II. Perforacion y Voladura en Mineria Subterranea

Curso Taller:

“PERFORACION Y VOLADURA DE ROCAS” TECNOLOGIA Y COSTOS Ing. Fredy Ponce R. Lima - Perú, 28, 29 y 30 Septiembre 2011

SESIÓN II: PERFORACIÓN Y VOLADURA DE ROCAS EN MINERIA SUBTERRANEA

DIA MIERCOLES 28 SEPTIEMBRE 2011 Sesión II: II: PERFORACION Y VOLADURA DE ROCAS EN MINERIA SUBTERRANEA Contenido: 1) INTRODUCCIÓN. 2) FACTORES PROPIOS DE LA PERFORACIÓN Y VOLADURA. 3) EXPLOSIVOS UTLIZADOS EN MINERIA SUBTERRANEA. 4) DISEÑO Y CÁLCULO DE MALLA DE PERFORACIÓN HORIZONTALES. 5) CASO PRÁCTICO N°1: CÁLCULO DE MALLA DE PERFORACION PARA UN TÚNEL. 6) EVALUACIÓN DE LOS DISPAROS. 7) COSTOS DE PERFORACIÓN Y VOLADURA EN MINERÍA SUBTERRÁNEA.

Ing. Fredy Ponce R.

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“PERFORACION Y VOLADURA DE ROCAS” TECNOLOGIA Y COSTOS

1) INTRODUCCION

Ing. Fredy Ponce R.

1. INTRODUCCION • Un factor importante para mantener en la mina un flujo constante de mineral a la planta concentradora, es controlar el grado de fragmentación. • El desarrollo tecnológico de los equipos de perforación y de voladura debe orientarse a una mayor precisión para lograr un óptimo grado de fragmentación en el minado de los tajeos de producción.

Ing. Fredy Ponce R.

2. OBJETIVOS • Optimizar el grado de fragmentación del mineral disparado a fin de economizar costos en los ciclos de carguío, transporte, izaje y chancado primario. • Analizar los resultados de la voladura de acuerdo a las dimensiones de las mallas de perforación. • Evaluar la incidencia de los costos y dar recomendaciones que más convienen para mejor la productividad de la mina.

Ing. Fredy Ponce R.

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2) FACTORES PROPIOS DE LA PERFORACION Y VOLADURA

Ing. Fredy Ponce R.

1. FACTORES PROPIOS DE LA PERFORACIÓN Y VOLADURA La fragmentación de las rocas y minerales mediante voladura con explosivos es afectado por diversos parámetros, los que se puede agrupar en los siguientes: 1) Parámetros de Roca: • Tenacidad o fuerza cohesiva de roca (resistencia a la rotura) • Densidad o densidad específica • Estructura o textura de la roca (maciza, estratificada, fallada, fisurada, alterada, etc.) • Velocidad de propagación o frecuencia sísmica. • Impedancia característica

2) Parámetros del explosivo: • Densidad • Velocidad de detonación • Presión de detonación • Volumen de gases • Niveles de energía disponible 3. Parámetros de Carga y Geometría del Disparo: • Diámetro de la carga explosiva • Factor de acoplamiento • Distribución de carga • Sistema de encendido • Diámetro del taladro • Malla de perforación (Burden y Espaciamiento) • Longitud del taladro

PARAMETROS QUE INFLUYEN EN LA VOLADURA DE UN FRENTE

a) Sección del frente b) Tipo de roca c) Número de taladros d) Diámetro de taladros e) Profundidad de taladros (Longitud) f) Tipo de explosivo a emplear g) Tipo de iniciación a emplear La cantidad de carga explosiva es función de: a) Sección del túnel b) Tenacidad de la roca (Dureza).

VOLADURA EFICIENTE UN PROCESO DE MEJORAMIENTO CONTINUO Evaluación Area Trabajo

Diseño de Voladura

Ajuste del Diseño

Evaluación de Rendimiento

Evaluación de Voladura

Preparación de Area de Disparo

Rendimiento Optimo de Voladura

Marcación de Malla

Perforación de Taladros

Chequeo de Carguío Carguío de Taladros

Evaluación de Perforación

2. FACTORES DE MAYOR INFLUENCIA QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE VOLADURA A) CONTROL DE CALIDAD Procedimiento para los diseños e implementación de diseños de voladuras deben ser definidos, documentados, seguidos y auditados para asegurar el control de calidad B) COMUNICACION Una voladura optimizada requiere buena comunicación entre los miembros de cada grupo y buena interacción entre grupos.

Ing. Fredy Ponce R.

3. TRES CLAVES DE DISEÑO PARA RENDIMIENTO OPTIMO DE EXPLOSIVOS

A) Distribución de Energía

B) Confinamiento de Energía

C) Nivel de Energía de Explosivos

Ing. Fredy Ponce R.

A) Distribución de Energía de Explosivos en la Masa Rocosa La energía debe ser distribuida uniformemente para lograr una fragmentación uniforme. a) Relación adecuada entre diámetro de taladro y la altura de banco (longitud de taladro), b) Relación adecuada entre burden y espaciamiento. c) Implementación cuidadosa del diseño. B) Confinamiento de Energía del Explosivo • La energía del explosivo debe ser confinada suficiente tiempo después de detonación para establecer facturas y desplazar el material. • El paso de menor resistencia del explosivo debe ser controlado. • Los taladros deben ser cargados de acuerdo a la geología. • Use longitud y material de taco adecuado. Ing. Fredy Ponce R.

• Elija la configuración de tiempos de acuerdo a las condiciones de campo. • Use retardos bastantes exactos. C) Nivel de Energía del Explosivo • El nivel de energía debe ser suficiente para sobreponerse a la fuerza estructural y su masa rocosa y a la vez proveer desplazamiento controlado, • Determinar el nivel de energía en el grado de fragmentación y desplazamiento controlado • Tomar en cuenta la sensitividad del sitio. • Evaluar explosivos de alta energía para condiciones especiales del sitio (burden, espaciamiento). • Mantener un control de calidad del explosivo con prueba de rutinas. Ing. Fredy Ponce R.

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3) EXPLOSIVOS UTILIZADOS EN MINERIA SUBTERRANEA

Ing. Fredy Ponce R.

1. DEFINICION • Son productos químicos que encierran un enorme potencial de energía, que bajo la acción de un fulminante u otro estímulo externo reaccionan instantáneamente con gran violencia, generando: 1) Un fuerte efecto de impacto que tritura la roca. 2) Un gran volumen de gases que se expanden con gran energía, desplazando los fragmentos . • Los explosivos son una mezcla de sustancias normalmente sólidas y/o líquidas: oxidante, combustible y el sensibilizador, que al ser iniciadas dan lugar a una reacción exotérmica altamente rápida generando una elevada energía de choque y productos gaseosos a alta temperatura que nos permite fragmentar la roca. • Se fabrican con diferentes características de desempeño, dimensiones y resistencia al agua, según se requiera. • Efectos relacionados a la Presión de Detonación y a la Presión de Explosión, que definen las características de cada explosivo y su acción en la mecánica de rotura. Ing. Fredy Ponce R.

RESUMEN DE PRODUCTOS PARA VOLADURA A) EXPLOSIVOS ROMPEDORES ENCARTUCHADOS: • Dinamitas (NG) • Emulsiones sensibles • Hidrogeles sensibles B) AGENTES DE VOLADURA A GRANEL: • ANFO • ANFOs preparados reforzados • Emulsiones • Hidrogeles C) EXPLOSIVOS ESPECIALES: • Para voladura controlada. • Conos rompedores. • Boosters de Pentolita (Taladros largos). • Explosivos moldeables para plasteo.

2. TIPOS DE ENERGÍA DE LOS EXPLOSIVOS Cuando los explosivos reaccionan químicamente, se liberan dos tipos principales de energía. El primero se llama energía de choque y el segundo, energía de gas. Ambos tipos de energía se liberan durante el proceso de detonación. A) ENERGIA DE CHOQUE • Sólo se produce en altos explosivos, viaja a través del explosivo antes que la energía de gas sea liberada. Por lo tanto, hay dos presiones distintas y separadas, resultado de la reacción de un alto explosivo y sólo una en el caso de un bajo explosivo. La presión de choque es una presión transitoria que viaja a través del explosivo a la velocidad de reacción y es seguida de la presión de gas. • La energía de choque resulta de la presión de detonación de la explosión.

Ing. Fredy Ponce R.

A) ENERGIA DE CHOQUE • PRESION DE DETONACION.- Está en función directa de la densidad del explosivo y la velocidad de detonación, y se calcula multiplicando la densidad del explosivo por la velocidad de detonación al cuadrado, y es una forma de energía cinética. PD = 0,25 x De x VOD2 Donde: PD : presión de detonación (Mpa). De : densidad del explosivo (g/cm3). VOD : velocidad de detonación del explosivo (m/s)

Ing. Fredy Ponce R.

PARTICION DE ENERGIA EN UNA VOLADURA DETONACION DETONACION DEL EXPLOSIVO INTERACCION CON LA ROCA

ONDA DE CHOQUE 20% 10%

GASES A ALTA PRESION 80% FRAGMENTACION

• GRIETAS RADIALES Y CIRCUNFERENCIALES

5%

• GRIETAS POR REFLEXION

28%

• PROPAGACION DE GRIETAS • GRIETAS POR REFLEXION

1%

PROYECCION

50%

FORMA DE ESCOMBRO

VIBRACIONES 4%

ONDA AEREA 2%

DESCRIPCION DE LOS MECANISMOS QUE ACTUAN

3. PROPIEDADES BASICAS DE LOS EXPLOSIVOS

Las propiedades básicas de un explosivo son: 1)Densidad 2)Resistencia al agua 3)Sensibilidad 4)Estabilidad química 5)Balance de oxígeno 6)Generación de gases 7)Impedancia

4. CARACTERISTICAS QUE DESCRIBEN EL DESEMPEÑO DE LOS EXPLOSIVOS • En el proceso de selección de un explosivo, las condiciones ambientales pueden eliminar el uso de ciertos tipos de explosivos en un proyecto en particular. • Después de las condiciones ambientales, se deben considerar las características de desempeño de los explosivos, entre cuyas principales se elegirán las que más convengan al tipo de aplicación que precisemos, tenemos: 1) Velocidad de Detonación (VOD). 2) Presión de Detonación. 3) Presión de Taladro. 4) Energía Disponible. 5) Potencia Absoluta en Peso. 6) Potencia Absoluta en Volumen. 7) Potencia Relativa en Peso.

5. EXPLOSIVOS COMERCIALES • Los productos que se utilizan cómo carga principal en los taladros pueden dividirse en tres categorías genéricas: las dinamitas, Anfo y las emulsiones. • Las tres categorías genéricas discutidas en esta sección son altos explosivos desde el punto de vista de que todos ellos detonan y generan onda de choque. • Por otro lado, comúnmente se nombra a algunos de estos explosivos por otros nombres tales cómo agentes explosivos.

Ing. Fredy Ponce R.

TIPOS DE EXPLOSIVOS INDUSTRIALES

Los explosivos industriales se clasifican según su composición y tecnología de mezcla en: 1)Dinamitas 2)Nitrato de Amonio 3)Anfos 4)Hidrogeles 5)Emulsiones 6)Iniciadores y Rompedores

6. DINAMITAS Mezclas explosivas cuyo sensibilizador es la nitroglicerina. Tipos: - Gelatinas (amongelatina) - Semigelatinas (tronex) - Granuladas (permicarb, samsonita) Usos principales: excavaciones subterráneas y de superficie, tanto en faenas mineras como en obras civiles.

CLASIFICACION DE LAS DINAMITAS

1) GELATINAS 2) SEMIGELATINAS 3) PULVERULENTAS

6.1) DINAMITA GELATINA • Se caracteriza por el alto poder rompedor, alta velocidad de detonación, su uso está orientada para rocas duras a extremadamente duras, buena resistencia al agua. • Características: - Densidad: de 1.30 a 1.50 g/cc - Porcentaje de nitroglicerina: entre 20% a 35%. - Velocidad de detonación: de 5,000 a 6,500 m/s. - Consistencia plástica. - Elevado poder triturador para rocas duras. - Gran resistencia al agua para trabajos subacuáticos.

6.2) DINAMITA SEMIGELATINA • Se caracteriza por el alto poder rompedor, buena resistencia al agua, su uso es para rocas de dureza intermedia a altas. • Características: - Densidad: de 1.08 a 1.2 g/cc. - Porcentaje de nitroglicerina: entre 10% a 19%. - Velocidad de detonación: de 3,500 a 4,500 m/s - De consistencia semi gelatinosa. - Adecuada para rocas semiduras y húmedas.

6.3) DINAMITA PULVERULENTA • Se caracteriza por el empuje y poder rompedor, se utilizan para voladuras en rocas blandas a intermedia, baja resistencia al agua. • Características: - Densidad: de 1.02 a 1.05 g/cc. - Porcentaje de nitroglicerina: es menor a 10 % - Velocidad de detonación: de 3,400 a 3,600 m/s. - De consistencia granular a gruesa pulverulenta. - Adecuada para rocas suaves, friables y en taladros secos.

7. ANFO • El ANFO es un agente de voladura granular, seco, compuesto por una mezcla de Nitrato de Amonio poroso y petróleo diesel N°2. • La mezcla ideal corresponde al 94,40 % de Nitrato de Amonio (oxidante) y 5,60 % de petróleo (combustible), en pesos, para el mejor balance de oxígeno en la detonación. • Esta mezcla proporciona el 100% de energía útil y la menor generación de gases nocivos. Nitrato de Amonio +

Diesel

NH4NO3

CH2

94,40% • Genera los siguientes gases:

CO2 17%

NOx

N2

33%

+

5,60%

H2O

50%

CO

Gases Nitrosos Monóxidos de Carbono Ing. Fredy Ponce R.

MEZCLA DEL ANFO

94% NA Prill + 6% Petróleo

ANFO

ANFO

MEZCLA: Nitrato de Amonio (NH4NO3) y Petróleo D2 (CnHm) PROPORCIÓN: 94% NA + 6% Petróleo (Balance de Oxígeno) Ing. Fredy Ponce R.

ANFO • La liberación de energía óptima se obtiene con una mezcla que contenga 94,50% de nitrato de amonio y 5,50% de fuel oil, aproximadamente. • Un contenido mayor o menor de fuel oil ocasiona pérdida de Velocidad de Detonación (VOD) y la formación de gases nocivos. • La pérdida de energía es menor cuando hay un pequeño exceso de combustible.

VELOCIDAD DE DETONACIÓN (VOD) VS, PROPORCIÓN DE PETRÓLEO (AN/FO de 0.85 g/cm3 en 6” Ø confinado)

VOD (pies/ (pies/seg)

16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 0

2

4

6

8

Fuel Content (%)

VARIACIÓN DE LA ENERGÍA TERMODINÁMICA Y VOD DEL ANFO VS. EL CONTENIDO DE PETRÓLEO

PORCENTAJE DE PETROLEO

Ing. Fredy Ponce R.

CONTENIDO DE PETRÓLEO EN EL ANFO • En el gráfico anterior se aprecia la influencia que tiene el porcentaje de combustible sobre la energía desprendida y velocidad de detonación. • Se ve que no interesan ni porcentajes inferiores ni superiores al indicado si se pretende obtener el máximo rendimiento en las voladuras. • El contenido de combustible afecta también a la cantidad de gases nocivos desprendidos en la explosión (CO + NO); cuando en las voladuras los humos producidos tienen color naranja, esto es un indicativo de un porcentaje insuficiente de petróleo, o que el ANFO ha absorbido agua de los taladros, o no se ha iniciado correctamente.

Ing. Fredy Ponce R.

CARACTERISTICAS TECNICAS DEL ANFO 1) Alto explosivo que al momento de la detonación rompe y empuja proyectando al macizo rocoso por efecto de la generación de mayor cantidad de gases. 2) Los poros actúan como elementos sensibilizadores en su detonación. 3) Iniciación: Requiere de un booster o iniciador de alta o similar VOD, es insensible al fulminante N°8. 4) Velocidad de detonación: es relativamente baja (2,400 – 4,650 m/s), por lo que son poco brisantes, generan un buen volumen de gases, por lo que son preferentemente expansores o empujadores. 5) Su mayor limitación es la nula resistencia al agua. 6) Sus densidades van de 0,80 a 85 g/cm³.

CARACTERISTICAS TECNICAS DEL ANFO 7) El ejemplo más típico es el ANFO convencional (94,4% nitrato de amonio - 5,6% petróleo diesel N°2) con 2,500 a 3,000 m/s de velocidad y 45 kbar de presión de detonación. 8) Su empleo en subterráneo está limitado a frentes autorizados por el MEM, debe haber una buena ventilación, con un flujo de aire a una velocidad no menor de 25 m/minuto. 9) Su carguío de realiza con cargadores neumáticos portátiles (ANFOLOADER). 10) En Tajo Abierto suele emplearse camiones cargadores con sistemas computarizados.

HUMOS PRODUCIDOS POR DIFERENTES PORCENTAJES DE PETRÓLEO

4

Ing. Fredy Ponce R.

6

SENSIBILIDAD DEL ANFO A LA INICIACIÓN • La variación de sensibilidad con la cantidad de combustible también varía, con un 2% de petróleo la iniciación puede conseguirse con un detonador, aunque la energía disponible es muy baja y con una cantidad superior al 7% la sensibilidad inicial decrece notablemente.

PETROLEO (%)

INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE AGUA SOBRE LA VELOCIDAD DE DETONACIÓN DEL ANFO • Como se ha mencionado anteriormente, con el Nitrato de Amonio, el agua es el principal enemigo del ANFO, ya que éste absorbe una gran cantidad de calor para su vaporización y baja considerablemente la potencia del explosivo. • En cargas de 76 mm de diámetro una humedad superior al 10 % produce la insensibilidad del agente explosivo. En tales casos el único recurso de empleo consiste en envolver el ANFO en recipientes o bolsas impermeables al agua.

PORCENTAJE DE AGUA

DENSIDAD DEL ANFO • La densidad tiene importancia para la velocidad de detonación y los efectos de impacto de un explosivo. • Conforme la densidad del ANFO aumenta, entonces la velocidad de detonación se eleva, pero es más difícil conseguir la iniciación. Por encima de una densidad de 1,20 g/cm3, el ANFO se vuelve inerte no pudiendo ser detonado. Métodos de control: a) A granel: Peso por unidad de volumen en libras o kilos/recipiente de volumen conocido (lleno) D=W/V b)Para masas: Desplazamiento de volumen de agua de un recipiente al introducirse una masa (Método clásico del Principio de Arquímedes), en gramos/ cm3. (Patrón agua= 1,00 g/cm3). Densidad promedio del ANFO: 0,85 g/cm3 Ing. Fredy Ponce R.

INFLUENCIA DEL DIÁMETRO DE LA CARGA SOBRE LA VELOCIDAD DE DETONACIÓN

DIAMETRO DEL BARRENO (mm) Ing. Fredy Ponce R.

DIÁMETRO DEL CARTUCHO CEBO (INICIADOR) • Las condiciones que debe cumplir un iniciador para eliminar las zonas de baja velocidad de detonación del ANFO son: Presión de detonación lo más elevada posible, y Un diámetro igual a los 2/3 del diámetro del taladro. • La longitud del iniciador también tiene importancia, ya que éste a su vez es iniciado por un detonador y presenta un determinado tramo de elevación de la velocidad de detonación.

Ing. Fredy Ponce R.

RANGO DE INICIACIÓN DEL ANFO

INICIACIÓN DEL ANFO CON DETONADOR SIMPLE SOLO (NO DESEABLE)

Ing. Fredy Ponce R.


INICIACIÓN DE ANFO CON DETONADOR REFORZADO O MINI PRIMER (POCO EFECTIVO)

Ing. Fredy Ponce R.


INICIACIÓN DE ANFO CON CEBO CUYO DIÁMETRO ES IGUAL A 1/2 EL DIÁMETRO DELTALADRO (NO ADECUADO)

Ing. Fredy Ponce R.


INICIACIÓN DE ANFO CON CEBO CUYO DIAMETRO ES IGUAL A LOS 2/3 DEL DIÁMETRO DEL TALADRO (ÓPTIMO)

Ing. Fredy Ponce R.

8. EMULSIONES EXPLOSIVAS • Es una mezcla de dos liquidos inmisibles, unidos por un emulsificante. Un liquido disperso en gotas dentro de otro. • Los líquidos inmiscibles son: - Combustible o Petróleo (fase combustible o fase continua), y - Líquido Oxidante (fase oxidante o fase discontinua) • Dos clasificaciones generales: - Agua en aceite - Aceite en agua • Existe dos fases liquidas: - Discontinua: Fase liquida dentro de la gota (fase interna) - Continua: Fase liquida alrededor de la gota (fase externa)

• En 1960 la tecnología de la fabricación de emulsiones fue aplicada a la formulación de explosivos. • La emulsión explosiva esta compuesta de lo siguiente: - Fase oxidante (solucion de nitrato de amonio, nitrato de sodio y agua). - Fase combustible (diesel 2 / aceites / minerales, ceras y emulsificantes). • La emulsion explosiva consiste en particulas submicroscopicas de solucion oxidante en una fase continua de combustible. los emulsificantes (materiales tipo surfactantes) son parte escencial de la emulsion, proveyendo estabilidad a la mezcla. para la sensibilizacion de la emulsion usualmente se utiliza microbalones (sensibilizacion mecanica) o nitrito de sodio (sensibilizacion quimica - gassing)

EMULSIONES Característica aracterísticas:

Excelente resistencia al agua Alta velocidad de detonación Bombeable a baja temperatura Vida útil promedia (6 meses) Factible de incrementar su energía con Al ó Prills de NA Puede ser fabricada en proceso continuo

Es importante que, durante la perforación, que se cumpla con el paralelismo de lo contrario puede ocasionar sobre compresión a los taladros adyacentes.

Ing. Fredy Ponce R.

EMULSIONES VS. DINAMITAS (Ventajas y desventajas) • Las emulsiones tienen ciertas ventajas sobre las dinamitas como la excelente resistencia al agua, y el hecho que el minero nunca está sujeto a malestares de cabeza ocasionales debido a la nitroglicerina. • Las desventajas son: menor confiabilidad bajo condiciones frías, la tendencia a ponerse insensible debido al impacto por ondas de choque de detonaciones de tiros cercanos y la relación alta de detonación consistente que alcanzan. • Las dinamitas, debido a un ajuste del tamaño de las partículas de varios de los ingredientes secos de la fórmula, pueden ser producidos con gran rango de velocidades. • Esto permite que el usuario pueda con mayor exactitud parear las características de su explosivo a las características de la roca que está volando. Ing. Fredy Ponce R.

Ventajas de las Emulsiones: • Alta velocidad y potencia • Resistente al agua, sensibilidad al manipuleo y • Menor sensibilidad al manipuleo y el ser inodoras (no producen cefalea). • Aplicación en roca dura competente. • En taladros inundados Desventajas de las Emulsiones: • Menor tiempo de vida útil • Menor capacidad de transmisión en condiciones adversas en el taladro • Su sensibilidad al iniciador y su simpatía son susceptibles a fallas cuando ocurren sobre compresión, efecto canal, detritos que aíslan los cartuchos • Ocasiona sobre rotura en roca semidura a suave. Ing. Fredy Ponce R.

Emulsiones En papel parafinado: Semexsa-E 80 Semexsa-E 65

Emulsiones

En manga plástica: •Exagel-E 80 •Exagel-E 65

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4) DISEÑO Y CALCULO DE MALLA DE PERFORACION EN FRENTES HORIZONTALES

Ing. Fredy Ponce R.

1. DEFINICIONES a) Burden.- Es la distancia perpendicular hacia la cara libre del disparo. b) Espaciamiento.- Es la distancia lateral entre taladro y taladro. Problemas que causan un mal Diseño de Malla de Perforación: • Más horas de trabajo de los equipos • Más tiempo de limpieza • Más consumo de energía • Más tareas del personal • Más sostenimiento • Más costos operativos

2. PARTES DE UN FRENTE DE TÚNEL Y SUS OBJETIVOS C A = Arranque o Corte B = Núcleo C = Contorno

Arranque/Corte Formar cavidad Inicial

B A

Nucleo Contorno Triturar y extraer el Despegar y formar el máximo material límite de voladura

REGIONES POR GRUPO DE TALADROS

Contorno

Alzas o Coronas

Cuadradores Arranques Cuadradores

Arrastres o Rebajes

3. DENOMINACION DE LOS TALADROS EN TUNELES

VISTA FRONTAL

VISTA PERFIL

DISTRIBUCION DE TALADROS EN UN FRENTE

Frente:

Detonador Ensamblado EXSA

7

6

6 4

5

5

3

3 2

4

4 1 1

2

1 1

2

2 5

3

3

5

4

9

8

8

9

Mecha Rápida EXSA

MALLA DE PERFORACION EN FRENTES HORIZONTALES 1. Frente de trabajo

10 10

2. Punto de dirección

10 6

10

10 5

8

2

6

1

6

3

3 1

8

2

5

8

5

4

4

11. Ayudas de arrastre

5

7

8 7

6 11

9

9

3. Punto de gradiente 4. Sección de labor 5. Cuadrículas 6. Taladro de alivio 7. Taladros de arranque 8. Ayudas de arranque 9. Segundas ayudas 10. Ayudas de cuadradores

11

12. Ayudas de corona ó alza 13. Cuadradores 14. Coronas ó alzas 15. Arrastres 16. Secuencia de salida

EFECTOS DE LA SALIDA SECUENCIAL CORTE LONGITUDINAL

ARRANQUE PARALELO 14 15 y 16

FRENTE 14

15

4 10 y 11 1 2y3 1

10

12 y 13 5 8 y 9

12

17

18

7

4

2

16 6

11

3 1 5

8

SALIDA DEL ARRANQUE

13 9

17

19

SECUENCIA DE SALIDAS Ejemplo:

11A

11A

11A 11A

11A 6A

11A

6A

11A

3A 5A 9A

1A 3A

9A

1R 1A

5A

5A 1A 1R

3R

9A 3A

1A

9A

5A

3A

9A 7A

15A

3R

7A

13A

9A 7A

13A

7A

13A

15A

4. DISEÑO DE ARRANQUES O CORTES 4.1) DESARROLLO DEL BANCO ANULAR 3 4

2 3 2

4

1

5

1

5

1

2

3

4

5

4.1) DESARROLLO DEL BANCO ANULAR NOMENCLATURA DE TÚNEL Túnel simple

Túnel en dos etapas Contorno Núcleo

c b

a

Arranque

c

c

b b a

a

B BANCO Piso del túnel (Cresta del Banco)

B

4.2) MÉTODOS DE CORTE Los tipos de trazos de perforación para formar la cara libre o cavidad son: a) Cortes con taladros en diagonal o en ángulo. b) Cortes con taladros en paralelo: - Corte Quemado. - Corte Cilíndrico.

A) CORTE CON TALADROS EN DIAGONAL CORTE EN CUÑA HORIZONTAL O VERTICAL A

60°

A

A´

A´

CORTE EN ABANICO AL PISO O LATERAL A

A

A´

A´

DISEÑO DE ARRANQUES EN CUÑA

B) CORTE CON TALADROS EN PARALELO A

A

A´ A´

Condiciones fundamentales: 1) Distancia estimada del alivio al primer taladro de arranque. 2) Secuencia de salida. B = 1,5 a 1,7 φ de 15 a 30 cm Donde φ es el diámetro mayor

B

DISEÑO DE ARRANQUES EN PARALELO

Debido a que los taladros se perforan en un espacio reducido, pueden presentarse los siguientes problemas: a) Congelamiento de la roca fragmentada por alta concentración de energía (factor de carga muy grande). b) Detonación por simpatía. c) Insensibilización del explosivo por presión dinámica.

Diseño de Arranques: 4 Secciones

Diseño de Arranques: Suecas

Arranques Usadas en Terreno

Roca Dura

Roca Semidura

Roca Frágil o Plástica Semidura

Roca Suave Plástica

Roca Frágil

Roca Plástica

Roca Muy Frágil o Muy Plástica


Roca Muy Frágil o Muy Plástica

Roca Frágil

Roca Frágil


Roca Frágil o Plástica

Roca Frágil o plástica




EJEMPLOS DE CORTE QUEMADO

a

b

c

d

EJEMPLOS PARA LIMITAR EL EFECTO DE SIMPATIA ENTRE LOS TALADROS

a

b

c

d

5. CALCULO DEL NUMERO DE TALADROS Método N°1: Se puede calcular en forma aproximada mediante la fórmula empírica:

N° de Taladros = 10

Ax H

Donde: A: Ancho del túnel, en metros. H: Altura del túnel, en metros.

Ejemplo 1: Túnel de sección pequeña Para un túnel cuya sección promedio es de 1.80 m x 2.80 m = 5.04 m² N° Tal = 5 x 10 N° de Taladros = 2.2 x 10 = 22 taladros

5. CALCULO DEL NUMERO DE TALADROS Ejemplo 2: Túnel de sección mediana Para un túnel cuya sección promedio es de 4.00 m x 5.00 m = 20.00 m² N ° Tal = 20 x 10 N°de Taladros = 4.47 x 10 = 45 taladros Ejemplo 3: Túnel de sección grande Para un túnel cuya sección promedio es de 6.00 m x 6.50 m = 20.00 m² N ° Tal = 39 x 10 N°de Taladros = 6.24 x 10 = 62 taladros

5. CALCULO DEL NUMERO DE TALADROS Método N° 2: También se puede calcular mediante una relación más precisa:

N° de Taladros = ( P / Dt ) + ( C + S ) Donde: P: Perímetro de la sección del túnel en m, se obtiene con la fórmula:

P=

S x 4

Dt: Distancia entre taladros de circunferencia ó periferia, según cuadro. C: Coeficiente o factor de roca, según cuadro inferior. S: Sección ó área del túnel. Dureza de la Roca

Distancia entre Coeficiente o Taladros, en m (Dt) Factor de Roca (C)

Tenaz

0.50 – 0.55

2.00

Intermedia

0.60 – 0.65

1.50

Friable

0.70 – 0.75

1.00

Ejemplo 1: Para un túnel de 5 m² de área, en roca intermedia, donde tendremos:

P=

5 x 4 = 2.2x 4 = 8.8

Dt = 0.60 (De tabla: Roca intermedia) C = 1.50 (De tabla: Roca intermedia) S = 5 m2 Aplicando la fórmula y reemplazando datos se tiene: • N°de Taladros = ( P/Dt )+ ( C + S ) • N°de Taladros = ( 8.8 / 0.60 ) + ( 1.50 x 5 ) • N°de Taladros = 14.67 + 7.50 = 22 Taladros

6. DISTANCIA ENTRE TALADROS • Se determina como consecuencia del N°de taladros y del área del frente de voladura. Normalmente varían: De 15 a 30 cm entre los arranques De 60 a 90 cm entre taladros de ayuda De 50 a 70 cm entre los cuadradores.

• Como regla práctica se estima una distancia de 2 pies (60 cm) por cada pulgada del diámetro de la broca. • Los taladros periféricos (alzas y cuadradores), se deben perforar a unos 20 a 30 cm del límite de las paredes del túnel para facilitar la perforación y para evitar la sobreperforación.

7. CALCULO PARA DISEÑO DEL CORTE QUEMADO

DH = Dh x N Donde: DH: Diámetro de taladro de alivio (uno solo), en mm Dh: Diámetro de taladros del arranque, en mm N: Número de taladros del arranque (vacíos). Si diámetro de taladro del arranque (Dh) = 41 mm, y N = 3 tal. vacíos DH = 41 x (3)1/2 = 71 mm A

B

A+B+C

C

CALCULO DEL BURDEN (B1) PARA EL CUADRO N° N° 1 El primer cuadro de taladros del arranque, se localiza a una distancia B1 (Burden (Burden)) del centro. Burden (B1) varía entre: (1.50 – 1.70) x DH

B1 = 1.50 * DH DH = Diámetro del taladro de alivio = 71 mm B1 = 1.50 * 71 = 106.5 mm = 0.1065 = 0.10 m

• La distancia ó radio desde el centro exacto será igual a R, o sea R1 = B1 • EL VALOR SC1, DENOTA EL TAMAÑO DEL CORTE Ó LA DISTANCIA ENTRE TALADROS DENTRO DEL CUADRO :

SC1= B1*

2

SC2

Reemplazando datos se tiene:

SC1 B1 R1

SC1 = 0.1065 * 1.4142 = 0.15 m

B2 R2 SC3

R3 B3

R4

B4

8. CONCENTRACION DE CARGA DE FONDO EN UN FRENTE

Diámetro de taladro (mm) 30

Carga Específica (Kg/m3) 1.1

40 50

1.3 1.5

Curso Taller:


5) CASO PRACTICO: CALCULO DE MALLA DE PERFORACION PARA UN TUNEL

Ing. Fredy Ponce R.

EJEMPLO PRACTICO: CALCULO PARA UN TUNEL Datos del túnel: • • • • • • •

Longitud del túnel: Sección (A x H): Roca: Diámetro de taladro: Longitud de taladro: Tipo de corte: Explosivo:

1,400 m 10.44 m² Semidura (Andesita) 38 mm. 2.40 m Quemado Semexsa 65, 7/8” x 7” = 0.116 gr/cart.

Solución: 1) Volumen roto = Sección Frente x Longitud de taladro 10.44 * 2.40 m = 25 m³ 2) Número de Taladros: N°Tal = (P/Dt) + (C * S)

Datos de tabla: Dt = 0.60 C = 1.50 N°Tal = (((10.44)1/2 x 4)) / 0.60) + (1.50 x 10.44) N°Tal = (12.92/0.60) + (1.50 x 10.44) = 37 Taladros

3) Cantidad de Carga Explosiva, que está en función de: Sección del Túnel = 10.44 m2 Tenacidad / dureza (Dato de Tabla= 1.60 Kg/m3) 1.60 Kg/m3 x 25 m3 = 40 Kg de explosivo por disparo.

4) Carga Promedio de Explosivo por Taladro: Carga total por disparo / N°total de Taladros = 40 Kg / 37Tal. = 1.08 Kg/Taladro 5) Cantidad de Cartucho por Taladro: N°Cartuchos / Taladro = Peso explosivo por Taladro / Peso de cada cartucho = 1.08 Kg/Tal / 0.116 Kg/Cart. = 9.3 Cartuchos / Taladro 6) Número de Cartuchos por Disparo: N°Cartuchos / Disparo = (N°Cartuchos / Taladro) x (N°Taladros / Disparo) = 9.3 x 37 = 344 Cartuchos / Disparo N°Cajas por Disparo = 344 cart/disp / 215 cart/caja = 1.6 Cajas / Disparo

7) Avance por Disparo en el Túnel: Longitud del túnel = 1,400 m Eficiencia disparo = 0.90 Avance Real por Disparo = 2.40 m x 0.90 = 2.16 m / Disparo 8) Distribución de Carga de Explosivos Promedio: Descripción Arranque Ayudas Cuadradores Alzas Arrastres

Asignación Carga prom. 1.5 X 1.0 X 0.8 X 0.8 X 1.1 X

X = Carga promedio de Explosivo por taladro (Kg/Tal)

Distribución de Carga de Explosivos Promedio Asignando la carga promedio por taladro se tiene: Carga promedio (X = 1.08 Kg/Tal) Descripción Arranque Ayudas Cuadradores Alzas Arrastres

Asignación 1.5 1.0 0.8 0.8 1.1

Carg.Prom 1.08 1.08 1.08 1.08 1.08

Cantidad(Kg) 1.62 1.08 0.86 0.86 1.19

N°Cart/Tal. 13 9 7 7 10

Curso Taller:


6) EVALUACION DE DISPAROS DE UN FRENTE

Ing. Fredy Ponce R.

10. EVALUACION DEL DISPARO DE UN FRENTE La evaluación de un disparo se mide bajo las siguientes condiciones: a)Grado de fragmentación de roca disparada (mineral o desmonte). b)Velocidad de carguío del equipo, en la cual se mide el rendimiento del mismo. c)Voladura secundaria (%) referido a la relación de la voladura secundaria respecto a la voladura primaria. d)Volumen roto (m³) e)Avance logrado (m) f)Factor de carga g)Características del contorno (Sobreperforación) h)Factor de perforación (Metro perforado / metro de avance) i)Costos.

Curso Taller:


7) COSTOS DE PERFORACION Y VOLADURA SUBTERRANEA

Ing. Fredy Ponce R.

COSTOS DE PERFORACION Y VOLADURA SUBTERRANEA Los costos de perforación y voladura están determinados por lo siguientes rubros: a) Costo del equipo de perforación b) Costo de accesorios de perforación (brocas, barras, etc.) c) Costo de mano de obra incluyendo los beneficios sociales d) Costo de explosivos e) Costo de accesorio de voladura f) Costos de voladura secundaria La responsabilidad del departamento de minas corresponde a las siguientes áreas operativas: a) Perforación y voladura b) Carguío, transporte e izaje y c) Chancado primario

FIN DE SESION II Ing. Fredy Ponce Ramírez E-mail: [email protected] Celular: 01 97558-9453 RPM: * 931393

II. Perforacion y Voladura en Mineria Subterranea

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