Aplicaciones de Wall Control para Voladuras Bajo Manto en

Minas de Carbón

1Carlos Muñoz, 2Miguel Alarcón

Servicios Basados en Voladura, Gerencia de Innovación y Tecnología - Orica Chile S.A.-ORICA MS

1carlos.munoz@orica.com

2miguel.alarcon@orica.com

RESUMEN El presente artículo muestra resultados previos del proyecto denominado “Mejoramiento del Control de Taludes en Mina La Francia-Colombia (Coal Corp)”. Se presentan nuevos estándares en P&V definidos para obtener mejoras en los actuales resultados de P&V con énfasis en la estabilidad de taludes. Todo lo anterior según una zonificación geológico-geotécnica establecida para dicho efecto. Como parte de las conclusiones se desprende que uno de los mayores inconvenientes para las prácticas de voladura bajo manto es la heterogeneidad geológica, típica de estos ambientes sedimentarios, que presentan los interburdenes que contienen a los mantos de carbón económicamente explotables. PALABRAS CLAVE: Voladura Bajo Manto, Carbón, Wall Control. 1 INTRODUCCIÓN La voladura bajo manto corresponde a una práctica habitual en minas de carbón en donde los interburdenes entre mantos explotables poseen un espesor reducido (yacimientos tipo multimanto) y los buzamientos de las capas presentan gran inclinación (>15°). Esta práctica se realiza principalmente por la versatilidad operacional al permitir que las capas superiores, el manto de carbón y las capas inferiores sean extraídos en una sola pasada optimizando las operaciones de carguío y transporte. La perforación se realiza cortando tanto capas de estéril como de carbón, por lo que el carguío y amarre se realiza de tal manera de controlar la dilución del manto de carbón no volable. El carguío del explosivo se realiza solo en las capas estériles por encima y debajo del manto dejando un taco variable a ambos extremos de este último, utilizando para tal efecto múltiples decks y similares tiempos de retardo para el primado dentro de un mismo pozo. El presente estudio muestra los resultados del módulo I, como parte del proyecto denominado “Mejoramiento del Control de Taludes en Mina La Francia-Colombia (Coal Corp)”, cuyos objetivos fueron: 1) Identificar las variables que controlan los resultados de voladura y su impacto en los procesos que definen la estabilidad de taludes, 2) Reconocer la condición de estabilidad actual y el impacto de las prácticas de P&V en la degradación de las propiedades geotécnicas del macizo rocoso, 3) Evaluar el efecto de la voladura en los cumplimientos de diseños de fase y geometría resultante y 5) Redefinir estándares para voladuras de producción y contorno.

1 Corresponding autor. Tel.:+56 9 89747804; fax: +56 2 444 33 67.

E-mail address: carlos.munoz@orica.com (Carlos Muñoz L).

Fig.1 Diferencias entre una perforación de una voladura normal (arriba) y voladura bajo manto (abajo).

2 ANTECEDENTES GENERALES DE P&V-MINA LA FRANCIA El yacimiento de Carbón que conforma Mina La Francia presenta 26 mantos económicamente explotables, con una ley de corte de 50 cm, inclinados en 45°SE. La secuencia de los mantos va desde el manto 700 (pared baja) al manto 3150 (pared alta), destacándose por su potencia y calidad el manto 1600, el cual posee un espesor de 6 metros (potencia), y el manto 2000 con 4 metros de espesor. La explotación de la mina comienza desde el nivel 55 hasta el –125. Desde el nivel 55 hasta el 45 el material es ripable y se extrae solo con excavadoras. Desde el nivel 45 hacia el fondo se utilizan prácticas de voladura para la extracción del material. A continuación se resumen los estándares de perforación históricos utilizados por la mina según niveles:

Nivel Diámetro (pulg) Burden (m) Espaciamiento (m)

45 hasta 30 6 ¾” 7.0 8.0 30 hasta 0 6 ¾” 6.5 7.5 0 hasta -65 6 ¾” 6.0 7.0

Tabla 1. Estándares de Perforación para voladuras de producción.

Diámetro (pulg) Burden (m) Espaciamiento (m)

6 ¾” 3.5-3.9 6.0 6 ¾” 2.5-3.5 6.0

Tabla 2. Estándares de Perforación para filas amortiguadas.

Diámetro (pulg) Inclinación Espaciamiento (m)

4 ½” -75° 1.4 6 ¾” -75°/-90° 2.5

Tabla 3. Estándares de Perforación para filas de Precorte. Actualmente existen 2 tipos de perforadoras: • 2 perforadoras Ingersoll Rand, modelo DM30 de diámetro 6 ¾”, para pozos de producción y

amortiguados (Fig.4b).

• 1 perforadora ECM 635 de diámetro 4 ½”, para pozos de precorte (Fig.4a). Fig.2 Izquierda perforadora ECM 635 diámetro 4 ½”. Derecha perforadora Ingersoll Rand modelo DM30 diámetro 6 ¾”. En producción se perfora principalmente en 6 ¾” y en casos excepcionales (±5% del total de la perforación) en 4 ½”. Los pozos amortiguados son perforados en 6 ¾” empleando 2 filas amortiguadas, la primera a distancias ente 3.5 a 3.9 m y la segunda a una distancia entre 2.5 y 3.5 m. Se utiliza una sobre-perforación fija de 1.0 m. El precorte que habitualmente se realiza es en 4 ½” con espaciamientos de 1.4 m. En casos excepcionales, por falta de disponibilidad de equipos, se efectúa precorte en 6 ¾”. El precorte en 4 ½”

se realiza inclinado a - 75° cargándose de dos formas. La primera y más habitual es emplear 3 booster de 337.5 gr, distribuidos a lo largo del pozo y unidos a través del cordón detonante. En la parte superior se acostumbra a colocar una bolsa de aire. La segunda y menos común emplea una carga explosiva en el fondo con 14 a 22 kg de Heavy ANFO más un booster 337.5 gr. El precorte en 6 ¾” se realiza inclinado a -75° y -90°, dependiendo de las condiciones operacionales del banco (si existe berma amplia, se perfora inclinado), utilizando una carga de fondo de Heavy ANFO variable similar al caso anterior. El material de taco corresponde al mismo detritus de perforación. La longitud del taco es variable y depende de las configuraciones de carguío. Para el caso de pozos libres (Sobre los mantos de carbón) en material competente el taco utilizado es de 3.0 m , por el contrario, para materiales poco competentes se utiliza un taco 3.5 m. Los pozos bajo manto poseen una configuración de mayor complejidad dejándose en la parte superior un taco de 2.0 m. En el caso de cortar interburdenes se deja un taco en la zona que atraviesa mantos de carbón y estéril inmediatamente adyacente a estos, cuando el espesor del estéril es > 1.0 m se deja un taco correspondiente al 60% de la longitud de perforación bajo manto. El Factor de Carga (FC) es variable y depende de las zonas de explotación. Es importante señalar que en la actualidad, el cálculo del se realiza considerando los metros cúbicos de carbón extraídos, aunque en estos no se utiliza explosivo para su extracción. Según la información histórica recopilada el FC fluctúa entre 0.25 a 0.35 kg/m3 (BCM), aunque de acuerdo al estudio que se comenzó en Diciembre del 2007 las útlimas voladuras han incrementado el FC hasta 0.41 kg/m3.

Código de Voladura FC (kg/m3)

VBM 565 VBM 566 VBM 567 VBM 571 VBM 568 VBM 548-1 VBM 548-2

0.29 0.39 0.26 0.26 0.33 0.41 0.41

Tabla 4. FC para voladuras realizadas en Diciembre 2007. En la actualidad se emplea una gama fija de tiempos de retardo que tienen como objetivo controlar las cargas explosivas, y de esta manera tratar de obtener una buena fragmentación y controlar los niveles de vibraciones. La tabla siguiente muestra los accesorios y tiempos de retardos utilizados:

Tiempo Accesorio Retardo

Fondo

Nonel 7.3 m Nonel 12.2 m Nonel 15.2 m Nonel 18.2 m

500 ms 500 ms 500 ms 500 ms

Entre pozos

Conector EZTL 6.1-8.4 m Conector EZTL 6.1-8.4 m Conector EZTL 6.1-8.4 m

17 ms 25 ms 67 ms

Entre filas

Conector EZTL 12.2-15.4 m Conector EZTL

109 ms 67 ms

Tabla 5. Accesorios y tiempos de retardo utilizados históricamente. En general la secuencia de encendido típica es fila a fila saliendo en dirección desde la pared alta a pared baja.

Fig.3 Plano de secuencia de encendido.

Debido a que el nivel freático en Mina La Francia se encuentra aproximadamente desde el nivel 15 hacia abajo, y a las condiciones climáticas de la zona (lluvias), el explosivo empleado es el Heavy ANFO 70/30, es decir, un explosivo con 70 % de emulsión y 30 % ANFO. Debido a que esta emulsión es del tipo agua en aceite, la fase dispersa (acuosa) está protegida por la fase de aceite, convirtiéndose así en un explosivo altamente resistente al agua y con una velocidad de detonación alta (VOD > 5,000 m/s). En los niveles superiores en donde prácticamente se tiene material estéril y se realizan perforaciones a 15 m, más 1.0 m de sobre perforación, la configuración de carguío de explosivo se realiza en dos decks; cada uno con 136 kg de Heavy ANFO, separados con tacos de 2.5 m en la zona intermedia y 3.5 m en la parte superior.

Fig.4 Configuración de carguío pozos superiores. En sectores donde no se pasa por interburdenes, la configuración de carguío de explosivo se realiza en un solo deck, variando entre 135 y 150 kg de Heavy ANFO, dejando un taco variable de 3.0.a 3.5 m dependiendo de la dureza de la roca.

Fig.5 Configuración de carguío interburden estéril.

La configuración de carguío para pozos bajos mantos en variable y se rige por lo siguiente: • Interburdenes < 1.0 m no se cargan con explosivo. • Interburdenes > 1.0 m se carga en un 40 a 43% de su longitud con explosivo. • Taco de la parte superior ± 2.0 m (variable).

Fig.6 Control de carguío pozos bajo manto. Por último es importante mencionar que la altura de banco es de 7.5 m, dejando en la pared alta, cada 4 bancos, una pared de 30 m y bermas de contención de 22 m

Fig.7 Diseño de geometría banco-berma Mina La Francia. En la pared baja también se dejan bermas cada 30 metros pero están definidas por los interburdenes de los mantos y son de longitud variable.

3 MATERIALES Y MÉTODOS Para el desarrollo del presente estudio ORICA MS proporcionó la asesoría de 2 consultores internacionales, expertos en voladura y geotecnia aplicada. Visitas a campo más trabajo de gabinete comprendieron las etapas básicas del estudio. La metodología utilizada fue analizar la información histórica-actual de P&V y comparar los resultados obtenidos, en estabilidad y fragmentación, con las características geológicas, geotécnicas y geomecánicas del macizo rocoso. Esto con la finalidad de reconocer los factores que controlan el proceso de voladura en Mina La Francia y realizar recomendaciones que permitan optimizar los actuales resultados. Para tal efecto se contó con la siguiente información: a) Columna estratigráfica generalizada para Mina La Francia. b) Topografía actual 3D del yacimiento. c) Topografía 3D proyectada de la excavación final. d) Estándares actuales de P&V. e) Base de datos de P&V. f) Parámetros geomecánicos de la roca. g) Estudios de estabilidad de taludes realizados con anterioridad al presente informe. Como una forma de complementar la información disponible se evaluó en campo: • Las inestabilidades potenciales que presentan los taludes. Esto según el diseño de la excavación

actual y a pit final. Para esta última se consideró la topografía proyectada de la excavación final y las conclusiones del informe Estudio Geotécnico Relacionado con la Estabilidad de los Taludes de Excavación del Nuevo Plan Minero Mina La Francia (Universidad de Los Andes 2007).

• Las condiciones de estabilidad alcanzada por las paredes como efecto de las voladuras. Se

caracterizó el tipo y magnitud del daño efectuado por las prácticas actuales de P&V. • Las características geológicas y geotécnicas de las distintas litologías presentes en el yacimiento.

4 RESULTADOS 4.1. Análisis de las Condiciones de Estabilidad Actual

El análisis de campo demuestra que la condición de estabilidad en Mina La Francia está controlada por distintos mecánicos de rotura: Rotura curva o circular, control planar, caída de bloques preformados y desprendimientos en zonas de falla. Los mecanismos de fallamiento por rotura curva afecta a los niveles superiores (Pared Alta, Pared Baja, Pared Lateral) en material meteorizado de baja cohesión, elevada permeabilidad y con presencia de agua variable. También se puede desarrollar en material de transición en zonas con elevado fracturamiento (niveles 60 al 30) y en casos puntuales en zonas de falla. Se observan roturas circulares combinadas en donde el movimiento rotacional estaría favorecido por planos de discontinuidad preexistente. Según lo observado este tipo de desprendimiento es favorable en condiciones saturadas sin control de drenaje. Por otro lado, control planar se da principalmente en Pared Baja en donde el buzamiento de los estratos es subparalelo al ángulo de cara de banco. Desprendimientos ocurridos ponen de manifiesto la presencia de un control estructural combinado en los cuales planos inestables cortan a través de diaclasas o estructuras de 3er orden.

Fig.8 Control planar combinado en Pared Baja. La caída de bloques preformados es característico de Pared Alta. Corresponden a inestabilidades generalizadas y las de mayor importancia en el yacimiento. Por lo general involucran tonelajes de material < 1 kt. Son producto de la intersección estructural de la estratificación [(36-54)/(140-154)] con dos sets de diaclasas [(66-84)/(230/255) ^ (42-65)/(311-339). El tamaño de los bloques desprendidos depende de la frecuencia de fracturas local.

Fig.9 Intersección de la estratificación con los sets de diaclasas. J2=(42-65)/(311-339), J3=(66-84)/(230/255), Estratificación (bedding)=(36-54)/(140-154). Nótese como la intersección estructural genera que el macizo se fracture en bloques regulares.

Fig.10 Presencia de Bloques preformados en areniscas.

Fig.11. Desprendimiento de bloques preformados en Pared Alta.

Los desprendimientos en zonas de fallas se asocián a caídas de material en zonas con elevado grado de fracturamiento. En Pared Alta este tipo de desprendimiento tiene un efecto local y restringido a zonas de fallas principales. Los desprendimientos asociados son de baja magnitud en tonelaje pero afectan al cumplimiento de los diseños de la excavación.

Fig. 12 Desprendimiento en zonas de falla Pared Alta. 4.2. Factores Geológicos, Geotécnicos y Geomecánicos en P&V

Los factores geológicos, geotécnicos y geomecánicos cumplen un rol fundamental en el desarrollo y resultados de voladura (Lilly 1986, Hustrulid 1999, Bermúdez & López 1999, Latham & Lu 1999, Chakraborty et al 2004, Handi & Mouza, 2005, Muñoz & Alvarez 2006, Muñoz & Guerra 2006, Muñoz et al 2007ª, Scot et al 2006, Bohloli & Hoven 2007). Por lo general, los principales factores a influir en el proceso de voladura son: Cambios litológicos, cambios en la textura de la roca, grado de meteorización, tipo e intensidad de la alteración hidrotermal, orientación de estructuras, frecuencia de fracturas, condición de las discontinuidades, calidad geotécnica del macizo rocoso, condición de la estabilidad impuesta por el minado (excavación, control de diseño, control del drenaje, etc) y parámetros geomecánicos estáticos/dinámicos de la matriz rocosa. Para el caso de Mina La Francia los principales factores que controlan los resultados son: Tipo de Litología/Cambios Litológicos

Se reconocen distintos comportamientos en los resultados de fragmentación según la litología involucrada en la voladura. Areniscas, limonitas, lutitas y arcillolitas presentan distintos valores de dureza relativa lo cual se transmite a los resultados de fragmentación. Actualmente existe una zonificación operativa en donde se reconocen sectores entre mantos de carbón (Interburdenes) con distintos resultados de fragmentación. 7 mantos, zona gruesa, nudo de mantos y zona superior corresponden a zonas en que las facies sedimentarias presentan características dispares. A continuación se resumen cada una de estas sectorizaciones.

7 mantos: Se localiza dentro de la columna estratigráfica entre los mantos 900-1600 y los estratos 75-90. La litología asociada corresponde a estratos potentes (> 2.3 m) de arcillolitas grises arenosas, arcillolitas grises nodulares y arcillolitas grises con intercalaciones de limonita. No existe o solo en baja proporción la presencia de otras facies.

Fig.13 Localización espacial de zona de 7 mantos. Zona gruesa: Se encuentra entre los mantos 1600-1770 y los estratos 62-73. Esta compuesta por estratos potentes (3.2 m) de arenisca con cemento silicio alternando con estratos de arcillolitas grises nodulares, arcillolitas grises con inter-estratificación de arenisca y limonita.

Fig.14 Localización espacial de zona gruesa. Nudo de mantos: Se ubica entre los mantos 1770-2500 y los estratos 42-60. Se compone de estratos potentes de: inter-estratificaciones de arcillolitas, areniscas y limolitas (> 4.6 m), arcillolitas arenosas, arcillolitas nodulares y areniscas arcillosas. En este sector es posible encontrar capas de arcillolitas grises con cemento silicio asociados a una elevada dureza relativa.

Fig.15 Localización espacial de zona Nudo de Mantos. Tal como se ha descrito anteriormente puede notarse como la zonificación establecida en las prácticas operativas esta en directa relación con las características litológicas de las facies asociadas a cada zona. Otro aspecto importante es como se distribuyen estas facies a través del yacimiento. Según lo observado existe una importante variabilidad lateral en el espesor de los estratos lo cual tiene una

directa relación con los resultados de voladura, tanto en fragmentación como en la estabilidad alcanzada en las paredes. Las perforaciones geotécnicas realizadas en el periodo 2006-2007 demuestran esto. Grado de Fracturamiento/Frecuencia de Fracturas

El grado de fracturamiento es variable a través del yacimiento y depende de la competencia de los estratos. Aunque no se ha podido determinar con precisión la frecuencia de fracturas (fract/m) por falta de limpieza en los taludes, se ha observado que el fracturamiento es importante en zonas de fallas principales llegando a valores por sobre las 15 fract/m. Por lo general la frecuencia de fracturas varía desde 1 a > 10 (fract/m). En sectores poco competentes y frágiles (arcillolitas, inter-estratificaciones) se presenta el mayor fracturamiento, mientras que materiales competentes de mayor resistencia (arenisca con cemento silicio y limonitas asociadas a las anteriores) se presenta la menor frecuencia de fracturas alcanzando valores de hasta < 1 fract/m. El grado de fracturamiento controla tanto la fragmentación alcanzada por la voladura y la calidad geotécnica resultante en los taludes de la Pared Alta. La fragmentación se ve favorecida en estratos competentes cuando la frecuencia es > 5 fract/m. Por otro lado, un elevado fracturamiento favorece el daño inducido por voladuras al no permitir un buen desarrollo del precorte debido al escape de gases. Como resultado en vez de un plano de discontinuidad lo que se genera es un intenso fracturamiento. Parámetros Geomecánicos de la roca

Los parámetros geomecánicos controlan el comportamiento de la matriz rocosa frente a las perturbaciones inducidas por la voladura. Del estudio realizado por la Universidad de Los Andes (2007) se observa que existe una variación respecto a los valores de los parámetros geomecánicos con la profundidad.

Fig.16 Ejemplo de variación de parámetros geomecánicos para arcillolitas con la profundidad. 4.3. Daños Inducidos por Voladura

De las observaciones realizadas en campo se deduce que el daño generado por voladuras en la Pared Alta se asocia con:

No cumplimiento con los Diseños de la Excavación

Se observa que no se cumple con los diseños de banco-berma. En el nivel -30 se han medido anchuras de berma de 10 m, siendo el ancho proyectado según diseño de 22 m. Para el caso de los taludes se observa que el daño es acumulativo a partir de las operaciones por capa, hasta llegar a la altura final de 30 m. Se puede observar como en algunos sectores no se logra la línea de programa dejando material remanente no extraído, cuando se toca con estratos de arenisca con cemento silíceo, mientras que en otros sectores, principalmente arcillolita, es evidente que el daño permite la sobreexcavación y se sobrepasa el ancho proyectado. Con estos resultados lo que se obtiene son taludes con geometría irregular lo cual no hace cumplir la finalidad básica de retención de un diseño banco-berma. Daño Generalizado en Materiales Poco Competentes

Las litologías poco competentes como son las arcillolitas e inter-estratificaciones se caracterizan por definir taludes poco cohesivos y con alto grado de fracturamiento en la excavación. Esto, como un efecto combinado de las voladuras y el agua de escorrentía superficial, se traduce en desprendimientos que comienzan a rellenar el ancho de las bermas. Cabe destacar que el daño de la voladura puede ser directo o indirecto. En el primer caso el precorte y las filas de producción dañan la pared por efecto de las vibraciones generadas en el campo cercano, produciendo un fracturamiento inducido y perdida de cohesión de la matriz rocosa. El daño indirecto es generado por voladuras en el campo lejano en donde la aceleración y las frecuencias afectan al material ya afectado. Fig.17 Geometría resultante en banco-berma constituido por arcillolitas. Pérdida de Cohesión en Bloques Preformados

La caída de bloques es común según lo observado en Mina La Francia. La potencialidad del macizo a fracturarse en bloques es favorecida por las voladuras, tanto en campo cercano como lejano, siendo el principal efecto la pérdida de cohesión de los planos de discontinuidad que conforman el entramado. Esto hace que los bloques alcancen elevados valores de energía potencial pudiendo precipitarse instantáneamente frente a cualquier aceleración del terreno. Esta aceleración puede ser efecto de

voladuras (en campo lejano), sismos, transito de equipos (camiones, vehículos livianos, etc) y agua de escorrentía superficial. Pérdida de Cohesión en Discontinuidades Paralelas al Talud

Este caso es similar al anterior con la diferencia que se observa en zonas inmediatamente adyacentes a voladuras, en estratos de areniscas con baja frecuencia de fracturas. El efecto de las vibraciones es la apertura de discontinuidades preexistentes, en este caso estructuras con orientación de: (36-54)/(140-154). Los bajos valores de frecuencia de fractura (< 1 fract/m) favorecen la continuidad de la apertura de los planos pre-existentes (Fig.23). Exceso de Sobrequiebre

El sobrequiebre o back break que se genera puede penetrar hasta 5 m después de la última fila de pozos, hacia la cara del talud. Esto corresponde a un valor elevado considerando que se generalmente se toma como aceptable hasta 2 m de sobrequiebre. El hecho de registrar valores de hasta 5 m significa que hasta ese radio existe un efecto directo de la voladura sobre el macizo, es decir, hasta 5 m se presenta un fracturamiento intenso producto de la voladura (Fig.23).

Fig.18 Exceso de sobrequiebre y apertura de discontinuidades paralelas al talud por voladuras. Clasificación de Ashby

Se presenta a continuación la evaluación de Ashby generalizada para Pared Alta como representación del daño en los taludes como efecto de las prácticas habituales de P&V (Antes de este estudio).

Fig.19 Clasificación de Ashby para taludes en Pared Alta. Como muestra la Fig.19 la evaluación de taludes en Pared Alta se mueve entre 2 y 4. Esto indica una variabilidad en los resultados de voladura sobre la condición de estabilidad alcanzada por los taludes. Por lo general, el nivel de daños 2 se da en zonas aledañas a fallas principales. Los niveles 3 o 4 dependen de la calidad geotécnica del macizo previo efecto de la voladura. El nivel de daños 4 caracteriza a estratos competentes como areniscas con cemento silicio, limonitas asociadas a las anteriores e inter-estratificaciones en las que prevalecen areniscas. El nivel de daños 3 es característico de estratos poco competentes con elevado fracturamiento (arcillolitas e inter-estratificaciones en donde prepondera la arcillolita). Es evidente en estos materiales la factibilidad de sobreexcavación, hecho que ha favorecido el sobrepasar la línea de programa durante la extracción. 4.4. Parámetros Geológicos, Geotécnicos y Geomecánicos para el Diseño de P&V

A continuación se exponen los parámetros a utilizar para la redefinición de nuevos estándares en P&V. Estos han sido establecidos según la información recolectada en campo más aquella disponible en la mina por estudios anteriores (SIMINERA 1992-2006, Universidad de Los Andes 2007). Es importante destacar que los datos resumidos en la Figura 20 han sido tratados estadísticamente, lo cual ha permitido definir rango de valores para las distintas litologías del yacimiento a escala global.

Fig. 20 Parámetros de roca para efectos de diseño P&V. SS= Arenisca con cemento silicio, CL=Arcillolita, SS-CL=Inter-estratificación Areniscas-Arcillolitas, CL-SS= Inter-estratificación Arcillolitas-Areniscas. La Fig. 20 muestra los parámetros de roca que deben ser considerados para efectos del diseño de P&V. Al no contar la mina con un modelo litológico representativo que permita anticipar el tipo de litología antes de perforar, se han definidos 4 dominios equivalentes asociados a interburdenes reconocidos espacialmente a través del yacimiento

Litología Dominio Interburden

SS 1 1600-1700 CL 4 800-900/2000-2200/2600-2700/2800-2900/3050-3100

SS-CL 3 1700-1800-2000 CL-SS 2 1710-1770

Tabla 6. Relación entre Litología y dominios operativos definidos para efectos de P&V. Para efectos del cálculo de diseños de precorte se debe considerar, además de lo anterior, el fracturamiento asociado a zonas de falla y las características estratigráficas de las facies atravesadas por la perforación. Considerando una altura de banco de 10 m se tiene que existen las siguientes posibilidades: La perforación de precorte corta zonas de falla

En este caso la perforación corta zonas con intenso fracturamiento (> 15 fract/m) por lo que el macizo pierde las propiedades originales disminuyendo su calidad geotécnica. Se recomienda para estas zonas considerar los parámetros de roca definidos para arcillolitas (CL) La perforación de precorte corta areniscas con cemento silíceo

En este caso la perforación corta sólo a estratos de arenisca. Esta posibilidad se da en el caso de que los estratos tengan un espesor aparente > 10 m. De acuerdo a la columna estratigráfica generalizada para Mina La Francia esta situación se daría principalmente en los interburden 1600-1700 y 2200-2500. Los resultados del precorte son función de la frecuencia de fracturamiento local. En este caso se recomienda considerar para efecto del diseño 3 estándares de precorte según los siguientes parámetros:

Fig.21 Zonificación para efectos estandarizar el diseño de precortes según distintos valores de FF en arenisca. La perforación de precorte corta alternancias de estratos con distinta litología y espesor

En este caso el resultado del precorte está directamente relacionado con el tipo de alternancia y el espesor de los estratos. Esto debido al escape de gases que se produce a través de los planos de estratificación. Existen distintos escenarios posibles: A- La perforación corta principalmente estratos de arcillolita > 1 m con alternancia menor de estratos de areniscas. B- La perforación corta principalmente estratos de arenisca > 1 m con alternancia menor de estratos de arcillolitas. C- La perforación corta en igual proporción estratos > 1 m de arcillolita y arenisca. D- La perforación corta principalmente estratos de arcillolita ≤ 0.5 m con alternancia menor de estratos de areniscas. E- La perforación corta principalmente estratos de arenisca ≤ 0.5 m con alternancia menor de estratos de arcillolitas. F- La perforación corta en igual proporción estratos ≤ 0.5 m de arcillolita y arenisca. De lo anterior, los parámetros recomendados para el diseño de precortes son:

Fig.22 Parámetros de roca para precorte según distintos escenarios de litología y espesor de estratos.

4.5. Redefinición de Estándares en P&V

A continuación se dan a conocer los nuevos estándares de P&V propuestos en Mina La Francia. Para definir estos estándares se simulo las mejores opciones de diseño para alcanzar una fragmentación

óptima y un nivel de vibraciones < ������

Estándares de P&V para Voladuras de Producción y Contorno

Diseño Dominio 1 Dominio 2 Dominio 3 Dominio 4

Burden (m) 5.5 7.0 6.0 7.0 Espaciamiento (m) 6.5 8.0 7.0 8.0

Taco (m) 3.5 3.5 3.5 3.5 Pasadura (m) 1.0 1.2 1.1 1.2

FC (kg/m) 0.45-0.50 0.43 0.43 0.40

Explosivo Heavy ANFO

70/30 Heavy ANFO

70/30 Heavy ANFO

70/30 Heavy ANFO

70/30 Carguío bajo manto 50% longitud 43% longitud 50% longitud 40% longitud

Tabla 7. Estándares de P&V para voladuras de producción.

Diseño Dominio 1 Dominio 2 Dominio 3 Dominio 4

Burden 4.0 5.0 4.0 5.0

Espaciamiento 4.5 5.5 5.0 5.5

Tabla 8. Estándares de diseño para Filas Buffer. Los precortes fueron diseñados de tal manera de utilizar una emulsión encartuchada desacoplada con carguío continuo a lo largo del pozo. La siguiente tabla muestra los diseños para los diferentes escenarios definidos (Fig. 22)

Escenarios Precorte Espaciamiento (m) FC (kg/m2) Taco Libre

n°cartuchos P-Split

11/8” x 16” A 1.5 0.30 3.0 12 B 1.0 0.49 2.5 13 C 1.2 0.37 3.0 12 D 1.5 0.30 3.0 12 E 0.8 0.37 5.0 8 F 1.2 0.37 3.0 12

Tabla 9. Estándares de diseño para precortes.

Para el caso de zonas con elevado fracturamiento se debe seguir los diseños presentados en la Tabla.9 pero cargando de forma alterna, ie se carga un pozo y el adyacente no. Las secuencias de encendido fueron calculadas considerando las condiciones operacionales habituales en la mina, de esta forma se establecieron secuencias para voladuras con frente libre y próximas a Pared Alta y secuencias para voladuras empotradas. Las secuencias para voladuras próximas a Pared Alta se definen por: • Tiempos entre pozos de 25 ms, puntualmente en la primera fila hacia Pared Alta 17ms. • Tiempo entre filas de 109 y 67 ms. • Tiempo de fondo 500 ms.

Fig.23 Inicio de fuego para voladuras con frente libre y próximos a Pared Alta.

Fig.24 Desplazamiento y líneas de isotiempo para voladuras con frente libre y próximos a Pared Alta.

Las secuencias para voladuras empotradas se definen por: • Tiempos entre pozos de 25 ms. • Tiempo entre filas de 109 y 67 ms. • Tiempo de fondo 500 ms.

Fig.25 Secuencia de encendido para voladuras empotradas iniciando en Pared Alta.

Fig.26 Secuencia de encendido para voladuras empotradas iniciando en el centro.

4.6. Resultados Previos-Redefinición de Estándares P&V

Las estándares de diseño recomendados están siendo puestos a prueba actualmente en Mina La Francia, bajo los objetivos de los módulos II y III del proyecto denominado “Mejoramiento del Control de Taludes en Mina La Francia-Colombia (Coal Corp)”. Se destaca la estabilidad aparente alcanzada en los taludes entre los niveles -37.5 a -60 en Pared Alta en conjunto con la reducción de los niveles de vibraciones y el aumento en el rendimiento Pala.

Fig.27 Ángulo de cara de banco alcanzado según prácticas iniciales de diseño (Tablas 1,2,3,4,5).

Fig.28 Ángulo de cara de banco alcanzado según nuevos diseños propuestos de P&V.

Fig.29 Aspecto taludes según nuevas prácticas en P&V.

Fig.30 Evaluación de Ashby según nuevas prácticas de diseño. El área definida por la elipse muestra el rango de evaluación actual, por el contrario, los puntos destacados (2-4) muestran la evaluación según prácticas anteriores.

Fig. 31 Reducción del nivel de vibraciones por cambios en los diseños de P&V según redefinición de estándares.

Fig.32 Aumento del rendimiento Pala por cambios en los diseños de P&V según redefinición de estándares.

5 CONCLUSIONES Como conclusión previa en esta parte del proyecto de “Mejoramiento del Control de Taludes en Mina La Francia-Colombia (Coal Corp)”, se desprende: • Los mecanismos que controlan la estabilidad en Mina La Francia están dados por un control

estructural bajo condiciones de rotura curva o circular (materiales superficiales meteorizados), control planar (en Pared Baja), caída de bloques preformados (Pared Alta) y desprendimientos en sectores de falla (Pared Alta). De estos mecanismos el que tiene mayor implicancia en la operación minera es el de caída de bloques preformados al impactar directamente en operadores y equipos.

• Los factores geológicos, geotécnicos y geomecánicos que controlan el proceso y resultados de voladuras en Mina La Francia son:

� Tipo de Litología/ Cambios litológicos

� Grado de fracturamiento/Frecuencia de fracturas

� Parámetros geomecánicos de la roca • Los daños generados por voladuras en los taludes se ven representados en:

� No cumplimiento en el diseños de la excavación

� Daño generalizado en materiales poco competentes � Perdida de cohesión en bloques preformados

� Perdida de cohesión en estructuras paralelas al talud � Exceso de sobrequiebre � Daño en sectores de falla

• Los resultados del precorte dependen de las características estratigráficas de la serie sedimentaria

atravesada por la perforación, de esta forma y de acuerdo a las actuales practicas de precorte se obtienen distintos resultados según:

� La perforación de precorte corte sólo areniscas con cemento silíceo

� La perforación de precorte corte alternancias de estratos con distinta litología y espesor

• Los nuevos estándares de voladura propuestos reflejan mejoras en las condiciones de estabilidad alcanzada en Pared Alta. El aspecto de los taludes, la geometría banco berma resultante y el nivel de vibraciones registrado corroboran esto.

• Por último, se concluye que uno de los mayores inconvenientes para las prácticas de voladura bajo

manto es la heterogeneidad geológica, típica de estos ambientes sedimentarios, que presentan los interburdenes que contienen a los mantos de carbón económicamente explotables. Estas heterogeneidades influyen directamente en los resultados de voladura produciendo sobretamaños y daños generalizados al macizo rocoso siendo estos últimos solamente controlables con una zonificación geológica, geotécnica y geomecánica detallada para fines de P&V.

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