“DISEÑO DE UNA MALLA DE TRONADURA PARA LA PREPARACION DE UNA PISCINA DE LIXIVIACION Y EVALUACION DEL DAÑO SOBRE UNA RED PRINCIAL DE AGUA POTABLE” Eduardo Canteros Gatica, Jefe Perforación y Tronadura, EMMB. S.A. Leonardo Mercado Zamorano, Representante Técnico, Enaex S.A.
RESUMEN Debido a la holgura existente en la capacidad de tratamiento de la Planta de extracción por solventes de Empresa Minera de Mantos Blancos, acompañado de los resultados económicos favorables del proyecto de lixiviación en botaderos (Dump Leaching), la empresa asumió el compromiso de lixiviar los recursos marginales de óxidos con leyes inferiores al 0,6% de cobre soluble, ubicados en el rajo Santa Bárbara de la mina. La idea es utilizar el recurso marginal óxido existente tanto en rajo como también de los botaderos de ripios ya lixiviados y tratar el material lixiviable con el mismo tamaño que se encuentra, es decir, decir, tal como sale de la mina (Run of Mine), evitando la etapa de chancado y por lo tanto el costo asociado. La Empresa Minera de Mantos Blancos S.A. requiere para su Proyecto de Acopio de Mineral de Baja Ley la construcción de 9 piscinas de diferentes tamaños para la recolección de soluciones. La capacidad real del total de las piscinas es de 255.065 m 3, para esto es necesario remover aproximadamente 530.000 toneladas de material. Las piscinas se encuentran ubicadas al noreste de la Estación Latorre, dentro de las coordenadas N7.408.668, E396.080; N7.408.901, E396.426; N7.408.826, E396.477; N7408594, E396.130 UTM y a 160 metros de la Ruta 5 Norte. La preparación de estas piscinas es ventajoso hacerlo a través del uso de explosivos, principalmente lo que dice relación con el costo y tiempo, por esta razón fue necesario acudir a la empresa de Servicios Externos que presta funciones en la tronadura del Rajo Abierto de la mina, para que realice el diseño y la tronadura del sector. En este caso Enaex S.A. El principal problema observado en este trabajo, lo constituía el ducto de agua potable, de propiedad de Essan S.A., que abastece a la ciudad de Antofagasta, ubicado a un costado de la carretera y distante a 120 metros del lugar asignado a la piscina.
1
1.
OBJETIVOS
Los objetivos generales y específicos de este trabajo consisten en proponer un modelo de daño para este tipo de terreno, que permita evaluar las vibraciones, para posteriormente diseñar las tronaduras del sector, de manera tal de no producir daño a la tubería de Essan S.A., lo que obviamente significaría dejar sin este vital elemento a la comunidad e interrumpir algunos procesos industriales de la misma empresa minera. Para poder materializar este trabajo es necesario realizar una comparación previa entre las dos opciones viables a través de las cuales se puede realizar este proyecto, las cuales consisten en usar explosivos o realizarlo mediante la remoción del material con tractor sobre oruga, siendo las etapas de carguío y transporte común para ambas alternativas. La empresa suministradora de agua potable estaba considerando inicialmente la contratación de seguros por parte de Empresa Minera de Mantos Blancos para autorizar las tronaduras en el área, por lo que fue necesario incorporar a la Asistencia Técnica de Enaex para desarrollar el estudio, los diseños, simulación y respaldos teóricos que avalen la viabilidad de este trabajo. Por otro lado, la Supervisión del área de Perforación y Tronadura de la Empresa minera de Mantos Blancos debió capacitar y elaborar procedimientos de trabajo para el cierre de la carretera en coordinación con Carabineros de la comuna de Baquedano.
2.
DESARROLLO DEL TRABAJO
Las definiciones de los recursos en materia de carguío y transporte, son de competencia de Empresa Minera de Mantos Blancos, por lo que esta metodología se basó específicamente en lo concerniente a la tronadura y abarcó los siguientes tópicos: • Elaborar una comparación técnica económica sobre el uso de explosivos o no para la ejecución de este proyecto • La determinación de parámetros tales como Burden, espaciamiento, altura de carga y taco, a través de detonaciones individuales de 6 pozos perforados a 6 metros de profundidad y con distintas configuraciones de carga explosiva, en un sector aledaño a la futura piscina y que de acuerdo a lo informado por el Departamento de Geología, corresponde al mismo tipo de litología. • Captación de las vibraciones generadas por la detonación de los pozos anteriores, a través de un geófono triaxial de superficie, a distancias variables entre 25 y 150 metros. • Determinación del modelo de vibraciones para campo lejano con los resultados registrados por el equipo Instantell utilizado, que represente el movimiento de partícula para este tipo de terreno. • Elección del criterio de daño de la USBM, el cual establece que la velocidad de partícula debe ser menor a 20 (m/seg) (m/seg) para no causar daño a una tubería con capa interna de hormigón, siempre y cuando su frecuencia oscile entre los 4 y 10 Hz. • Simulación a través del software QED de la secuencia de salida óptima, que permita generar los menores valores de vibraciones, para una ventana de análisis de 8 ms. 2
Definición de los parámetros de perforación y tronadura tales como diagrama de perforación, carguío teórico, amarre, curvas de iso-tiempo y kilos máximos detonados por retardos. Realización de las tronaduras de acuerdo a lo diseñado, y monitoreo de cada una de ellas a través del mismo equipo Instantell y geófono triaxial de superficie. Validación del modelo teórico con los resultados finales, análisis comparativo y gráficas finales.
•
•
•
3.
ANTECEDENTES GENERALES
3.1.
INTRODUCCION
El propósito de este capítulo es evaluar preliminarmente la mejor alternativa económica y técnica para el desarrollo de este proyecto, básicamente se analizarán los costos asociados a la Perforación y Tronadura v/s Equipos de Apoyo, teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: 1. Se despreciará el costo asociado a la mano de obra, principalmente por no tratarse de un contrato diferente, sino que será utilizada la misma mano de obra de la Empresa Mandante (carguío, transporte y equipos de apoyo), como la de servicios Externos (perforación y tronadura). 2. Como el material de la piscina debe ser cargado y transportado, independiente de la forma de su remoción, el costo asociado a ambos casos es similar y poseen el mismo ponderador.
3.2.
POSICION DE LA TUBERIA CON RESPECTO A LA PISCINA
El esquema del terreno donde se realizará este trabajo, corresponde a un área aledaña a la Mina Rajo Abierto, entre el Botadero 22 y la carretera panamericana, situación que puede apreciarse globalmente en la Figura 1. E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
0 0 7 0 1
0 0 9 0 1
0 0 1 1 1
0 0 3 1 1
0 0 5 1 1
0 0 7 1 1
0 0 9 1 1
0 0 1 2 1
0 0 3 2 1
0 0 5 2 1
0 0 7 2 1
0 0 9 2 1
0 0 1 3 1
0 0 3 3 1
0 0 5 3 1
0 0 7 3 1
0 0 9 3 1
0 0 1 4 1
0 0 3 4 1
0 0 5 4 1
0 0 7 4 1
0 0 9 4 1
0 0 1 5 1
0 0 3 5 1
0 0 5 5 1
0 0 7 5 1
0 0 9 5 1
E
E
0 0 5 6 1
0 0 1 6 1
11800N
C
PUNTO CIERRETRONADURA 11600N
I C.
.
11400N
BOTADERO-974
ACOPIO DE MINERAL
B
C
DE BAJA LEY BOTADERO-994 10827.4 14871.6
D
A
34 . 5 8
5 . 3 3 8
10647.11 14345.36
B O D EG A
.0 32 8
.0 32 8
.0 32 8
0 8. 8 2
.9 4 7 82
.0 25 8
10482.96 14184.56
837.6 Z O N A D E R A M P A
CANCHA-90
2. 0 3 8
1
0 8. 8 2 .0 3 2 8
8 . 2 7 8
0 2. 83
0 2. 3 8 0 2. 3 8
. 5 0 82
25 . 8
░
PILAN
0 83 3. .0 3 2 8
. 3 0 8
.5 34 8
.5 34 8
4. 5 83 5 4. 8 3
A N S S E U A N A A G C A N I D E E S A R S E I A M R C A E U A N A Ð T I A G P C A A P A E D A O R R E I A T R E F I B E R Ð A R E C A C A I N L
A D O I O V E M L R I A R T E A M E L D T O I S O E P D
BOTADERO-905
10800N
5
5 . 3 3 8
0 3. 8 3
10600N
1 " R I L . C C . 1 R F F A 0 / A U C " / A G R O 0 1 2 E E R E D D I A E L F A R E D G U Ð E A E A C A I N D L I A R E Ð C A
0
0 . 3 2 8
A
5
5 3. 3 8
0 82 6.
. 0 32 8
0 2. 3 8
7
.5 0 8 3
5 . 3 0 8
. 6 82
. 2 6 2 6 8
9 5. 7 82
0 . 2 8 3
0 . 3 2 8
. 4 82 0 . 2 5 8
.0 25 8
. 1 2 6 8
. 6 2 5 8 8 7. 2 8
3 9 4. 2 8
6 6 82 5.
9 . 3 2 5 8
0 . 3 2 8
0 2. 3 8
0 . 2 83
863.0
0 3. 8 3
.1 9 25 8
0 2. 83
T E ST GE O IG L O S O G IA
11200N
11000N
. 5 83 0
.5 4 8 3
4 1 0. 8 3
9 8 . 2 5 8
BOTADERO -954
1075.4
1071.0
.
835
5 4. 3 8
9. 7 7 8 2
5 . 3 3 8
1076.0
B O D E G A T E S T I G O G E S O L O G I A
I .
O I D O V E M R L I A E R A T L M D E O I T S O P D E
995.8
10400N
10287.20 14384.75 974.01
RAJO SANTA BARBARA
CANCHA-80INFERIOR
10200N
10000N
CANCHA-80SUPERIOR
9800N
CANCHA-8 CANCHA-2
C A N C H A - 1 0
9600N
5 A H N C A C
2 A - 1 C H N C A
O D R A T L I F E V L A E R E D T O I S P O E D
PV109 852.9
4 2 9
C H A -6 N C CA
3 6 9
CANCHA-7
3 P
CANCHA-6B
C A N C C A H N A - C 7 H 1 A - 7 0
C-3
C A N C H A - 6 0
C A N C H A - 6 1
M 0 1
0 M 1
N 6 A C H N C A
E B T S ar r A CI O r e a A N d I M E e C N T n o e O t n c i o n
C H A N C A D O R
9400N
9200N
NOTA:
6 9 H A N C C A
9000N
07/10/99
7 T R C
COORDENADAS LOCALESMANTOS BLANCOS.-
PUNTO CIERRETRONADURA 8800N
E
NIV.850
E
E
E
0 0 3 5 1
0 0 5 5 1
0 0 7 5 1
E
E
0 0
0 0
0 0
9 5 1
1 6 1
3 6 1
8600N
EMPRESAMINERADE MANTOSBLANCOSS.A. MANTOSBLANCOS
8400N
DEPOSITO DE RELAVE FINO
PROYECTODUMPLEACH PLANO DEUBICACION 8 60.3
8200N
APROBACIONES
FIRMA
DIBUJANTE
A.A.
DEPTO. ING. MINAS
E.R.
SUPERINTENDENTE
W.J.
FECHA
NRO. PLANO
ARCHIVO:
UBICDUMP.DWG
08/11/99
ESCALA:
1:10000 8000N
FORMATO
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
0 0 5 1 1
0 0 7 1 1
0 0 9 1 1
0 0 1 2 1
0 0 3 2 1
0 0 5 2 1
0 0 7 2 1
0 0 9 2 1
0 0 1 3 1
0 0 3 3 1
0 0 5 3 1
0 0 7 3 1
0 0 9 3 1
0 0 1 4 1
0 0 3 4 1
0 0 5 4 1
0 0 7 4 1
0 0 9 4 1
0 0 1 5 1
MINAS
REVISION
FECHA NOVIEMBRE/1999
Figura 1: Ubicación de la Piscina 3
3.3.
DETERMINACION DE MALLAS DE PERFORACION Y TRONADURA
Para determinar estos parámetros fue necesario realizar un set de 6 pruebas, en un sector de características geológicas similares al de la construcción de las piscinas. Este set de pruebas consistió en tronar separadamente pozos de 6 m de profundidad con distintas configuraciones de cargas, para cuantificar en terreno la mejor opción de la malla de perforación, basado en el radio de influencia de cada detonación. De esta manera se visualiza el comportamiento del terreno frente al explosivo. El esquema utilizado y su objetivo se describen en las figuras 2 y 3.
4 m D
TACO
Pozo
6 m
2 m ANFO
Figura 2: Carguío de un pozo
D: Diámetro influencia
Figura 3: Influencia del explosivo
Los resultados obtenidos del radio de influencia (metros) y la granulometría aparente de las pruebas, se muestran en la Tabla 1.
N° Prueba 1 2 3 4 5 6
Tabla 1: Resultados Finales Después de la Tronadura. Diámetro Carga explosiva (mt) Diámetro de (pulgada) influencia (mt) 9½ 0.5 0 9½ 1.0 0 9½ 1.5 0.6 9½ 2.0 4.0 9½ 2.5 5.1 9½ 3.0 6
Granulometría (visual) No se aprecia No se aprecia No se aprecia Mala Regular Buena
Las figuras 4 y 5 presentan los resultados de las pruebas 6 y 4 respectivamente: 4
Figura 4: Resultado del Radio de Influencia de la Prueba N°6
Figura 5: Resultado del Radio de Influencia de la Prueba N°4
5
3.4.
CALCULO DE CURVAS DE ISO-ENERGIA CON SOFTWARE QED
El modelo de energía del software QED permite analizar la distribución de energía para una cantidad de tiros, asociados a un perfil de terreno (transversal o en planta) escogido por el usuario en forma gráfica. Entonces a través de modelos matemáticos estima curvas de iso-energía asociadas a la carga explosiva utilizada por pozo, visualizando en pantalla el área probable de efectividad de la configuración de carga utilizada. Para poder obtener las envolventes de las curvas de energía con relación a un pozo, es importante apreciar la escala de aplicación de los contornos de distribución de energía. A modo de ejemplo, 2 (MJ/m3) correspondiente a unos 0,5 (Kg/m 3), o de un factor de carga de 190 (gr/Ton). QED, por defecto determina las curvas de iso-energía de 32, 16, 8, 4 y 2 (MJ/m 3), en una relación de las envolventes con un factor de 1/r 3, donde r es la distancia desde el centro de la carga explosiva a cada una de las envolventes.
3.4.1. FUNDAMENTO DEL MODELO DE ENERGIA El modelo se basa en establecer a una cierta distancia la cantidad de energía inducida por la carga explosiva, ver figura 6.
T
V
P
h
H
L
r
dl
Figura 6: Geometría para la Derivada de la Densidad de la Energía Cargas Cilíndricas La densidad de energía en el punto P, según la figura anterior, localizada a una distancia h de la carga de columna, se calcula bajo la siguiente ecuación:
6
L
Eo
σ exp
*
0
Donde:
π Dp2 4 3 4 π r 3
dl
φ
: Densidad de energía (MJ/M 3)
Eo Dp
. Energía teórica explosivo (MJ/Kg) : Diámetro pozo (M) : Densidad del explosivo (Kgrs/M 3) : Longitud de carga explosiva (M) : Radio de la distancia al diferencial de la carga explosiva (M) : Distancia horizontal al punto P (M)
σexp
L r h
(1)
3.4.2 PERFILES DE CURVA DE ISOENERGÍA Como consecuencia de los resultados obtenidos, la prueba que mejor comportamiento presentó al tipo de terreno y explosivo utilizado, en términos de granulometría, fue la número 6, razón por lo cual fue simulada para cuantificar la distribución de energía, según figura 7. Al observar el perfil de la simulación de distribución de energía entregada por el software QED podemos apreciar que la curva de 2 (MJ/M 3), que es equivalente a un factor de carga de 190 (gr/ton), asumiendo que corresponde a la energía necesaria para fracturar la roca tiene un diámetro de influencia entre 7,8 y 8,2 metros.
Area influencia curva de 2 (MJ/m3) = 8 m de diámetro
Figura 7: Distribución de Energía
7
Como consecuencia del resultado en terreno y avalado por la simulación de la configuración de carga para el pozo seleccionado, se determinó la siguiente malla de perforación y carga explosiva: • • •
3.5.
Burden : 8 m. Espaciamiento : 8 m. Carga Explosiva: 50% de la longitud real del pozo.
COSTOS DE PERFORACION Y TRONADURA
Las dimensiones y los parámetros involucrados para los cálculos finales de la propuesta se muestran en la Tabla 2: Tabla 2: Características de la Piscina PARAMETRO VALOR Ancho de la Piscina Largo de la Piscina
90 metros 415 metros 37.350 metros2
Area Profundidad media
7 metros
Densidad de la roca
2,1 Tons/ M 3
Volumen
261.450 M3
Tonelaje
549.045 Toneladas
3.5.1. COSTO DE PERFORACION Como anteriormente se había definido una malla de perforación de 8 x 8 m, determinaremos el número de perforaciones necesarias a través de la relación del área total del polígono y el área de la malla asociada. Donde:
Número de tiros = Area Total / Area malla
(2)
Número de tiros = 37.350 / 64 Número de tiros = 584 Si consideramos un costo unitario de 12 (US$/m), tenemos que: Costo total perforación = (profundidad + pasadura) * N° tiros * costo unitario Costo total perforación = (7+1) * 584 * 12
COSTO TOTAL PERFORACION = 56.064 US$/PISCINA 3.5.2. COSTO DE TRONADURA Para este efecto consideraremos que cada tiro de 8 metros tiene un 50% de carga explosiva a un valor de 400 (US$/ton) y el resto corresponde al taco. 8
Explosivos = Mt. perforados*0.5*subida del explosivo en el pozo
Cantidad de explosivo Cantidad de explosivo Costo total tronadura Costo total tronadura
(3)
= 584 *8 *0.5 *36 = 84.096 kilos de Anfo = cantidad de explosivos [Kg] *precio [US$] = 84.096 *0.4
Costo Total Tronadura = 33.638 US$/Piscina Costo Total de Perforación y Tronadura = 89.702 U$S/Piscina
3.6.
ESTIMACION DEL TIEMPO TOTAL PARA CONSTRUCCION DE PISCINAS
La perforación es la operación unitaria incidente en el tiempo asociado al proyecto, para este efecto consideraremos una máquina a tiempo completo, con una disponibilidad mecánica de un 80%. El rendimiento promedio de las perforadoras para un tipo de terreno relativamente blando es de 14 (m/Hr), donde las mantenciones programadas y preventivas se realizarán mientras el personal de Enaex realiza el carguío de las tronaduras.
Tiempo estimado = Metros a perforar / Rendimiento
(4)
Tiempo estimado = (584 * 8) / 14
Tiempo Estimado = 338 horas Si consideramos un tiempo efectivo de trabajo de 6 horas/turno y 10 turnos a la semana, tendremos que el tiempo asociado mediante esta metodología es:
N° Semanas = Tiempo estimado / (Tiempo Efectivo *N° turnos)
(5)
N° de semanas = 338 / (6*10) N° de semanas = 6
3.7.
METODO ALTERNATIVO SIN USO DE EXPLOSIVOS
3.7.1. COSTO SIN USO DE EXPLOSIVOS Empresa Minera de Mantos Blancos no tiene contemplado dentro de sus actividades la utilización de equipos de apoyo para trabajos similares, por lo tanto para poder evaluar económicamente esta metodología, se utilizó solamente el rendimiento de los equipos 9
usados en Somich y que corresponde específicamente al tractor sobre orugas Caterpillar D-10N. Esta analogía se respaldó en el hecho de que la zona a evaluar corresponde a un conglomerado tipo de caliche, parecido al de la oficina Salitrera y en que Mantos Blancos posee tractores similares, modelo D-10R. Rendimiento promedio Cantidad de material a remover
= 315 (Ton/Hora) = 549.045 (Ton)
Tiempo Necesario = Cantidad a remover / Rendimiento
(6)
Tiempo necesario = 1.743 Horas El costo horario del tractor es de 78,6 (US$/Hr), por lo tanto el costo total de remover el tonelaje asociado es: Costo sin uso de Explosivos = 1.743 * 78,6
Costo sin uso de Explosivos = Tiempo necesario * Costo horario
(7)
Costo Sin Uso de Explosivos = 137.000 US$/Piscina 3.7.2. ESTIMACION DEL TIEMPO ASOCIADO SIN USO DE EXPLOSIVOS Si asumimos las mismas condiciones anteriores de 6 horas efectivas por turno y 10 turnos a la semana, tendremos el siguiente requerimiento semanal: N° de semanas = Tiempo necesario/(rendimiento turno * turnos semanales) N° de semanas = 1769 / (6*10) N° semanas = 29
3.8.
ANALISIS COMPARATIVO
En la Tabla 3 podemos apreciar una primera estimación de los costos y los tiempos involucrados en cada una de las proposiciones, siendo posible visualizarla en el gráfico 1.
Situación Con explosivos Sin explosivos
Tabla 3: Relación de Costos y Tiempo Tiempo Costo (semanas) (US$) 6 89.702 29 137.000
Es evidente que la mejor opción técnica y económica corresponde al desarrollo de la metodología de usar explosivos para su remoción, antecedentes que respaldan la necesidad de determinar un modelo de vibraciones para controlar la cantidad de explosivo a utilizar y la secuencia de salida óptima, de manera de proteger la tubería de Essan y evitar la contratación de seguros. 10
Existen además otros factores que avalan la enorme cantidad de tiempo que se puede ganar con este método, tales como: •
• •
Los contratos establecidos con otras empresas en lo que se refiere a construcción de los taludes, colocación de carpetas, sistemas de bombeos, recolección de soluciones, pruebas de recuperaciones, etc. La utilización del equipo de apoyo en operaciones netamente de la mina. Holgura adicional a los plazos establecidos para la materialización de cada una de las etapas involucradas en el proyecto. Gráfico 1: Relación de Costos y Tiempos
COSTO V/S TIEMPO 150000 $ S U
100000 50000 0 0
5
10
15
20
25
30
35
SEMANAS
4.
MODELO DE VIBRACIONES
Una de las etapas fundamentales para la realización del diseño de Perforación y Tronadura consiste en la determinación del modelo de vibraciones para campo lejano, de manera de poder tener un marco teórico referencial para la propuesta final del diseño, apoyado de alguna herramienta computacional confiable.
4.1.
METODO TRADICIONAL
La metodología utilizada para obtener el modelo consistió en captar las vibraciones generadas por la detonación de los pozos anteriores, con un geófono triaxial de superficie, a diferentes distancia y configuración de cargas explosivas. El objetivo del estudio de vibraciones fue poder obtener un modelo matemático y las frecuencias de las vibraciones del sector, a causa de la detonación de estos pozos, para después determinar la carga máxima permitida para una distancia dada y para un criterio de daño adoptado. Para determinar nuestro modelo usaremos los registros de las vibraciones captadas por los geófonos de las pruebas anteriores, las cuales se indican en la tabla 4. 11
Tabla 4: Resultados de las Vibraciones
PRUEBA EXPLOSIVO LONG TRANS
VERT
(mm/s) (mm/s) (mm/s)
VS
DISTANCIA
W
(mm/s)
m
Kg
1
ANFO
16.99
16.37
36.71
43.64
25.00
18.5
2
ANFO
11.16
2.98
6.57
13.29
50.00
34.6
3
ANFO
7.81
2.73
3.72
9.07
75.00
54.2
4
ANFO
9.67
1.98
3.35
10.42
100.00
70.3
5
ANFO
5.58
1.6
5.58
8.05
125.00
90
6
ANFO
3.84
0.5
3.84
5.45
150.00
120
Debido a que el rango de las distancias en que se colocaron los geófonos triaxiales de superficie variaron entre 25 y 150 metros, usaremos el modelo de DEVINE Y DUVALL, criterio que mejor representa el comportamiento de la vibración en campo lejano debido a que al utilizar cargas en columnas de explosivos con geometría cilíndrica, se tiene que por análisis adimensional las distancias deben ser corregidas por la raíz cuadrada de la carga, mediante la fórmula:
V = k x (D/W 1/2) Donde:
(8)
V
= Velocidad de partícula (mm/seg)
W D K
= Carga detonada en forma simultánea (Kg) = Distancia desde el punto de detonación al instrumento (m) = Constante de la roca = Pendiente
α
Aplicando logaritmo a la ecuación anterior obtenemos:
Log(V) = Log(k) + Log(D/W1/2)
(9)
Si hacemos una relación simple con respecto a la ecuación de una recta del tipo y = mx + b, y gráficamos los valores Log(D/W1/2) v/s Log(V) obtenemos las ecuaciones de nuestro modelo propuesto, gráfico 2.
Donde:
m (= α)
= Pendiente de la recta
b
= Log(k) = Intersección de la recta con el eje y
12
Log VS v/s Log (D/SQR(W)) y = -2.0953x + 3.171 R2 = 0.9061
1,80 1,64
1,60 1,40 1,20
1,12
S V 1,00 G O0,80 L
0,96
1,02
0,91 0,74
0,60 0,40 0,20 0,00 0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
Log (D/SQR(W))
Gráfico 2: Ajuste del Modelo Notas: -
Recta con un 50% de confianza y - Recta con un 85 % de confianza
Reemplazando los valores entregados por la gráfica tenemos que: m = α = 2.095 y Log (k) = b = 3.171 ; 10∧3.171 = k = 1483. Según lo anterior, el modelo de vibraciones para campo lejano obtenido fue: V = 1483 (D/ W ½) – 2.095 ; D = 25 – 150 m ; Gc = 50% V = 1910 (D/ W ½) – 2.095 ; D = 25 – 150 m ; Gc = 85% Donde :
5.
D W Gc
: Distancia al punto de medición. : Kilos máximos de explosivos por intervalo de tiempo. : Grado de confianza (%) del modelo.
CRITERIO DE DAÑO
A fin de evaluar el daño inducido en la roca a través de la vibración producida por la tronadura en el sector del Dump, se adoptará el criterio de daño de USBM 1982, que corresponde a obras civiles con hormigón, (Manual de Perforación y Voladuras de Roca, IGME, Segunda Edición, Página 477), el cual nos dice que en el punto de medición no debemos sobrepasar los 20 (mm/seg), como velocidad máxima de partícula, considerando además que la frecuencia esperada varíe entre 4 y 10 Hz, como se aprecia en la figura 8.
13
1 Hz
4 Hz
USBM (1982)
10 Hz
40 Hz
100 Hz 2.5
5
10
15 20 25
50
100
200
500
VELOCIDAD MAXIMA DE PARTICULA (mm/s)
FIGURA 8: CRITERIO DE DAÑO ADOPTADO
6.
PROPUESTA DE DISEÑO USANDO SOFTWARE QED
El modelo QED ha sido diseñado y desarrollado conjuntamente por Blastronics Pty. Ltd., Earth Technology Pty. Ltd. y the Austin Powder Company. QED es un completo programa de modelamiento de evaluación y diseño de tronaduras, que incorpora dos funciones principales: •
Diseño
•
Modelamiento:
:
Completa especificación de diseño para tronadura de superficie, brindando los beneficios de la computación al proceso de diseño de tronaduras diarias. Modelamiento para permitir la revisión de los probables efectos al cambiar variables de diseño, en términos de vibraciones, fragmentación, daño al macizo rocoso y perfil del material tronado.
El modelamiento se realiza en forma tridimensional incluyendo todas las etapas del diseño de tronadura, incluida la especificación de las mallas de perforación, la forma de cómo son cargados y la secuencia de iniciación. El software QED permite también la predicción de varios aspectos del rendimiento de la tronadura, incluida la fragmentación tridimensional, evaluación de daño y perfiles del material tronado. El modelo QED es también una excelente herramienta de capacitación para los nuevos Ingenieros de tronaduras y provee una base sólida para el diseño de tronaduras. Cabe destacar que el software QED es solamente una herramienta para ayudar a los Ingenieros experimentados en el diseño de tronaduras, siendo necesario familiarizarse 14
con los antecedentes técnicos de los distintos algoritmos utilizados en la interpretación de las predicciones del modelo. De los nueve módulos de análisis que contiene dicho software, solamente se utilizaron cuatro para los diseños propuestos, los cuales corresponden a: • File (Archivo) • Terrain (Terreno) • Feature (Líneas) • Patter (Parámetros)
6.1.
NUMERO Y SECUENCIA DE LAS TRONADURAS
Para evitar sobrepasar el criterio de daño adoptado, fue necesario simular las posibles tronaduras a realizar, de manera de cumplir con las restricciones imperantes, lo cual permitió determinar un total de 9 tronaduras, considerando los niveles de vibraciones esperadas y el ancho mínimo requerido para los equipos de carguío y transporte. El área de Ingeniería de la empresa Minera, a través de su Departamento de Topografía, hizo entrega de las líneas de diseño del sector de las piscinas, en archivos DXF, las cuales fueron utilizadas para la determinación del número y secuencia de cada tronadura, según figura 9. Figura 9: Número de Tronaduras y Secuencia de Salida
Tubería de Essan
9
8
7
6
5
4
1 2 3
De acuerdo a los datos obtenidos de las simulaciones anteriores, podemos determinar las vibraciones esperadas para cada tronadura, reemplazando los kilos máximos de explosivos por retardo y las distancias desde el punto medio de la tronadura a la tubería, según Tabla 5.
15
La siguiente es la ecuación obtenida de los monitoreos anteriores para un intervalo de confianza de un 85% y en la cual se reemplazaran los valores inferidos:
V = 1910 (D/ W ½) – 2.095
Polvorazo 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Tabla 5: Vibraciones Esperadas N° de pozos Kilos Distancia D/SQR (W) simultáneos Máximos Media (m) 2 286 167 9.87 2 286 171 10.11 2 286 202 11.94 3 429 192 9.27 3 429 208 10.04 3 429 208 10.04 3 429 208 10.04 3 429 208 10.04 2 286 181 10.70
(10)
PPV (mm/seg) 85% confianza 15.75 14.99 10.57 17.98 15.20 15.20 15.20 15.20 13.30
Los registros asociados a cada tronadura propuesta se encuentran en el Anexo N°1, donde se incluyen: 1. 2. 3. 4. 5.
Número de pozos, longitud y cantidad de explosivo teórico. Plano de perforación. Curvas de iso-tiempos. Kilos máximos por retardo. Caso más desfavorable.
7.
COSTOS REALES Y FINALES LA PREPARACIÓN DE LAS PISCINAS
7.1.
COSTO DE CARGUIO Y TRANSPORTE
Para un buen entendimiento en la estimación de los costos relacionados al carguío y el transporte del material, es necesario tener desglosados los costos asociados a cada actividad, el cual se evidencia en la Tabla 6.
ITEM COMBUSTIBLE NEUMATICOS MANTENCION ELEM. DESGASTE OTROS TOTAL
Tabla 6: Costos de Carguío y Transporte CARGADOR CAMIONES COSTO (US$/hr) % COSTO (US$/hr) 27.66 11.6 20.85 36.70 15.4 17.30 99.18 41.5 54.95 40.21 16.8 35.23 14.7 19.50 238.98 100 112.60
% 18.5 15.4 48.8 17.3 100 16
Con el apoyo de la base de datos de Dispatch, facilitado por Empresa Minera de Mantos Blancos, se pudo capturar los datos asociados al carguío y transporte del sector de la piscina, cuyo detalle se resume en la Tabla 7. Tabla 7: Carguío y Transporte
TRONADURA CAMIONADAS 84 1 100 2 99 3 285 4 543 5 566 6 606 7 589 8 196 9 TOTAL 3068
TONELAJE HORAS EFECTIVAS 14658 7.36 17234 9.35 16978 10.9 49365 23.2 94638 48.2 100265 56.6 105314 51.4 106365 47.1 35653 16.5 540470 270.61
RENDIMIENTO (Ton/Hora) 1992 1843 1558 2128 1963 1771 2049 2258 2161 1997
7.1.1. COSTO DE CARGUIO En este caso se consideran los tiempos efectivos y no los operacionales, para lo cual tenemos que:
Costo carguío = Horas Efectivas trabajadas* Costo Horario
(11)
Costo carguío = 270,61*238,98 Costo Carguío = US$ 64.670
7.1.2. COSTO DE TRANSPORTE Análogamente podemos determinar los costos asociados a la operación de transportar el material desde la piscina hasta el Botadero más cercano (1,6 kilómetros).
Costo Transporte = Horas Efectivas Trabajadas * Costo horario
(12)
Costo de transporte = 270,61*112,60 Costo de Transporte = US$ 30.470
7.2.
COSTO DE PERFORACION Y TRONADURA
Para poder cuantificar estos costos es necesario tener un resumen de los parámetros reales que se utilizaron en el desarrollo de este trabajo, los cuales son resumidos en la tabla 8. Los detalles relacionados a los consumos reales de cada una de las tronaduras, se encuentran especificadas en el Anexo N°2. 17
Tabla 8: Requerimientos Reales
TRONADURA N°TIROS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 TOTAL
20 18 18 46 92 92 92 92 48 518
KILOS METROS TONELAJE EXPLOSIVO PERFORADOS 2466 165.1 14658 3226 173.2 17234 2984 175.4 16978 7798 439.3 49365 14808 874.9 94638 15638 898.2 100265 16513 941.1 105314 15268 937.9 106365 4848 308.6 35653 83.549 4.913,7 540.470
FACTOR CARGA (Grs/Ton) 190 200 168 160 160 157 159 147 152 154,5
7.2.1. COSTO DE PERFORACION Costo Perforación = Metros Perforados * Costo por Metro
(13)
Costo de perforación = 4913,7*12 Costo de Perforación = US$ 58.964
7.2.2. COSTO DE TRONADURA De manera análoga podemos determinar el costo real del explosivo utilizado para la confección de la piscina.
Costo de Tronadura = Kilos de Explosivo * Costo del Explosivo
(14)
Costo de tronadura = 83.549*0.4 Costo de Tronadura = US$ 33.420
7.3.
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
El costo total del proyecto involucra secuencialmente los subcostos de las siguientes operaciones: • • • •
Perforación Tronadura Carguío Transporte 18
Luego el costo real del proyecto en US$, sin considerar la mano de obra, se puede resumir en: Costo Total
= Costo Perforación y Tronadura + Costo Carguío y Transporte
Costo total
= 58.964 + 33.420 + 64.670 + 30.470
Costo Total = US$ 187.524 8.
RESULTADOS OBTENIDOS Y CONCLUSIONES FINALES
8.1.
VIBRACIONES
De acuerdo al modelo de vibraciones determinado en terreno, el criterio de daño adoptado y los diseños propuestos con el apoyo del software QED, los registros de la velocidad de partícula para las vibraciones en cada una de la nueve tronaduras no deberían sobrepasar los 20 (mm/seg), sin embargo en la tronadura número 6 se sobrepasó este valor crítico, no obstante los valores asociados a sus respectivas frecuencias fueron superior a lo esperado, situación que evidencia un resultado favorable con lo programado y acorde al criterio adoptado, manteniéndose bajo la curva teórica de seguridad. Las vibraciones generadas en las tronaduras 4 y 9 no fueron registradas en el instrumento debido probablemente a problemas con las conexiones. Los resultados finales para este parámetro se detallan en la Tabla 9.
TRONADURA 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Tabla 9: Comparación de Resultados VALOR ESPERADO VALOR REAL (mm/Seg) (mm/Seg) 15,75 11,91 14,99 14,63 10,57 18,98 17,98 SIN DATO 15,20 19,47 15,20 26,3 15,20 10,23 15,20 14,6 13,30 SIN DATO
FRECUENCIA (Hertz) 9 12 21 SIN DATO 19 21 12 32 SIN DATO
Para el análisis final de las vibraciones se consideró el valor máximo de cada componente, sea esta en su componente radial, transversal o vertical, además de la frecuencia asociada a este valor, tal como lo muestra la figura 10.
19
1 Hz
825-1 (9.18;14,8.81;9,11.91;9) 825-2 (8.19;11,14.63;12,9.67;11) 825-3 (11.41;12 ,18.98;21,18.85;12) 825-4 (s/información)
4H z
SEGURIDAD
DAÑOS
825-5 (11.66;10,19.47;19,18.48;20) 825-6 (17.3;17,16.1;20,26.3;21)
10Hz
825-7 (9.78;17,10;23,12.8;12 ) 825-8 (7.62;18,14.6;32,10.5;24) 825-9 (s/información)
40Hz
100Hz 2.5
5
10
15
20 25
50
100
200
500
VELOCIDAD MAXIMA DE PARTICULA (mm/seg)
Figura 10: Resultados de las mediciones
8.2.
PARAMETROS OPERACIONALES
Los resultados obtenidos fueron similares a los valores esperados según se aprecia en la Tabla 10, sin embargo es necesario señalar que para el caso del tiempo de ejecución esperado, este se estimó sobre la base del tiempo de la perforación y el tiempo real fue cuantificado a través de los datos obtenidos por el Dispatch, es decir a través del tiempo de carguío y transporte del material tronado Debido a que los cargadores frontales y camiones de extracción usados para el desarrollo de este trabajo corresponden a parte del equipo minero asignado a las operaciones de la Mina Rajo Abierto, el tiempo real de la ejecución del proyecto fue de tres meses. Tabla 10: Resultados Operacionales PARAMETRO VALOR ESPERADO Costo Perforación (US$) 56.064 Costo Tronadura (US$) 33.638 Tiempo de Ejecución (Hr) 338 Tonelaje Total (Ton) 527.416 Consumo Explosivos (Kg) 83.632 Factor de Carga (Gr/Ton) 158.5
VALOR REAL 58.964 33.420 270,61 540.470 83.549 154.5
El costo total del proyecto, considerando las etapas de perforación, tronadura, carguío y transporte alcanzaron la suma de US$ 187.524 lo que equivale a 125 millones de 20
pesos aproximadamente, cifra relativamente baja si se considera que no se licitó la perforación ni la tronadura, ya que se ampliaron los alcances de los contratos con las dos empresas externas, manejando los mismos costos para los explosivos y metros perforados, planificando de manera conjunta los tiempos involucrados en este proyecto, sin debilitar las operaciones unitarias de la mina rajo abierto, por lo tanto tampoco existe un valor adicional en lo que se refiere a servicios de perforación y tronadura involucrados en el proyecto. En general podemos definir los siguientes comentarios finales, como conclusiones del trabajo desarrollado: •
La metodología utilizada para definir el diseño de la perforación y tronadura, así como su posterior validación a través de los monitoreos de la vibraciones generadas por las tronaduras, permitieron validar los objetivos planteados para este proyecto.
•
Esta metodología podría ser aplicada en cualquier lugar donde se requiera controlar el daño a estructuras civiles y en las cuales se utilice explosivos para su ejecución.
•
En la actualidad la piscina está recibiendo las soluciones provenientes de las primeras pilas de lixiviación de óxidos marginales y no se han presentado denuncias, por parte de la empresa abastecedora de agua potable, por algún daño a la tubería.
•
El costo de realizar el desarrollo total de este trabajo es parte de la gestión corporativa que Enaex S. A. otorga a Empresa Minera de Mantos Blancos.
21
