Compañía Minera Alpamarca S.A.C Artículo de desarrollo y optimización
GENERACIÓN DE LA MALLA DE PERFORACIÓN EN EL DISEÑO DE LA VOLADURA EN CIA ALPAMARCA, UTILIZANDO LOS MODELOS MATEMÁTICOS PARA EL CÁLCULO DEL BURDEN JULIO 2010
Jorge Luis Flores Quispe
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Compañía Minera Alpamarca S.A.C Artículo de desarrollo y optimización INDICE 1.0 INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 3 2.0 OBJETIVO ........................................................................................................... 3 3.0 MODELO MATEMÁTICO DE PEARSE ............................................................... 4 4.0 OBSERVACIONES .............................................................................................. 6 5.0 APÉNDICE A ....................................................................................................... 7 5.1 Calculo del factor de volabilidad de la roca (K) ............................................... 7 6.0 APÉNDICE B ....................................................................................................... 8 7.0 MEJORA CONTINUA EN VOLADURA ............................................................... 9 7.1 Distribución de energía de explosivos en la masa rocosa .................................. 10 7.2 Confinamiento de energía del explosivo ............................................................ 10 7.3 Nivel de energía explosiva ................................................................................. 10 8.0 ÍNDICE DE VOLADURA .................................................................................... 11 8.1 Índice de voladura de LILLYS ............................................................................ 11
INDICE DE CUADROS
Cuadro 01: Resistencia a las compresión de la roca intacta. Cuadro 02: Cálculo del índice de volabilidad Cuadro 03: Burden (mt) para diferentes calidad de roca D=3.0” Cuadro 04: Burden (mt) para diferentes calidad de roca D=3.5” Cuadro 05: Burden (mt) para diferentes calidad de roca D=4.0” Cuadro 06: Factor de corrección de la resistencia Cuadro 07: Caracterización del macizo rocoso
INDICE DE FIGURA Figura 01: Interfeza de usuario del softwares creado.
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Compañía Minera Alpamarca S.A.C Artículo de desarrollo y optimización 1. INTRODUCCIÓN Muchos investigadores han llegado a la conclusión de que el burden es el parámetro más importante en el diseño de una malla de perforación para una voladura. El modelo que propongo, Modelo Matemático de PEARSE (OPEN PIT) y Modelo Matemático de LANGERFORS Y HOLMBERG (UNDERGROUND Y EL CUAL SE REALIZARA MAS ADELANTE) es sin lugar a duda un modelo que se asemeja a la realidad en voladura de rocas, debido a que toma en consideración, aparte de parámetros geométricos, parámetros geomecanicos, parámetros de los explosivos tanto físicos, químicos, físico-químicos y parámetros de tiempo. Cabe recalcar que este modelo no es el único, ya que investigadores pioneros como Ash, Anderson, generaron sus propios modelos, pero estos modelos son algo deficientes ya que solo consideran parámetros geométricos y obvian el resto de parámetros. Así mismo debido a la gran heterogeneidad que presenta el macizo rocoso de ALPAMARCA, esto es: fallas, familias de discontinuidades, tipos de roca, etc. Es necesario un proceso continuo de ensayos y análisis que me llevará a un ajuste por tanteo ALPAMARCA es un yacimiento de tipo hidrotermal, donde el mineral se encuentra en la FALLA ALPAMARCA, emplazado sobre margas rojas, grises y calizas silisificadas como caja techo y piso, con un RQD, según el EIAsd de 25%60%. Debido a que en esta generación tenemos la ventaja de las computadoras, he creado un programa en Visual Basic 6.0, que me permita calcular le burden de manera rápida y sencilla, para esto solo será necesario ingresar los datos, la interfaz de usuario se muestra en el apéndice B.
2. OBJETIVO
Calcular el burden óptimo para la operación a tajo abierto. Realizar simulación para los diferentes diámetros de taladros. Mostrar la interfaz del software creado. Explicar las ecuaciones para el cálculo del burden. Plasmar los trabajos de mejora constinua.
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Compañía Minera Alpamarca S.A.C Artículo de desarrollo y optimización 3. MODELO MATEMÁTICO DE PEARSE Pearse, es un investigador que considero además de los parámetros geométricos, los geomecanicos, parámetros y propiedades de los explosivos y lo plasmo en la siguiente fórmula:
Dónde: B = burden (ft). K = índice de volabilidad de la roca. Cuyo cálculo se encuentra en el apéndice A. Ф = Diámetro del taladro (pul). P2 = presión de detonación de la Mezcla Explosiva Comercial (Psi). Std = Resistencia tensional dinámica de la roca (Psi).
Basándome en el estudio del EIAsd, datos proporcionados por GEOLOGIA, OPERACIONES y MANTENIMIENTO he encontrado los siguientes parámetros.
Triconica de 3”, 3.5” y 4” de diámetro. Dos barras de 12ft cada una, generando un taladro de 6.5mt de tamaño aproximadamente. La perforación se realiza con la perforadora 520 ó 720. En todo el yacimiento ALPAMARCA, se ha encontrado tanto en la caja techo como piso margas rojas, grises y calizas silisificadas. ALPAMARCA, tiene un RQD variable de 25% – 60%, así mismo presenta 3 familias de discontinuidades predominantes paralelas al Este (estructuras), Noroeste (fallas) y Norte (discontinuidades). El explosivo utilizado es Examon P con una densidad de 800 – 850 Kg/m3, velocidad de detonación de 4700m/s y una presión de detonación variable 27Kbar - 50kbar, tal y como está escrito en los manuales de EXSA. También debido al tipo de roca (calizas predominante) se tiene lo siguiente de acuerdo a los manuales de clasificación de los macizos:
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Compañía Minera Alpamarca S.A.C Artículo de desarrollo y optimización Cuadro 01: Resistencia a las compresión de la roca intacta. Tipo de roca Std (PSI) Sc (Kg/cm2) Caliza común 480 600 - 1500 Caliza débil 280 Caliza dura 890
Reemplazando estos valores en la ecuación para el cálculo del índice de Volabilidad, para cada RQD dado: Cuadro 02: Cálculo del índice de volabilidad INDICE DE VOLABILIDAD K1 (JSF = 1) K2 (JSF = 0.9) K3 (JSF = 0.8) K4 (JSF = 0.7)
Valores del RQD según el EIASd ALPAMARCA 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 2.334 2.285 2.243 2.207 2.176 2.147 2.121 2.098 2.363 2.314 2.272 2.236 2.204 2.176 2.150 2.126 2.395 2.345 2.304 2.268 2.236 2.207 2.182 2.158 2.431 2.381 2.340 2.304 2.272 2.243 2.218 2.194
Realizando las corridas para cada RQD, K y diámetro se tiene lo siguiente
Cuadro 03: Burden (mt) para diferentes calidad de roca D=3.0” 4.92 4.98 5.04 5.12 5.01 3.01
4.81 4.87 4.94 5.02 4.91 2.95
4.72 4.78 4.85 4.93 4.82 2.89
4.65 4.71 4.78 4.85 4.75 2.85
4.58 4.64 4.71 4.78 4.68 2.81
4.52 4.58 4.65 4.72 4.62 2.77
4.47 4.53 4.59 4.67 4.57 2.74
4.42 4.48 4.55 4.62 4.52 2.71
Cuadro 04: Burden (mt) para diferentes calidad de roca D=3.5” 5.74 5.81 5.88 5.97 5.85 3.51
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5.61 5.68 5.76 5.85 5.73 3.44
5.51 5.58 5.66 5.75 5.63 3.38
5.42 5.49 5.57 5.66 5.54 3.32
5.35 5.42 5.49 5.58 5.46 3.28
5.28 5.35 5.42 5.51 5.39 3.23
5.21 5.28 5.36 5.45 5.33 3.20
5.15 5.22 5.30 5.39 5.27 3.16
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Compañía Minera Alpamarca S.A.C Artículo de desarrollo y optimización Cuadro 05: Burden (mt) para diferentes calidad de roca D=4.0” 6.55 6.63 6.72 6.83 6.68 4.01
6.42 6.50 6.59 6.69 6.55 3.93
6.30 6.38 6.47 6.57 6.43 3.86
6.20 6.28 6.37 6.47 6.33 3.80
6.11 6.19 6.28 6.38 6.24 3.74
6.03 6.11 6.20 6.30 6.16 3.70
5.96 6.04 6.13 6.23 6.09 3.65
5.89 5.97 6.06 6.16 6.02 3.61
Debido a las condiciones del terreno y a la falta de equipos para realizar mediciones de las ondas P y S, Equipos para el cálculo del índice de sismicidad, el tema de la evaluación geomecanica utilizando el RMR y el Q de BARTON y la misma velocidad de la operación que de alguna manera merma realizar estos estudios he considerado un factor de corrección de 0.6 para mis cálculos del burden para cada diámetro, RQD e índice de volabilidad. El diseño de la malla de perforación, realizado en AutoCAD muestra un resumen de todos los parámetros considerados para el cálculo del burden. (Ver plano #1, apéndice C).
4. OBSERVACIONES
No existe simetría en los taladros, es decir la disposición geométrica de los taladros en el campo no lleva cierta simetría en la generación de la malla de perforación. Motivo por el cual es necesario la coordinación con el aérea de Ingeniería – Topografía para que realice un levantamiento de zona a volar, para que luego sean ellos los que marquen la malla de perforación en campo.
El paralelismo de los taladros ya generados es irregular, esto es, existe una desviación de 1: 1.1, generando de esta manera cierta disminución en la performance de la voladura. Para esto es necesaria mayor rigidez de la barra de perforación la medición correcta de la percusión, avance y rotación de la perforadora.
No se respeta la malla de perforación, dada en el campo, motivo por el cual el espaciamiento entre uno y otro taladro no es el mismo, así como el burden, generando de esta manera una disminución la fragmentación del macizo.
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A la hora de la perforación la barra no es estática en la vertical, generándose así un movimiento horizontal que perturba el macizo rocoso dejando así aberturas superiores al diámetro de la broca.
Las salidas que propongo para los exeles son en “V” o diagonal, como ejemplo presento el plano en el apéndice C.
5. APÉNDICE A 5.1. Calculo del factor de volabilidad de la roca (K) Es un indicador que nos da una idea de lo fácil o difícil de volar el macizo rocoso, este factor fue creado por lilly, basándose en la combinación de la propiedades físicas y estructurales del macizo rocoso a ser volado. En esta oportunidad no utilizare su fórmula, en cambio, utilizare la formula dada por PEARSE para su cálculo, el cual se expresa como sigue:
Donde, ERQD = Índice de la calidad de la roca (%) Cuyo cálculo es el siguiente: Donde JSF, es factor de corrección de la resistencia de los contactos Cuadro 06: Factor de corrección de la resistencia Estimación de la calidad de la roca
JSF
Fuerte Media Débil Muy Débil
1 0,9 0,8 0,7
La corrida de los valores para el cálculo del burden, en función de estos parámetros se encuentra en las tablas mostradas líneas arriba.
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Compañía Minera Alpamarca S.A.C Artículo de desarrollo y optimización 6. APÉNDICE B El programa que he creado lo he realizado en visual basic 6.0, a continuación presento la interfaz de usuario del programa modelo matemático de Pearse. Figura 01: Interfeza de usuario del softwares creado.
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Compañía Minera Alpamarca S.A.C Artículo de desarrollo y optimización 7. MEJORA CONTINUA EN VOLADURA
Evaluación Área Trabajo
Ajuste del diseño
Evaluación de Rendimiento
Diseño de Voladura
Preparación del Banco
Rendimiento Optimo de
Evaluación de Voladura
Voladura
Marcación de Banco
Perforación de taladros Chequeo Carguío
Carga de taladros
Evaluación de Perforación
Cada paso debe ser completado la más consistentemente posible. Cada operación controla la eficacia de la próxima. Procedimientos para los diseños e implementación de diseños de voladuras deben sé definidos, documentados, seguidos y auditados para asegurar el control de calidad.
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Compañía Minera Alpamarca S.A.C Artículo de desarrollo y optimización Tres Claves de Diseño para Rendimiento Optimo de Explosivos
Distribución de Energía
Confinamiento de Energía
Rendimiento Optimo de Explosivos
Nivel de Energía de Explosivos Figura 03: Las tres claves para lograr rendimiento óptimo de explosivos 7.1. Distribución de energía de explosivos en la masa rocosa a.energía debe ser distribuida uniformemente para lograr fragmentación uniforme b.relación adecuada entre diámetro de barreno y altura de banco c. relación adecuada entre burden y espaciamiento d.implementación cuidadosa del diseño e.barrenar en ángulo si se requiere para mejorar distribución 7.2. Confinamiento de energía del explosivo a. Energía del explosivo debe ser confinada suficiente tiempo después de detonación para establecer fracturas y desplazar el material b.El paso de menor resistencia del explosivo debe ser controlado c. Taladros deben ser cargados de acuerdo a la geología. d.Elija configuración de tiempos de acuerdo a las condiciones de campo. e.Use retardos bastante exactos 7.3. Nivel de energía explosiva a.El nivel de energía debe ser suficiente para sobreponerse a la fuerza estructural y masa de roca, y a la vez proveer desplazamiento requerido b. Determine nivel de energía en el grado de fragmentación y desplazamiento requerido c. tome en cuenta la sensibilidad del sitio d.Evalúe explosivos de alta energía para condiciones especiales del lugar de disparo. Jorge Luis Flores Quispe
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Compañía Minera Alpamarca S.A.C Artículo de desarrollo y optimización 8. ÍNDICE DE VOLADURA En el presente se cuenta con formulas para calcular los índices de voladura desarrollada por estudiosos de la geotecnia. 8.1. Índice de voladura de LILLYS LILLY desarrolló en 1986 un índice de voladura, basado en una combinación de propiedades físicas y estructurales del macizo rocoso a ser volado. Tiene una base similar al sistema de clasificación del macizo rocoso desarrollado por BIENIAWSKY, BARTON Y HANSAGI. Está dado por la siguiente formula: BI = 0.5 (RMD + JPS + JPO + SCI + H) Dónde: RMD JPS JPO SCI H
= Descripción del Macizo Rocoso. = Espaciamiento de Planos de Juntura. = Orientación de los Planos de Juntura. = Influencia de la Gravedad especifica. = Dureza de la roca.
Los rangos se muestran en la siguiente tabla: Cuadro 07: Caracterización del macizo rocoso PARAMETROS Descripción de roca maciza RMD Pésima/friable Regular Totalmente masiva Espaciamiento entre los planos de juntura Cerrado (< 0.1 m) Intermedio (0.1 a 1 m) Abierto (> 1 m) Orientación de los planos de juntura Horizontal Inclinación fuera de la cara Perpendicular a la cara Inclinación hacia la cara Influencia de la gravedad específica (SGI) SG en g/cc Dureza (H) Jorge Luis Flores Quispe
RADIOS 10 20 50 10 20 50 10 20 30 40 SGI = 25*SG-50
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