Voladura para Control de Pared Estado del Arte en Minería a Cielo Abierto
(Ver Referencias y Bibliografía)
Agenda
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Objetivo Conceptos Generales Teoría y Modelo de Daño Voladura Controlada Aplicaciones Prácticas en Roca Fracturada Conclusiones y Recomend Recomendaciones aciones – Bibliografí Bibliografía a y Referencias
Conceptos Generales • Se entiende por voladura controlada toda controlada toda aquélla que está diseñada para limitar los efectos sobre el entorno, entorno, ya sea tanto sobre el macizo rocoso mismo como el ambiente. • Para el control de taludes taludes interesa minimizar las alteraciones sobre el macizo, considerando tanto efectos sobre la roca (campo cercano) como la posible activación de fallas o cuñas (campo medio).
Daño a la Roca • Se considera daño a la roca la alteración indeseada de sus propiedades geomecánicas como producto del sometimiento a esfuerzos mecánicos generados generados por la voladura.
Daño... Efectos: – Fracturamiento masivo, en la zona circundante a los pozos. – Creación de nuevas fracturas – Dilatación de fracturas existentes, tanto en espesor como en longitud. – Disminución de cohesión de bloques in- situ. – Deslizamiento de cuñas. – Disminución del ángulo del talud.
Mecanismos de Daño (causas) • Fracturamiento inducido por esfuerzos (fatiga inducida) • Extensión de las fracturas • Deslizamiento provocado por Vibración • Craterización (Expansión de los Gases)
Fracturamiento inducido
Vibración = Esfuerzo Mecánico
Deformación y Vibración….
Deformación = e = f (PPV, Vp) = f ( , E)
e =
PPV V p
PPV = “Peak Particle Velocity”
s
=
E
s = resistencia a la tensión
Nivel Crítico de Vibraciones (PPVmax) Propiedades de la Voladura
Propiedades de la Roca
PPVmax
Vp =
t
E
u = 0,25
PPV max
1,2 s t
=
V p roca
Qué dice “la teoría” • El PPV crítico (“PPVmax”) es una característica de cada roca. • La intensidad del daño es proporcional a este nivel máximo de vibraciones PPV max: – Dilatación de fracturas
1/4 * PPVmax
– Aparición de nuevas grietas
1 * PPVmax
– Daño notorio u obvio
4 * PPVmax
– Sobrequiebre
8 * PPVmax (Criterio de Holmberg y Persson)
Ejemplos de Niveles Críticos
Granito Andesita Arenisca Pizarra Concreto
850 600 450 350 250
mm/s mm/s mm/s mm/s mm/s
Cálculo de PPV de una Voladura
Método convencional en base al peso de la carga Wt:
PPV
= K Wt X
y son propiedades de la roca
Vibraciones: Campos Lejano / Cercano
PPV
PPV
5
K Wt X
= K Wt X
Vibraciones en Campo Cercano
, y g son propiedades de la roca
dh
f
PPV
= K g 0
dh
R
2
R
tanf h
2
2
Contornos de Daño 1
d = 0,9 - 1,2 g/cc
Contornos de Daño 2
d = 0,4 - 0,7 g/cc
Comparación del Daño
Otras Situaciones con carga de fondo de mayor densidad
Efecto del Taco de Aire
Carga Lineal Desacoplada
de preferencia, sin taco
El daño es proporcional a la Densidad Lineal de Carga
o c a t n i s , a i c n e r e f e r p e d
Aplicaciones de Terreno 1
20
10
10
20
Aplicaciones de Terreno 2
20
10
10
20
Aplicaciones de Terreno 3
20
10
10
20
Aplicaciones de Terreno 4
20
10
10
20
Aplicaciones de Terreno 5
20
10
10
20
Comparación de Halos de Daño
Met ros 2 5 2 0 15 10 5 0 1
2
3
4
5
Caso
Costos de P & V
US$/T 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 1
2
3
4
5 Caso
Comparación de Costos
) T / $0 ,5 exp = 0,5 g/cc S U ( 0 ,4 o exp = 0,5 g/cc t s0 ,3 o exp = 1,3 g/cc C
0 ,2
exp = 1,3 g/cc
0 ,1 0 6
8
10
13
15
17
20
Radio
d el Da ñ o ( m)
Voladura Normal de Producción Cresta
Nueva Cara Transitoria
Pared Final del banco
Pata
Cresta Futura
Escala Aproximada (m) 8 15 20
6
8
8 30 60
8
5-7
Voladura Franja Final Buffer Precorte
Cresta
Pata
Pared Final del banco
Cresta Futura Piso del Siguiente Banco Escala Aproximada (m) 15 20
8
6
8
8 30 60
8
5-7
Detalle del “Trim Blasting”
Vista en Planta
Pata Cresta
Límite 1a Franja (Ambos en Diámetro Intermedio,entre 6 1/2 y 8 “, sin pasadura)
Línea de Programa
Buffer 1: Columna Completa de Anfo o Heet
Precorte: Carga Desacoplada (Enaline) en Perforación de Pequeño Diámetro
Costos Relativos
Costo Promedio (Para una Expansión de 90m)
0.5 15 - 20 m
0.3 30 -80 m
0.1
Simulación Computacional (QED®)
Fórmulas para Precorte
1
• En la práctica, para lograr buenos precortes se calcula el espaciamiento S en base a la correlación de Sutherland:
S
=
k f b fb
Du Pont recomienda usar k = 10 para la mayoría de las rocas medianamente competentes; se usa este valor en construcción de caminos (para seguridad y “cosmética”) y minería de carbón (USA). Avey recomienda k = 12, que se usa ampliamente en minería metálica.
Fórmulas para Precorte
2
• La correlación más usada en minería (no para “cosmética”) es la siguiente:
S = f b
( Pb
T )
10 T
fb=
Pb
=
110 f c1,25 exp VOD2
fc = factor de desacoplamiento en volumen
Secuencia de Iniciación del Precorte • La práctica que da mejores resultados es la iniciación “instantánea” del precorte usando cordón detonante o detonadores electrónicos. • El uso de cordón detonante en realidad significa iniciar los pozos en una secuencia lineal con un intervalo de unos 0,5 a 1 milisegundo (equivalentes a la VOD del cordón dividida por su longitud). • La teoría de fracturas nos dice que el instante óptimo para detonar una carga de la línea del precorte es aquél en el que el pozo está sometido al máximo esfuerzo mecánico (compresión / tensión) provocado por la detonación previa.
Mecanismo de creación de la fractura Distancia = S
Esfuerzo de Tensión
t = ti ti
El Frente de Ondas se desplaza a Velocidad = Vp (2,5 - 5 Km/s)
1
=
t i
S V p
Esfuerzo de Compresión
Nota: Dr.H.P. Rossmanith, E.Berger y C.Orlandi están investigando la aplicación práctica de
“Zoom” del Pozo i + 1 Zonas de máximo “factor de intensidad de esfuerzos”
Fracturas que formarán la “grieta” entre los pozos contiguos del precorte
Formación de Campos de microfracturas
Daño por Craterización
Zona Alterada (Fragmentada y con disminución de Cohesión)
Zona Esponjada (Fragmentada y Levantada)
Daño por Craterización
Zona Alterada (Fragmentada y con disminución de Cohesión)
Zona Esponjada (Fragmentada y Levantada)
Efecto Combinado
Efecto Combinado
Efecto Combinado
Acción Conjunta de las Cargas
Levantamiento de la Superficie del Banco
Pila Tronada
Banco a Tronar
Cara Libre
Conclusiones • La decisión de practicar Voladura Controlada es netamente económica. • Será conveniente cuando el valor del beneficio (aumento del ángulo de talud, mejoramiento de la seguridad del pit, etc.) sea mayor que el aumento de costo de P&V involucrado. • No tiene sentido hacer Precortes si con un diseño no adecuado de la voladura de producción destruimos más allá de la línea de programa. • ¡Precorte implica necesariamente diámetro pequeño! (Excepto que dispongamos de un método alternativo para disminuir la densidad de carga lineal) • ¡Precorte implica necesariamente desacoplamiento lineal! (Excepto que la roca presente ciertas características muy especiales que permitan otra opción) • “Trim Blasting” implica necesariamente voladura en (al menos) dos etapas. • Siempre es posible lograr un adecuado control de pared con un buen diseño, con o sin precorte, y adecuada selección de explosivos.
Recomendaciones • Antes de decidir si hacer o no Voladura Controlada, con o sin precorte, es imprescindible identificar los beneficios... – Directos... – Indirectos... – Inmediatos... – De largo Plazo... …y los costos involucrados. • Una vez tomada la decisión, “no intentar reinventar la rueda”: usar el actual Estado del Arte de nuestra Ciencia de la Voladura y la experiencia de quienes han desarrollado o aplicado tecnología de punta. • Evitar “no creer en la teoría”; generalmente esto lo hacemos por comodidad o temor al cambio.
Bibliografía y Referencias • • • •
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State of the Art on Blasting Techniques , C.K. McKenzie, Seminario Estado del Arte en Tronadura, Enaex - Austin - Blastronics, Santiago, Abril 1995. Overview of Slope Stability and Final Slope Design , J. Jones, Seminario Estado del Arte en Tronadura, Enaex - Austin - Blastronics, Santiago, Abril 1995. Blast Damage Control in Large Open Cut Mines , C.K. McKenzie, Segundo Coloquio de Tronadura a Cielo Abierto, Antofagasta, Agosto 1997. Open Pit Blast Design, Analysis and Optimization , Andrew Scott, JKRMC Monograph Series on Mining and Mineral Processing 1, The University of Queensland, Brisbane, Au, 1996. Literature Review on Application of Presplitting in Large Open Cut Mines , C.K. McKenzie, Report to Codelco Chile, División Chuquicamata, Abril 1997. Wall Control Strategies for the Chuquicamata East Wall Expansion Areas, Gideon Chitombo (JKMRC), Report for Enaex S.A. and Codelco, División Chuquicamata, Mayo 1998. Curso Fundamentos de la Fragmentación de Rocas con Explosivos - Teoría de Fracturas , H.P. Rossmanith, Institute of Mechanics, Technical University of Viena, 4 - 9 de Junio, 1996 (Enaex para Codelco Div. Chuquicamata). Tronadura Controlada de Buena Calidad , E.Berger, C.Orlandi, Convención IIMCh, Iquique, Nov. 1997. Varios Trabajos e Informes Técnicos de Enaex.
