Presentación
El presente trabajo ha sido realizado con el fin de plantear los métodos y procedimientos para la determinación de los parámetros de diseño de bancos de producción para voladura en Minería Superficial o A Cielo Abierto, esto debido a que es necesario tener un control óptimo de datos y variables en la producción, y susceptibles de ser modificados y/o reestructurados reestructurados con el objetivo de mejorar la eficiencia y eficacia de las operaciones de perforación y voladura durante el proceso de minado del tajo.
1
Índice
Carátula………………………………………………………………………….. (Pag 1)
Presentación……………………………………………………………………..... (Pag 2) Índice……………………………………………………………….…………..... (Pag 3)
Determinación de las variables de Diseño de Bancos para la voladura …..…. (Pag 4) Marco Teórico……………….………………………………………………….... (Pag 5) Técnica Sueca……………………………………………………………..……... (Pag 5)
Teoría de Richard Ash………………………………………………….………... (Pag 7) Fórmulas adicionales……………………………………………….. adicionales………………………………………………..….………... ….………... (Pag 10) Tabla de Concentración de cargas para explosivos……………………………... explosivos……………………………....... (Pag 12) Ejercicios de Aplicación…………………………………………………………. (Pag 13)
Bibliografía……………………………………………………….………….…... (Pag 22)
Ing. VILLARREAL SALOME, Juan Pele – UNASAM UNASAM – FIMGM. FIMGM.
Determinación de las variables de Diseño de Bancos para la voladura
Ing. VILLARREAL SALOME, Juan Pele – UNASAM – FIMGM.
Marco Teórico Variables de Diseño de Bancos según la Técnica Sueca Técnica aplicada para calcular cargas explosivas en trabajos de voladura superficial y subterránea, desarrollado por Langefors, U. y Khilström, B. en 1987. Las fórmulas de los parámetros de diseño de bancos obedecen a las siguientes condiciones normales: a. Grado de Compactación en la carga de Fondo (P) igual a 1.27 Kg/dm 3 b. Potencia relativa del explosivo en la carga de fondo o carga específica (S) igual a 1Kg/m3 c. Factor de roca (c) igual a 0.4 Kg/m 3 d. Inclinación de taladro de 3:1 e. Grado de fijación de taladro (f) igual a 1 f. Relación E/Vi igual a 1,25
1. Piedra Máxima (Vmax)
5∗ = 41000
Parámetro más crítico, es la máxima línea de menor resistencia.
Vmax d
: :
Piedra Máxima (m) diámetro del taladro (mm)
2. Sobre Perforación Vmax U
: :
= 0.3 ∗
Piedra Máxima (m) Sobre perforación (m)
3. Profundidad de taladro H U K
: : :
Profundidad de Taladro (m) Sobre perforación (m) 2 veces el valor de la Piedra Máxima (Vmax)
4. Piedra o Burden Práctico Vi Vmax d H
= 1.05 ∗ +
= −3 ∗ − 0,03 ∗
: : : :
Piedra o Burden Práctico (m) Piedra Máxima (m) diámetro del taladro (m) Profundidad del taladro (m)
5. Espaciamiento
= 1.25∗
E Vi E/Vi E/Vi
: : > 1.25 < 1.25
Espaciamiento (m) Piedra o Burden Práctico (m) => fragmentación más fina => fragmentación más gruesa
= ∗∗∗
6. Perforación Específica o Factor de Perforación
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g n H Vi B K
: : : : : :
Factor de perforación (m/m3) Número de taladros Profundidad del taladro (m) Piedra o Burden Práctico (m) Longitud de del banco a volar (m) Altura de Banco (m)
Cálculo de Cargas de Columna a. Concentración de Carga de Fondo lb d
: :
= 1000
Concentración de Carga de fondo (Kg diámetro del taladro (mm)
b. Altura de Carga de Fondo hb Vmax
: :
: : :
: : => =>
= ∗ℎ
Carga total de fondo (Kg explosivo) Concentración de Carga de fondo (Kg Altura de carga de fondo (m)
d. Taco T Vi T > Vi T < Vi
ℎ = 1.3 ∗
Altura de carga de fondo (m) Piedra máxima
c. Carga Total de Fondo Qb lb hb
explosivo/m)
explosivo/m)
=
Taco (m) Piedra o Burden Práctico (m) Riesgo de lanzamiento y sobre fracturamiento Riesgo de obtener bloques
e. Concentración de la Carga de Columna lp lb
: :
= 40 50% ∗
Concentración de Carga de columna (Kg explosivo/m) Concentración de Carga de fondo (Kg explosivo/m)
f. Altura de Carga de Columna hp H hb T
: : : :
Altura de Carga de columna (m) Profundidad del taladro (m) Altura de carga de fondo (m) Taco (m)
g. Carga Total de Columna Qp lp hp
: : :
ℎ = − ℎ + = ∗ℎ
Carga Total de columna (Kg explosivo) Concentración de Carga de columna (Kg explosivo/m) Altura de Carga de columna (m)
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h. Carga Total por Taladro Q Qb Qp
: : :
i. Carga Específica q n Q Vi B K
: : : : : :
= +
Carga Total por taladro (Kg explosivo ) Carga total de fondo (Kg explosivo) Carga Total de columna (Kg explosivo)
= ∗∗ ∗
Carga específica, factor de carga o potencia (Kg explosivo /m3) Número de taladros Carga Total por taladro (Kg explosivo ) Piedra o Burden Práctico (m) Longitud de del banco a volar (m) Altura de Banco (m)
Variables de Diseño de Bancos según la Teoría de Richard Ash Técnica desarrollada por ASH. L. Richard en 1995; Esta teoría es una técnica realizada para calcular los trazos de perforación, diseñar y determinar la carga de un disparo, en minería superficial, como en minería subterránea. También se le conoce como el Método Americano.
1. Espesor o Piedra B Kb De
: : :
B
:
T L Pc S J H DH
: : : : : : :
Espesor, piedra, cresta, línea de menor resistencia, burden. Taco Altura de Banco Altura de Carga Espaciamiento Sobre perforación Profundidad de taladro Diámetro de taladro
= ∗ 12
Espesor o Piedra (pies) Estándar de carga Diámetro de carga (pulgadas)
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Estándares de Carga Kb dependiendo de la densidad de la roca y del explosivo Disparo a Cielo Abierto Disparo en Subterráneo Explosivo de densidad alta 1.6 40 20 En roca de baja densidad Explosivo de densidad 1.6 35 17 En roca de densidad media 2.7 Explosivo de densidad 1.2 30 15 En roca de densidad 2.7 Explosivo de baja densidad 0.8 20 10 En roca densa o dura a 3.2
2. Espaciamiento Distancia entre taladros situados en la misma fila, está en función del espesor y del intervalo de iniciación de la secuencia de voladura. S Ks B
: : :
= ∗
Espaciamiento (pies) Estándar de espaciamiento Espesor o Piedra (pies)
Estándares de Espaciamiento Ks dependiendo del intervalo de iniciado Disparo Ks Para secuencia de retardos en la misma fila Debe ser cerca a 1 0.7 a 0.9 Fracturación no muy menuda, con fragmentos Para iniciación simultanea de taladros en la misma fila Debe ser cerca a 2 1.2 a 1.8 Fracturación más menuda
3. Sobre Perforación J Kj B
: : :
= ∗
Sobre perforación (pies) Estándar de sobre perforación, usualmente es 0.3 Espesor o Piedra (pies)
4. Taco Llamado también longitud de atacado, cuello o collar, es la parte superior del taladro que no se ha de cargar con explosivo. Sirve para balancear los esfuerzos producidos durante la voladura. T Kt B
: : :
= ∗
Taco (pies) Factor de seguridad, generalmente mayor a 1 Espesor o Piedra (pies)
5. Profundidad del taladro H L J B Kh
: : : : :
= +
= ℎ ∗
Profundidad del taladro, en la práctica varía entre 1.5B a 4B Altura de Banco (pies) Sobre perforación (pies) Espesor o Piedra (pies) Factor de profundidad, usualmente se usa el valor de 2.6
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Cálculo de Cargas de Columna Primer Método
a. Altura de Carga Pc H T
: : :
= −
Altura de Carga (pies) Profundidad del taladro (pies) Taco (pies)
b. Cantidad de Explosivo por Taladro Et Pc dc De Sg
: : : : :
= ∗ = 0.34 ∗ ∗
Cantidad de explosivo por taladro (Kg explosivo) Altura de carga (pies) Densidad de carguío (Lb explosivo /pie perforado) Diámetro de carga (pulgadas) Gravedad específica del explosivo
Segundo Método Este método se aplica para Minería Superficial, para lo cual es necesario conocer el Factor de Potencia (Pf), Espesor o Piedra (B) y el espaciamiento (S)
a. Volumen de Roca por Taladro Vt B S L
: : : :
Volumen de Roca por taladro Espesor o Piedra Espaciamiento Altura de Banco
b. Tonelaje por Taladro Wt Vt Pe
: : :
= ∗ ∗ = ∗
Tonelaje por taladro Volumen de Roca por taladro Peso específico de la roca
c. Cantidad de Explosivo por Taladro Et Wt Pf
: : :
= ∗
Cantidad de Explosivo por taladro Tonelaje por taladro Factor de Potencia
d. Factor de Potencia Pf Pc dc N Pe
: : : : :
= ∗∗∗ ∗∗
Factor de Potencia (Lb explosivo/Tn) Altura de carga Densidad de carguío Número de taladros por disparo Peso específico de la roca
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e. Cantidad de Explosivo por Disparo E
:
= ∗ ∗
Cantidad de Explosivo por disparo (Lb
explosivo)
Formulas Adicionales 1. Método Bertha
B d Pe Ce
: : : :
2. Método Foldesi
S J D Pe Ce M
: : : : : :
3. Método Bruce Carr
S B T J d Pe CEC Zr PD
: : : : : : : : :
∗ = ∗ 4 ∗
Burden Diámetro de carga (m) Densidad del explosivo (Kg explosivo/m3) Consumo específico del explosivo (Kg explosivo/m3)
= 0.88 ∗ ∗ ∗ = = 0.3 ∗
Espaciamiento Sobre perforación Diámetro de barreno (m) Densidad del explosivo (Kg explosivo/m3) Consumo específico del explosivo (Kg explosivo/m3) Secuencias con micro retardo
∗ = 3 ∗ = =∗ 0.833 = 0.3~0.5 ∗ =
Espaciamiento Burden Taco Sobre perforación Diámetro de carga (pulgadas) Densidad del explosivo Consumo específico característico Impedancia de la roca Presión de detonación del explosivo
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4. Método de Walter y Konya
B Pe Pr d S T J
: : : : : : :
= (2∗=1.4)+∗1.5 ∗ == 0.0.37 ∗∗
Burden (pies) Densidad del explosivo Densidad de la roca diámetro de carga (pulgadas) Espaciamiento (pies) Taco (pies) Sobre perforación (pies)
5. Método López Jimeno
= 0.76∗ ∗ 2.=7∗ 3500 ∗ . = [ ∗ ] ∗ ]. = [1.3 ∗3660
B D F
: : :
Burden (m) Diámetro del barreno (pulgadas) Factor de corrección (clase de roca y tipo de explosivo)
ρr ρe
: : : :
Densidad de la roca (gr/cm3) Densidad de la carga del explosivo (gr/cm3) Velocidad sísmica de propagación del macizo rocoso (m/s) Velocidad de detonación del explosivo (m/s)
VC VD
6. Fraenkel B L I D R v
: : : : :
. . . ∗ ∗ ∗ = 50
Piedra (m) Longitud del barreno (m) Longitud de la carga (m) Diámetro del barreno (mm) Resistencia a la voladura, oscila de 1 a 6 dependiendo del tipo de roca. Rocas de alta resistencia a la compresión (1.5) Rocas de baja resistencia a la compresión (5)
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* Criterios de concentración de carga de explosivo para diferentes diámetros de taladro y diferentes explosivos 11
Ejercicios de Aplicación 1. Para planificar la voladura en una mina a tajo abierto se determinó los siguientes parámetros de voladura: altura de banco igual a 12m, diámetro de perforación igual a 64mm, inclinación del taladro 3:1, explosivo a usarse DINAMEX, y además parámetros a condiciones normales. Si el largo de la fila a volar es de 20m, se desea calcular: a. Todos los parámetros faltantes de perforación y el número de espacios b. Todos los parámetros de carga * Usar la Técnica Sueca en la resolución del problema a. Parámetros de perforación y Número de espacios Piedra Máxima
41000 5 ∗64 = = 2.88 == 0.0.8364 ∗2.88 == 13.1.0551∗12 + 0.864 Sobre perforación
Profundidad del taladro
Ejercicios de Aplicación 1. Para planificar la voladura en una mina a tajo abierto se determinó los siguientes parámetros de voladura: altura de banco igual a 12m, diámetro de perforación igual a 64mm, inclinación del taladro 3:1, explosivo a usarse DINAMEX, y además parámetros a condiciones normales. Si el largo de la fila a volar es de 20m, se desea calcular: a. Todos los parámetros faltantes de perforación y el número de espacios b. Todos los parámetros de carga * Usar la Técnica Sueca en la resolución del problema a. Parámetros de perforación y Número de espacios Piedra Máxima
41000 5 ∗64 = = 2.88 == 0.0.8364 ∗2.88 == 13.1.0551∗12 + 0.864 == 2.2.8288− 3 ∗0.064 − 0.03∗ 13.51 == 1.2.285∗5 2.28 Sobre perforación
Profundidad del taladro
Piedra Práctica
Espaciamiento
* Como E = Vi, entonces se tiende que ha malla ha de ser rectangular
1 = 2. 8∗28∗13.125∗20 = 0.198 / ==7.2.200825~ 7 Factor de perforación
Número de espacios
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b. Parámetros de carga Concentración de carga de fondo
64 == 4.10001 / ℎℎ == 3.1.734∗ 2.88 == 15.4.13∗33.74 == 2.28 == 0.1.8455 ∗4.1/ ℎℎ == 7.13.4951 − 3.74+ 2.28 == 13.1.8856∗7.49 == 29.15.1393+13.86 920 == 0.2. 8∗42278∗29.12∗1 / Altura de carga de fondo
Carga total de fondo
Taco
Concentración de carga de columna
Altura de carga de columna
Carga total de columna
Carga total de taladros
Carga específica
2. En el pit de Cerro de Pasco, se necesita calcular los parámetros del trazo del disparo utilizando explosivo ANFO, ya que las rocas a volar no son muy duras, pero si la roca fuese muy dura tendría que usar el explosivo slurry. Además sabemos que el explosivo es cargado con un diámetro de 3.5 pulgadas. Se recomienda alinear los taladros en dos o más filas, trazo o malla en zigzag con retardo entre fila y fila y si la altura de banco es de 16.4 pies y la gravedad especifica del ANFO es 0.8 * Realizar los cálculos con el Método Americano
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a. Cálculo de los parámetros del trazo Espesor
== 5.20∗83123.5 == 8.1.7545∗5.83 == 0.1.375∗5.83 == 6.1.411∗ 5.83 == 18.16.145+1.75 == 11.16.744+1.75 − 6.41 == 3.0.3334∗3.5 ∗/0.8 == 39.11.07914 ∗3. 33 Espaciamiento
Sobre perforación
Taco o collar
Profundidad de taladro
b. Cálculo de los parámetros de carga Altura de carga
Densidad de Carguío
Cantidad de explosivo por taladro
3. Se tiene un yacimiento diseminado de Cu, donde se contempla iniciar la explotación por Métodos Superficiales bajo las siguientes condiciones de operación: Talud de banco 3:1; Ancho de banco 20mts; Peso específico promedio de la roca 2.75 TM/m 3; malla de perforación regular de 3.5mts x 3.5mts; Sobre perforación de 0.5 veces el burden; Taco igual a Burden igual a longitud de carga de fondo igual a 3.5 mts, Diámetro de taladros igual a 6½ pulgadas y Base de banco igual a 4.2 mts. Dentro de los parámetros para la Voladura, se dispone que la carga de columna sea con ANFO (δA = 0.95 gr/cm3), la carga de fondo sea con emulsión ( δE = 1.35 gr/cm3) y el encendido sea eléctrico con iniciador Booster.
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De acuerdo al siguiente gráfico, determinar los parámetros del diseño del trazo restantes y los parámetros de carga por métodos prácticos.
a. Parámetros de diseño Talud de banco
31 = = 71.57º 3 = 41.2 = 12.6 ′′ == 13.√ 42.28 ∗ 12.6 == 15.13.0238+ 0.5 ∗ 3.5 == 0.1.755∗ 3.5 Altura de Banco
Altura Aparente de Banco
Altura de Taladro
Taco
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== 1. 75 == 11.15.5033 − 1.75 − 1.75 ∗40/ #/ = 3.20 5 ∗ 3. 5 / #/ = 65.31 ~ 65 ∗0. 1 651 == 234.540 ∗11.53 ∗0.95∗ 1000 ∗ 0. 1 651 == 50.584 ∗1.75∗ 1.35∗ 1000 / = 234. 5 0 + 50. 5 8∗ 65 / / = 18530.20 / / = 20 ∗ 40 ∗15. 0 3∗ 2. 7 5 / = 33066 2 0 == 0.18530. 33066 56 /
Longitud de la carga de fondo
Longitud de la carga de columna
Número de taladros por disparo
b. Parámetros de carga para la voladura Carga de Columna por taladro
Carga de Fondo por taladro
Cantidad de explosivo por disparo
Tonelaje por disparo
Factor de Voladura
4. En una cantera se extrae roca con una resistencia a la compresión simple de 150MPa en bancos de 10 metros de altura. La perforación se realiza con un equipo rotopercusivo de martillo en cabeza con un diámetro de 89 mm. Los explosivos utilizados están constituidos por un hidrogel encartuchado de 75 mm de diámetro y ANFO a granel, con unas densidades respectivas de 1,2 y 0,8 gr/cm 3. Se desea determinar el esquema de perforación y la distribución de cargas manteniendo los barrenos bajo una inclinación de 20°. Considerar que el peso ejercido por la columna aumenta el diámetro de los cartuchos en 10%. Para determinar la longitud de barreno, usar la fórmula de López Jimeno:
= cos + (1 − 100 ) ∗
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Realizar los cálculos en función a las siguientes tablas:
== 121.1∗0.089 == 322.8∗0. 089 == 3.351 ∗0. 089 == 433.8∗0.089 10 + (1 − 10020 ) ∗1.1 = cos20 = 11.5 10 == 125. 3.1 ∗3.4 8∗ cos20 == 10.111.25.954/ Sobre perforación
Retacado
Piedra
Espaciamiento
Longitud de Barreno
Volumen de arrancado
Rendimiento de arranque
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== 3.406∗0. 089 ∗ 0. 0 825 == 23.1 4 ℎ ∗3.6∗1.2∗1000 == 6.23.3.461/ == 5.11.1 5− 2.8 − 3.6 ∗0. 0 89 == 25.44 ∗5.1 ∗0.8 ∗1000 == 25.5.5.014/ == 48.23.51 + 25.4 5 == 48. 125. 4 0.387 /
Longitud de carga de fondo
Carga de fondo
Concentración de la carga de fondo
Longitud de la carga de columna
Carga de columna
Concentración de la carga de columna
Carga de barreno
Consumo específico
5. En un yacimiento metálico las voladuras se perforan en un diámetro de 251 mm con barrenos verticales, utilizándose dos tipos de explosivos, una emulsión para el fondo en una longitud de 8D y densidad de 1.3 gr/cm 3, y el resto ANFO a granel con una densidad de 0.8 gr/cm 3. Calcular los esquemas y cargas de explosivo del banco a volar, sabiendo que la altura de banco es H = 12 mts. y la resistencia de la roca RC= 100MPa.
== 82.0∗ 0.251
Sobre perforación
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== 1214.0+2 == 328.0∗0. 251 == 5.238 ∗0. 251 == 276.8∗0.251 == 473. 5.8 ∗6.3 8∗12 == 33.473.1483/ == 2.8∗0 0.251 ∗ 0. 2 51 == 128.645 ∗2∗ 1.3ó∗ 1000 == 64.128.23365/ == 4.140−8 −2 ∗0. 2 51 == 158.344 ∗4∗0.8∗1000
Longitud de Barreno
Retacado
Piedra
Espaciamiento
Volumen de arrancado
Rendimiento de arranque
Longitud de carga de fondo
Carga de fondo
Concentración de la carga de fondo
Longitud de la carga de columna
Carga de columna
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== 39.158.45384/ == 286. 128.9695 + 158.34 == 0.2473.86.606939/
Concentración de la carga de columna
Carga de barreno
Consumo específico
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Bibliografía
Manual de Perforación y Voladura de Rocas C. López Jimeno, E. López Jimeno y P. García Tecnología y Seguridad Minera 2003
Perforación y Voladura de Rocas Mgt. Carlos R. Franco Méndez CC.PP. Ingeniería de Minas - UNSAAC 2011
Diseño de Voladuras a Cielo Abierto Ing. César Ayabaca P. EXPLOCEN
Apuntes Varios de los cursos de Perforación y Voladura, Métodos de Explotación Superficial y Control de Operaciones Mineras. CC.PP. Ingeniería de Minas - UNSAAC
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