Perforacion y Voladura I- Tema 19

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Noviembre del 2014

UNIDAD II - DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACIÓN. TEMA Nº 19 – DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACIÓN Y SU APLICACIÓN EN MINERÍA SUBTERRÁNEA: EN CHIMENEAS Y PIQUES.

MALLAS DE PERFORACIÓN EN CHIMENAS Y PIQUES PROPOSITO DE CLASE: 

Analizar los diferentes diseños de las mallas de perforación para el avance de chimeneas y piques o pozos en minería subterránea. Determinar que tipo de corte o arranque se empleara en un frente en relación a factores específicos de la masa rocosa a perforar.

MALLAS DE PERFORACIÓN EN CHIMENAS Y PIQUES INTRODUCCION Además de las excavaciones subterráneas para la explotación de yacimientos o para la apertura de cámaras de grandes dimensiones, en cualquier proyecto de aprovechamiento del subsuelo existen labores como son los pozos y las chimeneas verticales o inclinadas que se caracterizan por el trazado lineal de las mismas y las dificultades de perforación.

MALLAS DE PERFORACIÓN EN CHIMENAS Y PIQUES INTRODUCCION En las últimas décadas, se han desarrollado numerosos métodos que tienden a la mecanización de los trabajos, mediante la aplicación de técnicas y equipos de perforación especiales, y al aumento de los avances y rendimientos, conjuntamente con las condiciones de seguridad. De todas las aperturas realizadas en las minas los pozos son la obras más costosas en tiempo y dinero. Además la profundización de pozos es un procedimiento complicado.

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES

Los métodos de ejecución de pozos pueden dividirse en tres grupos: 

Método de banqueo.



Método de espiral.



Métodos de sección completa.

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE BANQUEO Este método es adecuado para pozos de sección cuadrada o rectangular. Consiste en perforar la mitad del fondo del piso, que se encuentra a una mayor cota, dejando la otra mitad para la recogida de aguas, si fuera necesario, o como cara libre. Las voladuras actúan como en pequeños bancos con un frente libre, desplazando el material hacia el hueco del disparo anterior. El sistema de perforación suele ser manual con perforadoras neumáticas.

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE BANQUEO

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE ESPIRAL Se aplicó inicialmente en Suecia y consiste en excavar el fondo del pozo en forma de una espiral, cuya altura de paso dependerá del diámetro del pozo y el tipo de terreno a fragmentar. Dentro de cada corte se vuela una sección de la espiral con un ángulo lo suficientemente grande como para que el tiempo que exige realizar un corte completo coincida con un múltiplo entero del tiempo de trabajo disponible.

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE ESPIRAL Los barrenos en cada radio se perforan paralelos y con la misma longitud, ya que siempre existirá una cara libre que en cada posición desciende.

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE ESPIRAL

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE SECCIÓN COMPLETA Los métodos de sección completa se utilizan con mucha frecuencia en la excavación de pozos tanto de sección rectangular como circular.

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE SECCIÓN COMPLETA Las técnicas de disposición de los barrenos son diversas, pues de forma similar a lo que sucede en el avance de túneles y galerías, es necesario crear inicialmente con algunos barrenos una cara libre, a no ser que se disponga de un taladro de gran diámetro o chimenea de expansión. Los tipos de voladuras empleados son: con corte en «V», cónico, paralelo y con taladro de expansión.

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE SECCIÓN COMPLETA

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE SECCIÓN COMPLETA Los cortes en «V» se aplican a los pozos con sección rectangular. Los planos de los diedros formados por los barrenos inclinados entre 50° y 75°, deben tener direcciones paralelas a las discontinuidades, a fin de aprovecharlas en el arranque.


MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE SECCIÓN COMPLETA Los cortes (arranques) cónicos son los más empleados en los pozos circulares, debido, por un lado, a la facilidad con que se puede mecanizar la perforación de los barrenos y por otro, al menor consumo de explosivo con respecto al corte quemado o paralelos. Los taladros se disponen formando en la parte central diversas superficies cónicas invertidas tal como se indica en la Fig. 23.4.

MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE SECCIÓN COMPLETA Tanto la profundidad como el número de taladros dependen de un gran número de variables como son: el tipo de terreno, el diámetro de las cargas de explosivo, esquema de voladura, tipo de corte, organización de los trabajos y sobre todo sección de la excavación. No pueden darse pues unas reglas concretas para las dos variables de diseño citadas, ya que será preciso ajustarlas en cada caso.






MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE SECCIÓN COMPLETA El corte quemado o paralelo trabaja de forma semejante a como lo hacen en las galerías o túneles, Fig. 23.7. Los resultados que se han obtenido hasta la fecha son interesantes, presentando la ventaja adicional de una mayor sencillez de la perforación y longitud de avance.




MALLAS DE PERFORACION EN POZOS O PIQUES MÉTODO DE SECCIÓN COMPLETA Una variante de la anterior la constituyen las voladuras con barreno central de gran diámetro o chimenea. En estos casos se dispone de una cara libre más efectiva que favorece la rotura y desplazamiento de la roca, así como su carga.



POZOS MINERO DE VENTILACION

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS CHIMENEAS Se denominan chimeneas a aquellas excavaciones con dimensiones reducidas y una inclinación superior a 45°. Las longitudes de estas labores, que son típicas en minería, son variables y pueden llegar a superar los 100 m. Sirven para unir galerías a distinto nivel cerrando los circuitos de ventilación, para el paso del mineral y estériles, para las aperturas iniciales en las explotaciones por subniveles, etc.

Chimeneas •

Chimeneas son construcciones verticales a subverticales diseñadas para: –

–

–

–

–

–

Poder delimitar el tajeo de explotación. Servir como labor para la ventilación. Servir para el paso del relleno detrítico hacia el tajeo. Traspaso de mineral Servir como chimenea de servicio; camino, pase de tubos de aire comprimido, agua, etc. Almacenamiento mineral (Stock interior mina )

Diseño de chimeneas para traspaso

Alimentación

Parametros a definir: Angulo de la chimenea

•

Sección

Largo de la chimenea

•

70º a 80º

Diámetro de la chimenea

•

Quiebre Buzón

Angulo de quiebre

•

TIPOS DE CHIMENEAS. Los tipos de chimeneas pueden ser: a.- Según su forma: •

•

•

Circulares. Cuadradas. Rectangulares.

b.- Según su sección: •

•

•

Simple: Por ejemplo sección de 4’ x 4’ Doble: Por ejemplo sección de 4’ x 8’ Triple: Por ejemplo sección de 4’ x 12’

TIPOS DE CHIMENEAS. c.- Según su longitud: •

•

•

Cortas: hasta 50 m. Largas: de 51 a 100 m. De gran longitud: > de 100 m.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Los métodos de ejecución se clasifican en dos grandes grupos, según que la perforación se realice en sentido ascendente o descendente: Perforación Ascendente: •

•

•

Manual Jaula Jora o Con plataforma Alimak.

Perforación Descendente: •

•

•

Barrenos largos con cuele de taladros vacíos Con cuele cráter, voladuras "VCR» y método mixto.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Método clásico manual Se aplica en explotaciones pequeñas donde el número de labores a realizar no justifica la inversión en equipos especiales y las chimeneas son de reducida longitud.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Método clásico manual Se da esta denominación cuando la construcción se efectúa colocando puntales de línea de avance sobre el cual se tienden tablas que sirven de plataforma. En este caso se utiliza para la perforación una sola máquina neumática Stoper, barrenos integrales de 6 pies y brocas de hasta 40 mm. de diámetro.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Método clásico manual La longitud de la chimenea en promedio es de 50 m. pudiéndose construir chimeneas de mayor longitud pero deberán ser mellizas por razones de seguridad. Por otro lado la sección es simple o doble, generalmente sobre estructura mineralizada y su inclinación puede ser vertical o inclinada.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Método clásico manual El método consiste en ir levantando una estructura interior de madera, simultáneamente al avance de la excavación, de forma que sirva no sólo de sostenimiento sino incluso de plataforma de trabajo desde la cual se realiza la perforación de los barrenos con martillo de mano y empujadores. Esas estructuras se construyen con unas pasarelas de servicio como las de la Fig. 23.10.

Método clásico manual

MÉTODO CLÁSICO MANUAL PREPARACIÓN DEL LUGAR DE TRABAJO

1. Para iniciar la construcción de una chimenea se la hace directamente desde la galería y los dos siguientes disparos sobre la carga de los primeros disparos. 2. Cuando ya no se puede perforar de esta manera se tienen que colocar puntales (de 4 a 6 ”de diámetro) en ambos lados de la chimenea, horizontales y paralelas al techo de la galería (Fig. 4). 3. A unos 2.20 m del tope de la chimenea se debe armar una plataforma sobre los puntales cubriendo solamente 1/3 del área de la chimenea. 4. Desde esta chimenea se lavará el frente de trabajo, se realizará el desatado, la perforación y el carguío de los taladros.

MÉTODO CLÁSICO MANUAL El suministro de aire comprimido es con mangueras de hasta 30 m. de 1” de diámetro y cuando la altura o longitud de la chimenea supera los 30 m. se instala tuberias de 1” El suministro de agua es con manguera de ½” de diámetro de longitud de hasta 30 m. y cuando la longitud de la chimenea es mayor también se instala tuberias de ½”.

MÉTODO CLÁSICO MANUAL La manguera de aire se deja protegido a 5.0 m. del tope de la chimenea a fin de poder ventilar luego de realizado el disparo. Cuando no se tiene agua suficiente para la perforación y/o la presión no es suficiente se utiliza botellas de agua, que son recipientes metálicos ubicados en la galería, donde se llena de agua y luego se conecta la manguera de aire comprimido para impulsar hasta la perforadora.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS DISEÑO DE CHIMENEA. La Chimenea a levantarse mediante el método convencional se diseña considerando los siguientes parámetros: 

Longitud.



Sección.



Buzamiento de la veta y/o inclinación deseada.



Tipo de roca.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS DISEÑO DE CHIMENEA. De acuerdo al Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional en Minería (DS N° 055). Artículo 258° dice que la perforación de chimeneas convencionales de más de 20 m. de longitud deberá hacerse utilizando dos compartimientos independientes: uno para el tránsito del personal y otro como echadero. Se exceptúan las chimeneas preparadas por medios mecánicos.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS DISEÑO DE CHIMENEA. Para dar cumplimiento la chimenea por método convencional en general es hasta 50 m de longitud. Para longitudes mayores el método resulta costoso y de bajo rendimiento, además del mantenimiento constante del entablado en el lado del echadero.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS DISEÑO DE CHIMENEA. Para mayores longitudes a 50 m. y que alcancen los 100 m. se suele levantar chimeneas mellizas (Chimeneas en H), que son chimeneas simples de un compartimiento, separadas de 10 a 15 m. y que se comunican cada 20 m. mediante un subnivel. En este caso una de las chimeneas sirve como camino y el otro como echadero y para avanzar el camino hacia el subnivel se coloca tapón o ranfla y la carga del disparo es limpiado por el subnivel hacia el echadero.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Los cortes pueden ser en «V» o en abanico, corte quemado o paralelo con s avances en función al área de la sección de la chimenea como la indicada en la Fig. 23.11.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Método de la Jaula Jora Este sistema se ha descrito anteriormente en el capítulo de equipos especiales de perforación. Consta de una jaula que va suspendida de un cable que pasa a través de un taladro central perforado antes de comenzar la excavación de la chimenea. Los taladros se perforan generalmente paralelos utilizando el orificio central de mayor diámetro como corte, consiguiendo avances por disparo de 3 a 4 m, Fig. 23.12.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Método de la plataforma Alimak Igualmente este sistema se ha descrito anteriormente en el capítulo de equipos especiales de perforación. Consiste en una jaula con plataforma de trabajo que se desliza a lo largo de unas guías fijadas a la pared de la chimenea. La perforación se realiza con máquinas perforadoras manuales Stoper, consiguiéndose avances por disparo de hasta 3 m. En la Fig. 23.13 se indica un esquema típico de disparo


MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Método de la plataforma Alimak En el caso de chimeneas a construirse con la plataforma trepadora Alimak las longitudes están limitadas por el tipo de impulsión usado por la máquina: 

Plataforma trepadora impulsado por propulsión neumática = 200 m.



Plataforma trepadora impulsado por propulsión eléctrica = 1,000 m.



Plataforma trepadora impulsado por propulsión diesel-Hidráulica = más de 1,000 metros

Chimenea construida con la plataforma trepadora Alimak.


9

7

9

1 5 8

4

2 3 6

5 8

PARALELO CORTE PARALELO

DE UN SOLO COMPARTIMIENTO


CORTE ABANICO CHUTE

CAMINO DE DOBLE COMPARTIMIENTO

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS 7

7 5

2

6

1

7 1 4

3

4

2

3 2

1

8

6 7

5

7

TERRENO SUAVE

TERRENO DURO

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS ROCA DURA CORTE QUEMADO –

7 6 10 1 3 9

5 8 4 2

2 4 8 5

SECCIÓN CIRCULAR

12 8

9 3 1 10 6 7

11

9

3 2 2

6 13

10 4

10

13 5

1 1 3 11

2

9 7 12

SECCIÓN CUADRADA

TRAZOS PARA CHIMENEAS

CALCULO TEORICO DEL NUMERO DE TALADROS

Nt = P/dt + ( C x S) Donde : P = perímetro de la sección se obtiene con la fórmula: P = ( S)0.5 x 4 S = Sección de la chimenea a excavarse. dt = Espaciamiento de los taladros del perímetro que varía de:


CALCULO TEORICO DEL NUMERO DE TALADROS C = Coeficiente o factor de roca que varía de:

CALCULO TEORICO DEL NUMERO DE TALADROS EJEMPLO: En una chimenea de sección de 1.20 x 2.40 m y con roca dura; calcular el número de taladros a perforar. dt = 0.50 C = 2.0 S = 1.2 x 2.4 m = 2.88 m2

Nt = P/dt + ( C x S) Reemplazando datos en la fórmula.

CALCULO TEORICO DEL NUMERO DE TALADROS P = (2.88 m2)0.5 x 4 = 6.79 m Nt = 6.79/0.5 + (2 x 2.88) = Nt = 13.58 + 5.76 = 19.34 = 20 (redondeando) Más 10% de taladros de contorno y Taladro de alivio. Nt = 20 + 2 + 1 = 23 taladros El siguiente es la malla de perforación para este ejemplo


MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Métodos con perforación descendente En la década de los años 70 se iniciaron diversas experiencias perforando los barrenos en toda la longitud de la chimenea y efectuando después las voladuras por fases mediante cargas colgadas.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Métodos con perforación descendente Lógicamente, estos métodos exigen una gran exactitud de la perforación, lo cual ha llevado a los fabricantes al diseño de equipos y accesorios especiales. Actualmente, las desviaciones pueden mantenerse por debajo del 2% con perforadoras de martillo en cabeza y del 1% con las de martillo en fondo.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Métodos con perforación descendente Método del corte de barrenos vacíos.- Esta técnica, que es una variante del corte en paralelo de túneles y galerías, fue la que primero se aplicó en chimeneas con taladros largos. Los taladros se perforan con equipos de martillo en cabeza con diámetros entre 51 y 75 mm y, los taladros centrales (alivio) de 100 ó 200 mm de diámetro.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Métodos con perforación descendente Los taladros se disponen, generalmente, en secciones cuadradas que se disparan por fases en tramos de 2 a 4 m; primero la zona del corte y a continuación las zonas de franqueo, Fig. 23.14, si bien cuando se posee una gran experiencia es posible ejecutar la voladura a plena sección utilizando detonadores de micro-retardo en el corte y de retardo en la destroza.

CALCULO TEORICO DEL NUMERO DE TALADROS Métodos con perforación descendente Las mallas de los taladros del corte pueden estimarse con la siguiente expresión:

S = D1 + 1.25 x D2 siendo: S = Espaciamiento entre barrenos (mm). D1 = Diámetro de los barrenos con carga (mm). D2 = Diámetro del barreno central vacío (mm).

CALCULO TEORICO DEL NUMERO DE TALADROS Métodos con perforación descendente Y los barrenos de las secciones de franqueo con la ecuación siguiente:

S = 10 x D1 + 500 En cada sección la piedra se aconseja que no sea mayor que la anchura del hueco contra el cual rompe cada barreno.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Métodos con perforación descendente Método del corte Cráter .- Consiste en abrir una cavidad de aproximadamente 1 m 2 con cinco barrenos de diámetros comprendidos entre 65 y 102 mm colocando las cargas de explosivo para que trabajen en forma de voladuras en cráter.

MALLAS DE PERFORACION EN CHIMENEAS Métodos con perforación descendente

Perforacion y Voladura I- Tema 19

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