Universidad de la Serena Departamento de Ingeniería en Minas
Trabajo de Perforación Y Tronaduras Laboratorio nº 2
Claudio Andrés Núñez Escobedo Profesor: Alfonso Carvajal Ayudante: Alfonso Bobadilla
2Dface Introducción 2DFace es el desarrollo de la explosión subterránea como módulo de diseño de JKSimBlast. Permite al usuario crear un diseño que consta de explosión de agujeros de carga y de socorro, las cubiertas de fondo y de pozo, los retrasos de la superficie y sus conexiones, para luego llevar a cabo los análisis específicos, tales como simulaciones de detonación y los cálculos cercanos sobre PPV en el terreno. El diseño puede ser dibujado por cadenas y polígonos que definen las diversas características y contornos. Los análisis básicos para el volumen, el tonelaje, el factor de carga, componentes y costos totales se pueden calcular para un diseño. Aunque el diseño es creado en el plano 2D, todos los datos se almacenan con las coordenadas 3D completa (este, norte, nivel) en bases de datos de Microsoft Access. A esto se suman detalles de los componentes (parámetros de los orificios de caída, el cojinete, diámetro, longitud, carga, espacio), las propiedades de explosivos, detonadores, iniciadores y conectores, y tiempo de la detonación. Los datos generados por 2DFace también pueden ser analizados en TimeHEx (abrir huecos frente a temporales y explosivos) y se analizaron en el 2DView (sección y oblicuas) para explosivos contornos de distribución de energía de la masa explosiva y la energía, y el contorno del agujero de los datos relacionados.
Desarrollo La creación de un modo de área para nuestro túnel (tipo de polígono) y los puntos de perforación que irán sobre este y su distribución, es la primera de las operaciones que debemos manejar para nuestro desarrollo de explosión subterránea. Debemos definir nuestro plano de orientación. Entregar los datos angulares de su rumbo y manteo tanto para nuestra cara del túnel, como para su proyección luego de la iniciación en la detonacion. Su posición con respecto a las coordenadas geográficas, su direccionamiento, sentido y el nivel de piso en que se encuentra. Para este trabajo no nos dimos datos complejos, puesto que no estamos creando la simulación para una labor real, si no que solo experimental.
Para seleccionar estos datos debemos ir a la opción ‘’ make drive outline’’ y luego presionar en el botón de ‘’propiedades’’ y aparecerán las pestañas donde ingresaremos nuestros datos. En las otras pestañas veremos las opciones en el tipo de diseño y la forma característica de nuestro túnel. Seleccionaremos una de techo circular. Y para finalizar seleccionamos la pestaña de ‘’dimensions’’ en donde ingresaremos los datos de la altura y el ancho del túnel. También la distancia que daremos desde el centro de nuestro cuele a las paredes superiores y laterales.
Finalmente le damos a ‘’make drive’’ y obtendremos el dibujo de la cara del túnel centrado en el cuadriculado.
Lo siguiente es la creación de los agujeros o pozos perpendiculares a la cara del túnel. Debemos hacer una buena distribución de estos en toda el área con el fin de que solo sea fragmentado o afectado el sector espacial que determina la proyección del túnel, y tratar que el resto del macizo rocoso no sufra daño. Debemos ir a ‘’hole drilling’’ y luego seleccionar ‘’propiedades’’ para ir ingresando los datos de los distintos parámetros en la creación de nuestros pozos y posteriormente ir dibujándolos y repartiéndolos en nuestra área seleccionada.
Debemos seleccionar el diámetro de pozo y su largo para cada uno de los sectores particulares del túnel. Debemos elegir entre dos parámetros; podemos entregar nuestro número de pozos, donde automáticamente nos genera el espaciamiento o ingresamos el espaciamiento que queremos entre pozos y automáticamente nos genera el número de estos. Estos datos son necesarios para la corona, la zapatera y las cajas. Es importante tener en cuenta que el espaciamiento entre los pozos, en el contorno de nuestro túnel debe ser menor que en los pozos distribuidos en el interior, y su carga explosiva también debe ser menor en referencia a los otros. Finalmente esto que da así:
Debemos elegir un diseño para nuestro cuele que ira centrado en el túnel. Necesario es que este diseño contenga tiros de alivio, es decir, pozos que no se cargaran, esto con el fin de generar espacios libres en el centro que ayudan a la generación de nuestra cara libre donde el resto del material será proyectado. Esto lo podemos encontrar en la pestaña ‘’cuts’’
Así mismo vamos diseñando los pozos que detonaran en los siguientes niveles. Se pueden ir colocando aleatoriamente o de forma automática seleccionando la pestaña ‘’circle’’ e ingresando los datos del numero de pozos que queremos para una primera ronda de barrenos que tendrán un mismo radio concéntrico, o bien seleccionando su espaciamiento o el ángulo de diferenciación entre unos y otros. Estos deben tener un mayor diámetro que los agujeros hechos en el contorno perimetral, incluso un mayor largo. Puesto que serán estos los que tienen que entregar una mayor energía al sistema para el proceso de fragmentación. Y tanto el diámetro como el largo de pozos se pueden datar en esta opción (circle).
De esta forma y repitiendo el paso anterior vamos colocando mas barrenos en nuestro diseño de tuneleria, pero siempre variando su radio y si se desea el numero de barrenos, el diámetro de pozo, o su largo. Todo esto dependiendo de como queremos representar nuestro planteamiento. Como dijimos anteriormente también tenemos la opción de poner pozos individuales de forma manual y voluntaria en cualquier sector del
espacio constituyente del túnel para ir rellenando sectores que necesiten de estos.
Nuestra presentación del diseño queda así:
Lo siguiente que se debe hacer es la carga de los barrenos con el explosivo determinado y otros componentes como taco o bolsas de aire si se desea. Primero se debe ir al cuadriculo de ‘’loading decks’’ y luego ir a propiedades. Aquí nosotros iremos cargando nuestros pozos con ANFO 0.8, y la carga puede ser por la longitud, masa, profundidad desde el cuello o el porcentaje de la longitud del agujero. Ingresamos el valor de longitud de carga para este caso, aceptamos, y vamos marcando los pozos (se puede hacer individualmente o con la tecla ‘’M’’ vamos marcando los barrenos que queremos cargar con estas características.
Ingresando en el cuadro de ‘’información’’ y pasando el cursor encima de cada uno de los pozos cargados podemos ir viendo un recuadro con todas las características de estos y un dibujo representativo de la carga de explosivo en profundidad. Para finalizar este procedimiento se carga con taco en el tramo restante del barreno.
Para la zona de la zapatera, la corona y las cajas realizamos el mismo procedimiento anterior, tanto para la carga de ANFO 0.8 como para la de steamming, pero cambiando su longitud de carga respectiva una de otra para que varíe la entrega de energía con respecto a los barrenos del interior, la cual debe ser mucho menor. Para este caso fuimos intercalando la carga entre el taco y el explosivo.
El paso a seguir es el de la secuencia de fondo de pozo por retardo, en donde debemos insertar nuestros detonadores, iniciadores y conectores. Siempre siendo insertados en longitud desde el pie de barreno o desde el cuello. Debemos definir la dispersión o desviación para los análisis de tiempo así como también el tiempo de retraso entre un pozo y otro. La distancia a la que se ubicara el primado en el largo de la carga explosiva es importante para determinar cual va a hacer el efecto de la energía sobre la roca. Para esto debemos ir a la opción de ‘’downhole delays’’ y seleccionar propiedades. Ahí podremos ingresar los datos que solicitamos.
Los retrasos de superficie deben tener cierto tiempo de retardo también y para ello vamos a definir nuestros detonadores y conectores, teniendo en consideración la dispersión para nuestros análisis de tiempo. Vamos conectando uno con otros los pozos siguiendo una secuencia de encendido que convengamos y donde se optimice el modo de hacerlo para que nuestro diseño sea el mas representativo. La secuencia de encendido debe ser unidireccional, cosa que vayan detonando los barrenos en un solo sentido. Y la conexión modelo preferentemente debe ser en forma de espiral y obviamente partiendo desde el centro en el interior (para generar la cara libre) y luego abriéndose radialmente hacia las paredes del túnel. Para el ingreso de los datos debemos dirigirnos al recuadro llamado ‘’surface delays’’ y luego a propiedades.
Tenemos todos los datos ingresados para todos los tipos de parámetros necesarios en la detonación de simulación del túnel solo debemos dirigirnos al recuadro ‘’detonation’’ y con el cursor seleccionar el barreno en el que queremos iniciar la fase de encendido, y esta automáticamente ira iniciándose y detonando pozo por pozo en rangos de tiempos separados por el retardo que le hemos dado. Hay una opción en que la podemos hacer de forma manual apretando la tecla ‘’espacio’’, y otra opción en donde la secuencia se puede ralentizar para observar de manera mas detallada como primeramente llega la señal al pozo, se inicia la detonación y culmina con la explosión.
Luego de haber terminado todo el proceso virtual para la detonación de los barrenos, pasando por las mediciones de sus parámetros, los valores que nos hemos dado y los tipos de explosivos, conectores, primados que hemos usado, podemos entrar en detalle ahora como todos estos datos en conjunto se comportaron, que tan eficiente fue y como mejorarlo. Estas líneas de isotiempo bajo el concepto teórico nos entrega el valor de tiempo promedio en que detonan los grupos de pozos que observamos en la imagen. Su valor es mostrado en el recuadro de simbología que observamos al costado. Pero como concepto grafico o de dibujo estas líneas nos dice en que dirección va a ser la botada del material rocoso una vez detonado el macizo.
Inmediatamente nosotros podemos saber cual va a ser nuestra distribución de energía en los barrenos luego de la detonación, ingresando a la pestaña ‘’analysis’’ y luego a ‘’ explosive energy distribution’’ y haciendo click en el botón que dice ‘’calculate new data and sabe to file’’. Nos aparece un dibujo representando la distribución de energía interpretada por distintos colores que nos da la energía utilizada por unidades, ya sea de metro cuadrado, metro cubico o toneladas y en el espacio en que influye.
Nosotros sacamos nuestra energía en unidades de MJ/ton con los rango de energía que salen en el recuadro y siendo representativo con un color puesto en el dibujo de la distribución de energía. Esto es para un tipo de roca muy dura y en una sección cercana a la del frente de túnel.
2Dring Introducción
2DRing es el diseño del abanico en explosión subterránea y el módulo de análisis de JKSimBlast. Permite al usuario crear múltiples diseños de abanicos planos que consisten en barrenos, las cubiertas, de fondo de pozo y los retrasos de la superficie y las conexiones, para luego llevar a cabo análisis específicos, tales como simulaciones de la detonación y la distribución de energía. Los diseños pueden ser descritos por las cuerdas y los polígonos que definen los contornos, los límites de perforación de yacimiento y las aberturas subterráneas (las unidades, etc.) Los análisis básicos para el volumen, el tonelaje, el factor de polvo, componentes y costos totales se pueden calcular para el diseño. Aunque el diseño es creado en el plano 2D, todos los datos se almacenan con las coordenadas 3D completa (este, norte, nivel) en bases de datos de Microsoft Access. A esto se suman detalles de los componentes (parámetros de los orificios de caída, el cojinete, diámetro, longitud, carga, espacio), las propiedades de explosivos, detonadores, iniciadores y conectores, y tiempo a la detonación.
Desarrollo
A diferencia del 2Dface, que es la detonación del macizo rocoso para una creación del túnel de avance, el 2Dring es usado como fragmentación del material a través del método abanico, para un sistema de producción tipo block caving por ejemplo. Primeramente debemos seleccionar la orientación que tendrá nuestro túnel de avance el cual tiene dos opciones que se muestran en el recuadro.
Una de estas opciones se debe seleccionar para darle dirección a nuestro túnel de avance, y generar las coordenadas correspondientes. Claramente el rumbo e inclinación (si es que la tiene) que debe tener nuestro túnel de avance debe ser el mismo que tendrá nuestra veta o la estructura geo mineralógica de nuestro yacimiento. Para dibujar la estructura debemos ir al recuadro ‘’make drive outline’’ y luego a propiedades e introducir las características especificas de nuestro diseño; su altura, su ancho, su forma y el nivel o cota en que se encuentra. Luego le damos a ‘’make drive’’ y nos aparecerá un túnel centrado en la pantalla.
Luego nos vamos a la opción de ‘’string’’ el cual tiene características delimitantes de líneas individuales, seguidas y de polígonos. Con esta opción y luego presionando el cuadro de líneas seguidas vamos trazando líneas punteadas creando una forma tipo ‘’V’’ sobre nuestro túnel de esta forma y formamos nuestra batea:
Inmediatamente nos vamos a la opción para la creación de los agujeros en abanico que partirán desde el centro del túnel designado por nosotros y se distribuirán radialmente, con una separación por espaciamiento, numero de barrenos o grados. Los tres parámetros funcionan de modo individual por lo que solo basta elegir solo uno de ellos para dibujarlo en el proyecto. Nuevamente debemos seleccionar el diámetro del barreno y su longitud máxima la cual no debe ser menor que la distancia desde el centro hasta nuestra línea segmentada. Sin embargo puede ser mayor porque esta automáticamente será acotada por la delimitación que nos dimos. Nos dirigimos a ‘’hole drilling’’ y luego a propiedades.
Una vez introducido los valores de nuestros parámetros, debemos dirigirnos al recuadro que me creara los barrenos delimitados por las líneas punteadas.
Llegamos al modo carga, donde debemos cargar nuestros pozos de igual manera como lo hemos hecho en nuestros programas anteriores. Debemos ir al recuadro de ‘’loading deck’’ e introducir los valores para la carga de explosivo y steamming. El taco que será puesto en el cuello debe tener distintas longitudes, puesto que su separación en el inicio es muy pequeña y por ende se acumulara demasiada energía una vez detonados los barrenos. Es por ello que se intercalan las longitudes de los pozos. Primeramente cargaremos con explosivo ANFO 0.8 la carga se puede hacer de manera individual o podemos seleccionar todos nuestros pozos y cargarlos de igual manera. Pero como anteriormente comentábamos la distribución de la carga debe ser distinta para todos los agujeros tanto para el material explosivo como para el inerte. Sin embargo tenemos una opción, en donde la carga se puede hacer manual: ‘’load to nearest point of hole to cursor’’ es decir donde nosotros demos click con el mouse a lo largo del barreno, este será cargado.
Para conocer las características de cada uno de nuestros barrenos debemos irnos al recuadro de ‘’información’’ y estos nos lo entregaran. Además nos mostrara como queda distribuida la carga del explosivo con respecto al taco, y como estas varían respecto a los pozos vecinos.
A continuación debemos insertar nuestros detonadores, iniciadores y conectores, siempre tomando distancia ya sea del fondo o del cuello. La secuencia de fondo debe ser ejecutada en el recuadro de ‘’downhole’’. Para este caso asignamos la distancia de inserción a 0.5 metros del pie de barreno, con un tiempo de retardo de 20.50 ms. Y un VOD de 7200 m/s y con un diámetro de primado de 38 mm
Lo siguiente que debemos hacer es determinar nuestro retardo en superficie, usando los detonadores y sus conectores, entendiendo cual será la secuencia en la detonación de los pozos y el sentido de dirección que estos tomaran. Primero iremos uniendo los pozos de manera bidireccional (dos sentido). Con un tiempo de retraso de 20.50 ms.
Finalmente obtenemos cual será nuestra línea de sucesión en los pozos y la flecha nos indica el sentido en el cual irán detonando estos. Los retardos están estandarizados para cada uno de los barrenos y saldrán de manera uniforme. Nuestra detonación debe iniciar en el barreno central y que estas vayan detonando hacia afuera y en ambos sentidos.
Finalmente llegamos al ultimo paso que es la ‘’simulación de detonación’’, en donde simplemente debemos dar click en el botón de ‘’detonation’’ y luego hacer nuevamente click en el barreno central a detonar. Inmediatamente se iniciara la secuencia de detonación de pozo por pozo de forma automática, muy rápida y en ambos sentidos. Hay
una opción en que la podemos hacer de forma manual apretando la tecla ‘’espacio’’, y otra opción en donde la secuencia se puede ralentizar para observar de manera mas detallada como primeramente llega la señal al pozo, se inicia la detonación y culmina con la explosión.
Luego de haber terminado todo el proceso virtual para la detonación de los barrenos, pasando por las mediciones de sus parámetros, los valores que nos hemos dado y los tipos de explosivos, conectores, primados que hemos usado, podemos entrar en detalle ahora como todos estos datos en conjunto se comportaron, que tan eficiente fue y como mejorarlo. Para esto primeramente podemos observar las líneas de isotiempo:
Estas líneas de isotiempo bajo el concepto teórico nos entrega el valor de tiempo promedio en que detonan los grupos de pozos que observamos en la imagen. Su valor es mostrado en el recuadro de simbología que observamos al costado. Pero como concepto grafico o de dibujo estas líneas nos dice en que dirección va a ser la botada del material rocoso una vez detonado el macizo.
Inmediatamente nosotros podemos saber cual va a ser nuestra distribución de energía en los barrenos luego de la detonación, ingresando a la pestaña ‘’analysis’’ y luego a ‘’ explosive energy distribution’’ y haciendo click en el botón que dice ‘’calculate new data and sabe to file’’. Nos aparece un dibujo representando la distribución de energía interpretada por distintos colores que nos da la energía utilizada
por unidades, ya sea de metro cuadrado, metro cubico o toneladas y en el espacio en que influye
Los valores al ir variando también ira variando el dibujo y la distribución espacial de los colores que interpretan la incidencia de la energía en la fragmentación de la roca. También podemos variar las unidades de la medición. Así como también conocer cual es la distribución de energía en los distintos niveles del barreno.
Nosotros sacamos nuestra energía en unidades de MJ/ton con los rango de energía que salen en el recuadro y siendo representativo con un color puesto en el dibujo de la distribución de energía. Esto es para un tipo de roca muy dura y en una sección cercana a la del frente de túnel.
Es importante el entender que la fragmentación de la roca debe ser lo mas pareja u homogénea posible y para obtener la granulometría optima, la energía utilizada también debe ser muy uniforme. Claramente habrá variables. El sector rojo encontraremos granos más finos y en el azul granos más gruesos, pero se maneja un rango granulométrico y a ese se debe ajustar.
Según lo que nos muestra esta la distribución de energía, la fragmentación es precisa en el volumen de roca que queríamos afectar, además de ser bastante homogénea. En el resto del macizo casi no afecta la energía al material rocoso lo cual es necesario para que no se introduzca el estéril en la producción, afectando a esta con el denominado ‘’disolucion mineral’’ que trata de como entorpece y baja la
concentración mineralógica, además de la recuperación mineral en los procesos posteriores como el chancado, molienda y flotación.
Este grafico me indica que el primer barreno en detonar, es decir el barreno central, es aquel que tiene una mayor carga de explosivo, por ende entrega mas energía en el sistema total de detonación. Así mismo el último detona a los 166 ms y justamente son aquellos que poseen una menor carga de explosivo (puesto que también su longitud de barreno es mas chica), y ubicados en los extremos del abanico, entregan al sistema una menor energía y afectan un volumen mas pequeño en la fragmentación.
Este otro grafico me inidica el numero de pozos que detonan en un determinado tiempo (ms). Se ocupa para apreciar errores en la
detonación; ver que pozos han detonado anticipadamente, cuales se han quedado, o cuales lo han hecho en un mismo tiempo de retardo.
Comparación 2Dface y 2Dring. Encontramos bastantes diferencias entre uno y otro. Para empezar el 2Dface es un programa para desarrollar túneles de avance para un posterior proceso de producción o extracción del material. Por otro lado el 2Dring es ocupado para la producción misma a través de distintos métodos de extracción que utilicen el tipo abanico. Las longitudes de pozos para el primero son cortas comparadas con las de abanico, es decir el avance es a través de rangos cortos. En cambio las perforaciones de abanico requieren longitudes de hasta 30 metros en la vertical, para poder abarcar un gran volumen de producción. Las cargas de explosivos deben ser mayores para el avance a través de túneles, y menor para la de abanico, pues este ultimo cuenta con una fragmentación secundaria producto de la caída libre por causante gravitatoria que también fragmenta la roca, y permite reducir el uso del explosivo en la fragmentación por onda de choque y por expansión producto de los gases. Los diámetros de barrenos en ambos pueden ser bastantes parecidos, aunque en el de avance es necesario una variación, puesto que cada zona de la cara requiere un diámetro especifico. Esto es así en el cuele, la zapatera, la caja, la corona y los tiros de esquinero, auxiliares y de rainura. Por otro lado el de abanico no debería existir variación en el diámetro de pozo, aunque muy excepcionalmente debería tenerlo si es que hay un cambio de litología en donde la roca se encuentre menos fracturada o sea notoriamente mas dura. Podemos ver cuan importante son ambos programas y como estos se complementan unos con otros para métodos de explotación subterránea tan necesarias como los room and pillar, step and pillar o sublevel stoping.
