CAPITULO I GENERALIDADES 1.1 ANTE ANTECE CEDE DENT NTES ES Revisado la bibliografía e informaciones de origen nacional se ha podido terminar que no existen trabajos respecto a la aplicación de la energía del explosivo como un elemento fundam fun dament ental al par paraa el dis diseño eño de la mal mallas las de per perfor foraci ación ón y vol voladu adura. ra. Cua Cuando ndo se ini inició ció la Maestría en ngeniería de Minas en la !"# en las clases de voladura de rocas# reci$n se llegó a conocer que uno de los elementos portantes a tener en cuenta era los explosivos# por lo que en tecnología de explosivos se dio $nfasis en el c%lculo de la energía del explosivo y en la termo hidrodin%mica se calcula la &'(# la presión de detonación y la presión de explosión teniendo en cuenta la energía liberada por el explosivo. )n el *+)R&'R del año ,--# organi/ado por la !" se presentó el trabajo 01actor de +otenci +otenciaa vs. 1actor 1actor de )nergí )nergíaa de las Me/clas Me/clas )xplos )xplosiva ivass Comerc Comercial iales es usadas usadas en la &oladura de Rocas2 del autor de la presente 3esis en la que se indica las bondades del control de la eficiencia de los explosivos teniendo en cuenta la energía liberada por las me/clas explosivas# factor de energía# en contraste con el factor de potencia que toma en cuenta solo el peso del explosivo. 4 pesar de este trabajo a la fecha en la totalidad de las empresas mineras del país se sigue utili/ando el criterio del factor de potencia para evaluar el rendimiento de los explosivos. 4 nivel mundial la tendencia a utili/ar explosivos de gran potencia 5energía6# como es el caso en el Canad% y otros países se est%n desarrollando los explosivos físicos los cuales liberan liberan energía desde 7 788 a 9 :; g.# g.# mientras mientras que el >ilogramo >ilogramo de nitroglice nitroglicerina rina
CAPITULO I GENERALIDADES 1.1 ANTE ANTECE CEDE DENT NTES ES Revisado la bibliografía e informaciones de origen nacional se ha podido terminar que no existen trabajos respecto a la aplicación de la energía del explosivo como un elemento fundam fun dament ental al par paraa el dis diseño eño de la mal mallas las de per perfor foraci ación ón y vol voladu adura. ra. Cua Cuando ndo se ini inició ció la Maestría en ngeniería de Minas en la !"# en las clases de voladura de rocas# reci$n se llegó a conocer que uno de los elementos portantes a tener en cuenta era los explosivos# por lo que en tecnología de explosivos se dio $nfasis en el c%lculo de la energía del explosivo y en la termo hidrodin%mica se calcula la &'(# la presión de detonación y la presión de explosión teniendo en cuenta la energía liberada por el explosivo. )n el *+)R&'R del año ,--# organi/ado por la !" se presentó el trabajo 01actor de +otenci +otenciaa vs. 1actor 1actor de )nergí )nergíaa de las Me/clas Me/clas )xplos )xplosiva ivass Comerc Comercial iales es usadas usadas en la &oladura de Rocas2 del autor de la presente 3esis en la que se indica las bondades del control de la eficiencia de los explosivos teniendo en cuenta la energía liberada por las me/clas explosivas# factor de energía# en contraste con el factor de potencia que toma en cuenta solo el peso del explosivo. 4 pesar de este trabajo a la fecha en la totalidad de las empresas mineras del país se sigue utili/ando el criterio del factor de potencia para evaluar el rendimiento de los explosivos. 4 nivel mundial la tendencia a utili/ar explosivos de gran potencia 5energía6# como es el caso en el Canad% y otros países se est%n desarrollando los explosivos físicos los cuales liberan liberan energía desde 7 788 a 9 :; g.# g.# mientras mientras que el >ilogramo >ilogramo de nitroglice nitroglicerina rina
pura libera solo , ;88 >cal. )stos avances obligan como una necesidad la aplicación de nuevas t$cnicas para el diseño de mallas de perforación y voladura.
1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA ?a tende tendenc ncia ia al camb cambio io de expl explos osiv ivos os de mayo mayorr energ energía ía en la mine minerí ríaa naci naciona onall es impostergable. @)s posible el uso de modelos matem%ticos que toman en cuenta la energía del explosivo para el diseño de las mallas de perforación y voladura y evitar las pruebas de ensayo y error que generan mayor consuma de tiempo y gastos innecesariosA
1.3 OBJETIVOS a) Objeti!" Ge#e$a%e" B 4nali/ 4nali/ar ar y aplica aplicarr la energí energíaa de una me/cla me/cla explosi explosiva va para para el diseño diseño de una malla de perforación y voladura correctamente. B +ara obtener el grado de Maestro en Ciencias con Mención en ngeniería de Minas.
b) Objeti!" E"&e'(i'!"* B Conocer y determinar la energía de los explosivos. B 4nali/ar el uso de la potencia relativa por volumen 5R*6. B (eterminar la geometría del disparo con el uso de la potencia relativa por p or volumen. B 4nali/ar el rendimiento de los explosivos con el uso del factor de energía. B Mejorar el grado de fragmentación de las rocas.
1.+ JUSTIFICACION )n nuestro país no se utili/a el diseño de las mallas de perforación y voladura utili/ando la energía energía de explos explosivo ivo## así como existe existe descon desconocim ocimien iento to que la mejor mejor evaluac evaluación ión del rendimiento de un explosivo es por medio del factor de energía porque , >ilogramo de cada tipo de explosivo libera diferentes cantidades de energía.
1., MARCO TEORICO
?a tendencia a utili/ar explosivos de gran potencia hace que tambi$n sea una necesidad la aplicación de nuevas t$cnicas para el diseño de mallas de perforación y voladura# por lo que en este trabajo se da a conocer la utili/ación de la potencia relativa por volumen 5R*6. )sta teoría tiene el sustento en que la energía de un explosivo comparado al de otro es muy diferente# en el mismo volumen de taladro# por lo que al cambiar# en una mina en operación# de explosivo se tiene que tener en cuenta la cantidad de energía del explosivo en uso y los que se van usar. ?a potencia relativa por volumen R* permite modificar r%pidamente las dimensiones originales del burden y espaciamiento y de esta manera nos permite ahorrar tiempo y costos en los ensayos de prueba y error para la implementación de las nuevas dimensiones en las operaciones de perforación y voladura. )sto tambi$n implica que el uso del factor de energía debe ser una herramienta cotidiana para medir el rendimiento de los explosivos en ve/ del uso del factor de carga o factor de potencia# el cual a la fecha es utili/ada en todas las unidades mineras de nuestro país a pesar que el factor de energía tiene vigencia hace muchos años en los países desarrollados porque permite cuantificar correctamente el rendimiento de la energía del explosivo. )sto significa que la R* permite diseñar las mallas de perforación y voladura mientras que el factor de energía no permite medir el rendimiento de energía de los explosivos.
1.- IPOTESIS )l modelo matem%tico que utili/a la potencia relativa por volumen 5R*6 es adecuado para el diseño de mallas de perforación y voladura.
1./ METODOLOGIA DEL ESTUDIO 1./.1 M0t!! e I#e"tia'i# M$todo generalD 4n%lisis y comparación.
M$todo específicoD 'bservación y medición.
1./.2 Di"e4! Met!!%i'! a) P!b%a'i# 5 M6e"t$a +oblación D ndustria minera del país. Muestra D !na empresa minera del norte del país.
b) Va$iab%e" C6a$! N7 1.1. Va$iab%e" e e#t$aa 5 "a%ia Va$iab%e De"'$i&'i# )ntrada Eeología de la mina# energía de los explosivos# potencia relativa por volumen de los explosivos 5R*6# di%metro de taladro# burden# espaciamiento# sistemas de iniciación# costos de explosivos y accesorios. *alida (iseño de la malla# burden# espaciamiento# factor de potencia# factor de energía# fragmentación.
') E"'a%a e Mei'i# C6a$! N7 1.2. U#iae" e %a" a$iab%e" e e#t$aa 5 "a%ia Va$iab%e De"'$i&'i# )ntrada Cubicación de mineral 5t6 )nergía de los explosivos 5g6 +otencia Relativa por volumen# adimensional (i%metro 5pulgadas6 urden 5en uso6 5m6 )spaciamiento 5en uso6 5m6 Costo de explosivos y accesorios 5!* F6 *alida urden 5a usar6 5m6 )spaciamiento 5a usar6 5m6
1actor de potencia 5>g=3M# >g=m96 1actor de energía 5>cal=3M# >cal= m96 1ragmentación 5G6 Costo de voladura 5!* F=3M6
) M!e%! e Ob"e$a'i# i j Y H X
e) U#ia e Ob"e$a'i# 1actor de potencia 5>g=3M# >g=m96# factor de energía 5>cal=3M# >cal= m96# fragmentación G6
) Di"e4! e I#e"tia'i# Muestra HObservación
) T0'#i'a" 5 P$!'ei8ie#t!" e Re'!%e''i# e Dat!" *e tiene los cat%logos de fabricantes de explosivos nacionales y extranjeros para la determinación de las principales propiedades de los explosivos. ?a empresa dispone de los datos t$cnicos sobre las operaciones de perforación y voladura. +ara la elaboración de este trabajo se tomó como referencia el artículo 0More +oIer to the +op2 escrito por J. Crosby y M. +inco# para tener un fundamento científico.
9) Mate$ia%e" 5 E:6i&!" a 6ti%i;a$ Computadoras y softIare respecto al tema# c%maras fotogr%ficas# y otros.
CAPITULO II 2.< INTRODUCCION ?a tendencia# en la minería nacional# a usar explosivos de gran potencia tales como las emulsiones 5altos explosivos y agentes de voladura6 y los 4"1's pesados se hace m%s
evidente tanto en minería superficial como en minería subterr%nea. +ero# la aplicación de nuevas me/cla explosivas de mayor energía 5actualmente se tiene los explosivos físicos que son de mayor energía que los explosivos químicos6# en minas en operación# significa el cambio de las diferentes dimensiones# burden y espaciamiento principalmente# de las mallas de perforación y voladura. )sto es un problema cuando no se tiene un modelo matem%tico que nos permita establecer las nuevas dimensiones y que se reali/an empíricamente empe/ando el uso de las nuevas me/clas explosivas con la malla de perforación y voladura del explosivo que se estaba usando# esto consume tiempo e incremente los costos de las operaciones de perforación y voladura# hasta determinar las dimensiones adecuadas mediante estas pruebas de ensayo y error. +or consiguiente se necesita la aplicación de nuevas t$cnicas para el diseño de mallas de perforación y voladura. !n nuevo criterio para el mencionado diseño es aquel modelo matem%tico que tiene como fundamento la potencia relativa por volumen 5R*6. Como se ha señalado en el capítulo anterior el objetivo principal de esta 3esis es el de anali/ar y aplicar la energía producida por una me/cla explosiva para el diseño de una malla de perforación y voladura# en particular con el uso de la potencia relativa por volumen 5R*6 con la utili/ación del modelo matem%tico propuesto por Crosby K +inco# posteriormente dicho modelo es modificado por el autor para el uso de dos o m%s explosivos.
)l modelo matem%tico tiene como fundamento que la energía de una me/cla explosiva comparada al de otra me/cla diferente# tambi$n difiere en la cantidad de energía que puede liberar en el proceso de combustión detonación L explosión# en el mismo volumen de taladro# esto se puede observar nítidamente cuando se reali/a el c%lculo de la potencia relativa por volumen 5R*6 en cualquier tipo de me/cla explosiva. +or lo tanto# en una
mina en operación que ya estableció la malla de perforación y voladura# burden y espaciamiento principalmente# es posible calcular las nuevas dimensiones de la malla debido al cambio de una me/cla explosiva de mayor o menor energía que aquel en uso. Como se observa la potencia relativa por volumen 5R*6 nos permite modificar r%pidamente las dimensiones originales del burden y espaciamiento y de esta manera podemos ahorrar tiempo y costos en los ensayos de prueba y error para la implementación de las nuevas dimensiones en las operaciones de perforación y voladura. )stos criterios tambi$n implican el uso de otra forma de evaluación del rendimiento de los explosivos# en este caso se tiene la utili/ación del factor de energía. )ste factor deber% ser una herramienta de uso cotidiano en ve/ del uso del factor de carga o el factor de potencia# el cual a la fecha es utili/ada en todas las unidades mineras de nuestro país a pesar que el factor de energía tiene muchos años de vigencia en los países desarrollados porque permite cuantificar correctamente el rendimiento de la energía del explosivo. ?a etapa de verificación del modelo consiste en reali/ar las pruebas de perforación y voladura utili/ando las nuevas dimensiones calculadas con el modelo matem%tico de la potencia relativa por volumen 5R*6 y que en el presente trabajo se reali/ó dos pruebas utili/ando 4"1' pesado para empla/ar al 4"1'# sabiendo que el 4"1' pesado 8=8 utili/ado tiene una potencia relativa por volumen 5R*6 igual a ,#9N mientras que el 4"1' tiene una R* igual a ,#88. ?a evaluación de los resultados se basó en el grado de fragmentación producido por los explosivos.
CAPITULO III
3.< ESTUDIO = ANALISIS DEL MODELO MATEMATICO >UE UTILI?A LA POTENCIA RELATIVA POR VOLUMEN @RBS) EN EL DISEO DE LAS MALLAS DE PERFORACION = VOLADURA 3.1 ESTUDIO BIBLIOGRAFICO +ara el mejor entendimiento de la tecnología de explosivos es necesario conocer y entender correctamente las siguientes definiciones
3.1.1 C!8b6"ti# ! e%a$a'i# ?a combustión de una sustancia condensada# significa una reacción exot$rmica que toma lugar en la superficie de los granos que componen el material. )sta reacción es mantenida por el calor transmitido de los productos gaseosos de la reacción.
3.1.2 Det!#a'i# ?a detonación es una reacción exot$rmica específica la cual est% asociada con una onda de choque. ?a reacción química empie/a debido al calor# el cual es un resultado de la compresión por la onda de choque. ?a energía liberada en la reacción mantiene la onda de choque. !na característica muy importante de la detonación es que los productos de la reacción tienen inicialmente una densidad m%s alta que la sustancia sin reacción.
3.1.3 E&%!"i# ?a explosión de una sustancia explosiva es una r%pida expansión de la misma en un volumen m%s grande que su volumen original.
Fi6$a 3.1. M!"t$a#! e% &$!'e"! e et!#a'i# e 6#a 8e;'%a e&%!"ia 1uenteD )xplosives and Roc> lasting. 4tlas +oIder. ,-:O.
3.1.+ Dete$8i#a'i# e %a" P$i#'i&a%e" E'6a'i!#e" &a$a %!" C%'6%!" Te$8!i#8i'!" )s muy conocido que la velocidad de detonación es una característica constante de un explosivo en particular cuando los otros par%metros son mantenidos constantes. )sto explica que el conocimiento de la velocidad de detonación puede llevar a estimados muy exactos de la presión de detonación el cual es de particular importancia y difícil de ser medido directamente.
3.1.+.1 E'6a'i# e %a &$e"i# e et!#a'i# Consideremos una onda en el plano de detonación el cual ha sido establecido en un explosivo 5figura 9.76.
Figura 3.2. Esquema para la deducción de ecuaciones.
1uenteD 3echnology )xplosives. Pueen Qs !niversity. Canada. 7888 )l frente de la onda avan/a hacia el explosivo con una velocidad constante (. )l explosivo no detonado fluye hacia el frente de choque 44 con una velocidad constante ! S L(. ?a presión# temperatura# densidad y energía interna por unidad de masa son +,# 3,# T,# ), en todos los puntos al lado derecho comparación a los cambios que ocurren detr%s de $l. +or lo de 44. )l frente de la onda es una discontinuidad en tanto en 44 estos valores cambian a los valores +7# 37# T7# )7. )stos aUn pueden cambiar mas tarde de etapa 5explosión6. ?a velocidad aparente de la masa que va dejando el frente es L5(L!p6 donde !p es la velocidad de la partícula 5velocidad de masa6 en la /ona entre 44# # relativo a las coordenadas fijadas. *iguiendo criterios y procedimientos químicos# termodin%micos y otros tenemos que la presión de detonación est% dado porD +7ST,5(7=6 59.,6
4dem%s la presión de taladro o explosión para un explosivo completamente acoplado es la mitad de la presión de detonación. 4síD +e S +9 S+7=7 59.76
3.1.+.2 E'6a'i# e Ra#i#e6!#i!t ?a conservación de la energía es expresada mediante la siguiente ecuaciónD )7 L ), S V 5+,W+765&7 L &,6 59.96
3.1.+.3 i&te"i" e C9a&8a#J!66et ?a hipótesis de ChapmanLXouguet que dice que la velocidad de detonación es igual a la velocidad del sonido en el lugar m%s la velocidad de la partícula en el estado de detonación. +or lo tantoD &'(CX S C W !p 59.6
3.1.+.+ E'6a'i# B ?a correcta descripción de los gases de detonación es uno de los puntos clave en el c%lculo termodin%mico de explosivos. ?a ecuación de estado 5)()6 para gases ec>erL oIs>yL Jilson 5
(onde Y es una constante# y X:
vg es el volumen molar y α y θ constantes. K es un covolumen# definido comoD
(onde K es una constante# x¡ la fracción molar y k¡ el covolumen de cada especie gaseosa ?as ecuaciones anteriores permiten el c%lculo de los par%metros de la detonación en los c%lculos termodin%micos.
3.2 FISICO H >UMICA DE LOS EPLOSIVOS )n las me/clas explosivas# la liberación de la energía es optimi/ada haciendo el balance de oxígeno cero. *i un explosivo est% balanceado en oxígeno se puede expresar porD ' S '8 L 7C'7 L Z7' S 8 3ambi$n se puede expresar comoD ' S '8 L 7C8 L ,=7 Z8 (onde '8# C8 y Z8 representan el nUmero de %tomosLgramo por unidad de peso de la me/cla explosiva. ?a determinación de los atmLgr. de cada elemento servir% para determinar el calor liberado por el explosivo. )l calor de detonación puede ser determinado de la ?ey de ZessD P S [ Zf 8 5productos6 L [ Zf 8 5reactantes6 (ondeD [ Zf 8 se refiere al calor de formación en condiciones normales.
)l principio de balance de oxígeno se ilustra mejor por la reacción de las me/clas de nitrato de amonio y petróleo llamado 4"=1'. ?os efectos del contenido incorrecto de petróleo se aprecian en la tabla 9.,.
TABLA 3.1. P0$ia e e#e$(a e# e% ANFO &!$ '!#te#i! i#'!$$e't! e &et$%e!
1uenteD )xplosives and Roc> lasting. 4tlas +oIder. ,-:O.
3.3 ENERGIA DE LAS ME?CLAS EPLOSIVAS ?a energía es la característica m%s importante de una me/cla explosiva. ?a energía explosiva est% almacenada como energía química# y durante la detonación es liberada y usada en eventos como los mostrados en la tabla 9.7.
TABLA 3.2. Di"t$ib6'i# e %a e#e$(a e# ie$e#te" ee#t!"
1uenteD )xplosives and Roc> lasting# 4tlas +oIder. ,-:O. Zagan 5,-OO6 estima que el ,G de la energía total generada en la voladura es aprovechada en los mecanismos de fracturamiento y despla/amiento de la roca. *egUn Rascheff y Eoemans 5,-OO6 han establecido que la energía aprovechada varía entre el G y 8G de la energía total dependiendo del tipo y la clase de explosivo utili/ado. ?a utili/ación de la energía explosiva est% gobernada por las leyes de conservación de la energía# masa y tiempo. ?a energía de la me/cla explosiva es liberada en la roca circundante en dos formas diferentesD +resión de detonación 5energía de tensión6 que ejerce una fuer/a de fragmentación sobre la roca y la +resión de taladro 5energía de burbuja6 que se debe a la formación de gases y es causa principal del despla/amiento de la masa rocosa. ?a energía de burbuja puede ser calculada con la siguiente ecuaciónD
(ondeD )b S )nergía de burbuja +h +resión hidrost%tica t periodo de tiempo entre la pulsación del choque y la primera implosión de la burbuja# ρI densidad del agua
3.3.1 Dete$8i#a'i# e %a E#e$(a ?a energía explosiva puede ser medida o calculada para determinar su rendimiento termoquímico de la me/cla explosiva.
3.3.1.1 Mei'i# e %a E#e$(a
?a medición de la energía de una me/cla explosiva# generalmente# se reali/a por comprobación a otra de características ya conocidas. +ara esta medición se usa los m$todos siguientesD ,. )nsayo del mortero balístico. 7. )nsayo de 3rau/l en bloque de plomo. 9. )nsayo de brisance. . Concepto de potencia por peso. . )nsayo de energía de burbuja bajo el agua. )l m$todo m%s usado es el ensayo de energía de burbuja bajo el aguaN $ste es el m%s recomendable. &er figura 9.9
Fi6$a 3.3. E":6e8a &a$a %a 8ei'i# e %a e#e$(a e% e&%!"i! baj! e% a6a.
3.3.1.2 C%'6%! e %a E#e$(a
?a energía explosiva es calculada usando t$cnicas basadas en las leyes de la termodin%mica# siguiendo estrictamente principio químicos y matem%ticos. ?a nergía de los explosivos se puede expresar en g o MX=>g. !n ejemplo del c%lculo de la energía se puede ver en el 4p$ndice -., ?os valores obtenidos de esta manera representan el trabajo teórico disponible del explosivo asumiendo ,88G de eficiencia.
3.3.2 P!te#'ia e %!" E&%!"i!" ?a potencia es la medida de la cantidad de energía de un explosivo. *e expresa como potencia absoluta por peso 54J*6 y potencia absoluta por volumen 54*6. 3ambi$n se puede expresar como una comparación de la energía de un explosivo respecto al del 4"1'# el cual es tomado como el ,88G# obteni$ndose la potencia relativa por peso o la potencia relativa por volumen.
3.3.2.1 P!te#'ia Ab"!%6ta &!$ Pe"! @AS) )sta es la medida de la cantidad de energía disponible 5en calorías6# en cada gramo de explosivo. )jemploD la 4J* del 4"1' es -88 cal=g.
3.3.2.2 P!te#'ia Ab"!%6ta &!$ V!%68e# @ABS) )sta es le medida de la cantidad de energía disponible 5en calorías6 en cada centímetro cUbico de explosivo. )sto se obtiene multiplicando la 4J* por la densidad del explosivo. 4* S 4J* x Texplosivo
3.3.2.3 P!te#'ia Re%atia &!$ Pe"! @RS) )sta es la medida de la energía disponible de explosivo comparado a un peso igual de 4"1'. )sta se calcula dividiendo la 4J* del explosivo por la 4J* del 4"1' y multiplicado por ,88.
3.3.2.+ P!te#'ia Re%atia &!$ V!%68e# @RBS) )sta es la energía disponible por volumen de explosivo comparado a igual volumen de 4"1'# con una densidad de 8#: g=cc. )sto se calcula dividiendo la 4* de un explosivo por la 4* del 4"1' y multiplicado por ,88.
3.3.3 Ei'ie#'ia e %!" E&%!"i!" )ste factor es un índice del grado de aprovechamiento pr%ctico de la energía liberada por una me/cla explosiva# en relación a los par%metros termodin%micos calculados en forma teórica. ?a eficiencia total es una función de muchas variables# algunas de las cuales son internas e inherentes dentro del explosivo por la virtud de su formulación química y algunas de las cuales son externas y parte del diseño de la voladura o condiciones encontradas en el lugar. ?as variables externas que pueden afectar la eficiencia total de un explosivo incluyen# a la eficiencia de la iniciación# condiciones de agua# di%metro de carga# longitud de carga# grado de confinamiento# temperatura# efectos de la detonación de cargas explosivas adyacentes# etc.
?as mediciones de las eficiencias de los explosivos han sido desarrolladas para evaluar la potencia pr%ctica del explosivo y sugieren sus propiedades en el campo. ?a eficiencia es posible determinar empíricamente mediante la t$cnica de la \energía de burbuja\ en las
voladuras bajo el agua# y se mide como el porcentaje de energía aprovechable. Mediciones efectuadas en los )stados !nidos permiten obtener los siguientes rangos de factores de eficiencia para las distintas familias de explosivos. &er tabla 9.9.
TABLA 3.3. Ei'ie#'ia e %!" E&%!"i!"
1uenteD )xplosives and Roc> lasting. 4tlas +oIder. ,-:O.
3.3.+ Fa't!$ e E#e$(a ?a preocupación para poder cuantificar el rendimiento del explosivo utili/ado hi/o que se utilice el factor de carga. )n el factor de carga se supone que el peso del explosivo es igual a la energía explosivaN esto es incorrecto. !n >g. de dinamita# 4"=1' o emulsión# tienen rendimientos de energía diferentes. +odría ser v%lida cuando el taladro tiene un solo tipo de explosivo# @Cómo se podría expresar el factor de carga si en un taladro hubiera dos o m%s tipos de me/clas explosivasA. )sta situación justifica el uso del 14C3'R () )")RE4. Con los explosivos antiguos la energía explosiva aumentaba directamente con la densidadN pero# actualmente se puede encontrar dos tipos de explosivos con la misma densidad pero con diferentes rendimientos de energíaN ejemplo# en las emulsiones. )ntonces es necesario utili/ar el factor de energía. )l factor de nergía es un par%metro que nos permite determinar
la cantidad de energía usada para fragmentar una tonelada de mineral o un metro cUbico de material est$ril 5en el movimiento de tierras6# y se puede usar la siguiente relaciónD
3.+ CARACTERISTICAS GEOMECANICAS DEL MACI?O ROCOSO >UE TIENEN UNA INFLUENCIA DETERMINANTE EN LOS RESULTADOS DE LA VOLADURA DE ROCAS ?as propiedades del maci/o rocoso son importantes en las operaciones de perforación y voladura# por ser el medio en el que actuar% los explosivos. )xisten diferencias significativas aUn entre rocas de la misma /ona en una determinada mina por lo que necesario cuantificar algunas de sus propiedades. +or lo que en esta parte# se estudiar% las principales propiedades del maci/o rocoso.
3.+.1 P$!&ieae" F("i'! Me'#i'a" e %a" R!'a" ?as propiedades de las rocas constituyen el principal obst%culo en el camino hacia una voladura óptima. ?os materiales poseen ciertas características que son función de su origen y de los procesos geológicos posteriores que actuaron sobre ellos. )l conjunto de estos fenómenos conduce a un determinado entorno# a una litología en particular con unas heterogeneidades debido a los agregados minerales policristalinos y a las discontinuidades de la masa rocosa 5poros y fisuras6# y a una estructura geológica con un gran nUmero de discontinuidades 5planos de estratificación# fracturas# diaclasas# etc.6. )n la figura 9.# se establece la interdependencia que existe entre las propiedades de las rocas# las variables controlables y algunas de las operaciones b%sicas del ciclo minero.
+ara seleccionar la me/cla explosiva que mejor se adecue a las propiedades del maci/o rocoso es necesario definir desde el punto de vista físico y geológico. ?as propiedades físicas y mec%nicas que influyen en la reacción del maci/o rocoso a la energía producida por la detonación de un explosivo sonOD ,. (ensidad. 7. Resistencia a la compresión y tracción. 9. Módulo de ]oung. . Relación de +oisson. . Módulo de ul> o compresibilidad. ;. &elocidad de la onda longitudinal. O. +orosidad. :. 1ricción interna.
Fi6$a 3.+ I#te$a''i# e %a" &$!&ieae" e %a" $!'a" 5 a$iab%e" '!#t$!%ab%e" '!# %a" !&e$a'i!#e" 8i#e$a". 1uenteD ?ópe/ Ximeno. Manual de +erforación y &oladura.
3.+.2 Ca$a'te$("ti'a" Ge!%i'a" 5 Ge!t0'#i'a" e% K$ea e# E"t6i! 3.+.2.1 Lit!%!(a ?a voladura en /onas donde se produce un cambio litológico brusco obliga a reconsiderar el diseño# pudiendo seguir dos alternativasD )squemas iguales para los dos tipos de roca y variación de las cargas unitarias. )squemas distintos pero con igual carga por taladro.
3.+.2.2 F$a't6$a" P$eei"te#te" 3odas las rocas presentan discontinuidades# micro fisuras y macro fisuras# que influyen de manera directa en las propiedades físicas y mec%nicas de las rocas y por lo tanto en los resultados de la voladura. )n la tabla 9. se puede apreciar los tipos de discontinuidades.
TABLA 3.+. Ti&!" e i"'!#ti#6iae".
1uenteD Eeomec%nica y &oladura# Córdova Rojas (avid.
3.3.2.3 Te#"i!#e" e Ca8&! Cuando actUan las tensiones de cargas residuales# tectónicas y=o gravitacionales# el esquema de fracturas generado alrededor de los taladros puede estar influenciado por la concentración no uniforme de tensiones alrededor del mismo. )n rocas masivas homog$neas# las grietas que empie/an a propagarse radialmente desde los taladros tienden a seguir la dirección de las tensiones principales.
3.3.2.+ P$e"e#'ia e A6a ?as rocas porosas y los maci/os rocosos intensamente fracturados saturados de agua presentan habitualmente algunos problemasD B 'bligan a seleccionar explosivos no alterables por agua.
B +roducen la p$rdida de taladros por hundimientos internos. B (ificultan la perforación inclinada.
3.3.2., Te8&e$at6$a e% Ma'i;! R!'!"! ?os yacimientos que contienen piritas suelen presentar problemas de altas temperaturas de la roca por efecto de la oxidación# haciendo que los agentes explosivos del 4"1' reaccionen a partir de una temperatura de ,78^. !na recomendación general cuando se presentan estos problemas es delimitar el nUmero de taladros por voladura a fin de disminuir el tiempo que transcurre entre la carga y el disparo.
3., VARIABLES DE LA GEOMETRIA DEL DISPARO ?as condiciones particulares de cada maci/o rocoso determinar%n los detalles del diseño de voladura. ?as dimensiones principales son el burden y el espaciamiento. ?a relación de las diferentes dimensiones usadas en el diseño de la malla de perforación y voladura superficial es mostrada por una vista geom$trica en la figura 9..
3.,.1 B6$e# )l burden es la distancia perpendicular desde un taladro hasta la superficie libre m%s cercana en el momento de la detonación. )l burden se considera como el adecuado a aquel con el que se ha logrado en la producción continua los requerimientos siguientesD _ !n grado uniforme y específico de fragmentación. _ !na rotura completa del piso. _ !n lan/amiento suficiente del material.
3.,.2 E"&a'ia8ie#t! (istancia entre taladros y cargas en una fila# medida perpendicularmente hacia el burden y paralelo a la cara libre del movimiento esperado de la roca.
3.,.3 Ot$!"
)ntre otros par%metros geom$tricos importantes tenemos al di%metro de taladro que es importante para obtener una fragmentación adecuada a un costo porque permite a mayor di%metro se puede acumular` mayor cantidad de energía y generalmente# el costo de perforación y de explosivos disminuye a medida que el di%metro del taladro aumenta. 3ambi$n se considerada a la altura de banco para tener un diseño de voladura superficial satisfactorio el burden y la altura de banco deben ser compatibles. ?a altura de banco debe ser por lo menos igual a la distancia del burden y a lo m%s dos veces el burden. ?a sobre perforación se perfora debajo del nivel del piso para asegurar que la cara completa de la roca sea removida hasta los límites deseados de la excavación. ?a sobre perforación permite a la amplitud de la onda de esfuer/o estar en su m%ximo en el nivel del fondo del banco. )l taco que es la distancia entre la boca del taladro hasta la parte superior de la columna explosiva debe ser llenada con material est$ril# para dar confinamiento a los gases de la explosión y reducir el chorro de aire 5air blast6.
1igura 9. &ariables de la geometría del disparo en minería superficial
3.- CARACTERI?ACION MATEMATICA DEL MODELO DE LA POTENCIA RELATIVA POR VOLUMEN @RBS)
3.-.1 M!e%! e C$!"b5 PI#'! )n el artículo 0More +oIer to the +op2 escrito por J. Crosby y M. +inco# ambos científicos plantean un modelo matem%tico basado en la potencia relativa por volumen 5R*6# que en el caso de no cambiar el di%metro del taladro# se puede determinar nuevas dimensiones del burden y el espaciamiento# utili/ando un nuevo explosivo de una potencia relativa por volumen en particular en ve/ del explosivo en uso# pero en este caso es necesario mantener invariables las dimensiones del taco 5el volumen de explosivo es invariable6 y la sobre perforación# las nuevas dimensiones se pueden calcular con la ecuación siguienteD
(ondeD R*u S explosivo en uso. R*a S explosivo a usar. (u S dimensión en uso. (a S dimensión a usar.
3.-.2 E'6a'i# 8!ii'aa &!$ e% a6t!$ (e acuerdo a la revisión bibliogr%fica tanto nacional como extranjera# en diversos diseños de mallas de perforación y voladura# especialmente en tajos abiertos# en un mismo taladro se utili/an varios tipos de explosivos. +or ejemplo# en algunos casos los explosivos se usan como cargas de fondo y cargas de columna o en los dec> charge 5carga de explosivos por pisos con tacos intermedios6# los cuales dependen de las condiciones de campo# tipos de roca# etc.
)l modelo matem%tico planteado por Crosby y +inco no permite determinar las nuevas dimensiones del burden y espaciamiento cuando hay m%s de un tipo de explosivo dentro de los taladros# por lo que es necesaria la modificación del mismo. +ara modificar el modelo de Crosby y +inco y determinar las dimensiones del burden y espaciamiento en el caso del uso de dos o m%s tipos de explosivos y tener mejor idea del modelo matem%tico modificado se tiene en cuenta las siguientes figurasD
Fi6$a 3.- Ca8bi! e e&%!"i! e 6# "!%! ti&! e e&%!"i! a !" ti&!" @'a$a e !#! 5 'a$a e '!%68#a).
Fi6$a 3./ Ca8bi! e e&%!"i! e 6# "!%! ti&! e e&%!"i! a t$e" ti&!" e e&%!"i!" 6"a#! %!" ta'!" i#te$8ei!".
3.-.2.1 De"a$$!%%! e% 8!e%! 8ate8ti'! 8!ii'a! ConsiderandoD &e S &olumen de explosivo# y reempla/ando en la ecuación 9.;
*abiendo que al cambiar el tipo de explosivo es invariable el volumen de explosivo# hacemosD &e S &u S &a
&uS volumen de explosivo en uso &a S volumen de explosivo a usar ?uego en la ecuación 9.O
4dem%sD &e S %rea del taladro x longitud de carga &e S 4 x lc &u S 4 x lcu 59.-6 &a S 4 x lca 59.,86 (onde lcu S longitud de carga en uso lca S longitud de carga a usar 3omando en cuenta la figura 9.O donde se tiene tres tipos de explosivos# el volumen total de explosivo a usar seríaD &a S 4 x lc, W 4 x lc7 W 4 x lc9 59.,,6. 4l factori/ar la ecuación 9.,, obtenemosD &a S 4 x 5lc,W lc7 W lc96 59.,76 Reempla/ando las ecuaciones 9.- y 9.,7 en 9.:D
*implificando y sabiendo que cada tipo de explosivo tiene diferente potencia relativa por volumen 5R*6# la ecuación 9.,9 desarrollada ser%D
+or lo que para el c%lculo de nuevas dimensiones del burden y espaciamiento# en taladros en el que se va usar dos o m%s tipos de explosivos# el autor generali/a la ecuación 9.,D
(ondeD R*i S +otencia relativa de los explosivos a usar ?ci S longitud de los explosivos a usar. n S nUmero de explosivos a usar
3.-.2.2 Eje8&%!" e %a 6ti%i;a'i# e %a e'6a'i# 8!ii'aa 1. C!# !" e&%!"i!" )n este ejemplo vamos considerar que la malla de perforación y voladura 5burden x espaciamiento6 es m x ; m. *e tiene en cuenta que se va hacer un cambio de explosivo en uso que es el 4"1' que tiene una R* es ,#88 y su longitud de carga es : mN con otros dos tipos de explosivos en el que se utili/ar% como carga de fondo una emulsión cuya R* es ,#78 y la longitud de la carga es 9#88 m. *e usar% como carga de columna el explosivo 4"1' cuya R* es ,#88 y la longitud de la carga es de #88 m. )l gr%fico correspondiente se muestra en la figura 9.:.
Fi6$a 3.. Ca8bi! e e&%!"i! ANFO a !t$!" !" ti&!" e e&%!"i!".
C%'6%! e %a" #6ea" i8e#"i!#e" 6ti%i;a#! %a e'6a'i# 3.1,
)sto significa que la nueva malla de perforación y voladura al cambiar los explosivos sería #,7 m x ;#, m.
2. C!# t$e" e&%!"i!" 5 ta'!" i#te$8ei!"
)n este ejemplo tambi$n vamos considerar que la malla de perforación y voladura 5burden x espaciamiento6 es m x ; m y se reali/ar% el cambio del explosivo 4"1' con tres tipos de explosivos con la distribución mostrada en la figura 9.-.
Fi6$a 3.. Ca8bi! e e&%!"i! ANFO a !t$!" t$e" ti&!" e e&%!"i!". C%'6%! e %a" #6ea" i8e#"i!#e" 6ti%i;a#! %a e'6a'i# 3.1,
)ntonces se puede generali/ar los c%lculos para el uso de mayor cantidad de explosivos tal como se muestra en la ecuación 9.,.
3.-.2.3. E":6e8a &a$a %a e$ii'a'i# e% 8!e%! 8ate8ti'!
)l modelo matem%tico que utili/a la potencia relativa por volumen 5R*6 tendr% que ser verificado si cumple o no con los objetivos del presente trabajo de investigación# para lo cual su valide/ deber% ser comprobada con el esquema siguienteD 1fffffff cuadro
Fi6$a 3.1<. E":6e8a &a$a %a e$ii'a'i# e% 8!e%! 8ate8ti'! :6e 6ti%i;a %a &!te#'ia $e%atia &!$ !%68e# @RBS) &a$a e% i"e4! e 8a%%a" e e$!$a'i# 5 !%a6$a.
CAPITULO IV +.< APLICACIN DEL MODELO MATEMATICO >UE UTILI?A LA POTENCIA RELATIVA POR VOLUMEN @RBS) +.1 PARAMETROS DE DISEO +.1.1 B"i'!" ?os par%metros b%sicos que se toman en cuenta en el diseño de un tajo abierto se resumen en la 3abla .,.
TABLA +.1 Pa$8et$!" B"i'!" e% Taj!
+.1.2 P$i#'i&a%e" (e acuerdo a las condiciones geológico mineras del 3ajo se han determinado los par%metros geom$tricos de diseño que se resume en la 3abla .7.
TABLA +.2 Pa$8et$!" e i"e4! e% Taj!
+.2 PERFORACION = VOLADURA ?a perforación se reali/a con una perforadora ngersoll Rand (ML de 2 de di%metro# los principales par%metros de perforación y voladura se resume en la 3abla .9.
TABLA +.3. Pa$8et$!" e &e$!$a'i# 5 V!%a6$a a#te" e% 6"! e %a RBS
)laboraciónD +ropia
*e considera la densidadD (esmonte 7# 3M=m9N mineral 7# 3M=m9 y mineralLdesmonte 7#9 3M=m9.
+.3 DISEO DE LA MALLA DE PERFORACIN = VOLADURA CON EL CRITERIO RBS +.3.1. C!#i'i!#e" '6a#! "e 6"aba ANFO 4ntes de la aplicación de trabajo de investigación en una mina en el norte del país se utili/aba como explosivo de manera generali/ada el 4"1'# para lo cual se tenía en cuenta las siguientes condicionesD ,. *e preparaba el 4"1' manualmente y con las proporciones - G y ;G en peso# caso contrario se usaba .4"1' embolsado de origen nacional. 7. )l taladro cargado tenía siguientes característicasD LRoca D Mineral L(ensidad de roca
D 7# 3M=m9
L+rofundidad de taladro
D :#8 m
L4ltura de banco
D :#88 m
LMalla D urden
D #:8 m
)spaciamiento
D #8 m
L3aco
D 7#88 m
L(i%metro de perforación
D 2 5,;#8 mm.6
9. )xplosivos y accesoriosD L1anel (ual ,888 = 7 ms Looster Z(+ , D 5!bicado a 8# m del fondo6 L4"1'
L(ensidad "itrato D 8#;: g = cm9 L(ensidad como 4"1' 8#: g = cm9 L ?ongitud de carga D ;#8 m
Fi6$a +.1. E":6e8a e% 'a$6(! e% ta%a$! '!# ANFO +.3.2. C%'6%! e %a" #6ea" i8e#"i!#e" +ara el diseño de las nuevas dimensiones geom$tricas se tomar% en cuenta el 4"1' pesado 8=8 5emulsión=4"1'. ?as características de algunas combinaciones son mostradas en la 3abla ..
TABLA +.+. E#e$(a e %a" 8e;'%a" a $a#e% e% ANFO &e"a!
1uenteD 14M)*4 Zaciendo uso de las consideraciones para la aplicación de la cuación 9.;# se puede calcular las nuevas medidas del burden y el espaciamiento. *e considera un 4"1' de densidad 8#: g=cc y energía de 9#O MX=>g. )n el presente trabajo se reali/ar% el reempla/o del agente de voladura 4"1' con el 4"1' pesado# al granel# me/cla explosiva que nos permite obtener diferentes combinaciones de emulsión=4"1'# estas combinaciones depender%n del tipo de material 5desmonte# mineral# y mineralLdesmonte6 en cual se utili/ar% el 4"1' pesado. Como un ejemplo para el c%lculo de un nuevo diseño de la malla de perforación voladura se utili/a el 4"1' pesado de relación emulsión=4"1' igual a 7=O cuyo R* es ,#8O# que es el explosivo a usar y el explosivo en uso es el 4"1' cuyo R* es ,#88 por ser explosivo est%ndar. ?os c%lculos son los siguientesD
+.3.2.1 De"8!#te B6$e#
E"&a'ia8ie#t!
+.3.2.2 Mi#e$a% B6$e#
E"&a'ia8ie#t!
+.3.2.3 Mi#e$a% De"8!#te B6$e#
E"&a'ia8ie#t!
+.3.2.+ Re"68e#
*iguiendo el mismo procedimiento se puede reali/ar los c%lculos correspondientes con los explosivos de la tabla .# resultando la 3abla 3abla .# la cual es un resumen de dichos c%lculos.
TABLA TABLA +.,. Re"68e# e %a" #6ea" i8e#"i!#e" e b6$e# @B) 5 e"&a'ia8ie#t! @E)
)laboraciónD +ropia
)n la tabla anterior se observa que se puede determinar las nuevas dimensiones de burden y espaciamiento para los diferentes tipos de materiales# tomando en cuenta tambi$n los diferentes tipos de me/clas explosivas de los cuales se considera su potencia relativa por volumen 5R*6# y esto tiene como ventaja evitar las pruebas de ensayo y error# porque los valores calculados nos dan la idea de las nuevas dimensiones de la malla por el cambio de los explosivos con mayor cantidad de energía. )l cambio de 4"1' pesado en ve/ del 4"1' no solo involucra al nuev o diseño de la malla sino tambi$n el conocimiento del procedimiento correcto de su utili/ación por lo que se adjunta en el 4p$ndice -.7 el +rocedimiento para la utili/ación del material explosivo 4"1' +)*4('.
+.3.3. Ca$a'te$("ti'a" e %a" !%a6$a" e &$6eba 6ti%i;a#! ANFO &e"a! ,<,< @E86%"i!# A 5 a#!)
+ara la evaluación t$cnica se reali/ó dos pruebas de voladura. +or ra/ones pr%cticos redondeamos los valores de la malla teórica obtenida en la tabla . para un 4"1' pesado cuyo R* es ,#9 5#7- m x ;#8; m6 a los valores #98 m x ;#88 m. y se tuvo en cuenta las siguientes características. )l resumen de las características para las pruebas son las siguientesD L3ipo de roca
D Mineral 5(ensidad 7# 3M=m96.
L+rofundidad de los taladros D :#8 m L(i%metro de los taladros
D0
Lurden
D #98 m
L)spaciamiento
D ;#88 m
L3aco
D 7#88 m
LA''e"!$i!" 5 e&%!"i!" L4nfo pesado
D 8 = 8
L R*
D ,#9
L1anel (ual
D ,888 = 7 ms x , m
NONEL DUAL 1<<<2, MS 4ccesorio de &oladuraD *ensible al Eolpe 51ulminante6 Retardo *uperficial 7 M* Retardo de 1ondo ,888 M* Looster Z(+ , D 5, libra6
Fi6$a +.2. E":6e8a e 'a$6(! e% ta%a$! '!# ANFO &e"a! ,<,< Con estas mismas consideraciones se reali/o dos pruebasN la primera consistente de 77 taladros y la siguiente de 78 taladros. ?os resultados se discuten en el capítulo siguiente.
+.3.+. C%'6%! e% Fa't!$ e E#e$(a *e calcula el factor de energía de los resultados mostrados en la 3abla .. 4 manera de un ejemplo se puede trabajar con el 4"1' pesado 7=O# tiene una energía de 9#O MX=>g.N el di%metro de taladro es 2 igual a ,#;8 cm.# altura de banco : m y longitud de carga de ;# mD
De"8!#te* 3onelaje S volumen x densidad 3MS#;9 m x ;# m x :#88 m x 7#3M=m9 S ;-;#, 3M.
E#e$(a e% ANFO &e"a! e# e% ta%a$!* )nergía total S x dimetro7 x longitud de carga x densidad x energía=8 )nergia total S 5,#;8 cm67 x ;#8 m x 8#- g=cc x 9#O MX=>g=8 )nergia total S 9;-#9, MX
Fa't!$ e E#e$(a 1.). S 9;-#9, MX = ;-;#, 3M S 8#98 MX=3M Con los mismos procedimientos podemos calcular el factor de energía con los dem%s tipos de 4"1' pesado de la tabla . y presentar la 3abla .;.
TABLA +.-. Re"68e# e %!" a't!$e" e e#e$(a.
)laboraciónD +ropia Como se puede ver en la tabla anterior el factor de energía es el mejor par%metro para cuantificar el rendimiento del explosivo porque la energía del explosivo es el que fragmenta al maci/o rocoso.
+.+ CALCULO COMPUTARI?ADO DE LAS MALLAS DE PERFORACION = VOLADURA )n la revisión de programas para el diseño de las mallas de perforación y voladura tal como el X< *imblast se ha podido determinar que en el diseño de las mallas no se utili/a el criterio de la potencia relativa por volumen 5R*6# solamente se reali/a un an%lisis de la
distribución de la energía en los taladros# por lo que se propone un programa sencillo y vers%til para el c%lculo computari/ado.
+.+.1. A%!$it8! 5 ia$a8a e %6j! e% &$!$a8a +ara el desarrollo del programa se tiene en cuenta el algoritmo que es similar a la figura 9.,8.
Fi6$a +.3. Dia$a8a e F%6j! &a$a e% i"e4! e 6#a !%a6$a )l softIare se adjunta en el 4p$ndice -.9.
+.+.2. Va%ia'i# e% &$!$a8a )l programa ha sido desarrollado en &isual 1ox +ro versión ;#8. *e observa en la figura . la presentación del programa.
Fi6$a +.+. P$e"e#ta'i# e% &$!$a8a &a$a e% '%'6%! e %a 8a%%a e &e$!$a'i# 5 !%a6$a 6"a#! %a RBS Fi6$a +.,. Pa#ta%%a i#te$a'tia e% &$!$a8a 86e"t$a e% i#$e"! e at!" 5 %!" &a$8et$!" e "a%ia.
)l softIare se encuentra en la carpeta &'?. ?a validación se ha reali/ado con diversas corridas de acuerdo a los datos de ingreso requeridos y se han obtenido los resultados similares a los reali/ados manualmente# claro mayor precisión y menor tiempo de consumo. *e adjunta en la figura .; una corrida que valida las nuevas dimensiones calculadas en el trabajo de investigación. *e ajunta en el 4p$ndice -.9 algunas corridas del programa. ?os resultados se pueden contrastar con la tabla . y .;.
Fi6$a +.-. Pa#ta%%a 8!"t$a#! 6#a '!$$ia e% &$!$a8a '!# %a" #6ea" i8e#"i!#e" e% t$abaj! e i#e"tia'i# 'a8bia#! e ANFO a ANFO &e"a! e# 8i#e$a%
CAPITULO V ,.< ANALISIS 5 DISCUSION DE LOS RESULTADOS ,.1 DISCUSION TECNICA *e implementó una permanentemente supervisión del carguío al granel del 4"1' pesado en los taladros# tambi$n de los amarres de las líneas troncales y el muestreo de densidades de la me/cla explosiva. )l laboratorio químico de la mina continuamente reali/a las mediciones de las densidades de la )mulsión Matri/# de esta manera se establece un permanente control de calidad del producto a utili/ar en los disparos.
,.1.1. A#%i"i" e %!" $e"6%ta!" e %a $a8e#ta'i#D (espu$s de las pruebas de voladura se reali/ó la toma de fotografías# las fechas se pueden ver en las fotografías# de las pilas de escombros para el respectivo an%lisis granulom$trico. ?os resultados de lo anali/ado por el programa Jip 1rag se adjuntan en el 4p$ndice -.. ?uego del an%lisis del grado de fragmentación que produjo cada una de las pruebas se puede resumir y concluir en los siguientesD
,.1.1.1. A#%i"i" e %a $a8e#ta'i# e# %a PRIMERA PRUEBA @A&0#i'e .+.1) 1. Ta8a4! e %!" $a8e#t!"* 3amaño mínimo 8#88: m 3amaño m%ximo 8#7O; m
2. Di"t$ib6'i# e %!" $a8e#t!"* )l ,88 G ` a 8.98 m )l ;- G ` a 8., m )l O#9 G ` a 8.,7 m
,.1.1.2. A#%i"i" e %a $a8e#ta'i# e# %a SEGUNDA PRUEBA @A&0#i'e .+.2) 1. Ta8a4! e %!" $a8e#t!"* 3amaño mínimo 8#88; m 3amaño m%ximo 8#7, m
2. Di"t$ib6'i# e %!" $a8e#t!"* )l ,88 G ` a 8.98 m )l -8#O G ` a 8., m )l :9#8 G ` a 8.,7 m *e considera que los resultados a nivel de fragmentación son satisfactorios# particularmente en la segunda prueba porque el -8#OG de los fragmentos tienen tamaños menores a 8#, m y por lo tanto son adecuados para el proceso de lixiviación# porque para este proceso se requiere que el material fragmentado tenga tamaños reducidos. 4nteriormente cuando se usaba 4"1' la evaluación era de forma visual despu$s del disparo y de acuerdo a los ingenieros encargados de la voladura eran m%s grandes y en algunos casos tenía que reali/ase voladura secundaria para reducir el tamaño de los bancos.
,.1.2. C%'6%! e% a't!$ e e#e$(a 3omando las consideraciones de .9.9.# .9.. y la tabla . se puede determinar el factor de energía de la nueva malla# de la manera siguienteD
Mi#e$a%* 3MS#98 m x ;#88 m x :#88 m x 7#3M=m9 S ;:#O7 3M.
E#e$(a e% ANFO &e"a! e# e% ta%a$!* )nergia total S 5,#;8 cm67 x ;#8 m x ,#7: g=cc x 9#9, MX=>g=8 )nergia total S ;,#9O MX
Fa't!$ e E#e$(a 1.). S ;,#9O MX = ;:#O7 3M S 8#O,, MX=3M
,.2 DISCUSION ECONMICA Como es conocido el c%lculo de los costos de perforación y voladura mediante el m$todo manual es tedioso y complicado por lo que se ha desarrollado un programa para tal fin en la hoja electrónica )xcel# cuyos resultados para el uso de 4"1' y el 4"1' pesado 8=8 del nuevo diseño son los siguientesD
ANFO* Costo de perforación y voladura !*F=ton 8#79
A#! &e"a! ,<,< Costo de perforación y voladura !*F=ton 8#778 'bserv%ndose una reducción en los costos de perforación y voladura con el uso del 4"1' pesado 8=8. ?os c%lculos computari/ados respectivos puede observase en el 4p$ndice -..
,.3 DISCUSION ECOLOGICA )n lo que respecta a la seguridad y el medio ambiente se tiene que cada semana se debe inspeccionar que los
,.+ ANALISIS DE LOS RESULTADOS (e los resultados presentados anteriormente se puede deducir que el cambio del 4"1' +)*4(' por el 4"1' ha llevado ha obtener resultados satisfactorios en el aspecto t$cnico porque se puede apreciar que en la primera prueba el ;-G de los fragmentos tenían dimensiones menores a 8#, m y en la segunda prueba el -8#OG de los fragmentos eran
menores que dicha tamaño# los cuales son adecuado para el tratamiento por lixiviación del mineral fragmentado. Respecto a los resultados económicos la diferencia de !*F=ton es 8#8, a favor del 4"1' +)*4(' y si el movimiento de material es 9; 88 3M=día el ahorro sería de !*F ,:9 -;8. )n lo concerniente a la evaluación ecológica se tendr% que implementar un programa riguroso para las inspecciones semanales de los >its anti derrames y otros para evitar el impacto del uso del 4"1' +)*4('.
Con amor y mucho cariño aD Mi esposa *oledad 3enorio Mis hijosD +aolo 4lejandro Ren/o &íctor Eianella Claudia 4l recuerdo imperecedero de mi madre ernardina ?ara 4 mi padre 1$lix 4mes.
AGRADECIMIENTO )n primer lugar quisiera expresar mis m%s sinceros agradecimientos a la !niversidad "acional de ngeniería# institución que me acogió con los bra/os abiertos para estudiar la Maestría en la *ección +ost Erado de la 1acultad de ngeniería Eeológica Minera y MetalUrgica# y cumplir con ese sueño de mejorar mi nivel acad$mico en una universidad de prestigio. 3ambi$n el agradecimiento a todos los docentes de la Mención en ngeniería de Minas y a mis 4sesores del presente trabajo de investigación# en especial al (r. Carlos 4greda 3urriate qui$n influyó# con sus enseñan/as y consejos# a que me introdujera al fascinante mundo de la ngeniería de )xplosivos y la &oladura de Rocas# los cuales seguir$ estudiando cotidianamenteN adem%s# al M. *c. Xos$ Corimanya Mauricio por su contribución a mejorar el contenido de la presente investigación.
RESUMEN ?a tendencia a utili/ar explosivos de gran energía hace que tambi$n sea una necesidad la aplicación de nuevas t$cnicas para el diseño de mallas de perforación y voladura# por lo que en este trabajo se da a conocer la utili/ación de la potencia relativa por volumen 5R*6. )sta teoría tiene el sustento en que la energía de un explosivo comparado con la de otro explosivo es muy diferente# en el mismo volumen de un taladro# por lo que al cambiar en una mina en operación# un explosivo en uso por otro de mayor energía se tiene que tener en cuenta la diferencia en el contenido de energía de cada explosivo. )ste criterio tambi$n implica que el uso del factor de energía debe ser una herramienta cotidiana en ve/ del uso del factor de carga o factor de potencia# el cual a la fecha es utili/ada en todas las unidades mineras de nuestro país a pesar que el factor de energía tiene muchos años de vigencia en los países desarrollados porque permite cuantificar correctamente el rendimiento de la energía del explosivo. ?a potencia relativa por volumen 5R*6 permite modificar r%pidamente las dimensiones originales del burden y espaciamiento y de esta manera permite ahorrar tiempo y costo en los ensayos de prueba y error para la implementación de las nuevas dimensiones en las operaciones de perforación y voladura. )n el presente trabajo se reali/a un cambio de 4"1' a 4nfo pesado 8=8 y se determinó que se puede reducir los costos de perforación y voladura con un explosivo m%s energ$tico# así como tambi$n se mejoró la fragmentación obtenida usando 4"1'.
ABSTRACT
3he tendency to use explosive of great poIer ma>es that it is also a necessity the application of neI techniques to design the drilling patterns# because is necessary to >noI the use of the relative bul> strength 5R*6 in the present investigation. 3his theory has its base in that the energy of an explosive compared to each other is very different# in the same hole volume# that is Ihy changing in a mine operation# an explosive in use for another of more energy has to >eep in mind the difference about the energy of each explosive. 3his approach also implies that the use of the energy factor should be a daily factor instead of the use of the load factor or poIer factor# Ihich is used in most of the mining units of our country hoIever the energy factor has many years of validity in the developed countries up to date because it alloIs to quantify the yield of the energy of the explosive correctly. 3he R* alloIs to modify the original dimensions of the burden 56 and spacing 5*6 quic>ly and in this Iay it alloIs us to save time and cost in the test rehearsals and error for the implementation of the neI dimensions in the field. n the Ior> is carried out a change from 4"1' to heavy 4nfo 8=8 and it Ias determined that it can decrease the drilling and blasting costs Iith a more energetic explosive# as Iell as it improved the fragmentation obtained using 4"1'.
TABLA DE CONTENIDOS +%gina ()(C43'R4 i 4ER4()CM)"3' R)*!M)" 4*3R4C3 &
CAPITULO I
GENERALIDADES ,., 4ntecedentes , ,.7 1ormulación del problema 7 ,.9 'bjetivos 7 ,.Xustificación 9 ,. Marco teórico 9 ,.; Zipótesis ,.O Metodología del estudio ,.O., M$todo de nvestigación ,.O.7 (iseño metodológico
CAPITULO II 2.< INTRODUCCION 7., ntroducción. O
CAPITULO III 3.< ESTUDIO = ANALISIS DEL MODELO MATEMATICO >UE UTILI?A LA POTENCIA RELATIVA POR VOLUMEN @RBS) EN EL DISEO DE LAS MALLAS DE PERFORACION = VOLADURA 9., )studio ibliogr%fico ,8 9.,., Combustión o deflagración ,8 9.,.7 (etonación. ,8 9.,.9 )xplosión ,, 9.,. (eterminación de las principales ecuaciones para los c%lculos termodin%micos. ,, 9.,.., )cuación de la presión de detonación ,7 9.,..7 )cuación de Ran>ing Zugoniot ,9
9.,..9 Zipótesis de Chapman Xouguet ,9 9.,.. )cuación
9.., urden 7 ..7 )spaciamiento 7; 9..9 'tros 7; 9.; Caracteri/ación matem%tica del modelo de la potencia relativa por volumen 5R*6 7: 9.;., Modelo de Crosby K +inco 7: 9.;.7 )cuación modificada por el autor 7: 9.;.7., (esarrollo del modelo matem%tico modificado 98 9.;.7.7 )jemplos de la utili/ación de la ecuación modificada 97 9.;.7.9 )squema para la verificación del modelo matem%tico 9
CAPITULO IV +.< APLICACIN DEL MODELO MATEMATICO >UE UTILI?A LA POTENCIA RELATIVA POR VOLUMEN @RBS) ., +ar%metros de diseño 9; .,., %sicos 9; .,.7 +rincipales 9; .7 +erforación y voladura 9O .9 (iseño de la malla de perforación y voladura con el criterio R* 9: .9., Condiciones cuando se usaba 4"1' 9: .9.7 C%lculo de las nuevas dimensiones 9.9.7., (esmonte 8 .9.7.7 Mineral 8 .9.7.9 Mineral desmonte , .9.7. Resumen ,
.9.9 Características de las voladuras de prueba utili/ando 4"1' pesado 8=8 5emulsión=4"1'6 7 .9. C%lculo del factor de energía 9 . C%lculo computari/ado de las mallas de perforación y voladura .., 4lgoritmo y diagrama de flujo del programa ..7 &alidación del programa ;
CAPITULO V ,.< ANALISIS = DISCUSION DE RESULTADOS ., (iscusión t$cnica : .,., 4n%lisis de los resultados de la fragmentación : .,.,., 4n%lisis de la fragmentación en la primera prueba : .,.,.7 4n%lisis de la fragmentación en la segunda prueba .,.7 C%lculo del factor de energía .7 (iscusión económica 8 .9 (iscusión )cológica 8 . 4n%lisis de los resultados ,
CAPITULO VI -.< CONCLUSIONES CAPITULO VII /.< RECOMENDACIONES CAPITULO VIII .< BIBLIOGRAFIA CAPITULO I
.< APENDICES .1 Eje8&%! e% '%'6%! e %a e#e$(a e% ANFO. .2 P$!'ei8ie#t! &a$a 6ti%i;a'i# e% 8ate$ia% e&%!"i! H ANFO PESADO. .3 S!tQa$e. .+ Re"6%ta!" e %a" !%a6$a" e &$6eba. .+.1 P$i8e$a P$6eba. .+.2 Se6#a P$6eba. ., C%'6%! e %!" '!"t!" e &e$!$a'i# 5 !%a6$a '!# e% 6"! e% ANFO 5 e% ANFO PESADO ,<,<. INDICE DE TABLAS +%gina 9.,. +$rdida de energía en el 4"=1' por contenido incorrecto de petróleo , 9.7. (istribución de la energía en diferentes eventos ,; 9.9. )ficiencia de los )xplosivos 78 9.. 3ipos de discontinuidades. 7 ., +ar%metros b%sicos del 3ajo 9; .7 +ar%metros de diseño del 3ajo 9O .9 +ar%metros de perforación y &oladura 9O . )nergía de las me/clas a granel del 4"1' pesado 9. Resumen de las nuevas dimensiones de burden 56 y espaciamiento 5)6 , .; Resumen de los factores de energía
INDICE DE FIGURAS +%gina
9.,. Mostrando el proceso de detonación de una me/cla explosiva ,, 9.7. )squema para la deducción de ecuaciones. ,7 9.9. )squema para la medición de la energía del explosivo bajo el agua ,O 9. nteracción de las propiedades de las rocas y las variables Controlables con las operaciones mineras 79 9. &ariables de la geometría del disparo en minería superficial 7O 9.; Cambio de explosivo de un solo tipo de explosivo a dos tipos 5carga de fondo y carga de columna6 79.O Cambio de explosivo de un solo tipo de explosivo a tres tipos de explosivos usando los tacos intermedios 98 9.:. Cambio de explosivo 4"1' a otros dos tipos de explosivos 99 9.-. Cambio de explosivo 4"1' a otros tres tipos de explosivos 9 9.,8 )squema para la verificación del modelo matem%tico 9 .,. )squema del carguío del taladro con 4"1' 9.7. )squema del carguío del taladro con 4"1' pesado 8=8 9 .9 (iagrama de 1lujo para el diseño de una voladura . +resentación del programa para el c%lculo de la malla de perforación y voladura usando la R* ; .. +antalla interactiva del programa# muestra el ingreso de datos y los par%metros de salida ; .; +antalla mostrando una corrida del programa con las nuevas dimensiones del trabajo de investigación# cambiando de 4"1' a 4"1' pesado en mineral O
LISTA DE SIMBOLOS
4* +otencia absoluta por volumen MX=g=3M Z 4ltura de banco m lc ?ongitud de carga m lq ?ongitud de carga m lp ?ongitud de perforación m ls ?ongitud de sobre perforación m ' alance de oxigeno atm L gr + +resión M+a +h +resión hidrost%tica M+a P9 Calor de explosión MX=
3 3emperatura ^< t 3iempo minutos# segundos# horas !p &elocidad de la partícula m=s & &olumen m9# litros &'( &elocidad de detonación m=s &'(cj &'( en el plano Chapman L Xouguet m=s
FECA* TAJO* PRO=ECTO* SA<,<1/ BANCO* 3+< TIPO DE ROCA* MEDIA "onel dual ,888=7 ms PERFORADORA* DM+,E 7.8m 3aco +erforaciónD -#88 !*F=m 4ltura anco :#88 m *obre +erforación 8#8 m ?ong. 3aladro :#8 m
Ma%%a )spaciamientoD ;#88 m ;.m )xpl. :.m urdenD #98 m 8G=8G (ensidad Material 7# ton=m9 ooster "ro de 3aladros 78 tal (iametro de 3aladro #O pulg 8#,; 4ltura de Carga en 3aladro ;#8 m
3aco 7#88 m
-+ t!#ta% Radio de +erforación O;#97 3m=m
C!"t! Pe$!$a'i#ta% // USta% *+S8. C!"t! Pe$!$a'i#t!# <11 USt DISEO DE CARGA )xplosivoDZeavy 4nfo 8 8G 8G (ensidad 5g=cm96 ,988
PERFORACION TONELADASTALADROS* AREA DE PERFORACION = VOLADURA CALCULO DE COSTOS DE PERFORACION = VOLADURA CON ANFO PESADO Fa't!$ e P!te#'ia <22 t!# AGENTE DE VOLADURA U#i U#i. Ca#t. T!ta% US "itrato de 4monio >g. 8#88 ;O 7-#7-7 Combustible (L7 gl. 9#7, ,#878 #9; )mulsión >g. 8#9:88 O, 7;#-,7
C!"t! T!ta% E&%!"i!Ta% USta% -<,-< C!"t! E&%!"i!t!# USt!# <<3
