MATERIALDEESTUDIO-PARTEI

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GEOMECANICA MINERA SUBTERRANEA MODULO VOLADURA CONTROLADA, ANALISIS VIBRACIONAL Y SISMOLOGIA APLICADA A LA ESTABILIDAD ESTABILIDAD DEL MACIZO ROCOSO EN MINERIA SUBTERRANEA Ph. D. Carlos Agreda Agreda Turria Turriate te

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INDICE 1) Geomecánica minera subterránea p cac ones ones e a geo geome mecc n ca a as oper operac ac ones ones m nera nerass subterráneas 3) Voladura controlada 4) Análisis vibracional y sismología aplicada a la estabilidad del macizo rocoso 5) Sismicidad inducida y análisis vibracional 6)In 6)Inst stru rume ment ntac ació ión n geot geotéc écni nica ca conv conven enci cion onal al y sism sismic icid idad ad inducida P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] [email protected] - Consultor Intercade

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GEOMECANICA MINERA SUBTERRANEA

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INTRODUCCION Como se sabe, una de las maneras de afectar al macizo roco rocoso so es med media iant nte e el ata ata ue mec mecán ánic ico o or acci acción ón de de una una perf perfor orad ador ora) a) y tambi también én un ataq ataque ue físico físico-q -quí uími mico co (mediante la detonación de un explosivo). Por tanto, se puede deducir que el fracturamiento del perforación y la voladura.



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GEOMECANICA MINERA SUBTERRANEA


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INTRODUCCION Como se sabe, una de las maneras de afectar al macizo roco rocoso so es med media iant nte e el ata ata ue mec mecán ánic ico o or acci acción ón de de una una perf perfor orad ador ora) a) y tambi también én un ataq ataque ue físico físico-q -quí uími mico co (mediante la detonación de un explosivo). Por tanto, se puede deducir que el fracturamiento del perforación y la voladura.



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Tambi ambién én exis existe ten n vari varios os inve invest stig igad ador ores es de este este terc tercer er milenio que han demostrado que la buena fragmentación del macizo macizo rocoso rocoso depend dependen en más de las propie propiedad dades es físico-mecánicas de las rocas que de las características del explosivo. El desarrollo del presente curso se efectuará haciendo en primer primer lugar una revisión muy sucinta sucinta de las aplicacion aplicaciones es de la geomecánica a las operaciones mineras su err err neas neas.. Luego se revisarán los conceptos fundamentales de la voladura controlada. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] [email protected] - Consultor Intercade

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Posteriormente, se desarrollarán los conceptos básicos de la voladura de rocas para luego efectuar un análisis muy com com leto leto de de las las vibr vibrac acio ione ness rodu roduci cida dass or efe efecto cto de la la voladura de rocas. Finalmente, se estudiarán y se analizarán los modelos matemáticos más representativos que se han postulado a , desest desestabi abiliz lizaci ación ón del macizo macizo rocoso rocoso,, en funció función n de la velocidad pico de partícula (PPV).



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GEOMEC ANICA A LAS GEOMECANICA OPERACIONES MINERAS SUBTERRANEAS


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INTRODUCCION En este tercer milenio, se debe tener en cuenta que para efectuar las diversas labores subterráneas en rimer lugar, se debe conocer las características geomecánicas de las rocas, los parámetros de detonación y explosión de las mezclas explosivas más usadas a nivel mundial y el diseño de dichas labores subterráneas. Al conocer las características geomecánicas del macizo rocoso se está en las siguientes condiciones:

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I.

Diseñar eficientemente las diferentes excavaciones subterráneas. II. Seleccionar un adecuado sistema de sostenimiento y, de esta manera, evitar accidentes fatales producidos pos la caída de rocas. III. Calcular el factor de seguridad (S. F). IV. Proporcionar una evaluación geomecánica global del macizo rocoso. V. Estimar la calidad del macizo rocoso y de los parámetros resistentes de las rocas: cohesión y ángulo de fricción interna ( i). P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade


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GEOMECANICA Definición

Según Bieniawski, es la ciencia e ingeniería que estudia , macizos rocosos. Este es un campo de práctica profesional e investigación que trata de lo anteriormente mencionado. La geomecánica contribuye a un número de disciplinas tales como Ingeniería de Minas, Civil, Geológica, Petrolera . diseñar y construir algunos proyectos, tales como minas, túneles, cimentaciones, estabilidad de taludes, piques, perforaciones en la búsqueda de petróleo y gas, etc. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

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La geomecánica permite mejorar ambos: el ambiente en que vivimos y la calidad de vida de los habitantes del planeta Tierra.

Objetivos  Dimensionar

y diseñar las diversas excavaciones subterráneas (túneles, galerías chimeneas, estabilidad de taludes, etc.).

 Seleccionar

los diversos sistemas de sostenimiento que deben usarse en las excavaciones subterráneas.



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CARACTERIZACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO Para utilizar el mapeo geológico y geomecánico de las , cuantificar sus efectos en el proceso de excavación de dicho macizo. A nivel mundial, existen diversos sistemas de clasificación y caracterización del macizo rocoso, pero los más usados son los si uientes: Rock

Quality Designation (RQD-Index) Rock Mass Rating System (RMRs-value) Rock Mass Quality (Q System-value) P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

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Estos sistemas han sido desarrollados principalmente para evaluar la reducción de la estabilidad de un macizo rocoso interceptado por algunos planos. Sin embargo, ellos también pueden proveer cierta ayuda rocoso durante el proceso de excavación.



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ROCK QUALITY DESIGNATION RQD El geólogo norteamericano D. Deere, que desarrollaba su trabajo profesional en el ámbito de la mecánica de rocas, postuló que la calidad estructural de un macizo rocoso pue e ser es ma a a par r e a n ormac n a a por a recuperación de testigos intactos. Sobre esta base propone el índice cuantitativo RQD (Rock Quality Designation). El RQD se define como el porcentaje de testigos recuperables con una longitud mayor o igual a 10 cm.


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RQD 



Longitud total de testigos



10cm

x100

Longitud total

Basándose en los rangos de los valores del RQD, el macizo rocoso puede ser caracterizado según la valoración siguiente: RQD (%)

Calidad de la roca

100-90

Muy buena

-

uena

75-50

Mediana

50-25

Mala

25-0

Muy mala



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En caso que no se cuente con testigos adecuados, Palmström (1982) propone que el RQD puede ser calculado, definiendo un RQD superficial según la siguiente expresión matemática: Jv: número de contactos por m 3 Jv: Jx + Jy + Jz Para Jv < 5 RQD = 100

RQD  115  3.3 x J v (%)

→

Priest y Hudson (1976) proponen el RQD, el cual puede ser

calculado usando la siguiente expresión matemática: RQD

Donde

 

 100 e  0 .1  0 .1   1 

N .º discontinuidades m



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RMR (ROCK MASS RATING) DE BIENIAWSKI 1979 Desarrollado en Sudáfrica por Z. T. Bieniaswki en 1973 y posteriormente modificado por él mismo en 1976 y en 1979. También es conocido como CSIR (South African Council for Scientific and Industrial Research) (Consejo de África del Sur para la Investigación Científica e Industrial). Actualmente, se usa la edición de 1989 que coincide sustancialmente la con de 1979. Para determinar el índice RMR de calidad de la roca, se hace uso de los parámetros del macizo rocoso que se mencionan posteriormente. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

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ROCK MASS RATING SYSTEM (RMRS) Esta caracterización ingenieril de los macizos rocosos utiliza los siguientes seis parámetros, los cuales son medibles en el campo y también pueden ser obtenidos de la base de datos (laboratorios). 1. Resistencia compresiva uniaxial del macizo rocoso (Sc) 2. Designación de calidad de roca (RQD) 3. Espaciamiento de las discontinuidades . 5. Condición de agua subterránea 6. Orientación de las discontinuidades



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Valores de los cinco parámetros que intervienen

1. Resistencia a la compresión de la roca alterada: Bieniawski emplea la clasificación de la resistencia a la compres n un ax a e a roca que proponen eere y Miller, como alternativa se podrá utilizar la “clasificación de carga de punta” para cualquier tipo de roca, excepto la muy frágil. 2. RQD: índice de calidad de la roca según Deere y Miller. 3. Espaciamiento de las discontinuidades: es decir, de las fallas, de los planos de estratificación y otros planos de debilidad. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

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4. Condiciones físicas y geométricas de las discontinuidades: este parámetro toma en cuenta la separación o abertura de las fisuras, su continuidad, la rugosidad de su superficie, el estado de las paredes (duras o blandas) y la presencia de relleno en las scont nu a es. 5. Presencia de agua subterránea: se intenta medir la influencia del flujo de las aguas subterráneas sobre la estabilidad de las excavaciones en función del caudal que existe en la excavación y, de la relación entre la principal.



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El valor del RMR se calcula de la siguiente manera: RMR  1  2  3  4  5  6

 Valor de un parámetro individual. Las siguientes clases de los macizos rocosos son definidos por el valor RMR: RMR

Clase N.º

Clasificación

100-81

I

Roca muy buena

81-60

II

Roca buena

60-41

III

Roca regular

40-21

IV

Roca pobre

< 20

V

Roca muy pobre


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COMPARACION DE LA CLASIFICACION GEOMECANICA DE BIENIAWSKI • RQD • • Resistencia a la compresión uniaxial de la roca inalterada • Distancia entre diaclasas • Orientaciones del rumbo y buzamiento • Separación de las ac asas • Continuidad de las fisuras (persistencia) • Aguas subterráneas

• Resistencia uniaxial

de

a la

la compresión roca inalterada.

. • RQD. Índice de calidad de la roca. • Distancia entre diaclasas. El término diaclasa se utiliza para toda clase de discontinuidades. • Estado de las diaclasas. Abertura de las diaclasas, continuidad, rugosidad de su superficie, estado de las paredes (duras o blandas) y presencia de relleno en las fisuras. • Aguas subterráneas. Se trata de medir la influencia del flujo de aguas subterráneas sobre la estabilidad de excavaciones.



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TABLA I 1

a a EnsayodeCargaPuntual i t c c n a t e t i (Mpa) s n i s a e c CompresiónSimple R o r

(Mpa)

Valoración RQD

2 3

4

>250

100- 250

50- 100

25- 50

5- 25 2

12

7

4

50%- 75%

25%- 50%

1- 5

<1

1

0

<25%

20

17

13

6

3

>2

0.6- 2

0.2- 0.6

0.06- 0.2

<0.06

20

15

10

8

5

Muyrugosas, Algorugosas, discontinuas, separación<1 cerradas, bordes mm,bordes sanosyduros duros

Valoración

5

1- 2

75%- 90%

Valoración

a c i t á e r f a u g A

2- 4

15

Valoración

Estadodelasdiaclasas

4- 10

90%- 100%

Separaciónentrediaclasas(m)

Valoresbajos,efectuar ensayoscompresión uniaxial

>10

Algorugosas, separación<1 mm,bordes blandos

Espejosdefalla, relleno<5mm, Relenoblando>5mm, separación1- 5 separación>5mm, mm,diaclasas diaclasascontinuas continuas

30

25

20

10

0

Caudal/ 10mdetúnel (l/min)

Nulo

<10

10- 25

25- 125

>125

Presióndeagua

0

0- 0.1

0.1- 0.2

0.2- 0.5

>0.5

Seco

Ligeramente húmedo

Húmedo

Goteando

Fluyendo

15

10

7

4

0

Estadogeneral Valoración



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CARACTERIZACION DEL MACIZO ROCOSO POR N. BARTON Este sistema es uno de los más usados en nuestro medio, debido a la interrelación con el sistema de clasificación de Bieniawski RMR S . Primero se calcula el RMRs lue o se determina el valor de Q. Un sistema estructural de macizos rocosos, orientado también a servir en la construcción de túneles, fue desarrollado por Barton, Lien y Lunden, investi adores del NGI Norwe ian Geotechnical Institute) que se basaron en extensivos estudios en macizos rocosos y un gran número de casos de estabilidad de excavaciones subterráneas. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

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El sistema propuesto considera seis parámetros para definir la calidad de un macizo rocoso, que son los siguientes: RQD Jn

: parámetro definido por Deere (1964) : número de contactos

Ja Jw SRF

: número de alteración : condición de agua subterránea : factor de reducción del esfuerzo(

stress reduction factor)

Para calcular el índice Q se usa la siguiente expresión

 RQD   J r   J w   x  x  J J SRF    n   a 

Q  



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El valor de Q puede variar aproximadamente entre 0,001 y 1000. Dentro de este rango se definen nueve calidades de roca, tal como se muestra en la tabla siguiente: Calidad de roca Extremadamente mala Muy mala Mala Regular Muy buena Extremadamente buena Excepcionalmente buena

Q . - . 0.01-0.1 0.1-1.0 1.0-4.0 4.0-10.0 . - . 40.0-100.0 100.0-400.0 400.0-1000.0



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CORRELACION ENTRE EL RQD, EL RMRS Y EL Q SYSTEM Resistencia, rigidez, tamaño del bloque, integridad estructural estabilidad, vida útil, etc. Clasificación 0.001

0

0

Barton

Bieniawski

Deere

Q

9

RMR

5

RQD

5

1000

100

100


32

COMPARACION DE LOS METODOS DE BIENIAWSKI VS. BARTON La caracterización del macizo rocoso propuesta por Bieniawski y Barton es de interés especial, puesto que incluye suficiente información para poder evaluar los parámetros del macizo rocoso que tienen influencia en la estabilidad de una excavación subterránea como en taludes en roca. Bieniaswki da más im ortancia a la orientación

a la inclinación estructural de la roca y ninguna a los esfuerzos en la roca.



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Barton no incluye o no considera el factor de la orientación

de los contactos, pero sí considera las propiedades de los sistemas de contactos más desfavorables al evaluar la rugosidad de los contactos y su grado de alteración. Ambos representan la resistencia al esfuerzo cortante del macizo rocoso. Estos dos sistemas señalan que la orientación y la inclinación de las estructuras son de menos importancia, y la diferencia entre favorable y desfavorable es adecuada ara los casos rácticos. Existen algunos materiales como la pizarra que tiene características estructurales tan importantes que tienden a dominar el comportamiento de los macizos rocosos. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

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En otros casos, grandes bloques quedan aislados por discontinuidades y causan problemas de inestabilidad durante la excavación, para estos casos los sistemas de clasificación descritos serán quizás no adecuados y se necesitarán consideraciones especiales para la relación entre la geometría del macizo rocoso y la excavación. Cuando se trata de rocas de muy mala calidad, rocas , , clasificación de Bieniaswki es poco aplicable.



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Por tanto, en este tipo de rocas extremadamente malas se recurre al sistema de Barton. Cabe enfatizar que para mayor seguridad estas caracterizaciones se deben tomar como guías y, es mejor aplicar ciencia y tecnología con modelos matemáticos.


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RECOMENDACIONES Se sabe que las diferentes caracterizaciones del macizo rocoso que existen a nivel mundial, postuladas por los versos nves ga ores, son emp r cas. or e o, se e en tomar como tal; es decir, como una guía. Estas caracterizaciones se han realizado en otros países de diferentes condiciones al Perú. debe hacerse uso de los diferentes modelos matemáticos de la investigación de operaciones y darles un cierto grado de confiabilidad. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade


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VOLADURA CONTROLADA


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20 39

VOLADURA CONTROLADA Introducción

La minería actual, para ser competitiva en el mercado mun a , se a v sto en a neces a e ncrementar su eficiencia, su incremento de tonelaje (producción a gran escala). El incremento de las profundidades de los taladros a perforar y el diámetro de estos, lo mismo que la aparición de detonación y explosión que los convencionales, han influido en la reducción de costos de operación.


40

Sin embargo, ha resultado un incremento de concentración de energía en el área del disparo, creando problemas de back break, y el sostenimiento de la roca remanente que no debe ser afectada por las ondas de choque producidas durante la detonación. Algunos investigadores plantean que debe hacerse un análisis de sensibilidad económica entre el ahorro obtenido al incrementarse el diámetro de los taladros y el costo de los diferentes sistemas de sostenimiento.



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También, plantean que la mejor solución al problema es controlar los efectos de la voladura, de manera que la resistencia inherente de las paredes de las labores mineras después del disparo no sean destruidas. Estos métodos son llamados voladuras controladas , cuyo objetivo de cada una de las técnicas es reducir y distribuir mejor las concentraciones de cargas explosivas, y así disminuir el fracturamiento y el debilitamiento de las paredes circundantes. concentración de energía producida por la detonación de una carga explosiva por pie 2 del área que conforma el perímetro de la labor minera. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

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Esta baja concentración de energía en las partes finales de las labores mineras puede conseguirse mediante

Deck loading

Detonating cord downline

Stemming Anfo Primer Stemming

Anfo

Desacoplar la carga explosiva.  Espaciar la carga explosiva. explosivos con menor  Usar energ a.  Disminuir el diámetro del taladro.  Cambiar la geometría del disparo (B y S). 

Primer Stemming Anfo

Primer Stemming Anfo

Primer



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Definición

Algunos investigadores a la voladura controlada también la , . Existen diversas definiciones como las siguientes:  Evita

daños en la roca remanente y trata de dejar una superficie rocosa competente, lisa y bien definida después de la operación minera unitaria de voladura de rocas de manera ue no se roduzca a rietamientos excesivos de la roca, lo que conlleva a mejorar su estabilidad.


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 Es

la descripción, el análisis y la discusión de una serie de técnicas que sirven para mejorar la competencia del macizo rocoso en la parte perimetral de una labor y/o excavación cualquiera.

 Es

el uso de varias técnicas para tratar de minimizar los daños producidos a la roca remanente en los límites de una labor y/o excavación, debido a la acción de la onda de choque subterránea y a las altas presiones de los gases de la explosión, generadas durante la detonación de las mezclas explosivas comerciales usadas en un disparo primario.

 También,

la definición de voladura controlada se muestra en el siguiente diagrama conceptual.



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VOLADURA CONTROLADA

Lanzamiento

Vibraciones

Cerca al perímetro (0-10 m)

Voladura lisa

Convencional con detonadores de ½ segundo

Onda de presión de aire

Polvo

Gases

Lejos del perímetro (>10 m)

Precorte

Voladura de corte con detonadores de mayor precisión

La car a ex losiva máxima por retardo determinará los daños provocados a la resistencia y a la estabilidad de la roca remanente.


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APLICACIONES DE LOS SISTEMAS DE VOLADURA CONTROLADA Los sistemas de voladura controlada pueden ser usados en los siguientes campos: Minería subterránea  Obras de ingeniería civil: construcción carreteras, trincheras para líneas ferrocarriles, reservorios, pistas, entre otras. 

de de



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VARIABLES CONTROLABLES Como ya se sabe, la voladura de rocas puede causar los siguientes tipos básicos de daños a la roca circundante de una excavación cualquiera: a os a as pare es e p nme a amen e c rcun an es (back break, over break, crest, fracture, face loose rock , entre otros).  Daños a las paredes de las labores mineras cercanas al disparo.  Daños a las construcciones o labores mineras .  Daños a las paredes de las labores mineras debido a que se ha hecho un disparo en una área cercana (cuando se dispara para excavar una área donde se va a instalar una chancadora, entre otros). P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

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Variables que se pueden controlar  Tipo

de explosivo  Densidad del explosivo  Diámetro de los taladros  Espaciamiento

(S)  Sobre perforación  Altura del collar  Altura de taco

25ms

25ms 25ms

punto de inicio

800ms

850ms

875ms 825ms

Por otro lado, el tipo de MEC a usarse, la densidad de , explosivas, el diámetro de los taladros y/o mallas de perforación y voladura (B) y (S) pueden variar para minimizar el fracturamiento hacia atrás y la presencia de rocas sueltas. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade


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EL EXPLOSIVO Una de las maneras para evaluar algunas MEC es producen en el momento de la detonación. También, se sabe que la presión máxima ejercida por la expansión de los gases provenientes de la detonación epen e e a s gu en e rmu a:

P2

 f  1 , D 


50

CALCULO DE LA PRESION DENTRO DEL TALADRO Es determinado por el Dr. Alan Bauer en la siguiente P B

 228 x10

6

 D 2     1  1 0 . 8   1  

Donde PB: presión del taladro (MPa) : densidad del ex losivo /cc D: velocidad de detonación (m/s) La presión ejercida en la roca circundante es directamente proporcional a la P B, entonces se puede disminuir la P B disminuyendo la 1 y la D de la MEC. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade


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SISTEMAS DE LA VOLADURA CONTROLADA COMUNMENTE MAS USADAS Los que más se usan en la minería nacional e internacional a. Perforación en línea (line drilling) b. Precorte (pre-splitting, pre-shearing, pre-slotting or stress relieving) c. Precorte con espaciamiento de aire (air deck presplitting) . e. Voladura lisa (smooth blasting) f. Voladura suave (cushion blasting) g. Voladura amortiguada ( buffer blasting)


52

Como se mencionó, la voladura controlada usa diversas operaciones mineras subterráneas, superficiales y obras de ingeniería civil, con el único objetivo de proteger la roca circundante a la labor que se está trabajando. En el presente curso, se estudiará principalmente la voladura controlada llamada precorte convencional y recorte, usando cámaras de aire.



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PRECORTE (Pre-splitting, pre-shearing, pre-slotting or stress relieving ) Existen varias definiciones, entre ellas tenemos las siguientes: Consiste en crear un plano de contacto o de fracturas en el macizo rocoso antes que los disparo de producción hayan sido iniciados. Esto se logrará perforando una fila de taladros generalmente de diámetros pequeños, los cuales son cargados con MEC desacopladas. e e e menc onar que a n c ac n e os a a ros e precorte puede efectuarse simultáneamente con los taladros que conforman los taladros y los disparos de producción, pero la detonación de los primeros deben ser

entre 90 a 120 m de adelanto. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

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28 55

Es perforar una fila de taladros cercanamente espaciados y con un ángulo correcto respecto del límite de la excavación planeada; dichos taladros son ligeramente cargados con MEC adecuadas y deben ser detonados instantáneamente antes que el disparo de producción se haya iniciado. Lo anterior generará una falla tensional, la cual creará una fractura entre taladro y taladro, la que permitirá la disipación de las fuerzas y la expansión de los gases que provienen del disparo de producción. Según Holmes, esta técnica es la creación en el macizo rocoso de una superficie plana o plano de cizallamiento mediante el uso controlado de las MEC y sus accesorios en taladros con un alineamiento y espaciamientos adecuados.


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El precorte convencional, como se sabe, usa cargas explosivas desacopladas y/o espaciadas. El diagrama presentado muestra una carga explosiva desacoplada.

Taco

arga esacop a a



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29 57

El siguiente diagrama conceptual muestra una carga explosiva espaciada: ST1 E1 ST2 E2 ST3 3

ST4 E4


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El diagrama conceptual muestra el enlace entre taladros producido por la acción de ciertas grietas radiales generadas por la detonación de una MEC, que ha sido cargada en una cantidad mínima en cada uno de los taladros.



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30 59

OBJETIVOS Entre los principales objetivos de esta metodología se tiene los siguientes: 

Reducir el fracturamiento hacia atrás.

 Controlar

el talud de las paredes finales del pit, de las chimeneas, de las galerías, de las canteras, de los bancos, etc.

 Aislar

el disparo de producción de la roca remanente mediante la creación de una fisura a lo largo del perímetro del dis aro. Esto se consi ue erforando una fila sim le de taladros paralelos y cercanamente espaciados ubicados en el perímetro de la excavación Luego, dichos taladros deben ser cargados y detonados adecuadamente y en forma simultánea antes de la detonación del disparo de producción, etc.


60

LA PRESION DENTRO DE LOS TALADROS (PB) Está definida como la presión máxima inicial (Pi) desarrollada dentro de los taladros por una detonación de cualquiera MEC. Según el Dr. Melvin Cook, la curva que representa a la presión y al tiempo de una MEC cualquiera en la voladura de un taladro se caracteriza por las siguientes propiedades:  La  

intensidad La presión dentro del taladro (Pb) La máxima energía disponible (MAE)



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Todas las propiedades mencionadas y las condiciones de carguío determinan qué rápidamente la presión decrece desde la presión máxima (Pi) hasta la presión efectiva final , fracturar al macizo rocoso.


62

Por la teoría termohidrodinámica, se sabe que la presión de detonación (P 2) de una MEC cualquiera está dada por lo siguiente:

P



D

P

Donde P2: presión de detonación 1: densidad de la MEC D: velocidad de detonación de la MEC W: velocidad de las partículas de los gases desarrollados por la reacción de la MEC P1: presión inicial



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Desde que la presión inicial (P1) es prácticamente despreciable, la ecuación anterior se expresa de la siguiente manera:

P



 D W

En MEC condensadas, la velocidad de las partículas (W) es aproximadamente igual a D/4, luego P 2 se determina lo siguiente: 2



 1

D

 P2 

 4 

2

 1

 4   


64

En una de sus tantas investigaciones, el Dr. Melvin Cook demostró que para la mayoría de las MEC se cumple la siguiente aproximación:

P P2



.

Donde P3 es la presión de explosión o presión adiabática, la cual puede ser definida como la presión po ca que po r a ser esarro a a por a exp os n e una MEC cualquiera a volumen constante y sin transferencias de calor a las partes circundantes del taladro. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade


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33 65

Generalmente por el factor de conversión para la presión dentro del taladro (Pb), en lb/pulg 2, y la velocidad de detonación (D), en pies/s, y 1 teniendo a será  de la siguiente forma:

Pb

 1.6857 x 10 3  D 2

Donde Pb: presión dentro del taladro (psi) : densidad de la MEC (g/cc) D: velocidad de detonación de la MEC (ft/s)


66

El Dr. Alan Bauer propone la siguiente expresión matemática para determinar la Pb. Donde : r i  r e ; r i  r h Pb

3

 1.69 x10   D

2

 r e     r h 

2.4

Donde Pb: presión dentro del taladro (psi) : densidad de la MEC (g/cc) D: velocidad de detonación de la MEC (ft/s) r e: radio de la MEC (pulg) r h: radio del taladro (pulg)



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La ecuación anterior es usada cuando la MEC no llena completamente el volumen del taladro; es decir, la MEC ha sido desacoplada. Si la columna de la MEC ha sido desacoplada y , usa algunos espaciadores, se debe usar la siguiente fórmula: 2.4 Pb

 r  1.69 x103   D 2  e  r h

 

C 

Donde C es el porcentaje de la columna de la carga explosiva total que ha sido cargada, así por ejemplo si se usa cartuchos de MEC de 12’’ y espaciadores también de 12”, entonces el valor de C será igual a 0.50. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

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El espaciamiento entre los taladros del precorte puede ser expresado matemáticamente de la siguiente manera: 2r P  T



T

Donde S: espaciamiento entre los taladros (pulg) r : radio del taladro (pulg) 2r b: diámetro del taladro en pulgadas Pb: presión dentro del taladro (psi) T: resistencia tensional de la roca (psi)



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La presión de detonación para cualquier MEC, esta dada por lo siguiente: Donde 2  D : densidad de la MEC (g/cc)

P



4

(ft/s o m/s)

Luego, P2 = 4.28 x 104 atm La presión termoquímica P TC será igual a la mitad de la presión anterior.  diámetro MEC   P pared  PTC   diámetro taladro   

2

Donde aproximadamente  =1.3


70

Diámetro de los taladros (pulg)

Espaciamiento (ft)

Carga explosiva (lb/Ft)

1.50-1.75

1.00-1.50

0.08-0.25

2.00-2.50

1.50-2.00

0.08-0.25

3.00-3.50

1.50-3.00

0.13-0.50

4.00

2.00-4.00

0.25-0.75

Tabla que muestra algunas especificaciones genéricas promedio para el precorte.



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Gráfico que muestra los rangos recomendados para los espaciamientos de los taladros como una función del diámetro de estos para el precorte. P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

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CALCULO DEL PESO DE LA MEC El peso de la carga puede ser obtenida calculando el diámetro requerido de una MEC desacoplada y , . cálculo se hace con la siguiente fórmula:

W c

 0.785 De h   

Donde Wc: peso de la MEC e

equivalente) h: longitud del taladro que podría ser cargado si una carga desacoplada distribuida fuera usada : densidad de la MEC P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade


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Diagrama conceptual que muestra un taladro cargado de acuerdo a la teoría del precorte.

Cordón

Taco Mezcla explosiva encartuchada

ESPACIAMIENTO

CORDON DETONANTE

Carga de fondo FANEL


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VENTAJAS Las ventajas importantes que ofrece esta metodología son las siguientes:  Reduce

el excesivo fracturamiento del macizo rocoso.

 Se

obtiene paredes y límites finales más limpios y estables.

 Se

necesita perforar menos taladros que son necesarios cuando se usan otras metodologías de voladura controlada.

 Se

reduce el nivel de vibraciones producidos por la detonación del disparo de producción.



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 Los

espaciamientos entre los taladros de la fila del precorte son menores que los que se usan por otras .  Los costos de perforación serán menores en $/Tm perforado.  No es necesario volver a disparar en taludes y/o paredes después de haber efectuado la primera excavación. el precorte, se han obtenido buenos resultados, aun en macizos rocosos muy fracturados e incompetentes.


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DESVENTAJAS Las desventajas más saltantes de esta técnica son las siguientes: 

La erforación de los taladros ue conforman la fila del precorte debe ser efectuada con mucho cuidado, y ellos deben estar muy bien alineados. Por tanto, esta operación es lenta y costosa.



El carguío de los taladros de la fila del precorte toma mayor tiempo que el carguío de los taladros de .



Los resultados del precorte son muy difíciles de determinar hasta que la excavación principal sea completada hasta las paredes finales.



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Desde que el precorte es generalmente efectuado antes que los disparos de producción, no es posible tener un conocimiento cabal de las condiciones locales de la roca que recién se conocerán después de efectuarse los disparos de producción correspondientes.  Se requiere mayor perforación que en la técnica de voladura controlada lisa o uniforme ( smooth blasting).  El precorte produce un nivel de vibraciones mayor y una mayor intensidad de ruido que el que se produce con la voladura lisa o uniforme. 


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CHUQUICAMATA (INTERIOR DE LA MINA)



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