VOLADURA CONTROLADA INTRODUCCION
En el presente trabajo hablaremos y discutiremos sobre el método de voladura controlada conocido como Trim Blasting, por lo cual antes de comenzar a desarrollar el presente trabajo difenciaremos los diferentes tipos de voladura que son voladura de producción, voladura de Buffer y voladura TRIM. Los Taladros de Producción La perforación es la primera operación minera que se efectúa en la preparación de una voladura, sin una perforación adecuada y ordenada la voladura sería deficiente, lo que conllevaría a una baja eficiencia en el carguío del material impactando directamente en la producción de la mina. las líneas de taladros buffer tienen menor burden, espaciamiento y concentración de carga explosiva que los taladros de producción, de manera que durante el proceso de detonación amortiguan la acción de la onda de comprensión provenientes de los taladros de producción .Los Taladros Trim consiste en perforar una fila de taladros ubicados cercanamente unos de otros los cuales deben ser cargados con mezclas explosivas comerciales desacopladas, en el carguío de explosivos se realiza de forma controlada y en menor proporción que en la voladura de producción a fin de mejorar la estabilidad de las paredes del banco. OBJETIVOS •
Conocer los parámetros utilizados en el método de Trim Blasting.
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Analizar y comprender el metodo de instalación de Trim Blasting.
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Conocer las aplicaciones del Trim Blasting.
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Ver las ventajas y desventajas de utilizar el método de Trim Blasting.
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Aplicar el método de Trim Blasting en minería subterránea y Superficial.
MARCO TEORICO VOLADURA CONTROLADA
DEFINICION Es un método especial que permite obtener superficies de corte lisas y bien definidas, al mismo tiempo que evita el agrietamiento excesivo de la roca remanente,
con lo que contribuye a mejorar su estabilidad, aspecto muy importante en trabajos subterráneos de orden permanente, para prevención de desplome de techos y otros riesgos, y en superficie para la estabilidad de taludes en cortes de laderas. Consiste en el empleo de cargas explosivas lineares de baja energía colocadas en taladros muy cercanos entre sí, que se disparan en forma simultánea para crear y controlar la formación de una grieta o plano de rotura continuo, que límite la superficie final de un corte o excavación. En términos generales, si el disparo para este corte es anterior a la voladura principal, se le denomina “precorte o presplitting”, y si es posterior se le conoce como Recorte, voladura de contorno o voladura suave (Smooth blasting); en el caso de túneles también suele denominarse voladura periférica. Se emplea a menudo para el acabado superficial de túneles de obras hidráulicas o viales, para reducir el consumo de concreto cuando éstos tienen que ser cementados, y en cámaras subterráneas para mejorar el autosostenimiento de techos y paredes. También se aplica para excavaciones precisas para cimentación de maquinaria, para piques y chimeneas, para límite final de bancos en minería a tajo abierto y para extraer grandes y bien formados bloques de piedra ornamental en canteras de mármol, caliza marmórea y granito, entre otros.
OBJETIVOS El propósito general del precorte es reducir el daño fuera del perímetro de la voladura en la roca remanente que debería permanecer estable por un largo periodo. De lo anterior se desprenden los siguientes objetivos:
Evitar la sobrerotura (overbreak). Obtener superficies de corte lisas. Lograr una mejor estabilidad. Disminuir la dilución del mineral. Evitar agrietamientos.
TÉCNICAS DE VOLADURA CONTROLADA Algunas técnicas de voladura controlada se utilizan con el propósito de obtener límites finales de apariencia atractiva y sin tener en cuenta la estabilidad del macizo rocoso remanente. Otras de estas técnicas de voladura controlada son utilizadas para obtener limites finales estables y esto se consigue mediante la formación de un plano de falla antes de comenzar los disparos de producción. Página 2 de 22
Las técnicas más comúnmente usadas en la minería son:
Perforación en Línea (LINE DRILLING) Pre-Corte (PRE-SPLITTING, PRESHEARING, PRE-SLOTTING OR STRESS RELIEVING) Pre- Corte con espaciamiento de aire (AIR DECK PRE-SPLITING) Voladura de Re-Corte Voladura Lisa (SMOOTH BLASTING) Voladura Suave (CUSHION BLASTING) Voladura Amortiguada (BUFFER BLASTING)
TRIM BLASTING Tiene como objetivo cortar el material excedente en la pared del banco, hasta la línea final de excavación, mejorando así su estabilidad. Los taladros se cargan con explosivos desacoplados. La relación de acoplamiento no debe exceder a 0.45 Componentes Principales. La fila de TRIM La fila de amortiguación Una o mas filas de producción.
DISEÑO El diseño de voladura de rocas se dividirá en dos partes: Diseño de voladura para operaciones mineras subterráneas. Diseño de voladura para operaciones mineras superficiales.
En el proceso de diseñar el disparo debemos tener en cuenta que no existen fórmulas o ecuación matemática que nos indique la formula exacta para conseguir un disparo óptimo. En el diseño intervienen parámetros, variables complejas y estocásticas, en este es necesario formular un modelo matemático que represente o simule un “disparo primario” y donde intervengan la mayor cantidad de parámetros y variables estocásticas. Aplicando técnicas de I.O y el uso de una computadora, hacer un Página 3 de 22
análisis de sensibilidad hasta obtener resultados reales, representativos y aplicables a la operación minera en estudio. VARIABLES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO Existen dos tipos de variables que son tomadas en cuenta en el diseño y son:
Variables No Controlables. Variables Controlables.
VARIABLES CONTROLABLES: Geométricas:
Burden (B) Diámetro de taladro (BH F) Espaciamiento (S) Longitud de carga (BHL) Sobre perforación (S/D) Taco (ST) Altura de banco (BH) Profundidad de taladro (BHD), etc
Fisicoquímicas: Tipo de mezcla explosiva Densidad de la mezcla explosiva Parámetros de ( 1) explosivo: Detonación: VOD, P2, T2, etc. Explosion: Q3, P3, T3, etc. Boostering,
De tiempo:
Tipos y tiempos de retardo Tipos y secuencia de salida, etc., etc.
Operativas:
Fragmentación requerida
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VARIABLES NO CONTROLABLES: Aleatorias:
Variedad y naturaleza del macizo rocoso. Geología regional, local, estructural Hidrogeología y condiciones climatológicas Aspectos geotécnicos Características geomecánicas, RQD, Q y RMRS Características geomecánicas etc.
El diseño de las dimensiones del burden y es espaciamiento están en función de las características geomecánicas del macizo rocoso, parámetros de la mezcla explosiva, diámetro del taladro, altura de banco, tamaño de fragmentación requerido, etc.
PROPIEDADES GEOMECANICAS QUE DEBEN TOMARSE EN CUENTA EN EL DISEÑO
Resistencias dinámicas de la roca. Propiedades elásticas de las rocas (E, , , etc.) Litología. Diaclasamientos y contactos. Espaciamiento y orientación de las discontinuidades. Tipo de discontinuidades. Velocidad de propagación de las ondas de choque a través del macizo rocoso. Sc, St, Sp, etc.
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CALCULOS DE VOLADURA CONVENCIONAL a. Dimensión de la voladura Comprende al área superficial delimitada por el largo del frente y el ancho o profundidad de avance proyectados (m2) por la altura de banco o de corte (H), en m3. (L x A x H) = volumen total Dónde: L : largo, en m. A : ancho, en m. H : altura, en m.
b. Parámetros dimensionales
1. Diámetro de taladro (Ø) L = (2 x Ø) Donde: L : la mínima longitud del taladro, en pies. Ø : es el diámetro del taladro, en pulgadas.
En forma práctica se puede determinar considerando que el diámetro adecuado expresado en pulgadas será igual a la altura de banco en metros, dividida entre cuatro: Ø = (H/4)
2. Longitud o profundidad de taladro (L) L = (0,3 x B) Donde: L : longitud de taladro B : burden.
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Para taladros inclinados: L = (H/ Cos (α)) + [1 – ((α/100) x SP)] Donde: L : longitud del taladro. H : altura de banco. α : ángulo con respecto a la vertical, en grados. SP : sobreperforación.
3. La sobreperforación (SP) SP = 0,3 x B
DISEÑO PARA VOLADURA CONTOLADA APLICANDO TRIM BLASTING Trim blating es una técnica de voladura controlada que es usada para limpiar la pared final después de que la voladura de producción tome lugar. Trim blasting puede ser efectuada luego de un plazo posterior de la voladura controlada vinculado con la sincronización de la explosión de producción adyacente de modo que la explosión del trim siga al ultimo taladro de producción o en un momento mas tardio. El propósito del trim blasting es doble :
Para crear una estética y segura pared final
para mejorar la estabilidad de la pared final mediante la eliminación del overbreak de la voladura de producción
Debido a que la fila del trim se dispara después de la fila final de la voladura de producción en la voladura controlada trim blasting los costos se deben a un mayor tiempo en la carga de los taladros y por la cantidad de material explosivo y accesorios adicionales pero los costos a corto plazo son compensados por la disminución de los costos futuros en voladura secundaria y como resultado de overbreak de la pared final para una sola fila del trim blasting detonado después de la voladura de producción se pueden utilizar las siguientes ecuaciones de diseño
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Savely (1986) y Floyd (1998) discutieron las técnicas para el trim blasting con el porposito de mejorar la pared del pit. El diseño general presentado por Floyd y Savely ambos incorporan la fila del trim como la ultima fila de la voladura de producción. En esta técnica los taladros de producción, los taladros del buffer y los taladros del trim son del mismo diámetro. sin embargo los taladros del buffer y los del trim son perforados con poco o nada de subdrilling para evitar el daño del banco inferior . La carga del explosivo se reduce de la fila de producción a la fila del buffer y de la fila del buffer a la fila del trim. Además el burden y espaciamiento del trim debe ser reducido para compensar la reducción de la carga explosiva.
Ejemplo práctico: PRE-CORTE EN CERRO VERDE
EMPRESA: SOCIEDAD MINERA CERRO VERDE S.A.A Página 8 de 22
La voladura cerca al perímetro del Tajo, da origen a problemas de estabilidad en las paredes finales. Con la finalidad de mejorar la estabilidad de los taludes y la integridad de las paredes finales, es que se utiliza la técnica de precorte para minimizar los daños que pueden ocurrir detrás de la zona de voladura de producción. En el Tajo Cerro Verde se logró realizar la técnica de precorte en banco doble desde el nivel 2513 al nivel 2483, perforando con un ángulo de 68 grados. Los resultados luego de la aplicación de esta técnica fueron satisfactorios lográndose obtener una pared estable con un corte longitudinal a lo largo de la fila de taladros de precorte. Al medir la vibración sin aplicar la técnica de precorte, a una distancia de 15.65 m del trim con un geófono enterrado a 8 m se obtuvo una PPV del orden de 353.7 mm/s. Al medir la vibración aplicando la técnica de precorte, a una distancia de 15.78 del trim con un geófono enterrado a 8 metros se obtuvo una PPV de 159.2 mm/s, lo que nos indica que el precorte logró filtrar el efecto de la vibración del disparo en un orden del 54 %. Concluimos que si bien el precorte es costoso; operacionalmente por seguridad y economía es muy beneficioso ya que se logra recuperar más mineral y se deja de mover desmonte al tener taludes más estables. OBJETIVOS
Generar una superficie de discontinuidad en el terreno, que sirva: Como un filtro de vibraciones. Como medio de evacuación de gases. Como superficie de reflexión de ondas. Aumentar la estabilidad mecánica del macizo rocoso. Menor o nula sobre perforación. Tiene alta incidencia y beneficios en explotaciones con problemas de estabilidad de taludes. Disminución de los costos finales de explotación. No existe una clara conciencia al respecto y la mayoría de veces se entiende como una opción costosa siendo para muchos un lujo mostrar taludes estéticos. El ahorro finalmente se visualiza analizando la operación global.
Estado de taludes iniciales en el Tajo Cerro Verde.
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Foto1. Zona NW del tajo Cerro Verde Áreas criticas en control de taludes
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Fig1.
Explosivo usado en los taladros de precorte
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Diseño del disparo de control 132 para el banco 2528, donde se muestra la forma de carguío de los taladros del TRIM, BUFFER y PRODUCCION.
Foto del disparo
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Procedimientos de voladura en Tajo Abierto Para la realización de la voladura, primero se debe realizar una perforación, en minería superficial se utiliza perforadora, puede ser eléctrico, neumático o hidráulico, la herramienta que se utiliza se denomina barreno (hay de muchos tipos, utilizan metales especiales para evitar el desgaste prematuro), una vez logrado el taladro se introduce el explosivo a utilizar en las cantidades que requiera la acción, el explosivo debe contar con un iniciador (se denominan detonadores o fulminantes), pueden ser eléctricos o no, lo que se denomina mecha o cordón detonante, todo ello se tapa mediante un tapón de arena o gravilla denominado taco, que se introduce en el agujero de la perforación y se le aplica presión mediante una herramienta especial para sellar perfectamente el orificio (sin este procedimiento la explosión no tendría efecto sobre la roca ya que saldría disparada por el tubo perforado, como si fuera el cañón de un arma). Para una mejor manera de enfocar los procedimientos de voladura, vamos a desglosar en: Procedimientos en Taladros de Producción Procedimientos en Taladros Buffer Procedimientos en Taladros Trim
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Procedimientos en Taladros de Producción La perforación es la primera operación minera que se efectúa en la preparación de una voladura, sin una perforación adecuada y ordenada la voladura sería deficiente, lo que conllevaría a una baja eficiencia en el carguío del material impactando directamente en la producción de la mina.
En el caso de grandes minas a Tajo Abierto se lleva a cabo una perforación del tipo rotativo con tríconos, esta es efectuada por grandes equipos de perforación capaces de ejercer elevados empujes sobre la broca es decir la perforación es realizada mediante el método de rotación trituración en donde la energía transmitida hasta la broca a través de barras de acero, las que puestas en rotación fuerzan a la broca contra la roca siendo los botones de carburo de tungsteno prensados contra la roca para finalmente obtener una trituración similar a la de la percusión.
De manera general es importante efectuar esta operación con la mayor exactitud del caso, en lo que respecta a profundidad, exactitud en las coordenadas, paralelismo y perpendicularidad puesto que todo esto repercutirá en la obtención de una fragmentación requerida y control en las paredes finales del tajo.
Con la voladura se desea lograr una alta eficiencia en el ciclo del conjunto (carguío, transporte y tratamiento metalúrgico), con el fin de no dañar las estructuras y mantener estándares de seguridad adecuados de esta manera mantener los costos al mínimo posible. Procedimiento en Taladros Buffer Las líneas buffer tienen menor burden, espaciamiento y concentración de carga explosiva que los taladros de producción, de manera que durante el proceso de detonación amortiguan la acción de la onda de comprensión provenientes de los taladros de producción, para lograr esta acción, es importante que los taladros que conforman la hilera, tengan entre 60% y 70% de la presión de detonación de los taladros de producción; como la presión de detonación es una relación directa donde intervienen la densidad y velocidad de detonación es una relación directa donde intervienen la densidad y velocidad de detonación del explosivo, este decaimiento se obtiene empleando explosivos con menor densidad y velocidad de detonación. Procedimientos en Taladros Trim Consiste en perforar una fila de taladros ubicados cercanamente unos de otros los cuales deben ser cargados con mezclas explosivas comerciales desacopladas, en el
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carguío de explosivos se realiza de forma controlada y en menor proporción que en la voladura de producción a fin de mejorar la estabilidad de las paredes del banco. La voladura de recorte se dispara después de la voladura primaria de producción, para tener la pared lisa definitivamente
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Trim hole row trimming the fractured and influenced rock
Recommended charge loads and blast geometries for trimblasting
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Caso Práctico de Procedimiento de Carga en Mina Pierina DISEÑO DE MALLA EN ZONA DE ESQUEMA DESMONTE DUREZA 0 Y I TALADRO
DE
CARGA
DE
Carga del trim y buffer en dureza 0 y I no se carga según procedimiento en taladro de producción su carga es
DISEÑO DE MALLA EN ZONA DE ESQUEMA DESMONTE DUREZA II Y III TALADROS
DE
CARGA
DE
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DISEÑO DE MALLA EN ZONA DE ESQUEMA DESMONTE DUREZA IV Y V TALADROS
DE
CARGA
DE
Vista de Perfil
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Caso Práctico - Yanacocha
Durante los meses de diciembre y enero, se realizaron pruebas de Precorte con la Perforadora Roc L8 de Atlascopco, estas pruebas se realizaron en Chaquicocha en la Pared Norte y en Yanacocha en el primer banco del Banco Triple de Mirador Central. En el siguiente reporte se presenta el trabajo que ha realizado la Roc L8 en Minera Yanacocha. El principio del precorte es minimizar las presiones en el taladro, justo lo suficiente para generar grietas entre taladros adyacentes en la línea del precorte. Lo cual consiste en perforar una serie de taladros a lo largo de la línea límite de excavación, con carga explosiva y espaciamiento menor a los empleados en una voladura convencional o de producción, de modo que al disparar en forma simultánea o retardada cada cierto número de taladros antes de iniciar la voladura principal, exceda la resistencia dinámica de tracción de la roca, y se genere un plano de debilidad que sirva de amortiguación para las vibraciones de dicha voladura. Para obtener buenos resultados en el precorte, tres requerimientos deben tomarse en cuenta:
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Una línea de taladros con pequeño espaciamiento Una baja densidad lineal de carga de explosivo Una simultaneidad en la iniciación de los pozos Para la generación del plano de debilidad mediante una grieta a lo largo de los taladros de precorte, la presión en las paredes del taladro (Presión de barreno) debe ser del orden de la resistencia a la compresión de la roca. El desarrollo de un precorte tiene por finalidad generar una línea de debilidad tras la voladura cuyos beneficios pueden ser los siguientes Obtener paredes de taludes estables. Inducir una línea de fracturas en un plano, para atenuar vibraciones producidas por la voladura principal. Generar el límite de penetración de la pala, y obtener catch bench programados. No sobrepasar la Velocidad Pico Partícula Crítica para preacondicionar el macizo rocoso, para evitar futuros deslizamientos. Reducción del volumen de roca suelta colgada por consiguiente minimiza la necesidad de bermas u otros tipos de soportes. Los beneficios del precorte, en términos de estabilidad de talud, pueden no ser fáciles de evaluar. Por ejemplo, la no-creación de medias cañas en la voladura de precorte, no necesariamente significa un mal resultado del precorte ya que aún así los resultados en lo que se refiere a estabilidad de la pared pueden ser buenos. Como se sabe, el precorte debe ser capaz de inducir fracturas en un plano para atenuar las vibraciones de la voladura principal, lo cual depende mucho de la calidad de las fracturas que se formen. Las vibraciones se atenuarán más, mientras éstas crucen fracturas lo más abiertas y limpias posibles. Así como las vibraciones inducidas por una voladura son responsables de los daños producidos, el empuje de los gases de explosión también es responsable del daño ocasionado en la pared final, por lo tanto la línea de fractura generada por el precorte también debe actuar como una zona que permita la evacuación de estos gases. El desarrollo de un precorte tiene por finalidad generar una línea de debilidad tras la voladura cuyos beneficios pueden ser los siguientes Obtener paredes de taludes estables. Inducir una línea de fracturas en un plano, para atenuar vibraciones producidas por la voladura principal. Página 20 de 22
Generar el límite de penetración de la pala, y obtener catch bench programados. No sobrepasar la Velocidad Pico Partícula Crítica para preacondicionar el macizo rocoso, para evitar futuros deslizamientos. Reducción del volumen de roca suelta colgada por consiguiente minimiza la necesidad de bermas u otros tipos de soportes. Los beneficios del precorte, en términos de estabilidad de talud, pueden no ser fáciles de evaluar. Por ejemplo, la no-creación de medias cañas en la voladura de precorte, no necesariamente significa un mal resultado del precorte ya que aún así los resultados en lo que se refiere a estabilidad de la pared pueden ser buenos. Como se sabe, el precorte debe ser capaz de inducir fracturas en un plano para atenuar las vibraciones de la voladura principal, lo cual depende mucho de la calidad de las fracturas que se formen. Las vibraciones se atenuarán más, mientras éstas crucen fracturas lo más abiertas y limpias posibles. Así como las vibraciones inducidas por una voladura son responsables de los daños producidos, el empuje de los gases de explosión también es responsable del daño ocasionado en la pared final, por lo tanto la línea de fractura generada por el precorte también debe actuar como una zona que permita la evacuación de estos gases.
CONCLUSIONES Una de las ventajas al usar este método, es que se pueden usar taladros de gran diámetro y como consecuencia podremos incrementar el espaciamiento entre taladro a taladro y como resultado el costo de perforación es menor. Una de las desventajas es que los taladros de producción pueden fracturar la parte posterior de los taladros de que conforman la voladura suave, generando problemas de carguío. En voladura superficial el método de voladura controlada TRIM BLASTING se usan taladros de igual diámetro a los taladros de producción. El burden puede ser igual al espaciamiento en macizos rocosos competente o a veces el espaciamiento en macizos rocoso muy fracturados. El desacoplamiento es generalmente efectuado usando tubos de cartón de pequeño diámetro. Usar una altura de taco para evitar el escape de gases hacia la atmósfera. Obtener límites finales estables y esto se consigue mediante la formación de un plano de falla antes de comenzar los disparos de producción. Página 21 de 22
Este plano de debilidad provoca que algunas de las ondas de choque creadas por el disparo de producción sean reflejadas lo cual reducirá la trituración y la compresión en las paredes finales. Evitar el back break. Se obtiene buenos resultados cuando el material disparado por los taladros de producción es removido antes de que se lleve a cabo la voladura de la última línea de perforación. Bibliografía Minería de superficie-Escrito por BA Kennedy
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