VOLADURA DE ROCAS APLICADA A LA NUEVA MINERÍA Capítulo IV: PREDICCIÓN DE LA FRAGMENTACIÓN DE UN MACIZO ROCOSO Ing. Rómulo Mucho Presidente IIMP Lima, 9 de abril, 2013
FRAGMENTACIÓN 1.
Fragmentación de un macizo rocoso por acción de un explosivo y sus efectos principales.
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2.
Modelos de Predicción.
3.
Métodos de Evaluación.
4.
Técnicas de predicción de vibraciones utilizando JKSimblast
FRAGMENTACIÓN DESEADA
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FRAGMENTACIÓN EN LA PRÁCTICA
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FRAGMENTACIÓN NO DESEADA
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FRAGMENTACIÓN DE ROCAS • Predecir la fragmentación de rocas por la acción del explosivo, es complejo debido al gran numero de variables controlables y no controlables. • El diseño de una voladura esta basado normalmente en criterios empíricos, mediantes formulas aproximadas y con programas informáticos pero con limitaciones de base física y geomecánica. • Una aproximación que correlaciona la energía liberada por el explosivo con la reducción de tamaño del bloques a causa de la voladura, se basa en concepto de inicio de fracturación y su propagación que permite reducir fragmentos. 6
FRAGMENTACIÓN DE ROCAS • El primer paso en la fragmentación total de la roca en un proceso minero es la voladura, seguido por la trituración mecánica, cribado y molienda que reducen mas el tamaño de los fragmentos. • La alimentación a las trituradoras deben tener un tamaño máximo, cuando es mayor se requiere la fragmentación secundaria, lo que es perjudicial en términos de tiempo, costo e impacto ambiental. • Por lo que, en la práctica, evitar la fragmentación secundaria es una medida de la eficiencia de la voladura, así como del expertise de los ingenieros de voladuras.
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TABLA 1 PRINCIPALES VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA VOLADURA GRUPO
VARIABLE
EXPLOSIVOS
Presión de detonación, VoD energía mínima disponible, volumen de gases y densidad.
CARGA DE EXPLOSIVOS
Dimensiones de la carga (diámetro y longitud), tipo y punto de ubicación del iniciador, atacado y desacoplamiento.
PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO
Densidad, velocidad sísmica de propagación, absorción de la energía de tensión a compresión y tracción, variabilidad y estructuras. (Atchinson 1968)
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FRAGMENTACIÓN DE ROCAS • Otras variables de importancia son el numero de caras libres, el tiempo de retardo, secuencia de encendido, la presencia de agua, etc. • El modelo Kuz Ram (Cunningham, 1983), ha tenido alguna aceptación, sin embargo, en macizos rocosos con diaclasamiento, no ha dado resultados fiables por lo que ha sido modificado. • Una propuesta es ampliamente aceptada, es considerar que el macizo rocoso esta afectado por planos de fracturas y otras discontinuidades que actúan durante el fenómeno de la fragmentación.
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FRAGMENTACIÓN DE ROCAS • Para el diseño de una voladura, entonces debemos conocer la distribución de tamaños de los bloques en que se divide el macizo rocoso para la aplicación correcta de la energía del explosivo. • Este concepto fue propuesto primero por Da Gama, (1977) y mas tarde adoptado por otros como: Borquez (1981), Yang & Rustan (1983); Lande (1983); Klein (1990); etc. • También otros autores como Ouchterlony describen diferentes técnicas para determinar el tamaño de los fragmentos resultantes de la voladura.
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MODELOS DE FRAGMENTACIÓN • El proceso de fragmentación de la roca es totalmente complejo para usar modelos teóricos. • Modelos empíricos son útiles, fáciles, y producen predicciones rápidas (pero son mas pedagógicos que precisos). • Con datos reales, se pueden proveer tendencias confiables. • Son herramientas buenas del ingeniero para mejorar la eficiencia de las voladuras, pero indican tendencias más que resultados absolutos.
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EL EFECTO DE LA ROCA Proceso de quebramiento
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EL EFECTO DE LA ROCA • La ecuación fundamental de Bond
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FACTOR DE CARGA • En la ecuación de Bond. la energía E, es la del explosivo
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DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA
Contornos de iso-energía
Obtenido por software como 2DBench (JKSimBlast, Australia) y QED Plus (Austin Powder) 15
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GRANULOMETRÍA • Descripción gráfica de la variabilidad de los tamaños de los fragmentos quebrados
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ÍNDICE DE UNIFORMIDAD
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TAMAÑO PROMEDIO
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CLASIFICACIÓN DE PARÁMETROS
• Factores que afectan el nivel de energía y se relaciona con el tamaño promedio • Factores que afectan la distribución de la energía y se relaciona con el Índice de Uniformidad
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ESTIMACIÓN DE FACTOR DE ROCA
• RMD con valores 10 – 50, F (débil y polvorosa, bloqueada, masiva) • JF con valores 10 – 50, F (espaciamiento de las fracturas) • JO con valores 20 – 40 F (orientación de las fracturas) Los factores JF y JO aplican solamente en roca con bloques
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MEDICIÓN DE FRAGMENTACIÓN MÉTODOS INCLUYEN:
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Granulometría (análisis de las imágenes).
Granulometría (zarandeo).
Rendimiento de la pala (Dispatch).
Producción de la chancadora.
Producción del molino SAG.
Recuperación en la lixiviación.
MEDICIÓN DE FRAGMENTACIÓN RAZONES PARA MEDICIÓN: – Para optimizar procesos en tajo (pala/camión). – Para optimizar procesos globales (incluido planta). OPTIMIZAR ACOPLAMIENTO PALA/CAMIÓN: – % > 500 mm controla factor de llenado de cuchara. – Método fotográfico es adecuado? – Análisis de datos de Dispatch parece ser más relevante.
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PERFORACIÓN: EL PRIMER GRAN PASO
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ÉXITO DE LA VOLADURA, PARTE DEL ÉXITO INDIVIDUAL
Típica malla triangular (Burden= b; Espaciamiento = s) 25
ÉXITO DE LA VOLADURA, PARTE DEL ÉXITO INDIVIDUAL
Típica malla triangular (Burden= b; Espaciamiento = s) 26
ENERGÍA • La desviación en la perforación, significa perder el control de la ubicación deseada/necesaria de los explosivos y de la cantidad requerida, en el macizo rocoso, “siendo el propósito de los taladros ubicar la energía del explosivo en el lugar adecuado” • ecuación desarrollada por Kleine (1993)
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ENERGÍA
Pérdida del control de los Niveles de Energía-Taladro. 28
ENERGÍA OPTIMIZADA PARA IMPLEMENTACIÓN • Distribución de la energía en la cota a mitad del banco de un proyecto
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ENERGÍA OPTIMIZADA PARA IMPLEMENTACIÓN Distribución de la energía en sección
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ENERGÍA OPTIMIZADA PARA IMPLEMENTACIÓN La rotura y fragmentación eficiente del macizo rocoso, contribuye al beneficio global del ciclo de minado, por lo que es importante la predicción porcentual de la granulometría mediante un algoritmo matemático. - JKMRC Fragmentation Model - Fragmentation (Kuz-Ram Model)
PRUEBA Y ERROR (ANTES) Reemplazada ahora por herramientas computacionales (JKSimBlast)
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MODELO DE PREDICCIÓN DE LA FRAGMENTACIÓN
JKMRC Fragmentation Model y Fragmentation (Kuz-Ram Model), es necesario realizar un mapeo previo del área en estudio con la tabla propuesta por Lilly 1986 (Índice de Volabilidad). 32
MODELO DE PREDICCIÓN DE LA FRAGMENTACIÓN
• El macizo rocozo in-situ es un material discontinuo, raramente es una formación uniforme masiva y es influenciado a menudo por muchas características geológicas que influyen en el comportamiento de la propagación de la onda de tensión frente a cualquier carga dinámica (voladura). 33
CURVA DE FRAGMENTACIÓN Y DOMINIOS ESTRUCTURALES
Es posible obtener una misma granulometría en diferentes dominios estructurales?? 34
CURVA GRANULOMÉTRICA • Algoritmo Matemático de Fragmentación
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Predicción porcentual de la granulometría.
ALGORITMO MATEMÁTICO DE FRAGMENTACIÓN
36 Tratamiento Computacional Previo
MEDICIÓN Y COMPARACIÓN
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ANALISIS CORPORATIVO DE LA ENERGIA
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ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA ENERGÍA
ALANFO VS EMULSIÓN: Vista en planta, 1m. debajo del nivel de piso del banco, en la zona del taco, la energía para el ALANFO es deficiente preacondicionando esta zona a sobre tamaños
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ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA ENERGÍA
• ALANFO VS EMULSIÓN: Vista en sección, el halo de energía para el ALANFO es menor (deficiencia energética) en la zona del taco, banco y subdrilling.
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PROBLEMÁTICA DE LA VOLADURA
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REALIZADA EN TALADROS CON DIÁMETRO DE 9 7/8", ZONA DE MINERAL
COMPARATIVO GENERAL DE NUMERO DE PASES Alanfo Vs. Emulsion (Pala Electrica)
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES • Para que un diseño funcione, tiene que ser muy bien implementado en el campo. • La perforación es un aspecto fundamental en la implementación de un diseño de voladura en el campo. • El cálculo tradicional del factor de carga (Fc) es una pobre referencia sobre el cálculo de la cantidad de energía de detonación. • EL JKSimBlast, Maneja la información a través de una base de datos de tipo MDB, la cual es compatible con Microsoft Access y por lo tanto con la plataforma Windows.
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VOLADURA CON BUEN CONTROL
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VOLADURA CON BUEN CONTROL
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VOLADURA CON BUEN CONTROL
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VOLADURA CON BUEN CONTROL
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VOLADURA CON BUEN CONTROL
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VOLADURA CON BUEN CONTROL
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VOLADURA CON MENOR CONTROL
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VOLADURA CON MENOR CONTROL
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VOLADURA CON MENOR CONTROL
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VOLADURA CON MENOR CONTROL
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EVALUACIÓN DEL TACO DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL ANTES DE EYECCIONES
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CASO PRÁCTICO 1
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CASO PRÁCTICO 2
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