“ESTRATEGIAS PARA MINIMIZAR LA DILUCION EN VETAS ANGOSTAS” “Sub Level Stoping – Narrow Veins”
Ing. Jorge Noel Ing. Jean Valencia Ing. Armando Picoy
Resumen: EXSA S.A. viene implementando exitosamente los servicios de ingeniería en explosivos y voladura de rocas puesto al servicio de la industria minera y la construcción.
Nuestro enfoque esta basado en la búsqueda de alternativas y soluciones relacionados con la interacción “explosivo – roca”. El tema que presentamos esta basado en la dilución del mineral económico por el minado por subniveles con taladros largos, para lo cual desarrollamos una serie de trabajos para mitigar el problema.
Introducción: •
•
En el Perú es imperativo un incremento de la productividad en la explotación de vetas angostas; la aplicación de taladros largos es una alternativa, una de las circunstancias relevantes por el que las mineras implementan el método de minado sublevel stoping en vetas angostas es la producción y reservas; las reservas en cuerpos de grandes dimensiones se han reducido significativamente cuantificando mayores reservas en vetas angostas. Uno de los principales problemas en este método es la dilución que van de 30% - 50% lo que hace desventajoso el método incrementando los costos operativos y es ahí donde nosotros desarrollamos servicios de ingeniería en explosivos y voladura para encontrar soluciones sostenibles.
Objetivos. 1.
2. 3.
Dar a conocer los logros obtenidos aplicando las estrategias para minimizar la dilución. Demostrar operativa e instrumentalmente el performance de los explosivos utilizados. Compartir los conocimientos y avances logrados de la interacción del explosivo – roca que se ha constituido en un importante factor en la reducción de la dilución.
Evaluación Geomecanica. Cabe señalar que la voladura es uno de los principales factores generadores de inestabilidad y perturbación de primer orden. Las rocas encajonantes para este caso de estudio presentan: • Alteración • Sistema de fracturamiento orientados paralelo a las vetas formando falsas cajas • Disposición natural de la caja techo con ángulo de reposo totalmente desfavorable con referencia a la caja piso. • Diseño de minado con grandes aperturas básicamente en altura • Tiempos de auto soporte del macizo son limitados peor aun sino se efectúa voladura controlada.
Explosivos. Es la principal fuente de energía en el proceso de voladura; asimismo el explosivo tiene como principal finalidad romper, destruir y debilitar cualquier material de gran dureza y resistencia.
• Baja densidad (0.75 g/cc – 0.90 g/cc) • Velocidad detonación transciente (2700 m/s – 5000 m/s) • dependiendo del iniciador (cebo) • Nula resistencia el agua (higroscopico) • Baja sensibilidad, simpatía y trasmisión • Mayor generación de gases.
Causas de dilución. •
• •
•
•
Condiciones geológicas, estructurales y geo-mecánicas adversas, no identificadas y no controladas. Método de minado desfavorable para las condiciones de roca adversas. Ejecución y operación de la perforación sin acatar los diseños asumiendo que estos son correctos, desviación de los taladros por condiciones operativas y geológicas; deficiencia de los equipos de perforación o equipos inadecuados; deficiencias operativas en general. Diseños de perforación y voladura inapropiados: mallas, diámetros, longitudes posicionamiento y alineamiento de taladros, explosivos y accesorios de voladura en cantidad, tipo, ubicación y/o secuencia de salida; Prescindir del uso de la tecnología, métodos modernos de voladura y la innovación disponible.
Esquema de dilución. 4090-4070
S7D-...
Nro. SECC. :
Taladros de Ayuda
09
Nº
LONG.
No
MAS
Perf.
TAL.
(m)
BARRAS
LONG.
Real
1
82
9.4
7
Cortina
Nº
LONG.
TAL.
(m)
N
BAR
+1
NIV-4090
2
82
9.5
7
+ 1.1
Prom. %Sn: 1.61
TALADROS PROY
TALADROS EJEC
TALADROS UBIC
TALADROS COR
0.55 91.61
NIV-4070
AREA DE GEOLOGIA AREA DE EVALUACION AREA PLANIFICADA Colores por rango de % Sn
4068.0
Desmonte Ley ( < 0.3 ) Sub Marginal(>=0.3 to <0.7)
2½ in
18.9
Marginal (>=0.4 to <1 )
0.90
0
Ing. JOHN AMES Ing. GORKI ROMAN
1/2
Ingeniería de Diseño. El área de Perforación & Voladura ha venido trabajando con los diseños usuales de perforación y voladura los cuales hemos evaluado en conjunto siendo los resultados siguientes: Malla: Burden: Diámetro de taladro: Diámetro de carga: Densidad lineal de carga: Longitud de taladro: Longitud de carga: Ancho minado: Explosivo: VOD carguío granel: Energía (EXAMON-P): Factor de potencia: Factor de energía:
2:2 0.90m 64mm 64mm 2.70 kg/m 10.00m 2 x 4.50m (Deck) 1.80m 50kg 3500 m/s 1003 kCal/kg 1.32 kg/tn 16.1 MJ/m3
250
251
250
247
270
272
270
267
270
272
270
267
250
251
250
230
250
251
250
247
270
272
270
267
272
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267
293
296
293
289
293
296
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315
352
356
352
345
389
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434
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499
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665
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645
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645
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475
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538
645
665
645
616
665
645
616
759
788
759
716
759
788
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665
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665
645
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788
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911
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911
844
911
959
911
844
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788
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759
788
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844
1123
1013
1123
1013
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716
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959
911
844
1123
1013
1531 1237
1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430
1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430
1531 1237
1123
844
1123
1013
1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1892 2594 3521 2594 1892 1430
1013
1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1892 2594 3521 2594 1892 1430
1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1892 2594 3521 2594 1892 1430
1531 1237 1013 1237
1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430
1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430
1531 1237
1013 1237
1206 1589 2244 3521 6387 3521 2244 2244 3521 6387 3521 2244 1589 1206
1123
1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1892 2594 3521 2594 1892 1430
1206 1589 2244 3521 6387 3521 2244 2244 3521 6387 3521 2244 1589 1206
1123
1013 1237
1206 1589 2244 3521 6387 3521 2244 1589 2244 3521 6387 3521 2244 1589 1206
1123
1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430
1206 1589 2244 3521 6387 3521 2244 1589 2244 3521 6387 3521 2244 1589 1206
1123
1013 1531 1237 844
1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1430
1206 1589 2244 3521 6387 3521 2244 1589 1589 2244 3521 6387 3521 2244 1589 1206
1123
1123 1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1892 2594 3521 2594 1892 1430 911
911
959
911
844
911
959
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844
911
959
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844
911
959
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844
788
759
716
911
959
911
844
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665
645
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645
665
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616
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665
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616
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665
645
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645
665
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571
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645
665
645
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558
571
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499
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475
558
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490
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490
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475
441
434
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490
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434
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395
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389
395
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395
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389
395
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352
356
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352
356
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345
352
356
352
345
352
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352
345
323
320
315
352
356
352
345
320
323
320
315
320
323
320
315
320
323
320
315
320
323
320
315
296
293
289
320
323
320
315
293
296
293
289
293
296
293
289
293
296
293
289
293
296
293
289
272
270
267
293
296
293
289
270
272
270
267
270
272
270
267
270
272
270
267
270
272
270
267
251
250
247
270
272
270
267
250
251
250
247
250
251
250
247
250
251
250
247
250
251
250
247
El diseño de carga para los taladros de producción (caja piso) y para los taladros de control (caja techo) ambos con deck intermedio sincronizados con retardos diferentes secuenciados a 25ms/deck. 1531 1892 2244 1892
1531 1892 2244 1892
1531 1892 2244 1892
1531 1237
1531 1892 2244 1892
1531 1531 1892 2244 1892
1531 1237
1531 1892 2244 1892
1531 1892 2244 1892
1531 1892 2244 1892
1531 1237
1531 1237 1237
1531 1892 2244 1892
1531 1892 2244 1892
1013 1237
1013 1237
1531 1531 1892 2244 1892
247
270 293 320 352 389 434 490 558 645 759 911
959
1123 1123 1430 1892 2594 3521 2594 1892 1892 2594 3521 2594 1892 1430
1206 1589 2244 3521 6387 3521 2244 2244 3521 6387 3521 2244 1589 1206
911
959
759 645 558 490 434 389 352 320 293 270 250
12
1531 1892 2244 1892
243
267 289 315 345 381 424 475 538 616 716 844 1013 1531 1237 1013 1237 844 716 616 538 475 424 381 345 315 289 267 247
0
1013 1237
239
262 284 308 337 370 409 512 581 768 768 581 512
1531 1531 1892 2244 1892
257 277 300 326 357 393
456
484 542 611
665
693 693 611
665
542 484
1531 1892 2244 1892
233 250 269 291 315 343 375 411
434
454 502 558 622 622 558 502 454 411
10
456
8
434
6 DE
409
4
393
2
375
0
370
12
357
10
343
8
337
6 DE
326
4
315
2
308
0
300
5
291
10
284
15
277
20
269
25 50
262
0
60
257
y = 98.594x-1.348 R² = 0.9448
250
30 80
243
TRANSFERENCIA DE ENERGIA TALADRO CONTROL
239
35
VPP mm/sg
40
233
VPP mm/sg 45
70
TRANSFERENCIA DE ENERGIA TALADRO PRODUCCION
y = 156.87x-1.237 R² = 0.8784
40
30
20
10
Simulación de daño en taladro con carga acoplada el alcance de la perturbación es excesiva
Observaciones. • • • • •
•
El diámetro de carga 64mm es igual al diámetro de taladro 64mm La densidad lineal de carga para taladro de 64mm es 2.70 kg/m La VOD del Examon-P en carguío a granel es en promedio 3500 m/s; en carguío mecanizado con anfoloaders es en promedio 4500 m/s. La cantidad Examon-P utilizado es de 50kg para los 2 taladros y la rotura es de 38tn siendo el Factor de potencia igual a 1.32 kg/tn El Examon-P tiene una capacidad energética de 1003 kCal/kg lo que significa que el Factor de energía es 16.1 MJ/m3 cabe señalar que para la rotura se requiere únicamente entre 5 a 10 MJ/m3 por lo tanto hay un exceso de energía. En esa misma proporción la trasferencia de energía en el taladro de producción (caja piso) supera en 59% respecto a la entrega de energía de los taladros de control (caja techo); en ambos casos la entrega de energía aun es excesiva, los altos niveles de vibración preacondicionan la roca remanente reduciendo los tiempos de autosoporte generando dilución.
Reingeniería de Diseño. Conjuntamente con el área de Perforación & Voladura efectuamos una Reingeniería de diseño para mitigar los resultados de dilución siendo los parámetros siguientes:
Malla: Burden: Diámetro de taladro: Diámetro de carga: Densidad lineal de carga: Longitud de taladro: Longitud de carga: Ancho minado: Explosivo: VOD carguío granel: Energía (EXAMON-P): Factor de potencia: Factor de energía:
1:1 0.60m 64mm 38mm (casing) 0.96 kg/m 10.00m 4.50m (Deck) 0.90m 4.8kg 931.2 m/s 1003 kCal/kg 0.46 kg/tn 5.70 MJ/m3
10
0 -25 -10
-20
-30 75 175 275 375 475
VPP mm/sg 12
30
20
10
8
y = 23.685x-0.888 R² = 0.8799
6
4
2
0 0 2 4 6 DE 8 10 12
86
88
90
92
94
94
94
92
94
94
94
92
94
94
94
92
86
87
86
79
86
87
86
85
94
94
94
92
93
96
98
100
102
103
102
100
102
103
102
100
102
103
102
100
94
94
94
85
94
94
94
92
102
103
102
100
100
104
107
110
112
113
112
110
112
113
112
110
112
113
112
110
102
103
102
92
102
103
102
100
112
113
112
110
109
114
118
122
124
126
124
122
124
126
124
122
124
126
124
122
112
113
112
100
112
113
112
110
124
126
124
122
120
125
131
135
139
141
139
135
139
141
139
135
139
141
139
135
124
126
124
110
124
126
124
122
139
141
139
135
131
139
146
152
156
159
156
152
156
159
156
152
156
159
156
152
139
141
139
122
139
141
139
135
156
159
156
152
145
154
163
172
178
182
178
172
178
182
178
172
178
182
178
172
156
159
156
135
156
159
156
152
178
182
178
172
160
173
185
197
206
212
206
197
206
212
206
197
206
212
206
197
178
182
178
152
178
182
178
172
206
212
206
197
178
195
212
228
242
251
242
228
242
251
242
228
242
251
242
228
206
212
206
172
206
212
206
197
242
251
242
228
198
221
245
269
291
306
291
269
291
306
291
269
291
306
291
269
242
251
242
197
242
251
242
228
291
306
291
269
395
456
507
456
395
456
507
456
395
456
507
456
395
358
385
358
269
358
385
358
323
456
507
456
395
488
604
716
604
488
604
716
604
488
604
716
604
488
456
507
456
323
456
507
456
395
604
716
604
488
604
827
1123
827
604
827
1123
827
604
827
1123
827
604
604
716
604
395
604
716
604
488
827
1123
827
604
716
1123
2038
1123
716
1123
2038
1123
716
1123
2038
1123
716
827
1123
827
488
827
1123
827
604
1123
2038
1123
716
604
827
1123
827
604
827
1123
827
604
827
1123
827
604
1123
2038
1123
604
1123
2038
1123
716
827
1123
827
604
488
604
716
604
488
604
716
604
488
604
716
604
488
827
1123
827
716
827
1123
827
604
604
716
604
488
395
456
507
456
395
456
507
456
395
456
507
456
395
604
716
604
604
604
716
604
488
456
507
456
395
178
195
212
228
242
251
242
228
358
385
358
323
291
306
291
269
291
306
291
269
291
306
291
269
291
306
291
269
160
173
185
197
206
212
206
197
291
306
291
269
242
251
242
228
242
251
242
228
242
251
242
228
242
251
242
228
145
154
163
172
178
182
178
172
242
251
242
228
206
212
206
197
206
212
206
197
206
212
206
197
206
212
206
197
131
139
146
152
156
159
156
152
206
212
206
197
178
182
178
172
178
182
178
172
178
182
178
172
178
182
178
172
120
125
131
135
139
141
139
135
178
182
178
172
156
159
156
152
156
159
156
152
156
159
156
152
156
159
156
152
109
114
118
122
124
126
124
122
156
159
156
152
139
141
139
135
139
141
139
135
139
141
139
135
139
141
139
135
100
104
107
110
112
113
112
110
139
141
139
135
124
126
124
122
124
126
124
122
124
126
124
122
124
126
124
122
93
96
98
100
102
103
102
100
124
126
124
122
112
113
112
110
112
113
112
110
112
113
112
110
112
113
112
110
86
88
90
92
94
94
94
92
112
113
112
110
102
103
102
100
102
103
102
100
102
103
102
100
102
103
102
100
82
84
85
86
87
86
85
102
103
102
100
94
94
94
92
94
94
94
92
94
94
94
92
94
94
94
92
TRANSFERENCIA DE ENERGIA TALADRO 1 - 2 80
Simulación de daño en taladro con carga desacoplada el alcance de la perturbación es controlado
Observaciones. • • • •
• •
•
El diámetro de carga 38mm es diferente al diámetro de taladro 64mm siendo la relación de desacoplamiento 65% sin carga / 35% cargado. La densidad lineal de carga para este caso es de 0.96 kg/m Se disparó 2 taladros, uno fila sincronizada cada 125ms. Se midió la VOD del Examon-P en las condiciones de desacoplamiento siendo el resultado 931.2 m/s; cabe señalar a medida que la relación de desacoplamiento sea mayor menor será potencia y la entrega de energía La cantidad Examon-P utilizado fue de 9.60kg para una rotura de 21tn siendo el Factor de potencia igual a 0.46 kg/tn El Examon-P tiene una capacidad energética de 1003 kCal/kg lo que significa que el Factor de energía para este caso es de 5.70 MJ/m3 cabe señalar que para la rotura se requiere entre 5 a 10 MJ/m3 por lo tanto la entrega de energía está dentro del rango requerido. La trasferencia de energía para este caso está controlado lo cual se ha medido obteniendo menores niveles de vibración respecto a los diseños usuales controlando la dilución incrementando incluso los tiempos de autosoporte.
Performance del VOD Comparativo. La medición de VOD se efectuó en el taladro teniendo el siguiente resultado de la velocidad de detonación con un desacoplamiento de 65% del taladro sin carga y 35% del taladro cargado. Medición de VOD al Examon-P en taladro desacoplado 65% sin carga / 35% cargado y carguío a granel
Medición de VOD al Examon-P en taladro acoplado al diámetro del taladro 64mm y carguío a granel
MicroTrap VOD Data
MicroTrap VOD Data 6.0 5.5
7
5.0 6 4.5 4.0
5
Distance (m)
Distance (m)
3.5 927.0 m/s
4
3
3555.3 m/s
3.0 2.5 2.0
3564.9 m/s
934.4 m/s 1.5
2
1.0 1 0.5 0.0
0
-2.5
0.0
2.5
5.0 Time (ms)
7.5
10.0
12.5
-1.5
-1.0
-0.5
-0.0 0.5 Time (ms)
1.0
1.5
2.0
Normalmente el Examon-P alcanza una VOD Nominal de 3500 m/s en carguío a granel y el VOD Nominal en carguío mecanizado con sistema presurizado alcanza hasta 4500 m/s; estos valores pueden cambiar y dependen de la iniciación, el diámetro de taladro, el acoplamiento del explosivo, el confinamiento, el fracturamiento del macizo y otros factores que intervienen en el resultado de la Velocidad de Detonación.
Cálculos comparativo entre ambos diseños. En resumen los trabajos de instrumentación aclaran el panorama incierto en lo que respecta a voladura según se muestra los análisis y cálculos comparativos entre el carguío acoplado en 64mm y el carguío desacoplado en 38mm siendo los siguientes resultados: Parametros Diametro carga Densidad a granel Longitud de carga Cantidad de explosivo Concentración lineal carga Energía por taladro Velocidad de detonacion Potencia Presion de taladro
Decoupled Charge 1 1/2 850
Coupled Charge 2 1/2 850
5.0
5.0
4.8 0.96
13.5 2.69
20
57
m/ s=
931.2
3,500
kW = Tn / cm2
3,766 0.8
39,530 11.7
Pulg = kg /m3 = m= kg = kg / m = MJ / Tal =
ENERGIA EXAMON-P POTENCIA EXAMON-P VOD EXAMON-P PRESION DE TALADRO MJ Tal2 kW tnm/s //cm 57 39,530 3,500 11.7
20
931.2 3,766 0.8
Decoupled Charge Decoupled Charge DecoupledCharge Charge Decoupled
Coupled Charge Coupled Charge Coupled Charge Charge Coupled
Resultados Comparativos de la Transferencia de energía. El análisis y modelamiento de vibraciones a partir de los eventos tomados en mina, comparativamente podemos observar que la transferencia de energía sísmica al macizo rocoso remanente se ha minimizado tal como se puede ver en el esquema 3 los niveles de vibración se han reducido en 70% frente a los diseños usuales. TRANSFERENCIA DE ENERGIA TALADRO PRODUCCION
80
60
y = 98.594x-1.348 R² = 0.9448
30
VPP mm/sg
50
10
35
40 30
VPP mm/sg
y = 156.87x-1.237 R² = 0.8784
25 20
10
10
5
0
2
4
6 DE
8
Esquema-1
10
12
6
2 0
0
0
y = 23.685x-0.888 R² = 0.8799
8
4
15
20
TRANSFERENCIA DE ENERGIA TALADRO 1 - 2
12
40
70
VPP mm/sg
TRANSFERENCIA DE ENERGIA TALADRO CONTROL
45
0
2
4
6 DE
8
Esquema-2
10
12
0
2
4
6 DE
8
Esquema-3
10
12
Resultados Comparativos de la Transferencia de energía. El análisis y modelamiento de vibraciones a partir de los eventos tomados en mina, comparativamente podemos observar que la transferencia de energía sísmica al macizo rocoso remanente se ha minimizado tal como se puede ver en el esquema 3 los niveles de vibración se han reducido en 70% frente a los diseños usuales. DISEÑO 1 156.87 -1.24 13.00 PPV [mm/s] 13228.6 5612.3 5612.3 3398.7 2381.0 1806.7 766.5 681.3 611.7 554.1 505.5 464.2 428.6 397.6 370.5 346.5 325.2 246.8 235.1 224.3 214.5 205.4 196.9 138.0 104.7 83.5 69.0 58.5 50.6 44.4
DISEÑO 2 98.59 -1.25 12.50 PPV [mm/s] 8439.3 3553.2 3553.2 2142.2 1496.0 1132.4 476.8 423.3 379.7 343.6 313.3 287.4 265.2 245.9 228.9 214.0 200.7 151.9 144.7 138.0 131.9 126.3 121.0 84.5 64.0 51.0 42.0 35.6 30.7 26.9
DISEÑO 3 23.68 -0.89 5.10 PPV [mm/s] 377.2 203.8 203.8 142.2 110.1 90.3 48.8 44.9 41.5 38.7 36.2 34.1 32.2 30.5 29.0 27.6 26.4 21.6 20.9 20.2 19.6 19.0 18.4 14.3 11.7 9.9 8.7 7.7 6.9 6.3
MODELO DE ATENUACION EN DISEÑOS DIFERENTES 500.0 450.0 400.0
350.0
Diseño 1
300.0 VPP
MODELO Factor de amplitud Factor de atenuacion Carga operante Dist [m] 0.10 0.20 0.20 0.30 0.40 0.50 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.50 2.60 2.70 2.80 2.90 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
Diseño 2
250.0
Diseño 3
200.0
150.0 100.0 50.0 0.0 0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
Conclusiones. •
Mediante la instrumentación se demostró que el desacoplamiento entre el diámetro de taladro 64mm y el diámetro del explosivo cargado en tubo-PVC de 38mm se reduce notablemente la VOD alcanzando 931.2 m/s respecto a su valor nominal 3500 m/s en condiciones normales y carguío a granel.
•
La VOD es el responsable del optimo performance del explosivo; en líneas generales el desacoplamiento de cualquier explosivo reduce la VOD; a mayor desacoplamiento el efecto de la Velocidad de Detonación es inversamente proporcional.
Conclusiones. •
Mediante el estudio, análisis y modelamiento de vibraciones se demostró que con el diseño propuesto con un taladro por fila y carguío desacoplado la entrega de energía se ha reducido en 85% respecto al diseño usual.
•
El factor de energía considerando los diseños usuales con dos taladros por fila está en 16.1 MJ/m3 siendo excesivo frente a los últimos resultados en carguío con un solo taladro llego hasta 5.7 MJ/m3.
•
Los resultados en dilución fueron satisfactorios logrando un ancho de minado aceptable desde 0.90m hasta 1.20m teniendo cajas más estables y menos perturbadas controlando la dilución hasta un 15%.
Gracias por su atención...
