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METODO VCR (VERTICAL CRATER RETRIED) Profesor: Juan Eugenio Monsalve
Kevin Alfonso, Oscar Cuello, Stiven Espinoza, Kevin Guao, Yesith Medina, Edwin Villadiego.
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Contenido 1. 2. 3. 4.
Introducción Objetivos Generalidades del método VCR Fundamentos teóricos 4.1 Antecedentes generales 4.2 Voladura tipo cráter 4.3 Teoría del cráter 4.4 Pruebas de los cráteres 4.5 Descripción de la prueba de los cráteres 4.5.1 Análisis de las características de las mezclas explosivas comerciales 4.5.2 Elección del diámetro de los taladros 4.5.3 Determinación de la cantidad de explosivo 4.5.4 Profundidad de los taladros 4.5.5 Numero de taladros en una prueba 5. Preparación y minado 6. Perforación y voladura 6.1 Perforación 6.2 Voladura 7. Sostenimiento 8. Cargue y transporte 9. Maquinaria 10. Otras variables del VCR 10.1 Seguridad 10.2 Longitud del desarrollo con el método VCR 10.3 Flexibilidad en cuanto a cambio de rumbo e inclinación 11. Algunas minas que actualmente aplican VCR Conclusiones Referencias
1. Introducción El método de explotación minera VCR (Vertical Crater Retreat) o cráteres verticales de retroceso, fue desarrollado por la compañía INCO y la CIL en Canadá. Con el objetivo de mejorar la producción de mineral, ya que en los métodos que tenían disponibles en el momento no les permitían una buena producción. El VCR se fundamenta en las teorías del Sr. CW Livingston y fue utilizado por primera vez en la mina Levack en 1974 en Ontario. El interés por las técnicas se extendió rápidamente en todo el mundo ya que se vio que generaba grandes beneficios para la productividad. El Método es un derivativo de Longhole open Stoping; el macizo o sección a ser trabajado debe tener características aproximadamente homogéneas en la roc a para que el método sea efectivo. Hoy en día, el VCR es un método de extracción establecido, que se utiliza en minas en todo el mundo para la construcción de chimeneas y apiques.
2. Objetivos generales
Conocer las generalidades del método VCR y las ventajas y desventajas que este puede tener al ser comparado con otros métodos de explotación. Estudiar la fundamentación teórica y matemática de la teoría de cráteres en la que se apoya el método de extracción VCR Hacer una revisión de las técnicas, operaciones y equipos que son necesarios para llevar a cabo una explotación mediante el método VCR
3. Generalidades del método VCR Cuando se diseña una voladura convencional en un banco a cielo abierto, se calcula el burden adecuado para que el explosivo al detonar, dirija la roca hacia la cara libre; cuando el burden es mal calculado o no es el adecuado, sucede que la energía del explosivo no es capaz de dirigir la roca hacia la cara libre sino que se disipa por la parte superior causando entre otros efectos un cráter; este es un efecto indeseado en voladuras convencionales sin embargo es precisamente lo que se busca en una voladura en una operación VCR. Este método de minado se basa en la teoría de los cráteres y consiste, en producir el arranque del material mediante cargas esféricas. Estas cargas deben ubicarse en taladros verticales o inclinados a una distancia adecuada de la cara libre. Este método utiliza taladros de gran diámetro per forados desde un nivel superior en toda la longitud de la chimenea, los taladros se cargan y se detonan por secciones, avanzando desde el nivel inferior hacia el nivel superior. Para la poder aplicar el método VCR, es necesario garantizar la operatividad del equipo DTH o de equipos de similares características. Las condiciones que debe tener el yacimiento para la aplicación del método son que debe ser un yacimiento de regular potencia y de gran buzamiento
Figura 1 Chimenea obtenida usando el método del VCR
4. Fundamentos teóricos 4.1 Antecedentes generales El concepto y desarrollo de las voladuras llamadas pruebas de los cráteres atribuido a C.W. Livingston (1956), permitió hace unos años iniciar una nueva línea de estudio para el mejor entendimiento del fenómeno de las voladuras y la caracterización de los explosivos. Posteriormente, Bauer (1961), Grant (1964) y Lang (1976) entre otros, ampliaron el campo de aplicación de esta teoría convirtiéndola en una herramienta básica de estudio. Lo que ha pe rmitido el desarrollo de nuevos métodos de explotación de caserones, recuperación de pilares y construcción de chimeneas. El método V.C.R. es la aplicación de los principios de la voladura esférica al arranque de mineral en minería subterránea. El arranque se consigue detonando la parte inferior
de los taladros, aprovechando las características de fracturamiento de cargas esféricas y avanzando hacia arriba en etapas sucesivas.
4.2 Voladura tipo cráter Básicamente consiste en una carga esférica detonada en un taladro perforado en un sector donde no existía una segunda cara libre, a una distancia mayor que su radio de influencia.
Figura 4. Voladura tipo cráter
Figura 5. Mecanismo de acción de u na carga esférica
4.3 Teoría del cráter Livingston inició una investigación destinada a establecer el efecto que produce una determinada carga esférica a profundidades crecientes en una determinada formación, observando que a medida que se aumentaba la profundidad se incrementaba el volumen del cráter de roca fracturada hasta alcanzar un máximo denominada “ Profundidad óptima” (Do), para luego comenzar a disminuir hasta que a una profundidad mínima que llamo “ Profundidad critica” (N), no se produce fracturamiento en la superficie. A la relación entre estos dos parámetros los denominó “Coeficiente de profundidad Optima” (∆o) ∆o = Do / N
También estableció que el volumen de roca fracturado es proporcional a la energía entregada por el explosivo, y que esta relación e s profundamente afectada por la ubicación de la carga r especto a la superficie.
Figura 6. Parámetros de la teoría del cráter
4.4 Prueba de los cráteres Antes de introducir en extenso el método VCR es necesario realizar pruebas de un disparo piloto para recopilar información sobre el comportamiento de los explosivos en el o los tipos de roca del yacimiento. Debido a que existe un factor (E) que es una constante adimensional que depende de las propiedades del explosivo y del tipo de roca, e s conveniente analizar el explosivo a utilizar
4.5 Descripción de las pruebas de los cráteres A continuación, se detallan los pasos a seguir para realizar pruebas de cráter y la utilización de los datos obtenidos para realizar el cálculo y diseño de la malla de perforación VCR
4.5.1 Análisis de las características de las mezclas explosivas comerciales. La elección de un explosivo dependerá de la resistencia al agua, velocidad de detonación, energía, densidad, posibilidad de ocupar completamente la sección transversal del taladro, costo, etc. A manera de ejemplo se expondrán las ventajas y desventajas del Anfo y de la Emulsión, por ser explosivos utilizados en este método.
Anfo: Ventajas:
Económico Muy eficientes: Usados adecuadamente pueden ser tan buenos o mejores que las dinamitas. Muy seguros: son tan insensibles que ni un fulminante es capaz de iniciarlo, y si apareciera mezclado con la roca, bastaría regarlo abundantemente para disolverlo. Puede fabricarse en el momento de cargar los taladros: esto significa que los ingredientes son llevados separadamente al frente, y como ninguno de ellos es explosivo en sí, sus costos de manipulación, almacenamiento, carguío y transporte resultan relativamente bajos, porque no están sujeto a las restricciones propias de las mezclas explosivas.
Desventajas:
No tienen resistencia al agua. El mezclado en mina no siempre es eficiente: es difícil aplicar un método estándar debido a las limitantes de un trabajo artesanal, con variadas condiciones de equipamiento y preparación del personal, especialmente en las minas pequeñas.
Emulsión: Ventajas:
Menor costo: sus materias primas como el nitrato de amonio, el agua y los reductores son baratos. Proporciona una gran gama de densidades: que va de 1 a 1,45 gr / cc, facilitando la obtención de variadas concentraciones de energía a lo largo de la columna explosiva. Elevadas energías: producto de sus velocidades que fluctúan entre 4.000 a 5.000 m/seg, bastante independiente del diámetro del producto encartuchado. Muy buena resistencia al agua: debido a la excelente protección que proporciona la película continua de aceite reductor en torno de las micro gotas de solución oxidante, contra la acción lixiviadora del agua subterránea. Mínimo riesgo en su fabricación y manipulación: esto se debe a que ninguno de sus ingredientes es un explosivo en sí, los procedimientos de fabricación son sencillos y sin complicaciones y las mezclas explosivas resultantes, con excepción de las de pequeño
diámetro, son altamente insensibles, requiriéndose un impulso muy fuerte para su iniciación.
Facilidad de utilizar camiones fábrica: esto elimina prácticamente la necesidad de tener polvorines para almacenar altos explosivos en espera de ser utilizados en faena, disminuyendo las inversiones iniciales y los posteriores gastos de mantención de los polvorines.
Desventajas.
Fuerte influencia de las bajas temperaturas: esto es especialmente importante cuando se utilizan emulsiones baratas, pero con una baja resistencia al frío en formaciones muy heladas, debido a que siempre se está expuesto a que se produzca algún percance que retrase excesivamente la voladura, prolongando el tiempo de exposición a las frías paredes de los taladros más allá de lo proyectado. Efectos de contaminación al cargarse a granel: la presencia de barros en el fondo de los taladros, tan corriente en algunas faenas, influye negativamente en la liberación de energía al mezclarse con el explosivo bombeado, llegando en los casos extremos a insensibilizarlo en un sector donde más energía se necesita en una voladura.
4.5.2 Elección del diámetro de los taladros Según las fórmulas válidas para voladura en cráteres se tiene: φ 2 = (L2/L1)*φ 1
L1 = Diámetro del cráter creado por una carga de peso W1. L2 = Diámetro del cráter creado por una carga de peso W2. φ 1 y φ 2 = Diámetro de las cargas 1 y 2 respectivamente.
4.5.3 Determinación de la cantidad de explosivo El peso de la carga explosiva queda definido por la siguiente expresión:
W = π * ρ * (φ 2 / 4) * L Donde: φ = Diámetro de la carga. ρ = Densidad de la carga.
L = Longitud de la carga.
4.5.4 Profundidad de los taladros
Como no se conoce el comportamiento del macizo rocoso hasta que las pruebas de los cráteres se realicen, se determina con base en antecedentes de otras minas, que la profundidad de los taladros debería estar dentro del intervalo de 0,6 – 3,1 metros. Esto se hace sobre la base del supuesto que contenga las profundidades críticas y óptimas.
4.5.5 Numero de taladros en una prueba De acuerdo a experiencias similares realizadas en múltiples minas extranjeras, se ha llegado a determinar que el número adecuado debería estar entre 5 – 15 taladros para una buena determinación de la curva del cráter.
5. Preparación y Minado Se debe desarrollar un nivel superior e inferior a lo largo y ancho de la estructura mineralizada. El nivel inferior, se perfora también a todo lo largo y ancho del mineral para preparar una cámara inferior de recepción y extracción del mineral disparado. Paralelamente al nivel inferior en la caja piso se desarrolla sobre estéril, una galería lateral de carga y transporte, con dimensiones apropiadas según el equipo a usarse conservando una separación recomendable de 10 a 20 m. El trabajo posterior a las labores indicadas, viene a se r la perforación de taladros de nivel a nivel con la maquina “down the hole” con diámetros grandes. La malla de perforación está relacionada con el diámetro de taladro y la potencia de la estructura mineralizada; se procede con la voladura en forma de rebanadas horizontales o “slides” durante el minado.
Figura 8. Esquema VCR
6. Perforación y Voladura
Una vez que se determina el rumbo e inclinación de los taladros, se procede a perforar en toda la longitud de la chimenea a desarrollar, esto se repite hasta completar la malla de perforación utilizada. Luego se procede a la voladura.
6.1 Perforación Las mallas de perforación utilizan comúnmente diámetros de perforación entre 4” y 6 ½ ”. Para
ejecutar estos taladros largos se necesita un equipo de perforación potente que utilice un sistema Down The Hole (DTH), para obtener una adecuada utilización se le agrega un compresor de alta presión (Booster), que eleva la presión de la red.
6.2 Voladura Comprende la siguiente secuencia de carguío:
Medida inicial de los taladros.
Tapar / sellar el fondo de los taladros.
Cebado y carguío de los taladros.
Medida de altura de la carga.
Sellado superior.
Conexión al tren de encendido en e l nivel superior.
Figura 2 disposición de la carga dentro de un taladro
Figura 3. disposición de la carga dentro de un taladro 2
7. Sostenimiento cuando se usa el método VCR Se utilizará sostenimiento con este método dependiendo del uso que se le destine a la chimenea. Se deberá sostener, si la chimenea será utilizada para el traslado de personal, debido a que las altas cargas específicas utilizadas dejan las cajas en mal estado con tendencia a la caída de roc as.
8. Cargue y transporte A medida que se desarrolla la explotación, el mineral es almacenado en tolvas construidas dentro del mismo cuerpo mineral y diseñadas para que el material ruede ayudado por la gravedad; hasta
estos lugares pueden llegar los equipos de cargue mediante galerías construidas para cada bloque o panel de explotación.
9. Maquinaria Para avanzar cruzadas en los niveles, galerías de perforación y galerías de cargue de material se puede usar maquinaria convencional de minería subterránea como equipos tipo Jumbo, c argadores de bajo perfil y camiones tipo dumper de bajo perfil Para las perforaciones de producción que son barrenos largos se usan equipos DTH. Para el cargue y transporte del material en las galerías se usan cargadores de bajo perfil. Se usa también variedad de equipos auxiliares.
10. Otras variables del método VCR 10.1Seguridad El personal trabaja en todo momento fuera de la chimenea, con las ventajas que ello involucra. No se trabaja en ambiente tóxico, por acumulación de gases producto de la voladura.
10.2 Longitud del desarrollo con el método VCR La longitud máxima que se puede alcanzar esta dentro de los limites más o menos de 50 metros a 70 metros. Esta longitud estará limitada por la desviación de los taladros, que deben estar en un rango no superior a 1 % de longitud.
10.3 Flexibilidad en cuanto a cambio de rumbo e inclinación Poca flexibilidad, debido a que solo es posible variar la sección inicial mediante desquinche con taladros largos, pero no el rumbo ni inclinación.
11. Minas que actualmente aplican VCR en el Mundo
MINA MONTERROSAS (Cobre)
Propiedad de la compañía minera los Montes S.A., es una subsidiaria de Centromin Perú S.A., está ubicada en la costa sur del Perú, en la provincia y Departamento de Ica, 20 Km al Nor-Este de la ciudad de Ica
CONSORCIO MINERO HORIZONTE (Oro)
Se encuentra ubicada en Perú, en el anexo de Retamas, distrito de Parcoy, provincia de Patáz, departamento de La Libertad.
Conclusiones
El método VCR constituye una manera segura y de alta productividad de explotar cuerpos minerales de fuerte buzamiento y potencia moderada. Detrás de la aplicación del método VCR existe un fuerte sustento teórico, matemático y geométrico para analizar las variables involucradas y poder llegar a un excelente nivel de rendimiento y seguridad durante la explotación de un yacimiento mediante su aplicación. Debido a que la explotación está basada en las perforaciones de gran longitud, es indispensable garantizar la total operatividad del equipo DTH para asegurar que la producción no sea interrumpida.
Referencias Tipe, V. (2004). IMPLEMENTACION DE CHIMENEAS USANDO EL MÉTODO VCR EN LA COMPAÑIA
CONSORCIO MINERO HORIZONTE. Disponible en http://cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/690/1/tipe_qv.pdf Das, P. (2011 ). Blasting in High Production UG Metal Mines workings – Vertical Crater Retreat (VCR) method . Disponible en https://miningandblasting.wordpress.com/2011/08/04/blasting-inhigh-production-ug-metal-mines-workings-vertical-crater-retreat-vcr-method/ Vega, L. (2014) MÉTODO DE EXPLOTACIÓN VCR VERTICAL CRATER RETREAT. Lima, Perú.
