PUBLICACIÓN DE EXSA S.A. LIMA – PERU – DIVISIÓN DE ASISTENCIA TÉCNICA
1. PROPOSITO DE LA INVESTIGACION. En los últimos 10 años, el número de accidentes fatales en la minería peruana se mantienen en un promedio de 62, siendo la principal causa el desprendimiento de roca, toda detonación causa daño en el macizo rocoso, el objetivo del presente trabajo es mostrar los niveles de energía que alcanzan las voladuras normales en el método de explotación por Sub Level, y aquellas con excesiva concentración de carga operante, y como aporte de mejora plantear rediseños adecuados para minimizar el daño al macizo con el soporte de herramientas integrales como el monitoreo y análisis de vibraciones. Las voladuras son una forma de generación de vibraciones común en la actividad de construcción de labores subterráneas y la posterior extracción de minerales y las sucesivas voladuras secundarias. El conocimiento de su origen, los fenómenos asociados a su transmisión, la medición de sus magnitudes fundamentales y la legislación que las regula sirven para controlarlas, reducirlas y hacerlas imperceptibles tanto para las personas como para las estructuras cercanas que, eventualmente, podrían verse afectadas por
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ellas. En este sentido, existen nuevas técnicas de diseño de voladuras, con avances tecnológicos en accesorios y explosivos para obtener los resultados deseados. El empleo adecuado del Monitoreo de Vibraciones producto de voladuras efectuadas en el método de explotación por Sub Level, es una técnica que provee múltiples ventajas en términos de poder examinar en detalle el proceso de la voladura. En efecto, la medición de los niveles de velocidad de Partículas que provoca la detonación de cada carga explosiva, es un medio a través del cual es posible conocer su eficiencia relativa, su interacción con las cargas Adyacentes y en definitiva el rendimiento general del diseño. Hoy en día, existen muchas faenas mineras emplazadas en sectores con alta densidad de edificaciones o construcciones, por lo que las emisiones de agentes perturbadores, como las vibraciones, son de especial importancia a la hora de evaluar las voladuras.
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2. OBJETIVOS. Realizar análisis de vibraciones, en base a tecnología, experiencia y herramientas automatizadas de gestión técnica usando equipos electrónicos y la aplicación de softwares, para mejorar las voladuras de Sub Level y a través de un rediseño llegar a obtener resultados óptimos como; menor daño, control de la estabilidad de las cajas, minimizar la dilución por sobre rotura, zonas más estables, seguras, a un menor costo de minado. Obtener el modelo predictivo de propagación mediante “la ley de atenuación de la partícula y la función de regresión” teniendo en cuenta las variables que intervienen en la voladura. Determinar el nivel de daño al macizo rocoso para diseños actuales y rediseños replanteados a partir de los esfuerzos resultantes producto de la velocidad pico partícula (VPP) interpolando los datos con la velocidad crítica de fractura miento de la roca. Obtener los resultados de la perforación y voladura en términos de rendimientos, eficiencias y costos, buscando la interacción idónea de explosivo - roca. 3. ALCANCE A todos nuestros clientes y en ellos lograr la satisfacción mediante soluciones integrales. Identificar los aspectos y parámetros significativos, enfatizando aquellos que
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pueden crear problemas para conjugar soluciones a menor costo y mayor beneficio. Implementar y gestionar en forma interna y externa los resultados obtenidos con el objeto de motivar a toda los involucrados hacia mejores resultados. Brindar un soporte post venta de asistencia técnica de primera línea para el fiel cumplimiento de los objetivos trazados, en congruencia con nuestros clientes. 4. PLANTEMIENTO DEL PROBLEMA. En muchas minas subterráneas se realizan excavaciones con el empleo de explosivos que van del más denso al menos denso; con mayores velocidades de detonación a menores; voladuras convencionales y no controladas que repercuten en mayor costo de sostenimiento, mayor plazo de ejecución de la obra; así como la generación de daño por vibraciones en estructuras adyacentes; más aún con métodos explotación como el Sub Level que deja grandes espacios vacíos. El gran problema con la que tiene que lidiar la mayoría de las minas subterráneas están ceñidas a los procesos de perforación y voladura referidos específicamente a eficiencias, fragmentación adecuada y generando el menor daño posible al macizó rocoso, creando estabilidad y seguridad sostenible, optimizando sobrecostos de tal modo que haga mínimo el costo combinado de las operaciones de voladura,
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sostenimiento, seguridad, carguío, transporte, chancado y molienda de la roca. El planteamiento estratégico de herramientas integrales, sistemáticas y automatizadas para diseñar trazos de perforación, carguío, secuencia y sincronización de la voladura, como la Sismográfia para el Monitoreo, Modelamiento y Análisis de Vibraciones es el instrumento técnico más importante que a través de sus parámetros obtenidos nos ayudara a la toma decisiones, analizar, evaluar y replantear parámetros óptimos garantizando soluciones a menor costo y mayor beneficio, y ayudar a optimizar procesos consecutivos. 5. METODOLOGÍA. Generalmente las vibraciones excesivas del terreno son causadas ya sea por colocar demasiada carga explosiva dentro del taladro o por el inapropiado diseño de la voladura, especialmente en lo referente a la secuencia de salidas, de manera que si se detona simultáneamente varios taladros ocasiona más daño al macizo rocoso o porque parte de la energía que no es utilizada en fragmentar y desplazar la roca producirá vibraciones. Existen varios métodos y modelos experimentales que representan la velocidad de la partícula en función del explosivo utilizado y la distancia a la que se registra dicha detonación, entre los de mayor aceptación se encuentran el modelo general y el de regresión múltiple, pero en términos de distancia escalar y cantidad de explosivo,
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el que más se usa es el criterio de DEVINE tal como se muestra a continuación:
…………… Ecuación 01
Dónde: Vpp = Velocidad de Partícula (mm/s). d = Distancia Escalar (m/kg). K = Factor de Amplitud. α = Factor de Atenuación. W = Peso máximo del explosivo por retardo (kg) Cálculo de la Velocidad Pico Partícula Crítica VPPC.
Para obtener el modelamiento de las vibraciones, previamente el área de geotecnia debe proporcionar los parámetros geomecánicos para determinar la velocidad pico partícula crítica (VPPC) del Sub Level en estudio, los mismos que se obtienen del análisis del laboratorio de mecánica de rocas.
…………… Ecuación 02
Dónde: Vppc = Velocidad de Partícula critica (mm/s). σt = Resistencia a la Tracción (MPa). Vs = Velocidad Sónica del Macizo Rocoso (m/s). E = Módulo de Young (GPa).
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Equipos de medición de vibraciones. En la actualidad se cuenta con equipos de monitoreo de vibraciones, que dependiendo de su cercana a la fuente o voladura pueden ser sismógrafos o acelerómetros. Las ondas registradas son: Ondas de compresión (primarias o P), Ondas de cizallamiento (secundarias o S), Ondas superficiales (ondas de Raleigh o R). Las ondas P y S se propagan en todas direcciones y son llamadas ondas de volumen. Las ondas P se propagan por compresiones y tracciones del medio rocoso, cuando alcanzan una superficie libre o cambia el tipo de roca sufre los fenómenos de reflexión y refracción que dan origen a las ondas S. Compresión Medio no perturbado
Dilatación
Las ondas R se propagan en la superficie libre de un sólido, sus partículas obedecen un movimiento elíptico levógiro
La vibración captada es función de las características de medio rocoso, la distancia de la voladura al geofono. Para determinar la energía es necesario registrar la amplitud, frecuencia dominante, duración de la vibración, distancia de la fuente y las características de la roca: Es = 124 . d2 . ρr . C . a2 . f2 . tv Dónde: d : distancia al punto de monitoreo (m). ρr: Densidad roca (Kg/m3). C: Velocidad del sonido en la roca (m/s). a: Amplitud de la vibración (m). f : frecuencia de la vibración (Hz). tv: Duración de la vibración (s). Recolección de datos.
Las ondas S perpendicularmente a propagación.
se propagan la dirección de
El trabajo realizado comprende el estudio de vibraciones actual y el rediseño de control, paro lo cual se utilizó dos equipos de sismografía; el Instantel TM MinematePlus , y el Vibracord dx – digital. La finalidad de este trabajo es obtener información sísmica de la interrelación «explosivo-roca» proporcionando una herramienta para aproximar y acercarse a
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las condiciones reales de la voladura por lo tanto se exige una recolección de datos de campo (monitoreos).
Monitoreo del diseño actual.
Considerando que estas construcciones en Sub Level son utilizados en ocasiones como puentes de tajeos inferiores, el cual debe garantizar un nivel de estabilidad aceptable desde el primer momento de su construcción. A partir de los registros, el análisis se efectúa mediante la “Ley de Atenuación de Vibración de la Partícula” integrando las variables: • • •
Distancia Carga operante Velocidad pico de la partícula.
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Obteniendo la curva exponencial y la función regresión y = k*x-α conociendo los valores:
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• k = factor de amplitud • α = factor de atenuación Estos factores son propios de la regresión y son constantes representativos del medio geológico y del explosivo; finalmente se logró obtener la VPP en el entorno inmediato de la voladura interpolando estos datos con la velocidad critica de fracturamiento de la roca, determinando el nivel de daño en la roca remanente detrás del límite final de la excavación.
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Monitoreo del Rediseño.
De los datos obtenidos Se tabularon los valores de las tres variables obtenidas de campo: 1. VPP resultante de las 03 componentes de las ondas (Vertical, Longitudinal, Transversal). 2. Distancia al punto de monitoreo. 3. Carga operante.
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De ello deducimos el Modelo de Atenuación y función de regresión es:
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Y = 183.16X-1.079
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Y el Radio de daño en la roca remanente Creación de nuevas fracturas = Desde 0.00m – 2.41m Leve propagación de fracturas preexistentes = Desde 2.42m – 8.40m
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eficiencias, disponibilidad mecánica de equipos, diseños de trazos de perforación, sincronización de retardos, tipo de acarreo de equipos, y otros, todos comparados con un estándar de trabajo, buscando alcanzar la menor pérdida en el proceso.
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De ello deducimos el Modelo de Atenuación y función de regresión es:
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Y = 197.08X-0.997
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Alfa -1.1 Q
2
Y el Radio de daño en la roca remanente Creación de nuevas fracturas = Desde 0.00m – 1.62m Leve propagación de fracturas preexistentes = Desde 1.63m – 6.91m 6. APORTES A LA MINERIA. En la Gestión de Minera Subterránea es menester conocer todo los parámetros de operación, tales como rendimientos,
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Siendo así, el principal aporte con el presente trabajo es minimizar los costos de operación por el método de explotación Sub Level, en congruencia con estudios técnicos, herramientas tecnológicas y soluciones integrales realizados en el proceso de voladura, como el uso de sismografía y análisis de vibraciones y otras tecnologías innovadoras más adecuada para la optimización del ciclo de minado y control de daño al macizo rocoso, el mismo que también involucra la reducción de costos en los procesos continuos como sostenimiento, seguridad, limpieza, acarreo y transporte, molienda, etc. 7. CONCLUSIONES. Por el método de minado Sub Level que desarrollan actualmente, explotando frecuentemente en su totalidad los blocks de los diferentes cuerpos, quedando estos blocks colgados en niveles intermedios; y más aún por las
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características geotécnicas de la mina con presencias de estructuras, unificaciones plegadas y diaclasas de grandes dimensiones forman grandes bloques suspendidos. Todo esto al ser inducidos por vibraciones de voladuras de rocas circundantes tienden a colapsar generando gran cantidad de bancos el mismo que es un gran problema para la mina, por lo que es vital el sostenimiento oportuno con relleno de los tajos. Con el uso de instrumentación y tecnología aplicada a las voladuras podemos estimar parámetros que son fundamentales para la toma de decisión en cuanto al diseño, controlando el daño, sin afectar la fragmentación que es un tema crítico en voladuras de taladros largos. En definitiva el diseño 2 desarrollado con el soporte del equipo de Asistencia Técnica - EXSA S.A. considera parámetros apropiados de diseño soportados con la tecnología, experiencia y herramientas de gestión técnica logrando diseños apropiados en la construcción de excavaciones subterráneas con los recursos necesarios para hacer lo necesario obteniendo ahorros de 1.18 US$/m3 frente al diseño 1. Se ha logrado determinar el nivel de daño en el tajeo; comparativamente entre los dos diseños evaluados independientemente a partir de los modelos de atenuación obtenidos del monitoreo de vibraciones; determinando
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el nivel de daño detrás del límite final de la excavación según se muestra en la tabla siguiente: CRITERIO DE DAÑO Diseño 1 Diseño 2
CREACION DE NUEVAS FRACTURAS EN LA MATRIZ 0.00m - 2.41m 0.00m - 1.62m
LEVE PROPAGACION DE FRAGTURAS PRE EXISTENTES 2.42m - 8.40m 1.63m - 6.91m
Finalmente se redujo la generación de bancos hasta en un 25%, por consiguiente, menor costos operativo en equipos rompe banco. Es posible continuar optimizando el nivel de daño con la aplicación de explosivos que desarrollan menor energía y potencia; en busca de la mejora continua. 8. RECOMENDACIONES. Realizar la selección adecuada de explosivos y accesorios a utilizar considerando las características de la roca, diámetros de perforación, fragmentación deseada, presencia de agua y otros para escoger al más idóneo, económico y eficiente para cada caso, entendiéndose como económico no al más barato, sino al que brinda mayor rendimiento por unidad de roca volada con eficacia (kg/m3) y mejor fragmentación. No son por tanto discriminatorio unos con respecto al otro, sino que llegan a complementarse tipos distintos en una misma voladura, cuando sea necesario. Recomendamos diseñar la distribución adecuada de los retados, de forma tal que no se concentre la carga operante, esto se puede lograr con diseño triangular o trapezoidal con retardos independientes, por consiguiente menor daño al macizó y menor generación de banco producto de
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los golpes a las cajas y blocks sueltos, como se mostró en el diseño.
LOPEZ JIMENO, “Manual de Perforación”, 2da Edición.
Utilice lo necesario para hacer lo necesario busquemos el desarrollo sostenible y sustentable,...
LUIS ENRIQUE SÁNCHEZ, “Control De Vibraciones”, Departamento de Engenharia de Minas Escola Politécnica da Universidad de São Paulo, 1995.
9. REFERENCIAS CARLOS R. SCHERPENISSE, ING, WILLIAM R. ADAMSON, PHD, “Monitoreo y modelamiento de vibraciones para la evaluación y optimización de las voladuras de desarrollo horizontal”, ASP BLASTRONICS S.A. Febrero 2000. CENTRO DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA DE EXPLOSIVOS DE ENAEX (CINTEX), “Manual de Monitoreo de Vibraciones Generadas por Tronaduras, Análisis y Modelamiento”, Mayo 2006.
SOCIEDAD INTERNACIONAL DE INGENIEROS DE EXPLOSIVOS, “Manual del Especialista en Voladura”, 17ª Edición – 2008. VIDAL NAVARRO TORRES, PH.D. - PEDRO MARQUES BERNARDO, M.SC. “El BLASTWARE III como herramientas para la prevención y control ambiental de vibraciones en voladuras”, Universidad Técnica de Lisboa 2004. www.peru.infomine.com www.monografías.com
CÓRDOVA R. DAVID, “Clasificación geomecánica del macizo rocoso”, 2001. DCR INGENIEROS S.R.LTDA., “Vibraciones del terreno por efectos de la voladura”, Julio 2004. ENAEX S.A., Manual de Tronadura. HÉCTOR M. FRIBLA - JOSÉ L. PÉREZ, “Propuesta de estudio sobre el uso de las microfracturas en el negocio minero”, IV Jornadas de Tronadura 2005. EXSA S.A., “Manual Práctico de Voladura”, 4ta Edición. JESÚS A. PASCUAL DE BLAS – Jefe de Servicio al Cliente Unión Española de Explosivos, S.A., “Problemática de las vibraciones en las voladuras, medición, control y regulación legal”, Marzo 2002. KONYA, Manual Kenya.
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10. APENDICES. ANEXO 1 Granulometría obtenida en el tajo 630 del Nv 06 – A.
ANEXO 2 Inestabilidad de las falsas cajas, que provocaran bancos producto de las vibraciones de las siguientes voladuras.
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ANEXO 4 Resultado granulométrico del REDISEÑO
AUTOR: Jaime Abel GUILLERMO FALCON Ing. Senior de Voladura - Exsa S.A.
[email protected] Teléfono: 013157000 RPC.: 993523862
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