tesis parametros de perforacion
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE INGENIERIA GEOLÓGICA, MINERA, METALURGICA Y GEOGRAFICA
E.A.P. DE..INGENIERIA DE MINAS
Perforación y volura en minera a cielo abierto Capítulo2. Criterios para determinar los parámetros de perforación
INFORME PROFESIONAL
Para optar el Título de Ingeniero de Minas
AUTOR
Italo Farje Vergaray
LIMA – PERÚ 2006
CAPITULO 2 2 CRITERIOS PARA DETERMINAR LOS PRAMETROS DE
PERFORACION.
2.1) OBJETIVOS
Mostrar de manera iterativa el cálculo de la malla de perforación de
una practica basados en la caracterización del macizo por Lilly y el modelo
matemático de Kuz-Ram,
Existen muchos métodos, pero los antes mencionados toman en
cuenta las características geomecánicas de la roca, la litología, y nos dan
un tamaño promedio de la roca fragmentada
2.2) Caracterización de la mina para el propósito de voladura.
Las características físicas de las rocas están en función a su génesis y a
los procesos geológicos a los cuales fueron expuestas.
2.2.1) Propiedades de las rocas
a) Densidad, Resistencias dinámicas de las rocas, Porosidad
13
2.2.2) Caracterización del macizo Rocoso Las propiedades del macizo rocoso son de fundamental importancia para
conseguir un buen diseño de perforación y voladura pequeñas variación de
estas propiedades hacen que los parámetros de diseño de la perforación y
voladura sean diferentes.
a) Rigidez de la roca: Controla la distorsión que pueda haber en las
paredes del taladro.
b) Resistencia a la compresión : controla la rotura de la roca en las
paredes del taladro
c) Propiedades de atenuación: Da la atenuación de la ondas.
d) La tensión dinámica: Tiene su influencia en la apertura de nuevas
grietas para generar fracturas de rotura en el macizo
e) Característica, frecuencia y orientación de las fracturas in situ: Su
influencia se da en el tamaño de los bloques que se muestran de
manera natural.
f) La constante “A” , Es un parámetro que lo da Lilly y partir del cual se
puede obtener factores de carga.
g) Propiedades mecánicas: Se tiene dos parámetros que son
susceptibles de medir:
El Modulo de Young representa el comportamiento de la deformación
a la tensión y tracción lineal que sufre la roca
Ratio de Poisson’s expresa La relación de la tensión lateral con la
tensión longitudinal en un esfuerzo uní-axial
Los valores dinámicos se pueden calcular de la siguiente manera:
14
Modulo de Young
E = Vs2 x ρ x {3 x (Vp/Vs)2 -4} / {(Vp/Vs)2 – 1}
Donde:
E = Modulo de Young
Vp = Velocidad de la onda “p”
Vs = Velocidad de la onda “s”
ρ = Densidad de la roca
Ratio de Poisson’s
ט = {(Vp/Vs)2 - 2 } / {(Vp/Vs)2 – 1}
Donde:
Ratio de Poisson’s = ט
Vp = Velocida de la onda “p”
Vs = Velocidad de la onda “s”
2.2.3) Índice de calida del macizo rocoso ( RQD) a) RQD: (Rock Quality Designation) , el índice de calida de roca, que se
mide in situ, para realizar dicho calculo existen tres posibilidades
b) Primes caso: a partir de los testigos obtenidos en la exploración.
Medida del RQD en testigos de Exploración
15
c) Segundo caso: RQD Determinado en el campo por el área de
Geotecnia, en un tramo longitudinal de pared expuesta
d) RQD = 100 (0.1-) ג x (0.1 ג (1 + ג
Donde:
= Nro. De Fisuras / Espacio (Span) ג
e) Tercer caso: Comprende el calculo del RQD en función del numero
de fisuras por metro cúbico al realizar el levantamiento litológico
estructural de las paredes de la mina, este se usa para voladura:
RQD = 115 – (3.3) Jv
Donde:
Jv = numero de fisuras por metro cúbico
RQD Calida de Roca
< 25% Muy mala 25 - 50 % Mala50 - 75 % Regular75 - 90 % Buena90 - 100% Muy buena
2.2.4) Índice de la roca a la voladura ( Blastibility) Este índice fue desarrollado por Lilly, y nos da una idea de cuan fácil o
difícil es volar una roca.
BI = 0.5(RMD + JPS + JPO + SGI + RSI)
Donde:
RMD = Descripción del macizo rocoso
JPS = Espaciamiento de las juntas planares
JPO = Orientación de las juntas planares
SPG = Gravedad especifica
RSI = Dureza de al roca (Hardness)
16
RSI = 0.05(RC)
RC = Resistencia a la compresión simple (Mpa)
Para una roca totalmente masiva el espaciamiento entres juntas es
intermedio y con una resistencia a compresión de 140 a 230Mpa, vemos
que los rangos de factor de carga se mueve entre: 0.25 y 0.3 kg/ton de
ANFO, dicho explosivo tiene un densidad de 0.8gr/cm3, sin embargo con el
uso de ANFO pesado estos factores de carga se van a un rango mas
elevado de 0.46 – 0.56 kg/ton
Calificación1.- Descripcion del macizo rocoso
(RMD)1.1 Friable / Poco consolidado 101.2 Diaclasado en bloqes 201.3 Totalmente masivo 50
2.- Espaciamiento entre planos de las juntasJPS2.1 Pequeño (< 0.1 m ) 102.2 Intermedio (0.1 a 1m) 202.3 Grande ( > 1 m ) 50
3.- Orientacion de los planos de juntasJPO3.1 Horizontal 103.2 Buzamiento Normal la frente 203.3 Direccion normal al frente 303.4 Buzamiento coincidente con el frente 40
4.- Influencia de peso epesifico(SGI)SGI = 25SG - 50SGDonde: SG = Peso especifico en (ton/m3)
5.- Influencia de la resisitencia
RSI = 0.5RC
Donde: RC= Resisencia a la compresión
Parámetros Geomecánicos
17
IB para una roca con las siguientes características, de 140 y 230Mpa
RMD 40 50JPS 20 20JPO 30 30SGI 12.5 20RSI 7 11.5
IB 54.75 65.75
Consumo específico de ANFO
00.050.1
0.150.2
0.250.3
0.350.4
0.450.5
0.55
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Indice de Volabilidad
Fact
or d
e ca
rga
(kg/
t)
IB = 55 IB = 66
2.2.4.1 Índice de volabilidad modificado para un caso particular. El índice planteado por Lilly, se le puede ingresar nuevos parámetros,
como la alteración y la abundancia de esta particularidad, dichos valores
entran restando el índice original, Cada mina tiene sus particularidades.
Propuesta:
BI = 0.5 x (RMD + JPS + JPO + SGI + RSI - ALTxAB)
Donde:
RMD = Descripción del macizo rocoso
JPS = Espaciamiento de las juntas planares
JPO = Orientación de las juntas planares
SPG = Gravedad especifica
RSI = Dureza de al roca (Hardness)
RSI = Razón de influencia de la resistencia
ALT = Tipo de alteración
AB = Abundancia
18
Dureza Ranking UCS (Mpa)Extremadamente blanda R0 0.2 - 1.0Muy suave R1 1.0 - 5.0Suave R2 5.0 - 25.0Roca media R3 25.0 - 50.0Roca Dura R4 50.0 - 100Muy dura R5 100 - 250Extremadamente Dura R6 > 250
Clasificación general de dureza de la roca en Mpa
Litologia Codigo Alteración Codigo AbundanciaPorfido Feldespatico 164 Biotita 1 ModeradoQuarzo monzonita 166 Silice 3 Moderado IntensoBrecha 168 Sericita 4 Intenso
Caolinita 8
Información entregado por geología de la mina
Cálculos en base al índice de Volabilidad:
FE = 0.015 x BI
FC = 0.004 x BI
A = 0.12 x BI (A = Factor de roca)
15Mpa 25Mpa 37Mpa 50Mpa 75Mpa 100Mpa1.- Descripcion del macizo rocoso (RMD) 10 10 20 20 30 30
Masivo 50Fracturado 40Muy fracturado 30Fracturado dislocado o agrietado 20Desintegrado o polvoriento 10
2.- Espaciamiento entre planos de las juntas (JPS) 20 20 20 30 30 30Espaciamiento mayor a la malla de perf. 50Especiameinto de 1m 30Espaciamiento de 0.2 a 1m 20Espaciamiento menor a 0.2 m 10
3.- Orientacion de los planos de juntas (JPO) 20 20 20 20 20 20Horizontal 10Manteado hacia el banco 20Perpendicular hacia l cara libre 30Manteado hacia la cara libre 40
4.- Influencia de peso epesifico (SGI) 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5S.g = 2.5 2.5SGI = 25SG - 50SGDonde: SG = Peso especifico en (ton/m3)
5.- Influencia de la resisitencia (RSI) 7.5 12.5 18.5 25 37.5 50RSI = 0.5RCDonde: RC= Resisencia a la compresión
6.- Alteración (ALT) 4 4 4 4 3Biotita 1Silice 3Sericita 4Caolinita 8
7.- Abundancia 6 6 5 5 4Moderado 4Moderado intenso 5Intenso 6
Indice de Volabilidad 23 25.5 35.5 43.75 59 65.25Factor de Energia (Kj/ton) 0.35 0.38 0.53 0.66 0.89 0.98Faactor de Carga (kg/ton) 0.09 0.10 0.14 0.18 0.24 0.26Factor de Roca (A) 2.76 3.06 4.26 5.25 7.08 7
Caracterización para una voladura en particularDiferentes tipos de Dureza
3
4
.83
Sin embargo en marzo del 2006, la empresa ASP Blastronic presenta un
nuevo criterio para calcular el índice de Volabilidad, el cual lo hace en función
de la Velocidad de penetración, mineralización, RQD, Litología y densidad de
roca y es el cuadro adjunto en la parte baja de la hoja.
19
15Mpa 25Mpa 37Mpa 50Mpa 75Mpa 100Mpa
1.- Influencia de la Dureza Rango Clase 10 20 30 40 50 5>75 10
Rango de penetracion 44 a 75 2025 a 44 30
RP ( m/h) 18 a 25 400 a 18 50
2.- Mineralizacion 30 30 50 50 50 50
1.- Esteril 302.- Mineral 50
3.- Influecia del fracturamiento (RQD) 10 20 30 40 50 60Influencia 0 - 15 10del fracturamiento 15 - 30 20Rango RQD 30 - 45 30
45 - 60 40>60 50
4.- Litologia 10 20 30 40 50 601.- Mat aluvial 102.- Sedimentos 203.- Andecita inferior 304.- Andecita superior 405.- Toba 50
5.- Influencia de peso epesifico (SGI) 20 22.5 25 27.5 30 32.5S.g = 2.5 2.8 20.0SGI = 25SG - 50SG 2.9 22.5Donde: 3.0 25.0
3.1 27.5 SG = Peso especifico en (ton/m3) 3.2 30.0
3.3 32.5
Indice de Volabilidad 40 56.25 82.5 98.75 115 126.25Factor de Energia (Kj/ton) 0.60 0.84 1.24 1.48 1.73 1.89Faactor de Carga (kg/ton) 160 225 330 395 460 505Factor de Roca (A) 4.8 6.75 9.9 11.85 13.8 15.15
Diferentes tipos de DurezaCaracterización para voladura
0
Fue con esta información con la cual ajustamos nuestros factores de carga
y como puede ver es un cuadro que se puede aplicar a cualquier mina.
2.2.5) Modelo de Kuznetzov Rambler
Modelo Kuz – RAM para obtener un valor promedio de fragmentación
X50 = AK(-0.8) x Qe(1/6) x (115 / SANFO)19/30
Donde:
X50 Tamaño medio de los fragmentos
A Factor que depende del tipo de Roca (Lilly)
Qe Masa de explosivo (Kg)
SANFO Potencia del explosivo respecto al ANFO
K Factor de carga (kg/ton)
20
Modelo de Kuz - Ram
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
110%
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
Tamanó (m)
Perc
ent P
assi
ng
X50
n
P63%
Nota: ver el anexo 6, esta el desarrollo de la formula de kuznetsov
Curva típica de la ecuación de fragmentación dado por Kuz-Ram, la cual
tiene que ser ajustada con valores obtenidos en campo
2.2.6) Exponente de uniformidad de Rosin – Rambler
n = (22-14B/D) x (1 – W/B) x ((1+S/B)/2)0.5 x ((abs(LCF-LCC)/LCT)) + 0.1)0.1 x LE/H
Donde:
B = Burden
S = Espaciamiento
D = Diámetro (mm)
W = Desviación de la perforación (m)
LCF = Longitud de la carga de fondo (m)
LCC = Longitud de la carga de columna (m)
LE = Largo del explosivo sobre el piso (m)
H = Altura del Banco (m)
21
2.2.7) Modelo Kuz – Ram ajustando al exponente n
R = 1 - e(-0.693) x ( X/X50)n
Donde:
R = Fracción del material bajo el tamaño (X)
X = Diámetro del Fragmento en cm
n = Exponente de uniformidad de Rosin-Rambler
2.2.8) Modelo Kuz – Ram, para un banco de 15m
En estos cuadros se han colocado los datos reales de la mina, y la
fragmentación se ha medido con un software llamado Wipfrag, el cual nos
da un exponente de 2.23, y con un tamaño promedio de 25.6cm para el
50% del material volado
ANALISIS DE FRAGMENTACIONMODELO DE KUZ-RAMProyecto AntaminaMalla PREDECIDO
Propiedades de la roca intacta Diseño de MallaFactor de Roca Triangular o Cuadrada 1.1Tpo de Roca Marmol Diametro 311.15 mmDensidad 2.8 SG Longitud de Carga 9 mmodulo de elasticidad 60 GPa Burden 8 mResisitencia a la compresion 100 MPa Espaciamiento 9 m
Desviacion de la perforacion SD 0.1 mAltura de Banco 15 m
JuntasEspaciamiento (JPS) 10Orientación (JPO) 30 Tons/Taladro 3,024 Dureza (H) 8 Factor de Carga 0.25 kg/tonneBloques en el sitio (BSI) 1 m Densidada de carga 0.71 kg/m3
HA64Explosivos Bottom Charge Top Charge Wipfrag parametersDensidad (SG) 1.32 Uniformity Exponent 2.23RWS (% ANFO) 84.6% Characteristic Size 0.3100 mNominal VOD (m/s) 5100 5100 Average size of material 25.6 cmEfectiva VOD (m/s) 5100 5100Longitud de carga 9Explosive Strength 0.00 0.85peso de Anfo por taldaro 764.22
Con Kuz –Ram, vemos que el exponente de corrección es de 1.24, y el
tamaño promedio de la muestra es de 22.8cm para le 50% del disparo
22
RMD 20JF 30SGI 20H 8Blastability Index 39.00Rock Constant 4.68
% Modificacion de la Malla 15%Burden Calculado 8.5Espacio Calculado 9.8Tons/tal, Calculado 3,478 Factor de carga Calculado 0.22Densida de carga calulado 0.62
Parametros calculados desde el modelo de Kuz-Ram PredecidoExponente de uniformidad n 1.24 2.39Caracteritica de tamaño Xc 0.31 m 0.27Tamaño promedio X50 22.80 cm 22.85
Diagramas del modelo de Kuz-Ram, el de Wipfrag, y un modelo corregido
Kuz-Ram , Wipfrag ,Modelado
Kuz-Ram Wipfrag Calibrado Tamaño (m)0% 0% 0% 0.00
10% 2% 2% 0.0522% 8% 9% 0.1034% 18% 22% 0.1545% 31% 40% 0.2054% 46% 58% 0.2562% 61% 74% 0.3069% 73% 85% 0.3575% 83% 93% 0.4080% 90% 97% 0.4584% 94% 99% 0.5087% 97% 100% 0.5590% 99% 100% 0.6092% 99% 100% 0.6594% 100% 100% 0.7095% 100% 100% 0.7596% 100% 100% 0.8097% 100% 100% 0.8598% 100% 100% 0.9098% 100% 100% 0.9599% 100% 100% 1.0099% 100% 100% 1.0599% 100% 100% 1.10
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
110%
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
Size (m)
Perc
entP
assi
ng
Para un banco de de 10m y una roca de mayor dureza, Vemos que el
tamaño promedio de la roca, es de 25,6cm medido con un sistema de
fotografía para el 50% de la muestra
23
ANALISIS DE FRAGMENTACIONMODELO DE KUZ-RAMProyecto BarrickMalla PREDECIDO
Propiedades de la roca intacta Diseño de MallaFactor de Roca Triangular o Cuadrada 1.1Tpo de Roca Arenisca Diametro 250 mmDensidad 2.5 SG Longitud de Carga 5 mmodulo de elasticidad 60 GPa Burden 5.2 mResisitencia a la compresion 180 MPa Espaciamiento 6 m
Desviacion de la perforacion SD 0.1 mAltura de Banco 10 m
JuntasEspaciamiento (JPS) 20Orientación (JPO) 30 Tons/Taladro 1,310 Dureza (H) 4 Factor de Carga 0.35 kg/tonneBloques en el sitio (BSI) 1 m Densidada de carga 0.88 kg/m3
HA64Explosivos Bottom Charge Top Charge Wipfrag parametersDensidad (SG) 1.32 Uniformity Exponent 2.23RWS (% ANFO) 84.6% Characteristic Size 0.3100 mNominal VOD (m/s) 5100 5100 Average size of material 25.6 cmEfectiva VOD (m/s) 5100 5100Longitud de carga 5Explosive Strength 0.00 0.85peso de Anfo por taldaro 274.08
Ahora veamos con el modelo matemático de Kuz – Ram, nos da una
fragmentación de 17.93 cm, al 50% de la voladura pero en el grafico se ve
que el 80% de la voladura esta
RMD 20JF 50SGI 13H 4Blastability Index 43.25Rock Constant 5.19
% Modificacion de la Malla 15%Burden Calculado 5.6Espacio Calculado 6.4Tons/tal, Calculado 1,507 Factor de carga Calculado 0.31Densida de carga calulado 0.76
Parametros calculados desde el modelo de Kuz-Ram PredictedExponente de uniformidad n 1.07 2.05Caracteritica de tamaño Xc 0.25 m 0.22Tamaño promedio X50 17.93 cm 18.38
24
Diagramas del modelo de Kuz-Ram, del software Wipfrag, y un modelo
corregido para un banco de 10m en una roca
arenisca.
Kuz-Ram Wipfrag Calibrado Tamaño (m)0% 0% 0% 0.00
16% 2% 5% 0.0531% 8% 18% 0.1044% 18% 37% 0.1554% 31% 56% 0.2063% 46% 73% 0.2570% 61% 85% 0.3076% 73% 93% 0.3580% 83% 97% 0.4084% 90% 99% 0.4587% 94% 100% 0.5090% 97% 100% 0.5592% 99% 100% 0.6094% 99% 100% 0.6595% 100% 100% 0.7096% 100% 100% 0.7597% 100% 100% 0.8097% 100% 100% 0.8598% 100% 100% 0.9098% 100% 100% 0.9599% 100% 100% 1.0099% 100% 100% 1.0599% 100% 100% 1.10
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
110%
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
Size (m)
Perc
ent P
assi
ng
Kuz-Ram , Wipfrag , modelo
2.2.9) Malla actuales, en bancos de 10m, para una Roca Arenisca a) Malla de perforación en roca suave.
Dureza de roca = (60 – 110) Mpa Altura de banco = 10m Sobre perforación = 1m Distribución de taladros = Triangular (equilátero) Espaciamiento = 8m Burden = 7.5m
b) Malla de Perforación en roca Media
Dureza de roca = (111 – 150) Mpa Altura de banco = 10m Sobre perforación = 1.5m Distribución de taladros = Triangular (equilátero) Espaciamiento = 7m Burden = 6.5m
c) Malla de Perforación en Roca dura
Dureza de roca = (150 – 180) Mpa
25
Altura de banco = 10m Sobre perforación = 1.5m Distribución de taladros = Triangular (equilátero) Espaciamiento = 6.5m Burden = 5.6m
d) Malla de Perforación en roca muy dura Dureza de roca = (181 a mas) Mpa Altura de banco = 10m Sobre perforación = 1.5m Distribución de taladros = Triangular (equilátero) Espaciamiento = 6.0m Burden = 5.2m Taladros Satelitales = En el s.g del triangulo equilátero
2.2.10) Resultados obtenidos en Campo A continuación mostramos una serie de mediciones de fragmentación
realizadas en campo.
1) Voladura en una roca suave = (60 – 110) Mpa
Distribución de los Fragmentos
B=7.5S=6.5T=4.5
Actualmente la malla esta en Burden 8m x 7.5 de espaciamiento
26
2) Voladura en una roca media = (110 – 150) Mpa
Supervisor Ronald AñascoEmpresa Exsa
Nitrato de Amonio 46026Petroelo Diesel 904Emulsion matriz 73446Taladros Totales 285
Tonelage 215406Fc 0.569FE
B x E 6.50 x 7.50Metros 3457Horas 187.7
Velocidad De P 18.41PSI 48.18
RPM 74.32Pull Down 1995.4
Proyecto 4120Proyecto 4120--012012
Para la dureza de esta malla esta dando resultados regulares por los que
no podemos ampliarla
3) Voladura en una roca Dura = (150 – 180) Mpa Acá es muy claro ver que el tamaño promedio es de 40cm, el doble del
tamaño del que se obtiene en las rocas de dureza suave y media
Resultados de granulometrResultados de granulometríía obtenidos en la Malla 4100a obtenidos en la Malla 4100--016 016 Parámetros Obtenidos
s iz e (m)0.70.60.50.40.30.20.10
% p
assi
ng
100
80
60
40
20
0
27
La malla aun no podemos ampliarla B= 5.6m S=6.5m, tenemos 40cm de
tamaño de fragmento promedio.
4) Comportamiento del factor de carga en función al tamaño de la
fragmentación
P80 Vs factor de carga en Arenisca
10
15
20
25
30
35
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70
Factor de carga (kg/ton)
P80
(cm
)
P80 = 0.998* 1/FC + 13.215R2 = 0.2807
28
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