.2 [mm/s]
862.5 [mm/s]
-517.5 [mm/s]
Frecuenci a de Muestreo : 200us/Pto
89 Hz
250 Hz
29 Hz
32 Hz
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226.3 [mm/s]
-237.2 [mm/s]
862.5 [mm/s]
-517.5 [mm/s]
0
200
400
600
800
0
-200
-400
-600
-800
800 900 1000
Tiempo [ms]
Frecuencia de Muestreo : 4000us/Pto
Anlisis del efecto del tiempo de muestreo sobre la Onda
226.3 [mm/s]
312.6 [mm/s]
4000us/Pto2000us/Pto1000us/Pto200us/Pto
312.6 [mm/s]
312.6 [mm/s]
89 Hz
29 Hz
Efecto sobre la Onda, segn la resoluc in en tiempo de muestreo
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0 [mm/s]
377.2 [mm/s]
722.2 [mm/s]
862.5 [mm/s]
4000us/Pto2000us/Pto1000us/Pto200us/Pto
250 Hz
32 Hz
Efecto sobre la Onda, segn la resoluc in en tiempo de muestreo
Anlisis de la Onda de Vibracin
La seal de vibraciones producida por una tronadura, consiste en unnmero discreto de paquetes de ondas, cada uno de estoscorresponde a cargas o grupos de cargas detonando en undeterminado tiempo.
El primer paso en el anlisis de la seal, es determinar que cargarepresenta cada paquete de vibracin. De la capacidad para realizaresto depende determinar la diferencia entre la detonacin real y lasecuencia diseada.
La forma y amplitud de un paquete de vibracin, da la efectividadrelativa de la detonacin de las cargas en una tronadura. La amplitudde vibracin es una medicin de la energa transferida por el explosivoal macizo rocoso.
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Es posible determinar y calcular lo siguiente:
! Tiempo real de detonacin de una carga o cargas
! Velocidad de partculas de cada carga en la voladura
! Detonacin de cargas con baja eficiencia o no detonadas
! Detonacin instantnea de cargas; detonacin de cargas porsimpata, acoplamiento por insuficiente tiempo entre cargas.
! Eficiencia relativa en la detonacin de cargas similares
! Diferencia entre Cargas Explosiva de Produccin y Contorno
! Diferencia entre cargas detonadas con distinto confinamiento
! Anlisis de Frecuencia, etc.
Con el Monitoreo y Anlisisde la Onda de Vibracin
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
1
23
4
5
6
7
8
10
912
11
3 5 8 1010 6
10 9 9 10 1111
49 4
3
7 9
11 10 9 9 10 11
510 6 8 10
3
16
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1
23
4
5
6
7
8
10
912
11
3 5 8 1010 6
10 9 9 10 1111
49 4
3
7 9
11 10 9 9 10 11
510 6 8 10
3
#2 #3 #4#1 #12#11#5 #9#7 #10#6 #8
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
#2 #3 #4#1 #12#11#5 #9#7 #10#6 #8
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23
4
5
6
7
8
10
912
11
3 5 8 1010 6
10 9 9 10 1111
49 4
3
7 9
11 10 9 9 10 11
510 6 8 10
3
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
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#2 #3 #4#1 #12#11#5 #9#7 #10#6 #8
1
2 3
4
5
6
7
8
9
4
11 12
10
35
10
6
10 10 10 10 10
5
5
5
6
6
7
7
7
8
85 3
4
9 9 9 9 1111
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
0m
2m
4m
1m
3m
1
2 3
4
5
6
7
8
9
4
11 12
10
35
10
6
10 10 10 10 10
5
5
5
6
6
7
7
7
8
85 3
4
9 9 9 9 1111
Diagrama Original de Perforacin
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Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000-100
-50
0
50
100
Tiempo (ms)
Cargas deContorno
Desacopladas
ZapaterasCargasNormales
con ANFO en Auxiliares
Cargas
deRainura
Onda Completa, Gefono 1, Sector 11-13.5, Zona 1, Norte 5
Monitoreo Vibraciones Prueba Diseo Original
Medicin de Tiempos deDetonacin
0 100 200 300 400 500-60
-40
-20
0
20
40
60
53.5 mm/s
37.0 mm/s
31.9 mm/s
34.7 mm/s
55.8 mm/s
36.5 mm/s
41.6 mm/s
50.7 mm/s
54.7 mm/s
#7 #8
28.8 ms
49.2 ms
75.9 ms
105.6 ms
123.4 ms
136.8 ms 250.3 ms 281.2 ms 353.5 ms
381.5 ms
Cargas noDetectadas
Tiempo (ms)
Sector Rainura, Gefono 1, Sector 11-13.5, Zona 1, Norte 5Monitoreo Vibraciones Prueba Diseo Original
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
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21/26
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0
-100
-50
0
50
100
4.64 ms
5.58 ms11.4 mm/s
97 mm/s
Sector Coronas y Zapateras, Gefono 1, Sector 11-13.5, Zona 1, Norte 5Monitoreo Vibraciones Prueba Diseo Original
0 1 2 3
-10
-5
0
5
10
Tiempo (segundos)
Secuencia 1 Secuencia 2 Secuencia 4
Retardos N 4 al 16 Retardos N 1 al 15 Retardos N 1 al 15
46
8
12
10
16
14
4 6
8
21012
1416
1
3
5
7
9 1113
15
1
5
7
911
13
15
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
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22/26
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
-10
-5
0
5
10
2.64 mm/s
4.98 mm/s4.37 mm/s
4.37 mm/s
3.76 mm/s
8.43 mm/s
4.27 mm/s4.88 mm/s
-3.76 mm/s
-4.77 mm/s-5.48 mm/s
-6.30 mm/s
-3.35 mm/s
-6.30 mm/s
-5.79 mm/s
-9.95 mm/s
4.98 mm/s
Vibracin presente en cada cargaSecuencia N3
Tiempo (segundos)
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
-10
-5
0
5
10
408 ms504 ms
554 ms634 ms 723 ms 852 ms 987 ms
50 ms 50 ms50 ms 80 ms 89 ms 129 ms 135 ms
Retardo faltante N3 (75 ms)
Tiempo (segundos)
Tiempos de Detonacin y Dispersin de RetardosSecuencia N2
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
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50
0
-5050
0
-50
0 100 200 300 400 500TIEMPO [ms]
Cargas NO Detonadas
Mal funcionamiento de cargas
Diferencia de amplitud en cargas idnticas
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
0 1 2 3 4 5 6 7
-10
-5
0
5
10
Time (seconds)
0 1 2 3 4 5 6 7
-10
-5
0
5
10TRANSVERSAL
Time (seconds)
0 1 2 3 4 5 6 7
-10
-5
0
5
10
Time (seconds)
RADIALVOLADURA
VERTICAL
VOLADURA
VOLADURA
Monitoreo y Anlisis de Vibraciones
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El Monitoreo de Vibraciones producto de Voladuras, es unatcnica que permite examinar en detalle el proceso y
rendimiento general del diseo de la Voladura, pudindoseevaluar:
Conclusiones (I)
U Cargas detonando en una secuencia deencendido incorrecta
U Dispersin en los tiempos de los retardos
U Detonacin deficiente de cargas
U Detonaciones instantneasU Detonacin de cargas adyacentes por simpata
U El desarrollo de la secuencia de iniciacin deldisparo
U La velocidad de partculas que genera cada carga ogrupo de cargas en la tronadura
U El acoplamiento de las vibraciones comoconsecuencia de la separacin insuficiente en
tiempo entre cargas con un mismo retardoU La eficiencia relativa de detonacin entre cargas
similares
U La diferencia entre cargas explosivas de producciny contornos
Conclusiones (II)
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U Para que la informacin registrada refleje en forma
fiel los eventos ocurridos durante la voladura, sedebe tener especial cuidado en la eleccin del tipode transductor a utilizar, su instalacin y orientacinen terreno.
U Adems de esto, son importantes las cualidades quedebe poseer el equipo de anlisis de la onda devibracin, para permitir una grabacin fidedigna yun adecuado anlisis de los datos.
Conclusiones (III)
Fragmentacin SustentableAplicacin de las Ingenieras Geotcnica & Voladura,
agregando Valor en el Negocio Miner
Arequipa Per6, 7 y 8 de Julio 2009
Expositor:Carlos R. Scherpenisse
1ra Jornada GeoBlast - Arequipa Per