VOLCAN COMPAÑÍA MINERA S.A.A. Unidad Económica Administrativa Cerro de Pasco Oficinas Generales Paragsha s/n – Cerro de Pasco Telf. Telf. (51-64) 722244 Tfax (51-64) 722013
“OPTIMIZACION DE LA VOLADURA DE FRENTES
APLICANDO LA TEORIA DE LA CONMINUCION EN LA MINA CERRO DE PASCO”
Preparado Por : Ingº Willy CHAVEZ LEZCANO Jefe de Perforación y Voladura
ÍNDICE 1
Resumen
2 3 4 5
Operación de minado Características Geomecánicas de la roca de Cerro de Pasco Modelo Matemático de Conminución Aplicación de la Teoría Teoría de la Conminución en frentes usando emulsiones
6
Conclusiones
7
Figuras
RESUMEN La Unidad Económica Administrativa Cerro de Pasco de Volcán Compañía Minera S.A.A. dentro del planeamiento a mediano y largo plazo tiene como uno de sus objetivos incrementar la producción de la mina subsuelo de 70 mil a 110 mil toneladas por mes para el año 2001. Dada esta necesidad se vio por conveniente optimizar los recursos disponibles y reducir nuestros costos, introduciendo nuevas teorías y tecnologías en nuestras Operaciones Mineras: en este caso el empleo del Modelo Matemático de Conminución. Dentro de las operaciones unitarias de mina, un objetivo principal es lograr un adecuado grado de fragmentación de la roca, de tal modo que minimice el costo combinado de la perforación, voladura, transporte y chancado primario de la roca.
RESUMEN (Continuación) El principio del Modelo Matemático de Conminución se basa en el proceso de reducción de tamaño de rocas, dado que la energía necesaria para producir la fractura de las rocas, es aquella que el mismo material almacena durante su deformación elástica hasta su punto de ruptura. Por lo tanto en la comminución debe cuantificarse las relaciones entre energía consumida y tamaño de fragmentos producidos. Como se verá en la parte correspondiente, está teoría tiene la virtud de relacionar las características geomecánicas de las rocas y características del explosivo, que son factores fundamentales para la voladura, y donde se resalta su importancia desde un punto de vista técnico-económico y ecológico. Así por ejemplo en este caso se ha logrado un costo de perforación y voladura de 2.28 $/TM con relación al método tradicional con que se trabajaba de 2.89 $/TM.
OPERACIÓN DE MINADO PERFORACION Y VOLADURA La actividad de minado se realiza preparando el método de explotación de cámaras y pilares en las áreas de los cuerpos Jotas y CNA: Piso 15 Nv 1600 Zona III, para una sección de 7,0 m x 5,0 m con pilares de 4.0 m x 4.0 m. La preparación de este método se inicia con perforaciones de frentes pilotos de 3,5 m x 3,0 m, utilizando equipos mecanizados, Jumbos Electrohidraúlicos de un brazo, con barra de 12 pies y broca de botones de 2 ” (51 mm) Ø para taladros de producción y broca Rimadora de 4 ” Ø para los taladros de alivio. Los parámetros son los siguientes: Longitud efectiva de perforación
3.20 m
Tiempo efectivo de perforación
2.40 min/taladro
Velocidad de perforación
1.30 m/min.
Cantidad de taladros por frente
36 taladros
Taladros cargados de 2” Ø
33
Taladros de alivio de 4” Ø
3
OPERACIÓN DE MINADO (Continuación) PERFORACION Y VOLADURA En la voladura se utiliza el sistema de iniciación no eléctrico, empleando cargas explosivas de última tecnología: Semexsa E 65 de 1 ½” x 12 ”, como accesorios de voladura: detonadores Fanel de periodo corto MS para el corte y periodo largo LP para los demás taladros, cordón detonante 3P para iniciar los faneles y dos guías de seguridad ensambladas (conector y fulminante) de 7 pies para iniciar el sistema. Diseño de corte cilíndrico con seis taladros: 3 cargados de 2 ” Ø y 3 de alivio (vacío) de 4” Ø.
CARACTERISTICAS GEOMECANICAS DE LA ROCA DE CERRO DE PASCO Los valores de las características geomecánicas de la roca fueron obtenidos por el Departamento de Geomecánica de la Unidad, con los siguientes resultados: Zona Mineralizada
Valor
Peso unitario
(W) = 3.8 Ton/m 3
Resistencia dinámica a la compresión simple
( R) = 90 Mpa
Resistencia a la tracción ó tensional dinámica
(Rt) = 126.5 MPa
Angulo de fricción interna
(Ø) = 29º
Cohesión
(C ) = 180 Kpa
Módulo de elasticidad Young Dinámico
(E) = 20000 Mpa
Relación de Poisson
(V) = 0.25
MODELO MATEMATICO DE LA TEORIA DE CONMINUCION Se entiende por Conminución al proceso de reducción de tamaño, en el caso de voladura de rocas, dado que la energía necesaria para producir la fractura de la roca es aquella que el mismo material almacena durante su deformación elástica hasta su punto de ruptura; entonces se debe cuantificar las relaciones entre energía consumida y el tamaño de los fragmentos producidos. Teniendo en cuenta que los fragmentos de tamaño grueso “D” tienen un nivel de energía menor que los fragmentos pequeños de tamaño “d”, entonces en el proceso de voladura, para obtener una fragmentación adecuada, la energía entregada por la detonación de la mezcla explosiva debe ser superior a esa diferencia de niveles de energía mencionada.
MODELO MATEMATICO DE LA TEORIA DE CONMINUCION (Continuación) ENERGIA DE CONMINUCIÓN La energía total por unidad de volumen necesaria para reducir fragmentos de rocas de un tamaño “D” a otro más pequeño de tamaño “d”, está dado por la siguiente relación matemática: ET = ¾ x 10 -2 (Std)2 (R + 1)
………………..(1)
E donde:
ET = Energía total para reducir la roca de un tamaño D a un tamaño d (Joule/m3). Std= Resistencia a la tensión dinámica de la roca (Pa) E = Modulo de elasticidad de Young (Pa) R = D/d relación de reducción
MODELO MATEMATICO DE LA TEORIA DE CONMINUCION (Continuación) Comparando con la energía entregada por la detonación de una mezcla explosiva, 80% del total: Q3 = (Kcal / Kg) (1 K Cal = 4186.8 Joules) Luego la cantidad de explosivo necesaria para fragmentar 1 m3 de roca de fragmentos de tamaño D a tamaño d. La relación R = D/d será: W = 3 x 10-2 (Std)2 (R + 1) Kg explosivo ………… (2) 4 EQ3 Si se utiliza un taco de B metros, la altura de carga en cada taladro será la siguiente: hc = (H – B) m
……...…………………………..….(3)
donde:
hc = altura de carga (m) H = profundidad de taladro
MODELO MATEMATICO DE LA TEORIA DE CONMINUCION (Continuación) Por otro lado la cantidad de explosivo requerido por taladro será: Wb = (H – B) Ø2 1
… ........………………………………….(4)
4000 donde: Wb = Cantidad de explosivo por taladro (Kg/tal) H = Profundidad de taladro (m) B = Burden (m) Ø = Diámetro de taladro (mm) 1 = Densidad del explosivo (gr/cm3) El número de taladros necesarios cargados con Wb Kg de explosivos para fragmentar un frente de área AxL (m2) y H (m) de profundidad en fragmentos de tamaño d, está dado por la siguiente relación matemática:
MODELO MATEMATICO DE LA TEORIA DE CONMINUCION (Continuación) 3
nt = 30 (Std)2 ( ALH / d + 1) AHL ………………..(5) EQ3 (H – B) ) Ø2 1 donde: nt Std E Q3
= = = = 1 = Ø = B = AxL = H = d =
numero total de taladros requeridos resistencia a la tensión dinámica de la roca (Pa) módulo de elasticidad de young de la roca (Pa) calor de explosión de la mezcla explosiva (Joules) Densidad del explosivo (gr/cm3) Diámetro de la carga explosiva (mm) burden Area del frente a disparar Altura de frente tamaño promedio de los fragmentos requeridos
MODELO MATEMATICO DE LA TEORIA DE CONMINUCION (Continuación) Así mismo el número de taladros requeridos puede determinarse comparando el área a dispararse con el área de influencia del taladro BxS. nt = AxL
.................................... (6)
BxS Comparando con la ecuación (5) se obtiene la siguiente relación matemática para determinar el Burden: EQ3 Ø2 1
=
KsHB2 ………(7)
3
30 (Std)2 ( ALH / d) + 1
(H – B)
Ks = Factor de espaciamiento Luego usando la ecuación (7) se hace el análisis de sensibilidad hasta obtener valores reales del Burden (B) y estos valores deben ser implementados y ajustados en el campo para cada labor especifica donde quiera aplicarse.
APLICACION DE LA TEORIA DE LA CONMINUCION EN FRENTES USANDO EMULSIONES I.
DATOS DEL CAMPO
LABOR MINERA
:
16848-8S
SECCION
:
3.50 m x 3.0 m
DIAMETRO TAL
:
2” Ø
PROF. PERFORACION: II.
3.20 m con barra de 12’
CARACTERISTICAS GEOMECANICAS DE LAS ROCAS
TIPO ROCA
:
I
DUREZA
:
ALTA
RESISTENCIA TENSIONAL DINAMICA = 126.5 Mpa MODULO DE ELASTICIDAD DE YOUNG DINAMICO Ea = 20000 III.
CARACTERISTICAS DEL EXPLOSIVO EMULSION SEMEXA E65 1 ½” X 12”
DENSIDAD q = 1.14 gr/cc CALOR DE EXPLOSION: Q3 = 935 Kcal / kg IV.
TAMAÑO DE LA FRAGMENTACION REQUERIDA
d = 0.20 m (ancho de la parrilla)
APLICACION DE LA TEORIA DE LA CONMINUCION EN FRENTES USANDO EMULSIONES CALCULAR LA MALLA DE PERFORACION Y VOLADURA IMPLEMENTARLA EN EL CAMPO Y EVALUAR LOS RESULTADOS SOLUCION V.
CALCULO DE LA ENERGIA ELASTICA DE DEFORMACION
ed = (Vtd)2 (erg/cm3) 2E ed = (126,5 x 10,197 kg/cm 2)2 = (1289,9 kg2cm2)2 2(20000 x 10,197 Kg/cm2) 407880 kg/cm 2 ed = (1289,9 x 980 670 Dinas / cm 2)2 407 880 x 980 670 Dinas / cm 2 ed = 1,60 x 10 18 Dinas /cm2 3,99 x 1011 ed = 4 x 10 6 Dinas / cm2 ed = 4 x 10 6 erg / cm2
APLICACION DE LA TEORIA DE LA CONMINUCION EN FRENTES USANDO EMULSIONES VI.
CALCULO DE LA RELACION DE REDUCCION R
R = D/d Sección: 3.5 m x 3.0 m x 3.20 m = 33.6 m3 D3 = 33.6
D = 3.22 M
R = 322 cm = 16 20 cm VII. CALCULO DE LA ENERGIA REQUERIDA PARA FRACTURAR LA ROCA
ET = 3 ed D3 (R + 1) erg 2 ET = 3 x 4 x 106 erg/cm3 x 33.6 x 106 cm3 (16 + 1) 2 ET = 3.42 x 1015 erg
APLICACION DE LA TEORIA DE LA CONMINUCION EN FRENTES USANDO EMULSIONES VIII. CALCULO DE LA ENERGIA TOTAL ENTREGADA POR EL EXPLOSIVO SEMEXA E65 1 ½” x 12”
E = 0.7 Q 3 = 0.7 x 935 Kcal/kg = 655 Kcal/kg E = 655 Kcal/kg x 4,1868 x 10 10 erg/kg E = 2,74 x 10 13 erg/kg IX.
CALCULO DE LA CANTIDAD TOTAL DE LA EMULSION
1 kg emulsión SEMEXSA E65
3,42 X 1015 erg
X X X.
2,74 X 10 13 erg
=
125 kg de emulsión
CALCULO DE LAS MALLAS DE PERFORACION Y VOLADURA
i) Cálculo de la cantidad de emulsión por taladro QE = (n Q2 /4 x 100 cm x 0,9 gr/cc) = 1838 gr/m QE = 1,8 kg/m
APLICACION DE LA TEORIA DE LA CONMINUCION EN FRENTES USANDO EMULSIONES ii)
Cálculo de la cantidad de emulsión por taladro Longitud efectiva = 3,20 m Longitud de carga = 0,7 x 3,0 m = 2,10 m Kg expl. /tal = 2,10 x 1,8 kg/m = 3,78 kg/tal
iii)
Calculo del numero de taladro cargado # tal = 125 kg
= 33 tal
3,78 kg/tal 33 tal cargados + 3 vacíos iv)
Numero de cartuchos/tal del corte 3,78 kg/tal 0,39 kg/cart
= 10 cart/tal (corte)
APLICACION DE LA TEORIA DE LA CONMINUCION EN FRENTES USANDO EMULSIONES v)
Cálculo de la malla de perforación y voladura S/B = 1,25 # filas = (ancho/S + 1) # columnas = (alto/B) # tal = # filas x # columnas 33 = (3,5/1,25 B + 1) (3,0 / B) 13,75 B2 – 1,25 B – 3,5 = 0 B = 1,25 ± (1,25)2 – 4(13,75)(-3,5) 2 (13,75)
APLICACION DE LA TEORIA DE LA CONMINUCION EN FRENTES USANDO EMULSIONES B = 0,55 m Bmax = 0,55 m Smax = 0,69 m B1 = 1,7 Ø = 1,7 X 0,089 = B1 = 0,15 m
B = 0,55 – 0,15 = 0,4 = 0,13 m 3
3
B2 = 0,15 + 0,13 = 0,28 m B3 = 0,28 + 0,13 = 0,41 m B4 = 0,41 + 0,13 = 0,54 m
CONCLUSIONES 1. La aplicación de la Teoría de la Conminución es reciente en nuestras operaciones de perforación y voladura lo cuál nos está dando muy buenos resultados técnico – económicos y ecológicos. 2. Esta teoría considera los parámetros de la masa rocosa como la del explosivo a ser utilizado para obtener un tamaño de fragmento deseado. 3. Las evaluaciones de las voladuras en frentes se inició aplicando esta teoría desde el mes de junio a octubre del 2001 llegando a obtener rendimientos aceptables y bajando los costos promedios perforación y voladura de US$ 347 a US$ 274 , con un beneficio de US$ 73 / disparo - 21% menos respecto a la técnica aplicada anteriormente; proyectándose un ahorro anual de US$ 151 110. 4. Se maximizó los avances por disparo superando el 95% con respecto a la longitud del taladro
CONCLUSIONES (Continuación) 5. Implementar esta nueva teoría en todos los frentes de explotación y desarrollo. 6. Se recomienda hacer un seguimiento de esta aplicación a los Supervisores y personal técnico involucrado en la actividad de perforación y voladura para mantener los resultados obtenidos a la fecha para maximizar producción y productividad y consecuentemente minimizar los costos operacionales. 7. La Teoría de la Conminución se aplicó en voladura de rocas por primera vez en Canadá y Australia en 1970, actualmente esta teoría no se emplea con intensidad en las operaciones mineras de nuestra realidad, teniendo una serie de beneficios como se documenta en el presente caso.
FIGURAS
FIGURAS
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