Expositor: Jorge Velsquez Jara

Controlar los efectos de las vibraciones por la voladura mediante el monitoreo, modelamiento, anlisis e interpretacin de datos reales en condiciones normales de trabajo.

No toda la energa de la voladura se consume en forma productiva, fragmentando y desplazando la pila de roca.

Una fraccin de esta energa escapa de la zona inmediata alrededor de la voladura y la mina.

La transferencia de esta energa se traduce en ondas que se propagan, a travs de varios cientos de metros y afecta instalaciones, comunas aledaas.

Es necesario lograr controlar el traspaso de la energa al macizo rocoso para poder mantener un equilibrio entre el desempeo de la operacin

Parmetros de diseo Perforacin

Malla

Dimetro

Explosivo

Forma de cargar

Retencin

Tiempo

Secuencia

tecnologa

Dao relacionado con la vibracin en subterrnea y tajo abierto

Un elemento importante en el proceso de evaluacin y optimizacin de la operacin de voladura, es poder predecir a travs de un modelo, las consecuencias y beneficios al introducir distintos cambios en los parmetros ms relevantes, sin que ello deba necesariamente tener que realizar a escala real. Se pueden distinguir distintos enfoques asociados al Modelamiento de vibraciones, los cuales tienen como objetivo final predecir los niveles de vibracin en un punto especfico de acuerdo a un diseo de voladura.

Tericamente, el criterio que mejor representa el comportamiento de la vibracin generadas por el tipo de cargas explosivas usadas en voladuras de tajo abierto, es el de DEVINE puesto que al utilizar cargas explosivas con geometra cilndricas, se tiene que las distancias deben ser corregidas por la raz cuadrada de la carga.

PPV = K *(

/)

Donde: PPV : velocidad pico de partcula (mm/s) W : peso de la carga explosiva d : distancia entre el punto de medicin y la carga explosiva detonando K :factor de velocidad : factor de atenuacin

En el campo cercano (muy cerca de los taladros donde ocurre el fracturamiento), la ecuacin se debe modificar para tomar en cuenta la forma cilndrica larga de la carga.

=

Esta ecuacin presenta la relacin entre la Velocidad de Partcula; PPV, la deformacin inducida , para una roca con Velocidad de la Onda de Compresin; Vp. Esta ecuacin supone una elasticidad lineal de la roca a travs de la cual la vibracin est propagndose y hace una estimacin razonable para la relacin entre la roca fracturada y la vibracin inducida.

De la ley de Hooke y asumiendo un comportamiento elstico, la velocidad de partcula mxima, PPVc, que puede ser soportada por la roca antes de que ocurra la falla por tensin, es estimada conociendo la resistencia a la Traccin (t), el mdulo de Young Dinmico E, y la velocidad de programacin de la Onda P, Vp, usando la ecuacin:

PPVc = (*Vp)/E Segn lo indicado para el dao producido por las voladuras

segn el PPVc se tienen el siguiente cuadro.

Con el aumento en los niveles de vibraciones, la cantidad de edificaciones y de fuentes generadoras de vibracin, es necesario establecer cotas mximas a los niveles de vibraciones, con la finalidad de evitar daos en las estructuras cercanas a estas operaciones.

Las vibraciones producidas por la voladura de rocas se han realizado con ciertos niveles de vibraciones mximos, los cuales se han determinado por medio de mediciones, llegando a determinar as el lmite mximo permisible de dao.

Transductores (gefonos o acelermetros) que se instalan en forma solidaria a la roca.

Un sistema de cables que llevan la seal captada por los transductores al equipo de monitoreo.

Un equipo de adquisicin, el cual recibe la seal y la guarda en memoria.

Un computador, el cual tiene incorporado el software requerido para el traspaso de la informacin desde el equipo monitor, y su posterior anlisis.

Gran parte de las capacidades y ventajas de la tcnica de monitoreo de vibraciones descansa en la habilidad para recolectar datos de vibracin de buena calidad. La caracterstica de estos datos tiene directa relacin con el tipo de transductor utilizado, la tcnica empleada para su instalacin y orientacin.

Los dos tipos bsicos de transductores usados para medir las vibraciones del terreno son el acelermetro y el gefono.

Los acelermetros del tipo piezoelctrico tienen alta frecuencia natural y una respuesta lineal bajo su frecuencia resonante. La seal de salida es proporcional a la aceleracin, la cual debe por lo general ser amplificada previamente a su grabacin. Los acelermetros renen los datos especificados, por lo general son livianos, robustos, pero caros.

Los gefonos entregan una medicin directa de la velocidad y consisten por lo general en un sistema de bobina mvil soportada por resorte, y un imn fijo. Al contrario del acelermetro, el gefono opera sobre su frecuencia natural. Cuando se miden frecuencias muy bajas, la salida se ve influenciada por sus caractersticas de respuesta.

El nmero de transductores usados depende de la cantidad de informacin requerida, por lo tanto existen arreglos de gefonos uniaxiales, los cuales miden la velocidad de partculas en un solo eje, arreglos biaxiales que consisten en dos gefonos orientados en dos ejes y arreglos triaxiales los que permiten registrar la velocidad de partculas en los tres ejes, lo que permite obtener el modulo del vector de velocidad de partculas.

La relacin ortogonal entre las 3 componentes de un arreglo triaxial, se logra ubicando cada una de las tres componentes sobre las caras opuestas de un pequeo trozo de barra en ngulo rgido no conductor.

Una vez que el transductor est ubicado en la perforacin de monitoreo y correctamente orientado, su posicin debe ser asegurada por medio de cemento con caractersticas de hormign, el cual proporciona mejor acoplamiento. Se debe en lo posible realizar esta operacin dentro de una perforacin que tenga la mnima diferencia entre los dimetros, pero que facilite la operacin.

Los transductores son comnmente instalados en un arreglo triaxial, y la seal de cada uno es recolectada separadamente. En algunos casos, se requieren mltiples canales, cada uno de los cuales puede ser amplificado o atenuado. Despus de esta amplificacin (o atenuacin), las seales de salidas de los transductores son grabadas como una seal anloga o convertidas en seal digital y grabadas.

La informacin de vibraciones es comnmente realizada en un computador personal. El anlisis de los datos requiere de un conjunto Computador y Software con capacidades para un manejo integral de la forma de onda, y donde las principales tareas que deben realizar

El NCVIB es un sistema de monitoreo de vibraciones que emplea estaciones remotas, las que se comunican y envan la informacin a un servidor a travs Internet y a telfonos mviles en forma inmediata, permitiendo a los usuarios ver los resultados de las voladuras en tiempo real.

Componentes del Sistema NCVIB

Gefonos Triaxiales INFRA V12

Micrfono INFRA S10 Infra Master

En el tajeo 676 de la mina ARCATA se tienen taladros largos en vetas angostas cuyo ancho promedio de veta es 0.8m.

La malla de perforacin es cuadrada de 0.8m x 0.8m

Dimetro de perforacin: 2

Longitud de los taladros: 10m

Como se observa en la figura, antes de la realizacin de los monitoreos se disparaba los taladros de una misma fila con un mismo nmero de retardo en la parte final y central del taladro, lo que originaba una carga operante de 20 kg.

Esto trae como consecuencia que haya mucha carga explosiva detonando en simultneo,

lo que origina la inestabilidad de la zona en donde se realizan los trabajos de taladros

largos, alterando la estabilidad de las cajas principalmente.

Debido a la excesiva carga explosiva detonando en simultneo, se debilitaron las cajas

del tajeo originando un accidente al equipo de limpieza con telemando.

la ubicacin del gefono para lo cual se tom en consideracin la

tcnica de plancha empernada a la roca a travs de un split set y cuyo objetivo principal

es mantener fijo el gefono simulando el comportamiento vibracional del macizo rocoso.

Datos del monitoreo Eje x Eje y

Disparo

(fecha)

Velocidad

pico

particula

Distancia

(m)

W (Peso

mximo/retardo)Kg

Distancia

escalar

VPP

23-dic 23.5 61.05 6.1 24.7184 23.5

23-dic 27.7 54.49 6.1 22.0624 27.7

24-dic 19.6 47.93 5.3 20.8195 19.6

04-dic 13.7 41.37 1.8 30.8654 13.7

25-feb 29.2 34.81 8 12.3072 29.2

26-feb 65.3 28.25 8.6 9.6897 66.3

03-abr 213 21.69 20 4.8500 213

05-abr 224 15.15 30 2.7678 224

06-abr 87 20.48 27 3.9414 87

Donde la ecuacin que se aproxima al modelamiento y

comportamiento de las vibraciones en cualquier punto sobre el

macizo rocoso es igual a:

VPP = 663.2 x ()1.0973

Para estimar la carga mxima por retardo y minimizar el dao al macizo rocoso debemos de estimar la Velocidad pico partcula Crtica.

Para la obtencin de la resistencia a la traccin se recogieron muestras del tajo 676 y se hicieron pruebas de laboratorio obteniendo los siguientes resultados:

t: 6.7 MPa E: 31.2 GPa

Vp: 3829 m/s

PPVc = (*Vp)/E VPPCritica = 823.00 mm/s

Observamos que con una mejor distribucin en tiempos de retardo y distribucin

de carga, podemos disminuir el nivel de vibraciones tal y como podemos observar

en el taladro simulado.

A una distancia de radio de influencia de 1.5 metros del centro de la voladura y no sobrepasando una VPP que este en el rango mnimo de 823 (roca tipo andesita) y mximo 1100 mm/s (roca tipo prfido), obtenemos el siguiente resultado.

4.0 kilos (prfido) < carga mxima por retardo < 5.5 kilos (andesita)

Carguo con 2 tacos de 80 cm, 1 deck intermedio de

40cm para disminuir la cantidad de explosivo en la columna y salida con 2 EXSANELES con tiempos de retardo diferente asegurando que primero salga la parte baja del taladro para poder disminuir la cantidad de explosivo que est detonando en simultneo.

Como se puede observar en las imgenes, la

dilucin es mnima, una fragmentacin

adecuada y adems se tienen unas cajas muy

estables, que son los principales problemas

en los trabajos de taladros largos.

WENCESLAO VALENZUELA, NCIB_Monitoreo de vibraciones Online SIPERVOR XII, Noviembre 2013.

JOS SANCHIDRIN, Efecto de acoplamiento sensor-roca en la medida de vibraciones por voladura SIPERVOR XII, noviembre 2013.

HECTOR IVAN PARRA, control de vibraciones inducidas por voladura en campo lejano SIPERVOR XII, Noviembre 2013.

ROMULO MUCHO MAMANI, Voladura controlada en un proyecto minero SIPERVOR XII, Noviembre 2013.

ROMULO MUCHO MAMANI, Voladura de rocas para la nueva minera Instituto de Ingenieros de Minas del Per, agosto 2013.

WILLY JOS CONTRERAS PEREZ, Seleccin del explosivo adecuado y carga mxima por retardo usando el monitoreo, modelamiento y anlisis de vibraciones tesis UNI 2009

CARLOS AGREDA TURRIARTE, Anlisis y Control de Vibraciones en Voladura taller INTERCADE

El empleo adecuado del Monitoreo de Vibraciones producidas por las voladuras, es una tcnica que provee mltiples ventajas en trminos de poder examinar en detalle el proceso de la voladura, constituyndose en una muy buena herramienta para el diagnstico, ya que la adecuada interpretacin del registro de vibraciones permite determinar el grado de interaccin entre las variables de una voladura, pudindose evaluar por ejemplo: cargas detonando en una secuencia de encendido incorrecta; dispersin en los tiempos de encendido de los retardos; detonacin deficiente de cargas; detonaciones instantneas; detonacin de cargas adyacentes por simpata; adems de la cuantificacin de los niveles de velocidad, frecuencia, aceleracin y desplazamiento de las partculas de roca. En definitiva el rendimiento general del diseo.

Las vibraciones producidas por las voladuras y el conocimiento de las propiedades geomecnicas del macizo rocoso, permiten estimar la probabilidad de ocasionar dao en dicho macizo. Los altos niveles de vibracin pueden daar la roca, produciendo fracturas nuevas o extendiendo y dilatando fracturas existentes. La vibracin en este contexto, puede ser considerada como un esfuerzo o deformacin del macizo rocoso.