“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL UNIVERSIDAD CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS CURSO METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION CIENTIFICA
PROYECTO
“Influencia de la perforación y la voladura en la
estabilidad del macizo rocoso en labores subterráneas de la Compañía Minera Poderosa Periodo 2013” PRESENTADO POR:
AEDO SÁNCHEZ, Alex AMARU PILCO, Ronal CANGALAYA INGA, Cristian Boris GERÓNIMO GUADALUPE, Rony GUILLEN PACOCHA, Luis LAURA ORDOÑEZ, Jeison
HUANCAYO – PERÚ 2014
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DEDICATORIA
Dedicamos el presente trabajo a nuestros padres por el esfuerzo que hacen día a día para que alcancemos la meta de ser profesionales, hombres de bien dispuestos a engrandecer nuestro país, para un mejor futuro.
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TABLA DE CONTENIDOS DEDICATORIA
2 CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 Fundamentación del Problema
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1.2 Fundamento del título
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1.3 Formulación del Problema
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1.4 Justificación
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1.5 Alcances y limitaciones del proyecto
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CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1 Antecedentes del estudio
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2.2 Bases Teóricas
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2.3 Definiciones
16 CAPITULO III
HIPÓTESIS Y VARIABLES Y DEFINICIONES OPERACIONALES 3.1 Planteamiento de la hipótesis de formulación 3.2 Identificación y Clasificación de las variables 3.3 Operacionalización de las variables CAPÍTULO IV METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 4.1 Método, tipo y nivel de investigación 4.2 Población y muestra 4.3 Técnicas de procesamiento e instrumentación
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CAPITULO V ASPECTOS ADMINISTRATIVOS ADMINISTRATIVOS 5.1 Cronograma de actividades 5.2 Presupuestó y financiamiento
CAPÍTULO VI REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍA ANEXOS
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CAPITULO I PLANTEAMIENTO EL PROBLEMA
1.1 FUNDAMENTACIÓN FUNDAMENTACIÓN DEL PROBLEMA: PROBLEMA:
De acuerdo a la estadística del MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS (MEM), los accidentes fatales por caída de rocas, representan el 40% del total de accidentes fatales en la l a industria minera peruana. Como resultado resultado de esta estadística se ha realizado y se realiza estudios utilizando la mecánica de rocas y/o geomecánica del comportamiento del macizo rocoso como único factor causante de estos lamentables accidentes fatales. Pero es importante señalar que para la ejecución de labores mineras subterráneas se tiene que realizar la perforación y la voladura de rocas. La perforación de rocas tiene como objetivo la elaboración de un taladro en el cual se deposita posteriormente los explosivos y los accesorios de voladura que permitirán que luego luego de ser iniciado permitirán la obtención de la abertura subterránea deseada. Se sabe que una voladura normal afecta hasta 1,5 m del perímetro de la labor que queda. Por lo tanto para ejecutar las labores subterráneas se tiene que dañar necesariamente al macizo rocoso mediante la utilización los explosivos y los accesorios de voladura.
1.2 FUNDAMENTACIÓN DEL TITULO Influencia de la perforación y la voladura en la estabilidad del macizo rocoso en labores subterráneas de la Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013
VARIABLE X: Influencia de la perforación y la voladura
VARIABLE Y: estabilidad del macizo rocoso
OBJETO DE DE ESTUDIO: ESTUDIO: Optima distribución distribución espacial espacial de taladros en una malla de perforación
POBLACIÓN: macizo rocoso
LUGAR Y TIEMPO: Compañía Minera Poderosa - Periodo Periodo 2013
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Cuando hablamos de un rediseño de la malla de perforación buscamos distribuir espacialmente los taladros con el fin de obtener una utilización efectiva de la energía liberada por el explosivo a utilizarse y este proceso nos trae como consecuencia un mejoramiento de la fragmentación, menor porcentaje de dilución del concentrado mineral ya que mitigamos la caída de roca estéril concentrada en las cajas, por ende podemos mejorar primero los tiempos y costos de producción. Luego al unir todos estos factores hemos titulado nuestro proyecto de tesis: Influencia de la perforación y la voladura en la estabilidad del macizo rocoso en labores subterráneas de la Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.3 FORMULACIÓN Problema general: ¿Cómo influencia la perforación y la voladura en la estabilidad estabilidad del macizo rocoso en labores subterráneas de la COMPAÑÍA MINERA PODEROSA?
Problemas específicos: a) ¿En qué medida la perforación influencia en la estabilidad del macizo rocoso en las labores subterráneas de la COMPAÑÍA MINERA PODEROSA? b) ¿En qué medida la voladura influencia en la estabilidad del macizo rocoso en las labores subterráneas de la COMPAÑÍA MINERA PODEROSA
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1.4 JUSTIFICACIONES En nuestro país se utiliza el diseño de mallas de perforación y voladura para el macizo rocoso de las labores subterráneas, con algunos problemas que con esta investigación mejoraremos. Con el nuevo rediseño de las mallas de perforación y voladura tendremos un mejoramiento de la fragmentación de la roca, menor porcentaje de dilución del concentrado mineral ya que mitigamos la caída de roca estéril concentrada en las cajas, por ende podemos mejorar primero los tiempos en la producción y reducir costos de producción. pro ducción.
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES El presente trabajo de investigación está dirigido a los trabajadores de la empresa minera “Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013 ” especialmente al área de explotación, ya que esto permitirá una mejor voladura para tener el mejor fraccionamiento de la roca, para así optimizar el proceso de voladura y evitar un chancado adicional, también evitar la desestabilización del macizo rocoso y evitar un sostenimiento mas costoso. Entre otras pueden referirse al alcance de la investigación o a los topes o restricciones de los investigadores para ejecutarla, en nuestro caso la investigación se limita a tales aspectos como son:
El Método Método De Roger Roger Holmberg; Para diseño de malla en Túneles. La teoría teoría de la Comminucion; para diseño de malla en rampas. rampas. Métodos empíricos, que calculan número de taladros.
Los aspectos antes mencionados son los métodos usados en la explotación de la mina Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013 y que como resultado, nos dan un buen beneficio, pero lo que necesitamos es optimizarlo, y a eso nos enfocamos. La investigación precisa de los métodos antes mencionados pero acepta y no discute los métodos que planteamos hacer para mejorar la productividad en el beneficio de la mina. La investigación analiza los futuros valores obtenidos en el cálculo de la nueva forma de minado y la nueva malla de perforación pero acepta y no discute las anteriores maneras de perforación antes mencionadas.
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La investigación sólo tienen acceso en el proceso de la minería subterránea y son los existentes en Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013 que estamos analizando. Los investigadores sólo tienen acceso a los datos usados en el proceso de la voladura y el diseño de mallas. Existen limitaciones de equipos usados en el proceso de la investigación. CAPITULO II MARCO TEÓRICO
2.1 ANTECEDENTES DE ESTUDIO a. Universidad de Chile en el año 2007 Andrés
Alejandro
Garrido
elaboro y sustentó su tesis doctoral: “Diagnostico y Optimización de Disparos en Desarrollo horizontal Mina el Teniente ”. El objetivo general de este estudio fue efectuar un diagnóstico técnico de las operaciones de Perforación y Tronadura de desarrollo horizontal en la “Mina Reservas Norte ”
de Codelco Chile División el Teniente,
específicamente en el Nivel de Producción (Teniente Sub-6). Como instrumento de investigación se utilizó las fotografías de los disparos antes y después de cada tronadura, para posterior digitalización en sofware 2DFace y el monitoreo de las vibraciones producto de la tronadura. Sus conclusiones fueron los siguientes. Reducción del número de perforaciones por disparo un 10%, reducción de la sobre excavación de un 24% a un 6%, menor exposición al riesgo por desprendimientos y caídas de rocas, disminución de los tiempos de trabajo y disminución de los costos directos de perforación y tronadura. b. Pontificia Universidad Católica del Perú (2009) Oscar Alberto Jáuregui Aquino, elaboro y expone su Tesis: “Reducción de los Costos Operativos en Mina mediante la Optimización de los Estándares de las Operaciones unitarias de Perforación y Voladura ”, su objetivo fue obtener una reducción de
los
costos
operativos
de
la
empresa
minera,
aplicando para ello estándares óptimos de trabajo en las las operaciones
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unitarias de Perforación y Voladura, el método de investigación fue experimental cuyas conclusiones fueron. Los principales factores de éxito para concretar la optimización de los estándares de perforación y voladura y en general del ciclo de minado, son el seguimiento y control operativo, la capacitación y creación de conciencia de los trabajos en los temas de optimización de la perforación y voladura debe darse de manera constante, la mayor reducción de costo operativo se obtuvo en la operación unitaria de sostenimiento 0.96 $/tm (56% de la reducción total), seguido por la perforación 0.37 $/tm (21.76% de la reducción total), voladura 0.28 $/tm (16.47% de la reducción total) y la limpieza-acarreo 0.09 $/tm (5.3% de la reducción total).
(2002) Elaborado por c. Universidad Nacional Mayor de San Marcos (2002) Zapata Degregori Mónica Paola “Control de Costos de una Operación Minera mediante el Método del
Resultado Operativo ”. El objetivo
general del estudio fue aumentar la productividad y la calidad a través del mejoramiento continuo de la eficiencia y la efectividad en las operaciones. Como instrumento de investigación utilizo los programa de actividades, curva ”S”, informes de producción y el resultado económico, sus conclusiones fueron. El resultado resultado operativo operativo
nos permite saber saber si estamos adelantados adelantados o
atrasados respecto al tiempo, evaluar si estamos ganando o perdiendo y porque, el método del resultado operativo es una herramienta de control que nos permite identificar y evaluar los costos operativos
en
los procesos productivos.
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2.2 BASES TEÓRICAS Bases teóricas que sustentan la optimización de la voladura 2.2.1PRECISIÓN La voladura convencional en túneles y otros trabajos de subsuelo, además de dejar perfiles irregulares según el sistema de diaclasamiento de la roca 1, normalmente afecta a la estructura remanente a profundidades que pueden llegar hasta 2 m maltratándola y debilitándola según su tipo y condición, en nuestro caso la roca de tipo III, lo que puede tener consecuencias de inestabilidad o desprendimiento con el tiempo. Este maltrato es mayor m ayor cuando se dispara con cargas excesivas, o cuando no se mantiene una adecuada secuencia de encendidos y los taladros salen casi simultáneamente. En obras de ingeniería de cierta consideración, como los túneles de irrigación o de hidroeléctricas, que deben ser estables y que usualmente se cementan, el perfil periférico irregular es inconveniente, debiendo ejecutarse adecuadamente para obtener una pared final de superficie lisa. Para evitar este maltrato y obtener paredes de corte liso se emplean métodos de voladura periférica controlada. Lo anterior expuesto es una conclusión del problema, que se debe tener en cuenta con una correcta voladura, lo que tratamos de hacer es proporcionar un rendimiento óptimo en la voladura. La voladura de rocas, representa una de las operaciones más relevantes dentro del proceso extractivo de minerales, su objetivo principal es lograr un tamaño adecuado de roca, con un mínimo de daño en su entorno. Resultados adversos, obligan a efectuar minados selectivos, incrementando los costos de operación 2. 1
Rene Wilfredo Ojeda Mestas-DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACIÓN Y VOLADURA SUBTERRÁNEA APLICANDO UN MODELO MATEMATICO DE AREAS DE INFLUENCIA-pag23
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Willy José Contreras Pérez, Selección del explosivo adecuado y carga máxima por retardo usando el monitoreo, modelamiento y análisis de vibraciones-pag vibraciones-pag 167
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El proceso de fragmentación, está influenciado por muchas variables, algunas son controlables y otras intrínsecas. La compleja interrelación entre estas variables, hace que los resultados sean difíciles de predecir mediante algoritmos analíticos. La predicción en ingeniería, es llevada a cabo mediante modelos matemáticos, que es la interpretación, a través de ecuaciones. Estos modelos pueden ser estadísticos, donde se correlacionan parámetros medidos en ciertos eventos, o teóricos, deducidos de relaciones matemáticas que interpretan condiciones y aplicaciones físicas. En la mayoría de los casos definimos la voladura, como una técnica basada en las acciones ejercidas por los explosivos sobre un macizo rocoso. Hoy en día, es más que eso, y presenta diferentes variables de estudio, una de ellas y objetivo del presente trabajo es; la exactitud en el diseño de tiempos, formulado a través de la interacción de las velocidades de onda y de agrietamiento del macizo rocoso, asociado a los conceptos de mecánica de rotura e interpretación de las propiedades geomecánicas. Describir la metodología que implica el proceso de fragmentación y las variables identificadas para un mejoramiento continuo, nos ha permitido optimizar los resultados de fragmentación en la mina Yauricocha , asimismo, ha significado incorporar tecnología en su evaluación, y desarrollar herramientas técnicas a objeto que permitan predecir el comportamiento de las variables que inciden en el desarrollo de las voladuras. Para los logros satisfactorios en cuanto a fragmentación, es necesario crear superficies libres alrededor de cada taladro en la que los esfuerzos de compresión son reflejados para generar los esfuerzos de tracción. Estas superficies son generadas por la detonación secuencial exacta de una sucesión de taladros adyacentes en una fila empezando por uno más próximo a un superficie libre inicial, de tal manera que cada taladro genera una superficie libre para el siguiente taladro. Los periodos de taladros deben ser suficientes para
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asegurar el tiempo necesario para la creación de estas superficies y el movimiento del material 3. Los dos primeros mecanismos han sido estudiados con regularidad, existiendo abundante literatura al respecto, sin embargo, la colisión como mecanismo de fragmentación es relevante a la hora de incluir el tiempo de retardo en los modelos de fragmentación, y no ha sido tan estudiado como los otros. Los tiempos de retardo y su incidencia en las voladuras.- Muchos estudios realizados comprueban el impacto del tiempo de salida de cada taladro en el resultado final de la voladura, en términos de daño, forma de la pila, dilución y fragmentación, entre otros. Velocidad de propagación de la roca.- Es la velocidad con la que se propaga la onda de tensión a través del macizo rocoso, es una medida de la elasticidad de la roca. Cuando el macizo rocoso es masivo, se tiene valores altos de velocidad de onda, y cuando es fracturado e irregular, decrecen los valores de velocidad de propagación, las fracturas presentes en el macizo rocoso actúan como filtros que amortiguan y atenúan la transmisión y continuidad de las ondas en la voladura. Modelo de LaGrange.- Es una representación de las velocidades de ondas sísmicas, como la Onda P, Onda S y la velocidad de formación de grieta. Asimismo determina el tiempo de retardo que debe de existir entre las detonaciones contiguas para obtener el máximo provecho de la energía del explosivo aplicado al macizo rocoso 4. Los métodos usados en la voladura de la mina Yauricocha son los siguientes, para el cálculo del burden se utilizan los siguientes métodos:
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ASP BLASTRONIES BLASTRONIES S.A.:”Diseño Y Evaluación De Voladura”. Voladura”. Chile 1997. 1997. Pag 45 CARLOS LOPEZ JIMENO, JIMENO, “Manual de perforación y voladura de rocas”, Madrid 1994, 541 pag..
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2.2.2 METODO DE LANGEFORS Langefors y Kihlstrom proponen la siguiente expresión para calcular el valor de: La piedra Máxima “Bmax”
B máx. = (D/ 35.6)* ((P * S) / (C * F * EV))1/2 Donde:
D: diámetro de perforación en mms P: grado de retardo, que es la cantidad de carga en Kg/dm3 del volumen nominal del tiro
S: Potencia relativa en Peso del explosivo y está entre 1 – 1.4 F: grado de fijación de los tiros. Depende de la inclinación de los tiros. F = 1 Tiro vertical F = 0.9 Tiros de 70 grados F = 0.85 Tiros de 63 grados
C: constante específica de la roca. Es la cantidad de explosivo necesario para fragmentar 1 m3 de roca, normalmente en voladuras a cielo abierto y rocas duras se toma C = 0.4
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Este valor se modifica de acuerdo con: B = 1.4 – 1.5 m C¨ = C + 0.75 B <1.4 m C¨ = 0.07 / B + C
EV: Relación Espaciamiento – Burden y puede estar entre 1 a 2 Profundidad del Hoyo (metros) H = (L + J) / Sen = inclinación del hoyo respecto a la horizontal Burden Práctico (metros) B1 = B * (1 - 0.03 * L) Para tronaduras con filas múltiples B1 = B - 0.5 * L Para tronaduras con una fila Concentración de Carga de Fondo (kilogramos / metro) Qbk = P * (D / 36)2 Espaciamiento (metros) S = EV * B Largo carga de Fondo (metros) Hb = 1.3 * B Taco (metros) T = B1 Concentración carga Columna (Kilogramos / metro) Qpk = 0.5 * Qbk Carga de Fondo (kilogramos) Qb = Hb * Qbk Carga de Columna (kilogramos)
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Qp = Hp * Qpk
2.2.3 CONCLUSIONES.
El método método de Langefords considera las condiciones energéticas estáticas (explosivo) y del medio (roca), sin considerar los demás parámetros influyentes como: la dinámica e interacción de energía a través de la secuencia de iniciación y el efecto del confinamiento de acuerdo al tamaño de las voladuras. Por lo cual, para la determinación de los tiempos, complementamos el modelo mediante las ecuaciones de LaGrange, y los conceptos de burden de alivio.
La exactitud exactitud de los tiempos de detonación detonación nos nos brindan los detonadores detonadores electrónicos, debido a que están exentos de dispersión, con lo cual, es posible disminuir en gran porcentaje la incertidumbre de la acción de los
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tiempos sobre el diseño, asimismo, nos permiten ejecutar voladuras masivas sin alterar las propiedades del macizo rocoso por efectos de vibración, siempre y cuando lleguemos al diseño óptimo, en términos de los parámetros que intervienen como: Relación burden - espaciamiento, número de taladros y la disposición geométrica de estos en el diseño.
Los traslapes en la detonación, producen producen degradación acumulada del del macizo rocoso, este efecto cambiaría las propiedades de la roca y del explosivo, generando fracturamiento en aquellos sectores donde aún no ha detonado carga alguna. La acción de los tiempos es importante en este mecanismo, ya que éstos reducirán la superposición de los radios de fracturamiento generados.
Buscar integrar integrar el tiempo de retardo en en los modelos calibrados, ajustando las curvas de fragmentación modeladas con Langefords a curvas de fragmentación medidas con un sistema de delineamiento digital de imágenes de la pila de fragmentación. Estas curvas, calibradas (definidas como una matriz de sensibilidad de parámetros de las voladuras) para sectores característicos y representativos de la mina, permitirían predecir la fragmentación a partir del cambio de parámetros de las voladuras, sin perder la tendencia de las curvas medidas.
Finalmente, los los resultados resultados obtenidos en cuanto cuanto a fragmentación, nos han han permitido incrementar de forma conservadora las dimensiones de la malla de perforación, con lo cual, tenemos ahorros sustanciales en perforación específica, factor de carga y tener un mejor control de los tiempos de detonación por taladro. Todos estos aspectos se traducen en reducir el Costo Global de Minado.
2.3 DEFINICIONES DISEÑO: proceso previo de configuración mental, "pre-figuración", en la búsqueda de una solución en cualquier campo. Utilizado habitualmente en el contexto
de
la industria, la industria, ingeniería, ingeniería, arquitectura, arquitectura, comunicación comunicación y
otras
disciplinas creativas. disciplinas creativas.
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OPTIMIZAR: Planificar una actividad para obtener los mejores resultados DISEÑO DE LA MALLA DE PERFORACIÓN: Es el esquema que indica la distribución de los taladros con detalle de distancias, cargas de explosivo y secuencia de encendido a aplicarse 5. REDISEÑO DE LA MALLA DE PERFORACIÓN: Modificar la concepción original de un objeto destinado a la producción en serie, modificar la distribución espacial de los taladros con el fin de obtener una utilización efectiva de la energía liberada por el explosivo a utilizarse. OPTIMA VOLADURA DE ROCA: La voladura de rocas, representa una de las operaciones más relevantes dentro del proceso extractivo de minerales, su objetivo principal es lograr un tamaño adecuado de roca, con un mínimo de daño en su entorno. Resultados adversos, obligan a efectuar minados selectivos, incrementando los costos de operación MACIZO ROCOSO: El modelamiento del macizo rocoso, es una de las herramientas más importantes para el desarrollo de las voladuras. Las condiciones estructurales y propiedades del material son muy poco conocidas o casi desconocidas al momento de diseñar una aplicación de voladura, siendo estas propiedades inferidas o estimadas utilizando valores medios 6. PARAMENTOS DE ROCA: Son determinantes como variables incontrolables, los cuales t enemos:
Las propiedades físicas (densidad, dureza, tenacidad, porosidad).
Las Propiedades Propiedades elásticas o de Resistencia (resistencia a la compresión, tensión, fricción interna, cohesión).
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Condición geológica (textura, presencia de agua) 7.
ALFREDO CAMAC CAMAC TORRES: TORRES: “Túneles”, “Túneles”, 218 Pág. DINASOL: “Manual De Explosivos”, impresión callage, lima, 79 Pág JAY A. RODGERS: “Técnicas Eficientes Para Tornaduras”, 5-6-7 Tornaduras”, 5-6-7 de abril de 1995, La serena - Chile, 201pag.
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PARÁMETROS DE EXPLOSIVO: Son variables controlables como las propiedades físicas o químicas (densidad, velocidad de detonación, presión de detonación, energía del explosivo, sensibilidad, volumen de gases). PARÁMETROS DE CARGA: Son también variables controlables en el momento del diseño de la malla de perforación y voladura, (diámetro del taladro, longitud del talado, confinamiento, acoplamiento, densidad de carga, longitud de carga).
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