voladura san marcos

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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

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Page 1: Voladura San Marcos

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

Page 2: Voladura San Marcos

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

Page 3: Voladura San Marcos

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

Page 4: Voladura San Marcos

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

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Page 5: Voladura San Marcos

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

Page 6: Voladura San Marcos

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

Page 7: Voladura San Marcos

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

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Page 8: Voladura San Marcos

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

Page 9: Voladura San Marcos

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

Page 10: Voladura San Marcos

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

Page 11: Voladura San Marcos

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

Page 12: Voladura San Marcos

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

Page 13: Voladura San Marcos

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

Page 14: Voladura San Marcos

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

Page 15: Voladura San Marcos

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

Page 16: Voladura San Marcos

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

Page 17: Voladura San Marcos

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