INGENIERÍA EN MINAS
INFORME N°1 EXTRACCIÓN MINA II
Vibraciones en minería
NOMBRES: Rodolfo Águila – Luis González CARRERA: INGENIERÍA EN MINAS ASIGNATURA: EXTRACCIÓN MINA II – 122 PROFESOR: Juan Carlos López FECHA: 27/08/2016
RESUMEN
En el siguiente informe conoceremos qué son las vibraciones en minería, su importancia en la tronadura y en la minería tanto subterránea como a rajo abierto, a su vez como se generan, como se propagan, como se analizan, sus instrumentos y equipos de medición, y como punto final mostraremos como es el modelamiento de las vibraciones, como afectan a la roca y cómo se puede disminuir su efecto en las tronaduras.
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OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS
1. Lograr entender la importancia de las vibraciones en tronadura 2. Saber y reconocer cuales son los equipos necesarios para las mediciones de vibraciones 3. Saber cuáles son los riesgos que existen en la tronadura las vibraciones 4. Conocer el modelamiento de las vibraciones y como reducir su impacto
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INTRODUCCIÓN
Desde una perspectiva meramente productiva, el éxito o fracaso de una tronadura depende en su mayor parte del cumplimiento de dos objetivos esenciales: la minimización del daño y la optimización de la fragmentación. Estos objetivos representan un cierto paradigma, ya que las medidas necesarias para lograrlos tienden a contraponerse entre ellas, lo que obliga a buscar un equilibrio que permita obtener una fragmentación adecuada, y a su vez disminuir los daños generados al talud, o a la estructura de la roca. Más aún, el cumplimiento de estos dos objetivos antes mencionados representa una condición necesaria pero no suficiente para el éxito de la tronadura, ya que en muchos casos el resultado de la misma está condicionado a la llamada temática o problemática ambiental. La misma se refiere a los efectos que tienen sobre las estructuras y los seres humanos las vibraciones, onda aérea y proyecciones inducidas por tronaduras, siendo la primera el foco de interés de este informe.
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IMPORTANCIA DE LAS VIBRACIONES INDUCIDAS POR TRONADURA
Uno de los problemas más importantes que actualmente, enfrenta la tronadura, es el tema de las vibraciones, las cuales, en algunas circunstancias,
generan
daños
estructurales
considerables
a
los
establecimientos mineros mismos y/o causan molestias a lugares poblados cercanos o daños al capital humano. Este problema se puede evitar aplicando una adecuada campaña de monitoreo y correlacionando las vibraciones medidas con el daño causado. En las tronaduras de mayor tamaño existe un correspondiente aumento en los efectos secundarios que acompañan a esta detonación, y en particular, un potencial incremento en los niveles de vibraciones sísmicas y de superficie.
Estos efectos perjudiciales de la tronadura los cuales son producidos por estas vibraciones se clasifican como efectos cercanos y lejanos.
Los efectos cercanos se refieren al resultado de la energía vibracional
que fractura y daña la pared del banco cercano a la tronadura, produciendo condiciones inestables, lo cual es particularmente perjudicial cuando la pared del yacimiento está siendo formada y/o cuando existe algún tipo de falla importante.
Los efectos lejanos producen ondas aéreas, que pueden dañar centros
habitacionales y/o a instalaciones y bienes de la mina, por ejemplo: medios de transporte chancadores, etc.
(caminos,
correas,
rieles
de
trenes),
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GENERACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LAS VIBRACIONES
Cuando se detona un explosivo en el barreno, se genera una onda de choque y altas presiones de gases que terminan fragmentando el material cercano. Las presiones decaen rápidamente con la distancia desde la carga a valores que están bajo la resistencia de compresión del medio confinado. En este punto, la energía que resta viaja a través del macizo rocoso en forma de onda de presión o de frente de choque, aproximadamente a la velocidad del sonido que se transmite en un medio rocoso. La falla por tensión ocurre cuando la onda de compresión es reflejada como una onda de tensión. A mayor distancia desde el centro de la carga, el frente de choque (o pulso de tensión), se atenúa en forma de onda oscilatoria a través de la cual las partículas de tierra se mueven a lo largo de trayectorias cíclicas. De acuerdo a lo anterior, la energía produce movimientos de partículas en el macizo rocoso, dentro de sus límites elásticos. De esta manera, después que esta energía se disuelve, el material recupera su original forma y volumen, la operación anterior es la causante de las vibraciones que se desarrollan en una
tronadura. Extracción mina II 7
Tipos de ondas Tipos de ondas Existen 2 tipos de clases de ondas que se propagan por la corteza terrestre, las ondas de tipo volumétrico y las ondas de tipo superficial.
Ondas P: Son ondas longitudinales o de compresión, las cuales son las
causales de provocar la vibración de las partículas en la misma dirección del radio de la onda, saliendo de la misma forma que las ondas sonoras.
Ondas S: Ondas transversales o
de
corte,
vibración
que de
poseen la
una
partícula
perpendicular al radio de la onda, con una velocidad inferior a las ondas P y no se propaga por
Figura 1 Componentes de vibración dentro del macizo rocoso al ser sometidos a detonaciones de una carga explosiva
fluidos.
Ondas R: o de Rayleigh, se propagan a lo largo de la superficie de la
tierra con amplitudes que van disminuyendo exponencialmente con la profundidad, transportando la mayor parte de la energía sísmica (Parecidas a las ondas que se producen cuando cae un objeto al agua) Extracción mina II 8
Ondas L: o de love, se crean por el movimiento plano horizontal de las
partículas, sin presentar un componente vertical: las 3 principales características de las vibraciones según Kramer (1996) son su amplitud, expresada en formas de desplazamientos, velocidades o aceleraciones
y
su
frecuencia
de
duración.
Al aumentar la distancia, las ondas pierden energía y pasan de mayor amplitud y menor periodo a menor amplitud y mayor periodo (Figura 2)
Figura 2
Algunos autores afirman que la velocidad máxima de vibración y los daños de estructuras, poseen una relación directa en función de las altas tenciones dinámicas que pueden alcanzar. También se afirma que las estructuras formadas por los materiales que poseen mayor impedancia tienden a sufrir más daños que otros de baja, cuando están sujetos a las mismas velocidades de vibración.
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Por ende, estos análisis de vibraciones también pueden ser cuantificados en función de la velocidad vibratoria a pesar de que existan algunos criterios establecidos en función de la aceleración.
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Influencias de las vibraciones en los campos cercanos
La vibración se puede considerar como una deformación o esfuerzo en la masa rocosa, en donde altos niveles de esta generan daño al macizo rocoso, iniciando fracturas frescas o extendiendo y dilatando las existentes.
Los niveles de esfuerzos disminuyen a medida que se alejan del pozo; en lo más cercano generan grietas nuevas, más lejos solo abren grietas ya existentes y aún más lejos solo generan deformación leve.
La deformación queda definida por los niveles peak de vibraciones o
velocidad de partícula critica (PPV) y por la velocidad de la onda P (Vp) (Figura 2)
El esfuerzo máximo antes de la falla tensión queda definido por la PPV,
el módulo de young y la velocidad de onda P (Figura 3) Para un resultado más real se debe medir vibraciones utilizando extensómetros y cámara de video dentro de la perforación, cual es la PPV a la cual se producen fracturas nuevas. Para estimar el nivel de vibración PPV a cualquier distancia X de una
tronadura que contiene un peso Wt de explosivo, se usa la ecuación escalar (Figura 4)
Figura 2 Deformación
Figura 3 Esfuerzo máximo
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Figura 4 vibración
Nivel
de
La Intensidad del daño es proporcional al PPVmax:
Dilatación de fracturas
¼ PPVmax
Grietas nuevas
PPVmax
Daño notorio
4 PPVmax
Sobre quiebre
8 PPVmax
Figura 5 Velocidad máxima de ropagación de ondas según tipo de roca
Figura 6 Esquema vibración campo cercano
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Influencias de las vibraciones en los campos lejanos
En el campo lejano la señal de vibración se verá fuertemente influenciada por las características del macizo rocoso, y principalmente por el grado de fracturamiento. Los modelos tradicionales de comportamiento tienen limitaciones:
Las cantidades máximas detonadas por intervalo, dan cierta indicación del tamaño de la tronadura, pero no dicen nada al respecto de cómo ese explosivo está distribuido en el macizo rocoso. La geometría de la carga explosiva afecta la amplitud y forma de la vibración.
Los modelos empíricos predicen sólo el nivel máximo de vibración. Dependiendo del mecanismo con que ocurra el daño, es posible que sea necesario conocer la forma de la onda de vibración y no solo su peak máximo.
Por las características propias de cualquier modelo empírico, cualquier variación en las prácticas de tronadura o condiciones del macizo rocoso, determina que deban ser re evaluadas las constantes empíricas.
Además de reducir el tamaño y mover la roca, la energía de una tronadura genera ondas sísmicas que pueden causar daños a las rocas en otras áreas, como también a instalaciones industriales y habitacionales. Las ondas de vibración pueden ocasionar un daño potencial mayor cuando su frecuencia dominante coincida con la frecuencia resonante de las estructuras, produciéndose altos factores de amplificación entre la vibración del terreno y la respuesta resultante de la estructura.
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