tema 19_ perforación y voladura_ii

PERFORACIÓN Y VOLADURA II

Ing. Benjamín Manuel Ramos Aranda

Noviembre del 2015

TEMA Nº 19 – EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA VOLADURA.

UNIDAD III – PLANIFICACIÓN Y

CONTROL DE LA VOLADURA

PROPOSITO DE CLASE:

Analizar y evaluar los resultados obtenidos de la voladura de rocas con explosivos.

Docente: Ing. Benjamín M. Ramos Aranda

INTRODUCCION

EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA VOLADURA

Una vez ejecutada una voladura, es necesario proceder a analizar los resultados obtenidos, ya que su interpretación permitirá introducir modificaciones sucesivas en los parámetros de diseño de las siguientes disparos, constituyendo ésta una etapa básica dentro del proceso de optimización.


INTRODUCCION


Una voladura se evalúa por los resultados obtenidos. Para calificarla se consideran los siguientes aspectos: volumen de material movido, avance del disparo, pisos, fragmentación, forma de acumulación de los detritos, costo total del disparo


INTRODUCCION


Aparte de la evaluación visual del disparo, sujeta a la experiencia del observador, se cuenta actualmente con equipos de control sofisticados, como cámaras de video o película de alta velocidad, sismógrafos, equipos y software para determinar la granulometría del material obtenido, instrumentos topográficos rápidos y precisos para determinar el contorno del área disparada y cubicarla, instrumentos para la detección y control de gases en las fronteras y para la medición de velocidad de detonación (VOD) dentro de taladros, y otros, que ayudan a interpretar la información de campo en forma rápida y precisa. Docente: Ing. Benjamín M. Ramos Aranda

PARÁMETROS IMPORTANTES PARA

DISEÑO DE UNA VOLADURA

1. PARÁMETROS DEL EXPLOSIVO

2. PARÁMETROS DE LA ROCA

3. PARÁMETROS DE CARGA O GEOMETRÍA DE

DISPARO


1. PARÁMETROS DEL EXPLOSIVO

Propiedades Físico- Químicas

• Densidad

• VoD

• PoD

• Resistencia al agua

• Volumen de gases

• Simpatía o transmisión

• Brisance

• Energía disponible

• Sensibilidad

• Sensitividad

• Calor de explosión

• Impedancia de detonación

• Presión del taladro

• Categoría de humos

Condiciones de carga explosiva

• Diámetro de carga

• Geometría de la carga

• Distribución de la carga

• Grado de acoplamiento

• Grado de confinamiento

• Densidad de carga

• Tipo y ubicación del cebo

• Factor de carga (Kg/Ton)

• Factor de potencia (Cal/Ton)

• Iniciación de las cargas

• Variables de perforación

• Precio




2. PARÁMETROS DE LA ROCA

Propiedades elásticas o dinámicas:

• Absorción de energía

• Frecuencia sísmica

• Resistencia mecánica

• Fricción interna

• Módulo de Young

• Radio de Poisson

• Índice calidad de roca

• Impedancia

Propiedades físicas: • Densidad

• Dureza

• Tenacidad

• Textura

• Porosidad

• Variabilidad

• Grado de alteración

Condiciones geológicas: • Estructura

• Grado de fisuramiento

• Perforabilidad

• Presencia de agua




3. PARÁMETROS DE CARGA O

GEOMETRÍA DE DISPARO

• Diámetro del taladro

• Burden

• Espaciamiento

• Longitud de taladro

• Inclinación del taladro

• Longitud de carga

• Distribución de carga

• Densidad de carga

• Tipo de iniciación

• Grado de confinamiento

• Sobre perforación

• Retardos

• Acoplamiento

• Colocación de tacos




PRINCIPALES VARIABLES PARA EL

DISEÑO DE TANDAS DE VOLADURA

A. VARIABLES CONTROLABLES

1. Geométricas

2. Físico-químicas del explosivo

3. De tiempos

B. VARIABLES NO CONTROLABLES

1. Geología

2. Propiedades del material

3. Resistencia a la compresión y tracción

4. Comportamiento estructural del terreno

5. Condiciones ambientales del terreno

6. Presencia de agua


A. VARIABLES CONTROLABLES PARA EL DISEÑO DE TANDAS DE VOLADURA

1. Burden (B): Nominal y Efectivo

2. Espaciamiento (S): Nominal y efectivo. B=S, S=2B

3. Longitud de taladro (L): (1.5 a 4)B

4. Sobreperforación (J): (0 a 0.4)B

5. Taco (T): (0.7 a 1.0)B

6. Iniciación:

7. Tiempos de retardo y secuencias

8. Diámetro de taladro(D)

9. Altura de banco(H): H/B=1, H/B=2, H/B>=3



10. Inclinación de los taladros

11. Mallas de perforación

12. Geometría de la cara libre

13. Tamaño y forma de la voladura: Lv/La=2, Lv/La=3

14. Configuración de las cargas explosivas: Lc/D=20, Lc/D=52

espaciar, con Deck =12D y taco = 25D. En O.P para dividir H/D=70

mínimo

15. Desacoplamiento de las cargas.

16. Tipo de explosivos

17. Distribución de explosivos en los taladros.


18. Dirección de la voladura

19. Rendimiento del equipo de carguío de material

20. Nivel de energía del explosivo

21. Método de carguío de explosivos

22. Presencia de agua

23. Factor de perforación o perforación específica

24. Eficiencia de voladura



EVALUACIÓN DE UNA VOLADURA

Grado de fragmentación del material

Volumen o tonelaje de material disparado

Geometría de acumulación del material disparado

Grado de esponjamiento del material

Presencia de grandes bloques o “bolones”

Dispersión de fragmentos a distancia

Falta de desplazamiento

Eficiencia y dificultades en el carguío

Grado de dificultad en el chancado primario

Nivel del piso o gradiente

Avance del frente disparado Docente: Ing. Benjamín M. Ramos Aranda

EVALUACIÓN DE UNA VOLADURA

Sobre-rotura de cajas o laterales

Sobre-rotura de la cara del talud

Requerimiento de perforación y voladura secundaria

Análisis de la uniformidad del techo

Dilución

Producción de gases tóxicos y polvos

Disparos cortados, soplados

Costos


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– Si las condiciones anteriormente nombradas sobre las condiciones del terreno, carga explosiva y método de iniciación son las adecuadas a nuestro concepto, podremos esperar una buena voladura

– De lo contrario, se tendrá que ir ajustando parámetros en una serie de disparos sucesivos hasta obtener el resultado esperado, procedimiento que conjuga la técnica propia de la voladura con la experiencia del programador

EVALUACION DE LA VOLADURA


FACTORES PARA EVALUACION DE LA VOLADURA

• Una voladura se evalúa por los resultados obtenidos. Para calificarla deberán observarse

los siguientes aspectos:

VOLUMEN O

TONELAJE MOVIDO

AVANCE DEL FRENTE

DISPARADO

GRADO DE FRAGMENTACIÓN

SOBREROTURA

VOLUMEN O

TONELAJE MOVIDO

DISPERCION DE FRAGMENTOS

NIVEL DE PISOS

ACUMULACION DE MATERIAL

DILUCION FALTA DE DESPLAZAMIENTO


Volumen o tonelaje de material movido.

Deberá ser igual o cercano al volumen teórico

calculado previamente.

FACTORES DE EVALUACION


Avance del frente disparado.

En túneles deberá ser a lo menos igual a la profundidad

de los barrenos perforados, la periferia en las galerías

deberá ser igual a la proyectada; si resulta menor el

túnel quedará estrecho requiriendo ensanche

(desquinche) adicional. Por otro lado si se sobrepasa el

diámetro especificado resultarán problemas de

estabilidad y mayores gastos en soportes.



Grado de fragmentación.

La fragmentación depende del tipo de trabajo en que se va a emplear el material, en general la fragmentación, demasiado grueso o demasiado fina son inconvenientes.



Sobre-rotura.

Denominada también sobre excavación, en túneles debilita y agrieta la roca en toda la periferia, lo que obligará a usar fortificaciones para evitar derrumbes del techo o paredes. Con incremento de costo y riesgo



Dispersión de fragmentos a distancia.

Presente una gran proyección del material, dañando los equipos que no han sido debidamente protegidos. Generalmente indica una excesiva carga explosiva hacia la boca del barreno, o falta de taco.



Nivel de pisos.

En túneles denota una falta de carga de fondo o una menor densidad de carga en los barrenos de zapateras, puede presentarse también por falta de taco, pequeño ángulo de inclinación de estos barrenos o una mala distribución en los retardos iniciadores en el disparo.



Acumulación de material esponjado.

Debe ser adecuada para facilitar las operaciones de extracción de la mina. La forma aproximada de los montículos de detritus de voladura se logra con el diagrama de perforación (tipo de arranque), distribución de los retardos, tiempos de retardos utilizados, los MS acumulan el material cerca de la frente y los de 1/2 segundo o LP producen una mayor proyección.



Dilución.

• Se entiende por dilución a la perdida del valor económico del mineral disparado cuando se mezcla en exceso con material estéril o sin valor, lo que aumenta su costo de tratamiento metalúrgico y de transporte. Esta puede ocurrir por excesiva dispersión mala acumulación o por necesidad de disparar juntos bloques de mineral con bloques de desmonte, como ocurre en galerías en vetas estrechas donde no es posible hacer disparos selectivos.



Falta de desplazamiento.

Cuando un disparo rompe el material y no lo mueve de su sitio se dice que el tiro se ha "congelado" (sinterizado), esto produce una serie de problemas para la remoción del material roto, y con el riego de encontrar explosivos sin detonar. Esto ocurre generalmente cuando falla el arranque del disparo o cuando los retardos no funcionan o no han sido distribuidos adecuadamente, otra causa puede ser un diagrama de perforación del arranque con barrenos muy próximos o con una carga excesiva de ellos.



RIESGOS EN LA EVALUACIÓN DEL

DISPARO AL INGRESO:

Gases remanentes

Desprendimiento o desplome de bloques de rocas sueltas por el

disparo

Posibilidad de coincidir con un tiro retardado

Encontrar tiros fallados, cortados y restos de explosivo

RECOMENDACIONES:

Respetar el tiempo mínimo para reingresar

Evitar los gases, ventilar para disiparlos

Asegurar techos y flancos desatando antes de entrar

Reconocer y eliminar los tiros fallados


El procedimiento de trabajo consiste en diseñar la malla de perforación y voladura, teniendo en cuenta las variables que se muestra en el siguiente diagrama:


1. Fragmentación de un macizo rocoso por acción de un

explosivo y sus efectos principales.

2. Modelos de Predicción.

3. Métodos de Evaluación.

4. Técnicas de predicción de vibraciones utilizando

JKSimblast

FRAGMENTACIÓN


FRAGMENTACIÓN DE ROCAS

• Predecir la fragmentación de rocas por la acción del explosivo, es complejo

debido al gran numero de variables controlables y no controlables.

• El diseño de una voladura esta basado normalmente en criterios empíricos,

mediantes formulas aproximadas y con programas informáticos pero con

limitaciones de base física y geomecánica.

• Una aproximación que correlaciona la energía liberada por el explosivo con la

reducción de tamaño del bloques a causa de la voladura, se basa en concepto

de inicio de fracturación y su propagación que permite reducir fragmentos.


• El primer paso en la fragmentación total de la roca en un proceso minero es la voladura, seguido por la trituración mecánica, cribado y molienda que reducen mas el tamaño de los fragmentos.

• La alimentación a las trituradoras deben tener un tamaño máximo, cuando es mayor se requiere la fragmentación secundaria, lo que es perjudicial en términos de tiempo, costo e impacto ambiental.

• Por lo que, en la práctica, evitar la fragmentación secundaria es una medida de la eficiencia de la voladura, así como del expertise de los ingenieros de voladuras.



TABLA 1 PRINCIPALES VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA

VOLADURA

GRUPO VARIABLE

EXPLOSIVOS Presión de detonación, VoD energía mínima

disponible, volumen de gases y densidad.

CARGA DE EXPLOSIVOS

Dimensiones de la carga (diámetro y

longitud), tipo y punto de ubicación del

iniciador, atacado y desacoplamiento.

PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO

Densidad, velocidad sísmica de

propagación, absorción de la energía de

tensión a compresión y tracción, variabilidad

y estructuras.


• Otras variables de importancia son el numero de caras libres, el tiempo de retardo, secuencia de encendido, la presencia de agua, etc.

• El modelo Kuz Ram (Cunningham, 1983), ha tenido alguna aceptación, sin embargo, en macizos rocosos con diaclasamiento, no ha dado resultados fiables por lo que ha sido modificado.

•Una propuesta es ampliamente aceptada, es considerar que el macizo rocoso esta afectado por planos de fracturas y otras discontinuidades que actúan durante el fenómeno de la fragmentación.



• Para el diseño de una voladura, entonces debemos conocer la distribución de tamaños de los bloques en que se divide el macizo rocoso para la aplicación correcta de la energía del explosivo.

• Este concepto fue propuesto primero por Da Gama, (1977) y mas tarde adoptado por otros como: Borquez (1981), Yang & Rustan (1983); Lande (1983); Klein (1990); etc.

• También otros autores como Ouchterlony describen diferentes técnicas para determinar el tamaño de los fragmentos resultantes de la voladura.



• El proceso de fragmentación de la roca es totalmente complejo para usar modelos teóricos.

• Modelos empíricos son útiles, fáciles, y producen predicciones rápidas (pero son mas pedagógicos que precisos).

• Con datos reales, se pueden proveer tendencias confiables.

• Son herramientas buenas del ingeniero para mejorar la eficiencia de las voladuras, pero indican tendencias más que resultados absolutos.

MODELOS DE FRAGMENTACIÓN


MÉTODOS INCLUYEN:

Granulometría (análisis de las imágenes).

Granulometría (zarandeo).

Rendimiento de la pala (Dispatch).

Producción de la chancadora.

Producción del molino SAG.

Recuperación en la lixiviación.

MEDICIÓN DE FRAGMENTACIÓN


RAZONES PARA MEDICIÓN:

– Para optimizar procesos en tajo (pala/camión).

– Para optimizar procesos globales (incluido planta).

OPTIMIZAR ACOPLAMIENTO PALA/CAMIÓN:

– % > 500 mm controla factor de llenado de cuchara.

– Método fotográfico es adecuado?

– Análisis de datos de Dispatch parece ser más relevante.

MEDICIÓN DE FRAGMENTACIÓN


La rotura y fragmentación eficiente del macizo rocoso, contribuye al beneficio

global del ciclo de minado, por lo que es importante la predicción porcentual de

la granulometría mediante un algoritmo matemático.

- JKMRC Fragmentation Model

- Fragmentation (Kuz-Ram Model)

PRUEBA Y ERROR (ANTES)

Reemplazada ahora por herramientas

computacionales (JKSimBlast)

ENERGÍA OPTIMIZADA PARA IMPLEMENTACIÓN


CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• Para que un diseño funcione, tiene que ser muy bien implementado en el

campo.

• La perforación es un aspecto fundamental en la implementación de un diseño

de voladura en el campo.

• El cálculo tradicional del factor de carga (Fc) es una pobre referencia sobre el

cálculo de la cantidad de energía de detonación.

• EL JKSimBlast, Maneja la información a través de una base de datos de tipo

MDB, la cual es compatible con Microsoft Access y por lo tanto con la

plataforma Windows.


VIBRACIONES


2.1 Definición de Vibraciones

Estado de esfuerzos inducido en el macizo rocoso, mediantes ondas elásticas, producto de la detonación de explosivo de los pozos de voladura con el fin de fragmentar la roca.

VIBRACIONES


2.2 Tipos de Ondas Sísmicas Generadas

Las ondas sísmicas generadas son denominadas de cuerpo y superficiales:

Ondas de cuerpo: las ondas P, de compresión y tensión; las ondas S, de cizallamiento o transversal.

Ondas superficiales: Las ondas R, que viajan a una velocidad del 90% de la onda S y las ondas Love de menor velocidad de propagación.

VIBRACIONES


2.3 Parámetros de las Ondas

Los principales parámetros que se deben conocer al momento de hacer un estudio de vibraciones son las siguientes:

Frecuencia: Ciclo completo por segundo.

Amplitud: Desplazamiento máximo de partícula de su posición de reposo.

Desplazamiento: Distancia a la que se encuentra la partícula en un momento determinado en relación a su posición de reposo.

Velocidad: Rapidez con que la partícula se mueve en forma oscilatoria, en un determinado momento.

Aceleración: Es el incremento promedio de la velocidad de una partícula que se desplaza a través de un medio cualquiera.

VIBRACIONES


2.4 Atenuación Geométrica e Inelástica de las ondas

Se debe saber que en un medio homogéneo la amplitud de la onda vibracional disminuye conforme avanza en el macizo rocoso; por otro lado también disminuye por transmitirse en estructuras inelásticas disminuyendo parte de su energía mecánica transferida por la onda a la roca.

VIBRACIONES


2.5 Variables que Afectan las Características de las

Vibraciones

2.5.1 Geología y Características de las Rocas

La geología y las características geomecánicas del macizo

rocoso son un parámetro peculiar de cada unidad

minera, ya que el conjunto de características del macizo

rocoso determinaran en que dirección se propagan con

mayor intensidad las vibraciones, el caso de macizos

fracturados y complejos o si se propagan en todas las

direcciones como en macizos competentes.

VIBRACIONES


2.5.2 Carga Operante

Es el factor individual más importante, las vibraciones

producidas son directamente proporcionales a la

carga, además se debe de tener en cuenta que esto no

quiere decir que debemos de disminuir el consumo

específico directamente, sino adecuarlo a una mejor

distribución en el taladro, un confinamiento y tiempo

de retardo adecuado.

VIBRACIONES


2.5.3 Distancia al Punto de Voladura

La distancia es un factor que se comporta de manera

diferente ya que el medio por donde se transmite es

como un filtro que absorbe energía, y mientras la

distancia aumenta disminuye la intensidad de las

vibraciones.

VIBRACIONES


2.6 Modelos Predictivos

Existen dos modelos predictivos:

2.6.1 Modelo del Campo Cercano

Teoría de Holmberg y Persson

Método convencional en base al peso de la carga, considerándola en forma distribuida.

K, α y son constantes de la roca.

VIBRACIONES


2.6.2 Modelo de Campo Lejano

De forma genérica, el nivel de vibración recibida en un punto,

es función directa de la carga operante y función indirecta de la

distancia entre el punto de la voladura y el de registro.

K, a y b son constantes que engloban la geología del lugar, geometría de la carga, la diferencia de cota entre los puntos de disparo y de medida, etc.

Las vibraciones no solamente se manifiestan por su velocidad pico partícula, sino también por la frecuencia de la misma.

VIBRACIONES


2.7 Normas Internacionales que Regulan las Vibraciones

Existen diversas normas a nivel mundial, el Perú aun no cuenta con su propia normativa.

Normativa Española UNE 22-381-93

Norma USBM 1982

Normativa Sueca (Norma Swedish Standard 460 48 66)

DIN 4150

VIBRACIONES


2.8 Monitoreo de Vibraciones El empleo adecuado del monitoreo de vibraciones es una técnica muy productiva que permite saber en detalle el proceso de voladura, además de brindar información valiosa para evaluar los daños que esas vibraciones pueden ocasionar.

VIBRACIONES


Instrumentación del Monitoreo: Sensores o Transductores (Geófonos o

Acelerómetros): Se instalan en el interior del macizo rocoso.

Un sistema de cables que lleva la señal captada por los sensores al equipo de monitoreo.

Un equipo que reciba la señal, la amplifique para hacerle visible y la guarde (sismógrafo).

Un computador que tenga incorporado el software requerido para el traspaso y análisis de la información.

VIBRACIONES


Voladuras eficientes - un proceso de mejoramiento continuo

Rendimiento

Optimo de

Voladura

Marcación

de Banco

Chequeo

Carguío

Diseño de

Voladura

Evaluación de

Rendimiento

Evaluación

de Voladura

Carga de

taladros

Evaluación

de Perforación

Perforación

de taladros

Evaluación

Area Trabajo

Ajuste

del diseño

Preparación

del Banco

VOLADURA :

UN PROCESO DE MEJORAMIENTO CONTINUO


PROCESO DE MEJORAMIENTO CONTINUO

Determinación de parámetros

previos de voladura

- Diámetro de perforación

- Impactos Medioambientales

- Malla de perforación

Evaluación de voladura

- Determinación de

Fragmentación

- Índice de Excavabilidad

Ajuste final de parámetros

de voladura

- Factor de potencia

- Secuencia de salida

Evaluación de macizo

rocoso

- Velocidad de perforación

- Mapeo Geológico

Objetivo:

Costo

Mínimo


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