Clases Perforacion y Tronadura Actualizado

CURSO DE PERFORACION Y TRONADURA

PROFESOR: DANIEL ARIAS VIGORENA [email protected] 1

I UNIDAD:PERFORACION

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OBJETIVOS

• Transmitir conocimientos que permitan a los alumnos manejar conceptos y criterios para el diseño y estimación de costos en la perforación de rocas, y el diseño de la tronadura, que permitan una correcta planificación y control de la operación en una mina, bajo consideración de aspectos de seguridad del personal que labora, como de la administración de las labores de desarrollo de una mina.

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•

Inducción e Introducción a los métodos de perforación de rocas

•

Campos de aplicación de los distintos métodos.

•

Tipos de Perforación: Perforación rotopercutiva ; Perforación con martillo en el fondo (DTH); Perforación con martillo en cabeza; Perforación con triconos.

•

Métodos de perforación; Túneles, Chimeneas y rampas.

•

Planificación de la operación de perforación – Factores críticos; Criterios de diseño.

•

Estimación de costos de perforación – Costos capitales y operacionales.

•

Fuentes de energía del explosivo.

•

Mecanismos de fragmentación de la roca - Uso de la energía en la fragmentación de la roca; Análisis de distintas teorías.

TOPICOS CURSO

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TOPICOS CURSO

•

Explosivos y dispositivos de retardo

•

Características de desempeño; Explosivos comerciales; Iniciadores y dispositivos de retardo.

•

Diseño de tronaduras: – Minería a cielo abierto; – Minería subterránea.

•

Tronadura controlada en minería

•

Normas de vibración y daño en tronaduras - Análisis del concepto campo lejano y cercano; Descripción de distintos criterios de daño en minería y obras civiles;

•

Aplicación del análisis de vibraciones y criterio de daño. – Planificación de la operación de tronadura – Factores críticos de planificación. – Estimación de costos de tronadura – Costos capitales y operacionales. – Innovación y tecnología en la operación (Perforación y Tronadura).

•

Estudio de casos reales (Perforación y Tronadura). 5

BIBLIOGRAFIA

General: • •

López Jimeno C.: Manual de Perforación y Voladura de Rocas - 1995. Sernageomin: Reglamento de Seguridad Minera.

Complementaria: • • • •

C.K. Mc Kenzie: State of the Art on Blasting Techniques. 1995. CALVIN Konya: Surface Blast Design. 1990. TAMROCK: Surface Drilling and Blasting. 1988. TAMROCK: Handbook of Underground Drilling. 1988.

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¿Qué es la perforación y tronadura?

En el ámbito Técnico: • La transformación del recurso (roca/mineral) - (se Fragmenta) En el ámbito Productivo: • La primera operación en el ciclo productivo de una mina Como Proceso la Perforación: • Cavidad donde serán alojadas las cargas explosivas y accesorios de iniciación Como Proceso la Tronadura • La liberación de energía mediante una reacción química (explosivos) que permite fragmentar la roca y desplazarla

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¿Por qué se hace la Perforación y la Tronadura? • Necesidad de hacer la primera separación del Mineral (desagregarlo)

• Necesidad de Cargarlo y Transportarlo en contenedores móviles en forma adecuada

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Teoría General de la Perforación

En general podemos considerar la perforación de rocas como una combinación de las siguientes acciones: • Percusión: Impactos producidos por los golpes del pistón originan ondas de choque que se transmiten a la broca a través del varillaje. • Rotación: Con este movimiento se hace girar la broca para que los impactos se produzcan sobre la roca en distintas posiciones. • Empuje: Para mantener en contacto la broca con la roca. • Barrido: Fluido de barrido que permite extraer el detrito del fondo de la perforación

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¿Por qué es importante la Perforación?

• La perforación es la primera operación en la preparación de una voladura. • Su propósito es abrir en la roca o mineral huecos cilíndricos llamados taladros, que están destinados a alojar o colocar explosivo y sus accesorios de iniciación en su interior. • Esta perforación se realiza empleando barrenos, que pueden ser accionados por la mano del hombre, cuando la perforación se realiza mediante pulso (comba y barreno), por una perforadora (martillo) que puede ser accionado por energía eléctrica (perforadoras Eléctricas) o por Aire Comprimido (Neumática) producido por equipos llamados Compresores. 10

Componentes Principales de un Sistema de Perforación

•

Perforadora, fuente de energía mecánica.

•

Varillaje, medio de transmisión de dicha energía.

•

Broca o bit, útil que ejerce sobre la roca la energía.

•

Barrido, efectúa la limpieza y evacuación del detrito producido.

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Perforación Neumática

La perforación Neumática se realiza mediante el empleo de una perforadora convencional, usando como energía el aire comprimido, para realizar huecos de diámetro pequeño con los barrenos integrales que poseen una punta de bisel (cincel); que se encarga de triturar la roca al interior del taladro en cada golpe que la perforadora da al barreno y mediante el giro automático hace que la roca sea rota en un circulo que corresponde a su diámetro; produciéndose así un taladro. La expulsión del material roto del interior del taladro se hace mediante el barrido que lo da el aire comprimido y agua, para dejar libre del taladro, para esto sé sopletea durante la perforación. 12

Perforación Eléctrica

• La perforación Eléctrica se realiza empleando energía eléctrica, que un generador lo provee y para ello se emplea una perforadora con un barreno helicoidal, que puede realizar taladros de hasta 90 cm de longitud, siendo el problema principal el sostenimiento de la perforadora para mantenerla fija en la posición de la perforación.

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Perforación Manual

• La perforación Manual se realiza mediante el empleo de un barreno usado (barreno chupado), con la finalidad de facilitar su extracción y rotación.

• El barreno es sostenido por el ayudante, mientras que el otro golpea con una comba, luego se hace girar un cierto Angulo para proseguir con el proceso de perforación. • Este proceso también lo realiza una sola persona, dentro de la minería artesanal.

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Tipos de Perforadoras Convencionales Neumáticas

a) Jack Leg. • Perforadora con barra de avance que puede ser usada para realizar taladros horizontales e inclinados. • Se usa mayormente para la construcción de galerías, subniveles y Rampas. • Se utiliza una barra de avance para sostener la perforadora y proporcionar comodidad de manipulación al perforista.

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Tipos de Perforadoras Convencionales Neumáticas

b) Jack Hammer. Perforadoras usadas para la construcción de piques, realizando la perforación vertical o inclinada hacia abajo; el avance se da mediante el peso propio de la perforadora.

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Tipos de Perforadoras Convencionales Neumáticas

c) Stoper • Perforadora que se emplea para la construcción de chimeneas y tajeado en labores de explotación (perforación vertical hacia arriba). • Esta constituido por un equipo perforador adosado a la barra de avance que hace una unidad sólida y compacta.

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Perforadoras Mecanizadas • Perforación mecanizada Los equipos de perforación van montados sobre unas estructuras (orugas), donde el operador controla en forma cómoda todos los parámetros de perforación.

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Perforaciones Según el Tipo de Trabajo

• Perforación de banqueo: Perforaciones verticales o inclinadas utilizadas preferentemente en proyectos a cielo abierto y minería subterránea (L.B.H).

• Perforación de avance de galerías y túneles: Perforaciones preferentemente horizontales llevadas a cabo en forma manual o en forma mecanizada (jumbos).

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Perforaciones Según el Tipo de Trabajo

• Perforación de producción: Término utilizado en las explotaciones mineras a trabajos de extracción de mineral (estéril). Los equipos y métodos varían según el sistema de explotación. • Perforación de chimeneas: Labores verticales muy utilizadas en minería subterránea y obras civiles. Se utilizan métodos de perforación especiales, entre los cuales destacan el método Raise Boring y la jaula trepadora Alimak.

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Perforaciones Según el Tipo de Trabajo

• Perforación con recubrimiento: Utilizado en materiales poco consolidados, en perforación de pozos de captación de aguas y perforaciones submarinas.

• Sostenimiento de rocas: Utilizado para la colocación de pernos de anclaje en labores subterráneas principalmente.

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Perforaciones según el Método Mecánico de Acción • Rotopercutivos: Muy utilizados en labores subterráneas y trabajos menores en minería a cielo abierto (precorte), tanto si el martillo se sitúa en cabeza como en el fondo del barreno.

• Rotativos: Se subdividen en dos grupos, según la penetración se realice por trituración (triconos) o por corte (brocas especiales). El primer sistema se aplica en rocas de dureza media a alta y el segundo en rocas blandas. 22

Perforaciones según el Método Mecánico de Acción

• Perforadoras con martillo en fondo (D.T.H): Los martillos que poseen estos equipos fueron desarrollados por Stenuick en 1951, y desde entonces se han venido utilizando tanto en minas a cielo abierto como en minas subterráneas asociadas al uso de métodos de explotación de tiros largos (L.B.H.) y V.C.R. • Actualmente, en el caso de obras de superficie, este método de perforación está indicado para rocas duras y diámetros superiores a los 150 mm.

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Perforaciones según el Método Mecánico de Acción

• Equipo de sondaje tipo Wagon Drill • El Wagon-Drill hidráulico es una unidad de perforación montada sobre una estructura móvil equipada de ruedas u orugas en goma para su utilización sobre áreas de trabajo horizontales. • El Wagon-Drill hidráulico está predispuesto para la utilización de martillo de fondo de 2" a 5" y está equipado de una caja de mandos hidráulicos, accionada por un motor eléctrico o de explosión. Sobre el carro, equipado de avance de cilindro hidráulico, está alojada la cabeza de rotación hidráulica que desarrolla un par hasta los 2950 Nm (300 kgm.) a 20 revoluciones /min.

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Accesorios para la Perforación

• a. Barrenas integrales: es el conjunto de barras que unen la fuente de energía mecánica (pistón) con la roca mediante el bit. •

Las barras integrales están constituidas por un culatín que está en contacto directo con el pistón de la perforadora y una barra que va unida a la broca o bit, que es el elemento que está en contacto con la roca. Este dispositivo es el que ejerce el mecanismo de fractura y avance sobre el macizo rocoso

• Barreno (juego) 3 pies (patero), 5 pies (seguidor).

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Accesorios para la Perforación

•

b. Saca barrenos.- construido de un barreno roto, que encaja perfectamente en el hexagonal del barreno, para hacer la función de una llave, a fin de mover el barreno plantado.

•

c. Cucharilla.- Sirve para limpiar del taladro las partículas de roca o mineral, que se encuentran dentro.

•

d. Atacador de madera o coligüe.- Sirve para cebar el taladro y aumentar la densidad del explosivo.

•

e. Botella de aceite (para la lubricadora de la perforadora).

•

f. Llave Stilson

•

g. Tanque de agua o Botella de Perforación, sirve para realizar el barrido del taladro, así como el enfriamiento del barreno y evitar el polvo durante la perforación.

•

h. Mangueras para agua y Aire (1/2” y 3/4”) 26

Accesorios para la Perforación

i. Trépanos Tríconos de Perforación: • Rosca cónica para mejor fijación al portamechas. •

Tienen boquillas o jets para el fluido de perforación.

•

Diferente forma y diseño del cono según la formación a perforar.

•

Acero aleado; o con insertos de Carburo de Tungsteno

•

Perforación por percusión:Trépano con forma de cincel sometido a movimientos ascendentes y descendentes

•

Perforación por rotación: Rotación del trépano por medio de una columna de tubos

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Brocas o bits

Broca de botones

Broca de plaqueta

Hechas de carburo de tungsteno y acero

Broca tricónica

Barras de perforación • Permiten transmitir las fuerzas de rotación y empuje, además del agua y/o aire durante la perforación. • Son de acero o aluminio. • Sus diámetros fluctúan entre 70mm a 140mm de diámetro.

Desarrollo de la Perforación en Minería

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TBM

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• Porqué se perfora? RESUMEN

 Confinamiento al explosivo  Salida (botada) a la energía del explosivo

• Una vez que se perfora, se coloca el explosivo(s) y se hace la tronadura a través de una secuencia.

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PERFORACIÓN HIDRAULICA JUMBOS - SIMBA

PERFORACIÓN HIDRAULICA JUMBOS - SIMBA • Se realiza mediante el empleo de equipos altamente sofisticados, robotizados, de gran capacidad de avance y performance. •

Utiliza la energía hidráulica para la trasmisión, control de fuerzas y movimientos en la perforación. Además, cuenta con un tablero de control computarizado, equipado con un software de perforación donde se grafica el trazo de perforación requerido. La gran ventaja de estos equipos es su gran precisión y paralelismo en la perforación. Por su gran rendimiento, es requerido por la gran minería.

PERFORACIÓN HIDRAULICA

Jumbo hidráulico de un brazo de perforación, para secciones de hasta 29 m2, para una altura de perforación de hasta 5.0 m., que pueden alcanzar profundidades de 30 m.

PERFORACIÓN HIDRAULICA

Jumbo hidráulico de 3 brazos de perforación y un brazo multifuncional, para secciones de hasta 153 m2, para altura de perforación de hasta 7.0 m., que pueden alcanzar profundidades de 30 m.

PERFORACION ROTOPERCUTIVA Perforadoras DTH (Down The Hole)

Down-the-hole: Perforación con martillo en el fondo. •Su principal característica es que la broca, que impacta en la roca, tiene un movimiento ROTOPERCUTOR, en el martillo de fondo. •

Los sondeos de percusión-rotación son realizados con un “martillo de fondo” accionado neumáticamente, al que se le imprime un movimiento vertical y rotacional.

•

La perforación es rotopercutiva, gira y percute directamente sobre el bit o la broca.

•

El martillo se rosca a una barra movida y empujada por la sonda.

•

A través de la barra se introduce el aire comprimido ingresando al interior del martillo el cual hace que el pistón adquiera un movimiento de vaivén, golpeando sobre el bit, quien a su vez percute sobre la roca, triturandola.

•

El aire que pasa a través del bit barre el fondo del pozo, sacando el detritus al exterior.

Funcionamiento El martillo es accionado de manera neumática, O sea, con aire comprimido suministrado por El compresor

Clasificación equipos rotopercutivos Down the hole (D.T.H.) • Neumáticas: El martillo es accionado por aire a presión otorgado por un compresor. • Hidráulicas: Consta de los mismos elementos que la clásica neumática, pero esta utiliza un motor que actúa sobre un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite que acciona las componentes de rotación y movimiento alternativo del pistón.

Perforadora neumática.

Perforadora hidráulica

Características medias de la perforadora Neumática

• Ventajas: Gran simplicidad, fiabilidad y bajo mantenimiento, facilidad de reparación, bajos precios de adquisición y acceso de trabajo a lugares difíciles. • Limitaciones: longitudes de perforación limitadas (entre 3 y 15 mm), alto consumo de aire comprimido.

Características medias de la perforadora Hidráulica

Ventajas:Menor consumo de energía, menor costo de accesorios de perforación, mayor capacidad de perforación, mejores condiciones ambientales, mayor facilidad para la automatización. Limitaciones : Mayor inversión inicial, Reparaciones más complejas y costosas que en las perforadoras neumáticas, requiriéndose una mejor organización y formación de personal de mantenimiento.

CONSIDERACIONES • Económicas: La hidráulica tiene en general menor costo/metro que la neumática. • Operacionales: La hidráulica tiene mayor rendimiento y se puede automatizar mejor que la neumática. • Seguridad-Ambientales: La hidráulica es más segura ya que en general se puede operar a distancia y con comandos, emite menos ruidos. • Inversión y mantención: La hidráulica es más costosa y de mantención más compleja.

Componentes Principales 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Compresor Motor diesel Armario eléctrico Cabina Panel de mandos para perforación Brazo Dispositivo de avance Sistema de manejo de tubos.

Atlas Copco: ROC L6(25) / L6(30) / L8(25) / L8(30)

9.

10. 11. 12.

13. 14. 15.

Mesa quebrantadora Guía de tubos Bastidores de oruga Bombas hidráulicas Captador de polvo Radiador Compresor y radiador de aceite hidráulico.

Componentes Principales

Movimiento roto-percutor en la broca

Salida del Detritus y Barrido

Martillo de Fondo

Distribuidor de Aire Bit - Broca

Pistón Camisa

Características principales del martillo de fondo • Suele ser carburo de tungsteno. • Permiten diámetros de hasta 20 cm, y pueden penetrar hasta unos 200 m. •

Dependiendo del tipo de roca, se pueden perforar hasta unos 100-150 m en unas 8 horas.

Accesorios de perforación • Martillo en fondo de 3” a 8” de diámetro. • Brocas de perforación para martillos en fondo. • Tubos o barras de perforación.

Velocidad de perforación • Mide el rendimiento de las perforadoras. • Indica los metros perforados durante un tiempo determinado • [metros/minutos] o [metros/horas].

VP

Velocidad de penetración

Li

Largo del inserto en milímetros

1.4

Constante

RPM

RPM de perforación

1000

Constante

Velocidad de rotación de la broca • Las velocidades de rotación, según el tipo de roca son: Tipo de roca

Velocidad de rotación (rev/min)

Muy blanda

40-60

Blanda

30-50

Media

20-40

Dura

10-30

Campo de aplicación • Minería subterránea. • Minería a tajo abierto.

Ventajas principales de la perforación rotopercutiva de martillo de fondo • Aplicable a todos los tipos de roca, desde blandas a duras. • Amplia gama de diámetros de perforación. • Los equipos son versátiles, ya que se adaptan bien a diversos trabajos y tienen una gran movilidad.

• Necesitan de un solo hombre para su manejo y operación.

Conclusiones • Menores costos en perforación de taladros. • Económicamente las DTH hidráulicas tienen menor costo por metro de perforación que las neumáticas. • Operacionalmente las DTH hidráulicas tienen mayor rendimiento y se pueden automatizar mejor que la neumática. • Las DTH hidráulicas son mas seguras que las neumáticas, ya que algunas se pueden operar a distancia y con comandos, y emiten menos ruido mejorando el ambiente de trabajo. • Estos aspectos implican que la inversión y mantención las DTH hidráulicas sea mas costosa y de mantención mas compleja, pero realizan un trabajo mas óptimo.

Raise Borer

Introducción

La necesidad de ir incorporando técnicas de excavación de chimeneas mas seguras y de mayor productividad ha privilegiado, en los últimos años, en nuestro país la utilización de la tecnología Raise Borer en las principales mineras de nuestro país. La tecnología Raise Borer llega a Chile en los años 70 con la incorporación de un equipo en la mina El Salvador el cual excava diversas chimeneas para esa división de Codelco y presta servicios esporádicos a faenas mineras de Copiapó.

Método Raise Borer  El método raise borer consiste principalmente en la utilización de una maquina electrohidráulica en la cual la rotación se logra a través de un motor eléctrico y el empuje del equipo se realiza a través de bombas hidráulicas que accionan cilindros hidráulicos.  Básicamente la operación consiste en perforar descendiendo un tiro piloto desde una superficie superior donde se instala el equipo hasta un nivel inferior.  Posteriormente se conecta en el nivel inferior el escariador el cual actúa en ascenso, escavando por corte y cizalle la chimenea al diámetro deseado.  Este método es aplicable para excavaciones en el interior de la mina entre dos galerías o desde la superficie a una galería ubicada en el interior de la mina.

Perforación Tiro Piloto Realizada en forma descendente, vertical o inclinada, utilizando como herramienta de corte un tricono de rodamiento sellados. El avance de la perforación se logra agregando barras a la columna de perforación, la cual se estabiliza con barras estabilizadoras de piloto.

Escariado o ensanchamiento del tiro piloto:  Una vez perforado el tiro piloto y después de retirado el tricono, se procede a instalar el cabezal o escariador provisto con conectores, en la galería ubicada al interior de la mina, donde finalizo la perforación piloto.  El escariador avanza en ascenso, excavando la roca por corte y cizalle, al diámetro final de la chimenea.  Normalmente la precisión de empuje en la etapa de escariado es de unas 5 veces mayor ala etapa de perforación piloto.

RETIRO DEL ESCARIADOR:  Bajar la columna de barras, desconectar y retirar el escariador por el fondo de la chimenea, a través de la galería inferior. En este caso será necesario dejar un puente de roca no excavado en la parte superior de 2 a 3 metros dependiendo del diámetro final de la excavación y la calidad geotécnica de la roca excavada.

 Excavar la chimenea completa retirando el escariador por la parte superior de la excavación. Normalmente es posible utilizar esta alternativa cuando el inicio de la chimenea esta en la superficie. Para realizar esta operación se requiere montar el equipo raise borer en vigas metálicas que atraviesen la excavación circular abierta en superficie, sostener el escariador desconectado de la columna mediante una grúa, retiro del equipo para finalizar con el retiro del escariador.

RELACIÓN ENTRE EL DIÁMETRO DE PERFORACIÓN PILOTO Y DIÁMETRO DE ESCARIADO Existirá una relación entre los diámetros que será determinada para la elección del material de perforación en la excavación. Diámetro de chimenea (m.)

Diámetro perforación piloto (plg.)

1,50 1,80 2,10 2,50 2,70 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 6,00

12 ¼ 12 ¼ 12 ¼ 12 ¼ 13 ¾ 13 ¾ 13 ¾ 15 15 15 15

DESCRIPCIÓN DE UN EQUIPO RAISE BORER  Motor eléctrico: tiene como misión dar la rotación a la columna de perforación en las 2 etapas. En la perforación piloto la columna rota a una velocidad de 30 RPM y en la etapa de escariado a 8 RPM.  Conjunto de reductores: conjunto de 3 o 4 transmisores en base a engranajes y piñones planetarios que reducen las velocidades de rotación a los valores señalados anteriormente según la operación que se este realizando.  Sistema de empuje electrohidráulico: conjunto de bombas hidráulicas y electroválvulas de alta presión, alrededor de 3000 PSI que entrega la presión de trabajo a los cilindros hidráulicos para el empuje en las 2 etapas de la operación.  Rangos de presión: perforación piloto 0 a 3 mega pascales. escariado 4 a 20 mega pascales.

DESCRIPCIÓN DE UN EQUIPO RAISE BORER  Sistema de sujeción de la columna de barras: corresponde a componentes mecánicos, que tiene como misión sujetar la columna en las 2 etapas de la operación, transmitiendo la energía de empuje y rotación a las herramientas de corte.  Base y cuerpo principal del equipo: componentes fabricados en fierro fundido donde se montan los elementos anteriormente señalados. El conjunto completo es montado en la base de concreto.  Conjunto eléctrico: sistema de componentes eléctricos compuestos por transformadores, sistemas de partidas suaves “soft starter” limitador de torque y sistemas de seguridad que resguardan la rotura o daño de la columna extendida en situaciones de partidas o detenciones de rotación en cualquieras de las etapas.

DESCRIPCIÓN DE UN EQUIPO RAISE BORER • columna de perforación: formada básicamente por barras, estabilizadores de piloto y de escariado, croos over, stem bar y barra de partida. • escariador o cabezal: estructura metaliza asimétrica donde van ubicado los cortadores que dan el área de corte final de excavación. Normalmente construidos en acero especial, conectada a la barra stem, trabaja por empuje y rotación en forma ascendente, contra el macizo rocoso provocando su ruptura por corte cizalle.

Estación de Trabajo  La estación de trabajo podrá estar ubicada en superficie o interior de la mina.  Para estaciones en superficie se requiere una plataforma de unos 100 m2 de superficie donde se ubicara la losa de concreto donde se anclara el equipo raise borer.

Rendimientos de Excavación El rendimiento de excavación de chimeneas con equipos Raise Borer es variable y dependerá fundamentalmente de la calidad geomecánica de la roca, la profundidad de la chimenea y por supuesto del diámetro final de excavación.

Aplicaciones del método  Chimeneas de ventilación.  Chimeneas de traspaso de mineral.

 Chimeneas de cara libre.  Chimeneas de servicio.

BONDADES DEL MÉTODO • Método altamente seguro para el personal, ya que todo el comando de la excavación se realiza a través de un panel de control fuera de la línea de caída del material. • El personal no esta en contacto con el frente a excavar. • No hay riesgos por el uso de explosivos. • Método no contaminante por gases de explosivos por lo que no se requiere grande volúmenes de aire fresco en el área de trabajo. • Gran autonomía. Se puede escavar chimeneas de grandes longitudes.

VERTICAL CRATER RETREAT (VCR)

VERTICAL CRATER RETREAT (VCR) • VERTICAL CRATER RETREAT (VCR) es un método de minado que se basa en la teoría de los cráters y consiste, en producir el arranque del material mediante cargas esféricas. Estas cargas deben ubicarse en taladros verticales o inclinados a una distancia adecuada de la cara libre. • El arranque se consigue detonando la parte inferior de los taladros aprovechando las características de fracturamiento de las cargas esféricas y avanzando hacia arriba en etapas sucesivas.

Nivel perforación

Nivel inferior

PROCEDIMIENTO DE TRABAJO Perforación • Las mallas de perforación utilizan comúnmente diámetros de perforación entre 4” y 6½ ”. • Para ejecutar estos taladros largos se necesita un equipo de perforación potente que utilice un sistema Down The Hole (DTH). • Para obtener una adecuada utilización, se le agrega un compresor de alta presión (Booster), que eleva la presión de la red de 90 p.s.i. a 240 p.s.i.

Voladura Comprende la siguiente secuencia de carguío. • Medida inicial de los taladros. • Tapar / sellar el fondo de los taladros. • Cebado y carguío de los taladros. • Medida de altura de la carga. • Sellado superior. • Conexión al tren de encendido en el nivel superior.

CHIMENEA OBTENIDA USANDO EL MÉTODO V. C. R.

ANÁLISIS DE LAS VARIABLES DEL MÉTODO VCR • Seguridad del método V.C.R. El personal trabaja en todo momento fuera de la chimenea, con las ventajas que ello involucra. No se trabaja en ambiente tóxico, por acumulación de gases producto de la voladura. • Longitud del desarrollo con el método V.C.R. La longitud máxima que se puede alcanzar esta dentro de los limites mas o menos de 50 metros a 70 metros. Esta longitud estará limitada por la desviación de los taladros, que deben estar en un rango no superior a 1 % de longitud, las secciones más utilizadas van desde 2 x 2 metros hasta un diámetro máximo de 5 metros, aunque este limite puede ser mayor.

EXPLOSIVOS

• La elección de un explosivo dependerá de la resistencia al agua, velocidad de detonación, energía, densidad, posibilidad de ocupar completamente la sección transversal del taladro y costos. PRUEBAS DE LOS CRATERS • Profundidad de los taladros debería estar dentro del intervalo de 0,6 – 3,1 metros esto se hace sobre la base del supuesto que contenga las profundidades críticas y óptimas. NUMERO DE TALADROS • De acuerdo a experiencias similares realizadas en múltiples minas extranjeras, se ha llegado a determinar que el número adecuado debería estar entre 5-15 taladros para una buena determinación de la curva del cráter. • Para determinar el diámetro de los taladros y la cantidad de explosivos existen fórmulas que lo determinan.

SEGURIDAD EN LA CONSTRUCCIÒN DE CHIMENEAS USANDO VCR • Capacitación al personal, en los ámbitos de seguridad y operatoria de la maquinaria. • Identificar el nivel de riesgo para cada una de las actividades en la ejecución de chimeneas usando el método VCR • El personal a cargo de la implementación debe tener una amplia capacidad de análisis. • Asesoramiento en el terreno por personal especializado en el uso de este método de explotación. • Evaluar el estado de la chimenea y las labores cercanas que pudieran ser dañados producto de los disparos

INFRAESTRUCTURA Y SOSTENIMIENTO • Requiere de una cámara de perforación en el nivel superior, con dimensiones de acuerdo al quipo a utilizar y un nivel de llegada para los taladros. Por otra parte requiere de obreros especializados para el manejo del equipo perforador y operación. • El sostenimiento a usar en este método dependerá del uso que se le destine la chimenea, ya sea, si la chimenea será utilizada para el traslado de personal, debido a que las altas cargas utilizadas dejan las cajas en mal estado con tendencia al planchoneos.

DISPOSICION DE LA CARGA DENTRO DE UN TALADRO

Ventajas del Método VCR • Se puede usar para chimeneas de pequeña o gran longitud y con cualquier inclinación • Las secciones de las chimeneas se pueden conseguir cambiando la plataforma logrando secciones de 3 a 30 m2. • Se puede cambiar dirección e inclinación de la chimenea (usando carriles curvos) • Menor inversión en comparación al método Raise Boring • Preparación inicial del área de trabajo: reducida.

Inconvenientes del Método VCR • Ambiente de trabajo: mala calidad, contaminado. • Gran rugosidad de paredes ( inconveniente en chimenea de ventilación y es una ventaja en piques) • El estado de la marina (macizo remanente) es peor que el del método Raise Boring

MUSTANG A-32 DTH

Recomendaciones • Es importante el control topográfico de precisión y oportuno, los puntos de inicio y de llegada de los taladros deben ser previamente compasados por medio de una poligonal cerrada. • Cada taladro debe ser levantado inmediatamente para determinar su desviación, si la desviación esta fuera del rango aceptable se deberán realizar taladros adicionales, se descartaran los taladros desviados. • Una ves completada las perforaciones de acuerdo a la malla diseñada se deberá realizar secciones transversales cada 0,5m a partir del punto de inicio, de esta forma se determinaran los taladros a ser cargados para la voladura. • Se deberá realizar una evaluación geo mecánica del lugar propuesto para la ejecución de chimeneas usando el método VCR, con la finalidad de determinar la distancia de separación de dicha chimenea hacia las labores de minimizar el daño por efectos de voladura de crateres.

Conclusión • •

• • • •

•

El método VCR es más seguro que otro debido a que el personal trabajara fuera de la chimenea no estando expuesto a los gases y o caída de roca por defecto de la voladura. Si la relación (L/D) es menor o igual a 6 es a 1 en una carga cilíndrica, el efecto es igual a una carga esférica. Las pruebas de los cráters se deben realizar sobre el mismo tipo de roca y con el mismo tipo de explosivo que se piense emplear en las voladuras de las chimeneas - Se pueden realizar pruebas de cráters con diámetros de perforación diferentes al que se emplearan para las chimeneas usando el método VCR, por consiguiente se pueden realizar las perforaciones con perforadoras convencionales. La desviación del taladro es aceptable dentro de ciertos rangos que no deben superar 5 veces el diámetro, esto indica claramente que el mayor diámetro se hace menos crítica la exactitud en la perforación. El costo por metro lineal de las chimeneas usando el método VCR es un 10-15 % menor que las chimeneas convencionales, considerando en avance de 1,5m por guardia para cada método, con el método VCR se puede alcanzar hasta 3m de avance por guardia. Teniendo un tiempo total de perforación de 46 horas y 230 min. Por voladura con un avance de 1,5m/disparo, realizando tres disparos por día, la chimenea de 64m se concluye en 20 días.

Tunnel Boring Machine (T.B.M)

T.B.M. (Tunnel Boring Machine)

Máquina Perforadora capaz de excavar túneles de sección completa y a su vez que permite la instalación de algún sistema de fortificación según la competencia de macizo rocoso.

Componentes T.B.M

Tipos de T.B.M. T.B.M para roca dura • • • •

T.B.M para material blando • • • •

Con escudos. Sujeción contra la fortificación. Utilizan cortadores picas, dientes. Fortificación: Arcos de hormigón pre ensamblados.

Sin escudos. Sujeción contra las paredes laterales. Utilizan discos cortadores. Fortificación: Hormigón proyectado, arcos metálicos

Operación

TBM en La Minería Chilena

Túnel Acueducto Río Blanco, El Teniente

Túnel Acueducto Río Blanco, El Teniente • Tunel de 4,6 m de diámetro y 11 km de largo. • Fue ejecutado por un consorcio liderado por Spie Batignolles. • Se utilizo una TBM abierta del fabricante alemán Wirth modelo TBS III 458/480H • Cabezal de corte tenia 43 cortadores de 16 pulgadas de diámetro, con dos grupos de mordazas. • Promedio de avance fue de 285 m/mes. • Inicio enero de 1991 y finalizo noviembre de 1993 + sostenimiento 1996.

¿Que se puede aprender de este túnel? 1. Promedio de 285 m/mes esta por encima de las tasas de avance obtenibles por perforación y tronadura. Las rocas duras y abrasivas (200 MPa) que existen en las minas de la cordillera de los andes pueden ser excavadas exitosamente con T.B.M.

2. Incluso con las dificultades que se experimentaron en la construcción de este túnel es posible disminuir costos con TBM. Resultado incierto si se hubiese utilizado el método tradicional

3. Posiblemente el uso de dovelas prefabricadas de hormigón o el revestimiento de acero con pernos habría eliminado las dificultades post producción.

Túnel Sur, Los Bronces

SELI Doble Escudo Universal Compacto DSU450

Túnel Sur, Los Bronces • Longitud total 8 km. • Portal de entrada, tramo inicial y sala de montaje realizado mediante perforación y tronadura. • Marinas de excavación llevadas a la superficie con correas transportadoras y el respaldo logístico realizado por línea férrea. • Riel instalado sobre dovelas de piso de hormigón pre fabricado. • TBM diseñada para ser desmontada a través del túnel terminado.

Túnel Sur, Los Bronces

Ventajas Generales del Uso de T.B.M Las razones que justifican el uso creciente de TBM alrededor del mundo incluyen:

• La excavación produce una mejor superficie terminada en las paredes del túnel. • No se requiere el uso de explosivos. • Los túneles pueden ahora ser perforados económicamente a través de estratos muy duros. • Respecto al costo de la construcción del túnel decrece entre más largo sea el Túnel

Riesgos en Tuneladoras T.B.M Posibilidad de asientos del terreno que puedan suponer el colapso del túnel. Posibilidad de presencia de agua, suponiendo problemas como derrumbes. Perdida de terrenos que en ocasiones aparezcan chimeneas. Bloqueo de la tuneladora en el terreno. Posibilidad de Incendio, que se incrementa en túneles de gran longitud.

Imposibilidad de realizar tratamientos del terreno desde dentro del túnel.

Costos

Otros aspectos Generales La inversión de capital en el equipamiento de la construcción de túneles será mas alta que para los túneles construidos mediante perforación y voladura. Los costos de transporte de la TBM al sitio y su ensamblado deben ser cuidadosamente evaluados. Los posibles cambios de dirección en el alineamiento del túnel deben ser compatibilizados con los requerimientos de la TBM y sus servicios. Así como para los túneles mediante perforación y voladura, las pendientes son gobernadas por el equipamiento de apoyo de la TBM.

Conclusiones • La selección de la TBM a utilizar dependerá de la competencia del macizo rocoso. • El punto de intersección entre la solución con TBM y la perforación y voladura depende en gran medida de las condiciones locales, geológicas, geotécnicas y en términos de costos, especialmente en mano de obra y personal de planta. • Como regla general es que un túnel con una longitud mayor que 2,5 km será menos costoso al ser ejecutado con TBM. • Aunque en chile, que es uno de los países mineros mas importantes del mundo y que esta dentro de los países que emplean un alto nivel de tecnología minera, la utilización de TBM es escasa comparada a los países vecinos.

102

Túneles con TBM

103

II UNIDAD: EXPLOSIVOS

104

¿Qué es un Explosivo?

• Es un compuesto químico que tiene la capacidad de llegar a experimentar una Reacción química muy rápida sin la participación de reactantes externos. La iniciación de esta reacción puede efectuarse por:  Impacto o Fricción  Calor (chispa o llama)  Onda de choque (presión)

• Los productos de esta reacción son predominantemente “gases”, los que súbitamente al expandirse por las “altas temperaturas”, ejercen una gran presión en sus alrededores y pueden efectuar un “trabajo”.

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Explosivos

• Un explosivo es un material que puede hacer explosión liberando grandes cantidades de energía bajo la forma de gases, calor, presión o radiación. Para la preparación se utilizan sustancias especiales que se mezclan, como el abelite. Hay muchos tipos de explosivos según su composición química.

106

Clasificación de los Explosivos

Se dividen básicamente en:

•

Explosivos de alto orden (p. ej. TNT); y

•

Explosivos de bajo orden (p. ej. pólvora). •

Los explosivos de alto orden tienen una velocidad de combustión elevada, de varios km/s, alcanzando velocidades de detonación y por eso son aptos para la demolición. Los explosivos de bajo orden queman a una velocidad de varios cientos de metros por segundo, llegando incluso a velocidades de un par de km/s, lo que se llama deflagración (los explosivos de bajo orden no detonan). Son utilizados para la propulsión y para los fuegos artificiales. Se llama DDT (por su sigla en inglés, Deflagration-Detonation Transition) a los explosivos que tienen un velocidad de quemado intermedia entre los dos tipos de explosivos. 107

Clasificación Según su Poder

 Explosivos de alto orden • • • • • • • • • • •

trinitrotolueno o TNT RDX o Ciclonita (trinitrofenilmetilnitramina) PENT o Tetranitrato de pentaeritrita Nitrato de amonio ANFO Amonal Ácido pícrico o TNP (Trinitrofenol) Picrato amónico Tetranitrometano HMX (Ciclotetrametilentetranitramina) C-4

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Clasificación Según su Poder

 Explosivos de bajo orden – Pólvora negra – Nitrocelulosa – Cloratita

• Pólvora : es una sustancia explosiva utilizada principalmente como propulsor de proyectiles en las armas de fuego y como propulsor y con fines acústicos en los juegos pirotécnicos. Está compuesta de determinadas proporciones de carbón, azufre y nitrato de potasio (salitre) (75% nitrato potásico, 15% carbón y 10% de azufre)

109

Clasificación Según su Poder

• Nitrato de celulosa, nitrocelulosa o algodón pólvora fue sintetizado por primera vez en el año 1845 por Schönbein. Es un sólido parecido al algodón, o un líquido gelatinoso ligeramente amarillo o incoloro con olor a éter. Se emplea en la elaboración de explosivos, propulsores para cohetes, celuloide (base transparente para las emulsiones de las películas fotográficas) y como materia prima en la elaboración de pinturas, lacas, barnices, tintas, selladores y otros productos similares. Se sintetiza a base de algodón, nítrico y sulfúrico, los mismos utilizados en la nitroglicerina. De esta manera, forma principalmente nitrato de celulosa.

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Clasificación Según su Poder

• Cloratita : es un explosivo compuesto por clorato potásico, azufre y azucar en composición 80/10/10 y que, al igual que el ANFO, necesita como detonante algún tipo de dinamita. Es posible que la adición de aluminio provocara un aumento de su eficiencia como en otros explosivos.

111

Clasificación General de Explosivos EXPLOSIVOS

Mecánicos

Químicos

Altos Explosivos Primarios Iniciadores

Secundarios Basicos

Nucleares Agentes de Tronadura

Permisibles

- Dinamitas de seguridad Envasados - Dinamitas - Gelatinas - Pentolitas - Composicion B-C - Especiales

No Permisibles

- Pólvoras Repulsivas

A granel - Anfos Sanfos - Acuageles - Emulsiones - Anfos Pesados

112

Historia del desarrollo de los Explosivos

•

1242: El fraile ingles Roger Bacon publica una formula de pólvora negra.

•

1627: primera prueba documentada de uso de pólvora negra para tronadura de roca, se realizo en minas de Hungría (minas reales de Schemnitz).

•

1635: John Bate, acerca de la pólvora decía: “la sal pétrea es el alma, el azufre la vida y el carbón el cuerpo de ella”.

•

1846: El químico italiano Ascanio Sobrero, invento la trinitroglicerina dando a conocer su potencia explosiva.

•

1857: Lammot du Pont reemplaza el nitrato de potasio, por nitrato de sodio Chileno.

•

1875: Alfred Nobel disuelve nitrocelulosa en nitroglicerina, formando una masa gelatinosa, que es la antecesor de las dinamitas gelatinas. 113

Historia del desarrollo de los Explosivos

•

1917: Apogeo de la pólvora negra, a causa de su gran consumo durante la primera guerra mundial.

•

1947: Se comienzan a fabricar los Anfos.

•

1950: Apogeo de las dinamitas en USA., comienza a declinar su uso debido a la aparición del ANFO y los acuageles.

•

1970: A finales de la década de los 60 aparecen las emulsiones explosivas y sus mezclas con Anfo, denominados Anfos Pesados.

•

1980: Comienza la introducción en el mercado de las emulsiones gelatinosas.

114

Tipos de Explosivos más Usados

•

DINAMITAS La dinamita es fabricada en cilindros de 4” o 8” de largo y 7/8” de f y son envueltos en un papel encerado amarillo. Vienen en cajas y son almacenadas adecuadamente en los Polvorines de cada operación minera. Las dinamitas son mezclas que contienen nitroglicerina como sensibilizador y como principal agente de producción de energía. Oxidantes como el Nitrato de Amonio y los combustibles como el aserrín, harina de trigo o almidón. También tienen otros productos que sirven para corregir la higroscopicidad de los nitratos. Las dinamitas, a su vez, se dividen en dos grupos: las dinamitas granuladas, que utilizan la nitroglicerina como base explosiva, y las dinamitas gelatinas, que son una mezcla de Nitroglicerina y nitrocelulosa, lo que les permite tener una alta resistencia al agua.

115

Tipos de Explosivos más Usados

• AMÓN GELATINAS Es una dinamita amoniacal, de alta eficiencia para romper rocas tenaces y de gran dureza. Sobresalen sus propiedades de alta densidad, alta velocidad de detonación y su excelente resistencia al agua, lo que da como resultado un producto de alta energía para producir un óptimo efecto rompedor en cualquier tipo de terreno o faena, a excepción de minas de carbón.

116

Tipos de Explosivos más Usados

•

DINAMITAS

117

Tipos de Explosivos más Usados

• ANFO

El Nitrato de Amonio viene en granos, en bolsas de plástico para proteger de la humedad y estas a su vez dentro de bolsas de yute. Las bolsas tienen un peso de 50 Kg. El uso del Nitrato de Amonio mezclado con diesel data desde principios de 1960. La mezcla se la realiza en una relación, en peso, de 94% de Nitrato de Amonio y 6 % de diesel y se obtiene el ANFO. Normalmente esta mezcla se la realiza en el polvorín en condiciones adecuadas. Sin embargo, cuando no se tiene la infraestructura adecuada se la puede realizar en el lugar de trabajo, como se muestra en la figura.

118

Tipos de Explosivos más Usados

•

HIDROGELES, ACUAGELES O SLARRIES

Podemos definir los hidrogeles como composiciones explosivas formuladas en términos de un sistema de oxidación – reducción. Están constituidas por una parte oxidante (nitratos inorgánicos) y otra reductora, con suficiente cantidad de O2 como para reaccionar violentamente con el exceso de O2 del agente oxidante. La parte reductora puede estar constituida por cualquier materia combustible. Pueden ser sustancias explosivas deficitarias en O2 como la trilita, algunas pólvoras, o bien sustancias no explosivas como hidrocarburos y metales ligeros, como el aluminio y el magnesio.

Estas mezclas así formadas presentan un excelente comportamiento en el agua, lo que constituye una de las propiedades más notables de estos productos. 119

Tipos de Explosivos más Usados

• Emulsiones Es un alto explosivo tipo suspensión es una mezcla de nitratos de amonio, sensibilizadores, combustibles, aluminio y cantidades variables de agua. A las emulsiones, de cierta manera, también se les relaciona con esta familia de explosivos, pero, por definición, corresponden a un sistema que contiene al menos dos fases líquidas inmiscibles entre sí, una de las cuales está dispersa en la otra en forma de pequeñas gotas o celdillas. El líquido que se encuentra en forma de gotas se reconoce como fase dispersa y el que las rodea se denomina fase continua, y su tipo o constitución define el comportamiento y características de la emulsión.

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Tipos de Explosivos más Usados

• INICIADORES Y ROMPEDORES APD Productos a base de Pentrita (PETN) y TNT, mezcla que se denomina Pentolita. Tipos : - INICIADORES CILÍNDRICOS - ROMPEDORES CÓNICOS Usos principales : Iniciadores de explosivos en perforaciones de Gran Diámetro. Reducción de bolones en labores abiertas y subterráneas. Propiedades principales - Alta Velocidad de Detonación (sobre 7000 m/s) - Mayor resistencia al fuego, impacto y fricción - Efecto direccional, en el caso de los rompedores.

•

MINIBLASTER® Los iniciadores MINIBLASTER® son una variedad especial de APD® (Alto Poder de Detonación) especialmente diseñados para insertarles un detonador de tipo no eléctrico, para facilitar la operación de primado. En algunos casos su colocación puede ser hecha con la misma manguera de carguío de Anfo o Emulsión

121

Iniciación de una tronadura

•

Funciones de accesorios de voladura:

– INICIACIÓN PROPIAMENTE TAL: Corresponde a la acción o efecto que inicia la detonación de la columna explosiva en cada uno de los tiros. – CONEXIÓN: Se refiere a la necesidad de conectar todos los tiros entre sí de modo de transmitir o propagar la detonación a cada uno de ellos. – SECUENCIA: Corresponde al efecto de imprimir un orden de salida al conjunto de cargas explosivas que conforman el diseño o diagrama de disparo. – ACTIVACIÓN O ENCENDIDO: Se refiere a la fuente de energía inicial que activa el proceso de detonación de todo el conjunto de cargas explosivas involucradas en la tronadura. 122

Accesorios

•

Guía corriente: combustión activación o encendido a fuego

•

Guía conectora: combustión a 1,5 a 10 cm/seg; activación o encendido a fuego, conexión y secuencia; conecta guías corrientes

•

Guía detonante: detonación a 6000-7000 m/seg; conexión e iniciación

•

Detonadores corrientes: cápsula con explosivo primario y secundario para iniciación, activados por guía corriente

•

Detonadores eléctricos: iniciación, conexión y secvuencia

a

0,75

cm/seg;

– Instantáneos: igual a det. Corrientes pero se activan con carga eléctrica – De retardo largo o corto

•

Detonadores no eléctricos: más recientes; iniciación y secuencia, se conectan con guía detonante

•

Microconectores: para milisegundos; secuencia

•

Amplificadores: activados por cualquier detonador o por guía detonante; iniciación

intercalar

retardo

en

123

TRONADURA ELECTRONICA ENFOQUE TRADICIONAL - Minimizar sus propios costos Una optima gestión implica cumplir con los presupuestos preestablecidos en esta área, no siendo considerada como parte del proceso de agregación de valor

NUEVO ENFOQUE Considera la tronadura como una etapa de la cadena de valor, el objetivo primordial es fragmentar, pero no buscando la tonelada quebrada más barata, sino la más económica, es decir, la que cumpla con los requerimientos del proceso global.

TRONADURA ELECTRONICA Esquema básico A) Dinamita B) Protector C) Detonador (dentro de dinamita con la mecha colocada) D) Cordón detonante o mecha E) Cinta para sostener dimanita

TRONADURA ELECTRONICA TIPOS DE MECHAS

- Mecha rápida

Es un accesorio de voladura formado por una masa pirotécnica, dos alambres, una cobertura exterior y una plástica.

TRONADURA ELECTRONICA TIPOS DE MECHAS

- Mecha lenta

Es un cordón flexible resistente a la tracción e impermeable, con su núcleo central de Pólvora negra, con diversas capas de fibras textiles y su parte externa de polietileno con color negro que permite conducir la chispa de manera continua y a velocidad uniforme.

TRONADURA ELECTRONICA TIPOS DE MECHAS

- Cordón detonante Es un cordón flexible, resistente a la tracción e impermeable, con núcleo central de Pentrita (PENT), cubierto por una capa de fibras plásticas y su parte externa de polietileno, lo que permite su empleo en ambientes húmedos y bajo el agua.

TRONADURA ELECTRONICA TIPOS DE DETONADORES O FULMINANTES

- Detonadores de Mecha

Cápsula de aluminio, en cuyo interior se halla carga primaria explosiva sensible a la chispa de la mecha de seguridad.

TRONADURA ELECTRONICA TIPOS DE DETONADORES O FULMINANTES - Detonadores no eléctrico de retardo

Son fulminantes constituidos por una cápsula de aluminio, con una manguera, una etiqueta, y un conector plástico.

TRONADURA ELECTRONICA TIPOS DE DETONADORES O FULMINANTES

- Detonadores Eléctricos Su explosión es producida por el paso de una corriente eléctrica a través del mismo, se pueden distinguir dos tipos: - Instantáneos - Retardados

TRONADURA ELECTRONICA CLASIFICACIÓN DETONADORES ELECTRONICOS

- En función del uso Capsula de aluminio – uso general Capsula de cobre – ambientes grisuosos o inflamables Sísmicos Herméticos – cierre especial.

TRONADURA ELECTRONICA CLASIFICACIÓN DETONADORES ELECTRONICOS

- En función de las características eléctricas.

Detonadores Sensibles (S). Detonadores Insensibles (I). Detonadores Altamente Insensibles (AI).

TRONADURA ELECTRONICA CLASIFICACIÓN DETONADORES ELECTRONICOS

- En función de los tiempos de detonación Detonadores instantáneos. Detonadores de microrretardo de 20 milisegundos. Detonadores de microrretardo de 30 milisegundos o. Detonadores de retardo de 500 milisegundos

TRONADURA ELECTRONICA ACCESORIOS DETONACION ELECTRONICA OHMETRO PARA VOLADURAS

EXPLOSOR (BLASTER)

TRONADURA ELECTRONICA VENTAJAS DETONADORES ELECTRICOS Seguridad de manejo Posibilidad inexistente de explosión incontrolada Posibilidad de ignición simultánea de varios detonadores Gran distancia de disparo Control del momento exacto de la voladura

TRONADURA ELECTRONICA VENTAJAS DETONADORES ELECTRICOS “Los detonadores electrónicos aumentan el desempeño de la tronadura porque virtualmente elimina la dispersión de tiempo.”

Guía Detonante Cubierta de plástico

Su función es llevar la onda de choque de un explosivo a otro P.E.T.N. (pentrita)

Alma de algodón

Cordón de Yute

Cordones de algodón

Primacord: 50 grain/pie 10 gr/m E-cord: 25 grain/pie 5 gr/m

DENASA Veloc.: 6000-7000 m/seg. 138

Microretardo

Se fabrican en: MS 5 Azul MS 9 Verde MS 17 amarillo

Retardador

MS 25 Rojo MS 35 Rosado MS 45 Naranja

Primacord

Tiempo

Fulminante

Fulminante Eléctrico – Serie o Paralelo Sensible Insensible Altamente Insensible

1,75 Ω 0,25 Ω 0,05 Ω 139

Voltaje Necesario para iniciar

Circuito en Serie Vf = K (rf + R)*Im • • • •

Empalme de tramos largos en reversa para compensar diferencia de longitudes de línea

Vf : Voltaje de fuente K: Coeficiente de seguridad (1,8 – 2,0)/n n: Numero de fulminantes R: Resistencia del fulminante (resistencia permanente + chicote) • R: Resistencia de las lineas R=e/S*L • Im: Intensidad mínima (amp) • Rf: Resistencia total del fulminante Rf = = r1 + r2 + r3 + …… + rn = n*r

140

Voltaje Necesario para iniciar

Circuito en Paralelo Vf = K (rf + R)*Im • • • • • •

Vf : Voltaje de fuente K: Coeficiente de seguridad (1,8 – 2,0)/n n: Numero de fulminantes R: Resistencia del fulminante (resistencia permanente + chicote) R: Resistencia de las lineas R=e/S*L Im: Intensidad mínima (amp) Rf: Resistencia total del fulminante 1/Rf = 1/r1 + 1/r2 + …… + 1/rn => Rf = r/n

Vf = K (r/n + R)* Im Im = ∑I 141

Voltaje Necesario para iniciar

Precauciones • No se deben mezclar voltajes sensibles con insensibles • Se pueden usar Nº series siempre que sean del mismo fabricante • El elemento mas peligroso es el fulminante dentro de los explosivos

Explosores • Van a ser detonar los circuitos fulminantes • Explosores Dinamo Eléctrico • Explosores de condensador

142

Almacenamiento

Polvorines

•

• Requisitos que deben cumplir los polvorines: – contar con avisos y letreros de seguridad – deben estar provistos con extintores – operados por personal capacitado – resguardados las 24 horas – debe contruirse un cerco perimetral alrededor del mismo

•

Guarda siempre los explosivos (dinamita,emulsiones, ANFO y cordón) en un polvorín y los accesorios de voladura (detonadores, guías y retardos) en otro.

•

Antes de recoger detonadores siempre descarga la corriente estática que puedas tener, tocando la barra de cobre con línea a tierra.

143

Aspectos de seguridad a considerar

Transporte entre polvorines

• Nunca transporte explosivos junto con fulminantes y otros accesorios de voladura en el mismo vehículo.

Transporte hasta los frentes de trabajo • Siempre lleve los explosivos en forma separada de los accesorios con una distancia entre ellos, que puede ser de 20 m. • Al llegar al lugar de trabajo, poner las bolsas en un lugar seguro, separadas de 3 a 5 m y lejos de equipos de perforación. • Déjarlas protegidas contra la caída de piedra, de barretas o barrenos de perforación.

144

III UNIDAD: TRONADURA

145

Objetivo de la Tronadura

• “La Tronadura tiene como propósito fundamental maximizar la energía liberada por el explosivo para fragmentar lo mejor posible una parte del macizo rocoso, mientras que por el lado contrario, el deseo es a su vez minimizar la energía del mismo hacia la otra parte del macizo rocoso (remanente) para así producir el menor daño posible”.

146

Para entender mejor el proceso

• Explosivos: Combustible + oxidante

• Energía: Gases y onda de choque (vibraciones) que generan trabajo

147

Objetivos de la Tronadura

• Fragmentacion:Tamaño y distribución

• Daño: Minimizar la alteración del entorno

148

Fracturamiento de la Roca

• • •

Iniciación de explosivos Propiedades Físicas del explosivo ∂  D, Pd (∂>v  >E fragmentación) Característica rompedora del explosivo  mejor trabajo de fracturamiento

Zona de pulverización provocada por onda de choque Roca triturada Zona fracturamiento intenso dx

Zona sísmica

Fracturas Radiales

•

La velocidad impartida a la roca (masa) será:

U = CV C = Comprensión debido a la onda de choque V = Velocidad de propagación del choque (> velocidad del sonido) 149

Fracturamiento de la Roca

• Generar condiciones primarias para causar la fragmentación de la roca.

Efecto de gases

ςR Tracción

• Hasta aquí tenemos fracturamiento, no colapso  reflexión de la onda de choque.

ςT ςCI

150

Condiciones Básicas

• Onda de choque (compresión, fracturamiento), produce el despegue de la roca. • Hasta aquí tenemos fracturamiento, no colapso  reflexión de la onda de choque. • Los gases tienden a aumentar las fisuras previas naturales o formadas y a impulsar la masa rocosa detrás de la onda de choque.

151

Condiciones Básicas

• La mayor cantidad de fractura posible  roca homogénea  no hay reflexión  explosivo > onda de choque. • Mayor explosivo que entregan > cantidad de gases, conviene en rocas que tengan fractura.

• Para saber el tipo de explosivo a usar, se debe tener en cuenta: – Geometría del disparo – Condiciones geomecánicas de la roca – Características físicas del explosivo

152

Mínima. Cantidad a remover

ASPECTOS COMPARATIVOS DE TRONADURA

Carga Esférica • Gases se dispersan en forma radial y la onda de compresión provocaría destrozo de la roca.

B

153

ASPECTOS COMPARATIVOS DE TRONADURA

Carga Cilíndrica • El fracturamiento llega a la cara libre en forma mas fácil; los gases van a impulsar la masa rocosa (de 5 a 10 veces > velocidad de carga esférica).

B

•

Tenemos 2 caras libres empotramiento de la roca.

y

menos

154

GEOMETRIA DE LA CARGA • La geometría y el proceso de fracturamiento en una carga esférica es diferentes al de una carga cilíndrica. En una carga esférica, la energía producida por los gases, se transmiten radialmente hacia afuera del centro de la carga en todas direcciones y se mueven de acuerdo a un movimiento uniforme y divergente.

• Como en la práctica se tiene que utilizar perforaciones cilíndricas y por tanto cargas alargadas se investigó cuál era el efecto de una cara cilíndrica, con respecto al conseguido por la otra de igual peso pero esférica, estableciéndose que mientras la relación largo diámetro (L: D) sea menor o igual a 6, el mecanismos de fractura miento y los resultados son prácticamente los mismos. Las cargas esféricas han sido utilizadas tradicionalmente a una dirección vertical o inclinada hacia arriba, para formar un cráter hacia una cara libre.

DISPOSICION DE LA CARGA DENTRO DE UN TALADRO

TEORIA DEL CRATER • Livingston inicio una investigación destinada a establecer el

efecto que produce una determinada carga esférica a profundidades crecientes en una determinada formación, observando que a medida que se aumentaba la profundidad se incrementaba el volumen del cráter de la roca fractura hasta alcanzar un máximo denominado “profundidad óptima” (Do), para luego comenzar a disminuir hasta que a una profundidad mínima que llamo “profundidad critica” (N), no se produce fracturamiento en la superficie.

• A la relación entre estos dos parámetros los denomino “coeficiente de profundidad óptima”:

TEORIA: COMO SE FRACTURA LA ROCA

1. Un impulso provoca el fracturamiento (modelo antiguo) La fuerza de empuje de los gases induce fatigas de cizalle máximas en planos o elementos de superficie orientados en un ángulo de 45° con respecto a la dirección de la fuerza.

F = K*S*B*Scz (ton-p)

F

K: Constante empírica S :Perímetro de la cámara de explosión Scz :Resistencia al cizalle (ton/m2) B : Burden

158

TEORIA: COMO SE FRACTURA LA ROCA

2. Teoría de la Onda de Choque – Kumao Hino • La detonación de la carga explosiva genera una onda de compresión que se transfiere a la roca como un impacto de gran violencia. Tal impacto tritura la roca circundante vecina a la carga y luego se propaga por el sólido hasta alcanzar una eventual superficie libre, donde se refleja como onda de tracción. Como la resistencia a la tracción (ST) de la roca es mucho menor que su resistencia a la compresión (Sc), se produce una fractura cuando la resultante de la onda reflejada supera la resistencia a la tracción de la roca. •

Dicho de otra forma, al colocar una carga explosiva existe una onda de choque que al llegar a la cara libre, se refleja como tracción provocando el destroce.

Pr = Pd*(Q/r)n Q : Diámetro de la carga r : Distancia al frente de onda n : exponente empírico, depende de la roca (2 - 2,2) Pd: Presión de detonación 159

TEORIA: COMO SE FRACTURA LA ROCA

ρ1

ςR Medio de la Roca

ρ2

2. Teoría de la Onda de Choque – Kumao Hino • Onda Reflejada:

ςR = ρ2c2 - ρ1c1* ςT ρ1c1 - ρ2c2 ρ1, ρ2 : Densidades C1, C2 : Velocidades de propagación • Onda Refractada o Transmitida:

ςr = 2ρ2c2 ρ1c1 - ρ2c2 ρ2 = 0  ςR= - ςI

ςT = 0 160

TEORIA: COMO SE FRACTURA LA ROCA

2.

Teoría de la Onda de Choque – Kumao Hino

A mayor coeficiente, mayor es la fragmentación. 161

TEORIA: COMO SE FRACTURA LA ROCA

ςt = Donde:

µ 1-µ

ςr

ςt : Fatiga tangencial ςr : Fatiga radial µ : Módulo de Poisson

2. Teoría de la Onda de Choque – Kumao Hino • Fracturas radiales La detonación de una carga esférica genera un pulso de fatiga (compresión) que se propaga en la roca circundante en todas direcciones, según un frente de onda esférico. En las cercanías de la carga los esfuerzos inducidos en el sólido son una fuerte fatiga de compresión en sentido radial conjuntamente con una moderada fatiga, también de compresión, en sentido lateral o tangencial, cuya relación -según la teoría de la elasticidad - está dada por la siguiente expresión:

162

TEORIA: COMO SE FRACTURA LA ROCA

2. Teoría de la Onda de Choque – Kumao Hino •

Esta relación se modifica gradualmente debido a la propagación radial divergente del pulso de fatiga, que produce una expansión volumétrica del casquete esférico afectado por el paso de la onda.

•

La fatiga radial decae en virtud de la ley de atenuación y la fatiga tangencial cambia de signo y se convierte en una fatiga de tracción progresivamente creciente. Al paso de la onda, el punto A se desplaza a la posición A', asimismo el punto B lo hace a la posición B’; vale decir, el arco AB se estira y la roca termina fracturándose radialmente por tracción.

163

Conclusiones

TEORIA: COMO SE FRACTURA LA ROCA

•

Existe consenso en que el impacto de la onda de choque genera diversos tipos de fracturas, entre los cuales se reconocen los siguientes: trituración en las vecindades de la carga, fracturas entrecruzadas de cizalle, fracturas radiales de tracción en el entorno más alejado, y fracturas de tracción por reflexión de la onda de fatiga en una eventual cara libre cercana a la carga.

•

Asimismo, se reconoce también la acción de los gases a alta presión almacenados en la cámara de explosión.

•

Estos gases penetran en las fracturas radiales creadas previamente y las expanden, y su fuerza de empuje termina así removiendo todo el volumen de roca comprometido entre la carga explosiva y la cara libre.

•

Finalmente, la mayor o menor presencia de los fenómenos descritos, depende en definitiva de las propiedades de la roca, en lo esencial de su rigidez (Módulo de Poisson) y de las características de sus estructuras pre-existentes.

164

CRITERIOS BASICO DE DISEÑO

Consideraciones Preliminares Cualquier metodología de diseño requiere previamente disponer de un conjunto de antecedentes, cuyo análisis -en una secuencia lógica-conduzca a la solución técnica y económicamente más adecuada.

Propiedades de la roca • Características físico-mecánicas: densidad; resistencias a la compresión, tracción y cizalle; módulos elásticos (Módulo de Young y Módulo Poisson); velocidad de propagación de las ondas de fatiga. • Características geotécnicas: estratificación, sistemas de fracturas pre-existentes, frecuencia y orientación de las fracturas, condición de las fracturas.

Restricciones operacionales • Granulometría esperada • Control de daño por vibraciones • Presencia de agua • Usos y costumbres de la faena 165

CRITERIOS BASICO DE DISEÑO

Criterios Básicos de Diseño Características del explosivo • Características rompedoras: densidad de cargío (Δ), velocidad de detonación (D), presión de detonación (P2). • Características energéticas: calor liberado por la reacción química (Q), volumen de gases (V), presión de los gases (Pb). • Características prácticas: sensibilidad, fuerza o potencia relativa, resistencia al agua. Parámetros geométricos de la tronadura • Diámetro de perforación (Ø) • Longitud de los tiros (L) • Longitud de la carga explosiva (l) • Distancia de la carga a la cara libre (Burden) • Espaciamiento entre los tiros (E) • Secuencia de salida y retardos entre cargas • Ubicación del artefacto iniciador • Acoplamiento entre el explosivo y la roca: relación entre el Ø de la columna explosiva y el Ø de perforación.

166

TRONADURA EN BANCO

Objetivos: Se requiere lograr : • •

Granulometría optima La marina adecuada para el equipo de carguío. No debe ir un bolón mas allá del 80% del ancho de parrilla.

Variables Operacionales • Diámetro de perforación. – Perforación percusiva: 76 -230 mm (drifter o DTH) mayor a Peso especifico – Perforación rotativa: 432 mm (> remocion de volumen de roca) – Diámetro pequeño  > metros barrenados/m3 remover  menor tamaño de fragmentación  < concentración de explosivo. – Diámetro grande  < metros barrenados/m3 remover  mayor tamaño de fragmentación  > cantidad explosivo  vibraciones del terreno. Φ (mm) 30-40 51 64 76 100 y > 100

H (m) Altura del banco 0-5 3-10 >4 >6 10 - 20 167

TRONADURA EN BANCO Borde superior

H : 10-15 m

> 80 m.

Variables Operacionales • Altura de Banco en f (Eq. Peroración) – Que no sea > 15 m.  riesgo de seguridad ( estabilidad) y nos puede dañar equipos – Se recomienda drifter para bancos = 15 m.  DTH (tratar de eliminar desviación del tiro)

Pata (parte inferior del banco)

• Inclinación del Barreno – Vertical 3:1; 2:1; 1:1 – Tiro vertical es mas fácil de perforar  < aprovechamiento de explosivo

3 1

168

TRONADURA EN BANCO Taco

Zona Mala de fracturación

Zona Mala de fracturación

Energía útil

Energía útil > aprovecham. energía

VERTICAL

INCLINADO 3:1 Zona Mala de fracturación

Energía útil 90% aprovechamiento energía INCLINADO 1:1

169

TRONADURA EN BANCO

Variables Operacionales • Esquemas de Retardo en (MS) – 15 MS  roca empieza a desplazarse – Retardo 5,9, 17, 25, 35, 45 MS. – Retardo 50 MS  Burden de 3 m.

E B

• Esquemas de perforación f (B), B= f(φ), φ= f(Eq. Perforación) – B, E y retardos manda – Esquemas cuadrados  ponemos retardos por filas – Esquemas Rectangulares  podemos quemar con retardos en cualquier dirección

170

TRONADURA EN BANCO

Variables Operacionales • Bolones: Sobretamaño esperado

- Fulminante ordinario + guía a fuego - Fulminante eléctrico

b

APD

H

– Se denomina Tronadura Secundaria o cachorreo. – Martillo hidráulico (perforadora de alto impacto) – Perforación y tronadura en forma manual. 2 maneras de hacerlo.

semigelatina

• Esquemas de perforación f (B), B= f(φ), Parche φ= f(Eq. Perforación) Barro para confinar el explosivo

– B, E y retardos manda – Esquemas cuadrados  ponemos retardos por filas – Esquemas Rectangulares  podemos quemar con retardos en cualquier dirección

171

TRONADURA EN BANCO

Variables Operacionales • Consumo de Explosivo: Factor de Carga o Carga Especifica (gr/m3, gr/Ton remov.) – Condicionado por el tipo de roca, φ perforación, y el tipo de fragmentación deseada. – Roca dura= 0,30 kg/m3 – Roca blanda= 0,150 kg/m3 – Mina grande: 0,100 – 0,200 kg/m3 – Mina chica: 0,300 kg/m3

172

DISEÑO DE TRONADURA

Depende de: • Explosivo: – Densidad de (carguío) Energía (Pd, D). – Propiedades termodinámicas (T2, Q2)

• Rocas: – Propiedades físicas (SC, ST, dureza, RQD, sistemas diaclasas, geología estructural (fallas, rellenos de fallas).

• Propiedades de Carguío – Confinamiento de explosivo – Tipo de iniciación – Punto de iniciación. Si tenemos ANFO deberíamos poner Tronex gelatina como iniciación y se esta va sobre roca que tenga fallas estructurales, la energía se nos va por esa dirección.

173

DISEÑO DE TRONADURA

Depende de: • Geometría del Disparo: – Burden – Espaciamiento – Tipo de retardos

174

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

a) Teoría de Ash (Estándares de Ash): • Razón Burden (KB): Razón entre el burden y el φ de perforación: KB = 12 * B` φperf ”

 B = KB*φperf ” 12

KB= 20-40; Se usa generalmente KB= 30

Valores Estándar:

∂explos = 1,2 gr/cc Vdeton = 12.000 pie/seg ∂roca = 2,7 gr/cc

– Factor de corrección por roca _______

FR = 3√∂r1/∂r2 – ∂r1 = Densidad Roca estándar – ∂r2 = Densidad Roca a tronar 175

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

a) Teoría de Ash (Estándares de Ash): – Factor de corrección por explosivo: ______________

FE = 3√∂e2 Ve22/∂e1Ve12 ∂e1 = Densidad Explosivo estándar Ve1 = Veloc. Detonación Explosivo estandar ∂e2 = Densidad explosivo a usar Ve2 = Veloc. Detonación explosivo a usar

 Burden Corregido: BC = 30* FR*FE*Dperf ” (m) 12

176

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

a) Teoría de Ash (Estándares de Ash): •

Razón de Espaciamiento (KS): Razón entre el espaciamiento y el burden corregido:

KS = S BC

 S = KS*BC

KS= 2 ; para cargas detonadas simultáneamente KS= 1 a 1,2 ; para cargas detonadas con retardo en la misma fila

•

Razón de Profundidad del Tiro (KH):

KH = H BC

 H = KH*BC

KH= 1,5 a 4 ; Se usa generalmente KH= 2,6

177

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

a) Teoría de Ash (Estándares de Ash): •

Razón de Pasadura (KJ):

KJ = J BC



J = KJ*BC

KJ= 0,3

•

Razón del Taco:

KT = T BC

 T = KT*BC

KT = 0,7 178

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

b)

Teoría de Cráter de Livingstone: Saber en que momento tenemos un mayor volumen removido con carga a distintas profundidades. ___

BC = E 3√ Q (pie)

BC: Burden a profundidad crítica (aquella donde aparecen las primeras fracturas en superficie) E : Factor de energía para la deformación de la roca (0,7 a 1,8). Q : Peso de la carga (Kg, Lbs) Bo: Burden del volumen máximo removido ∆o: Relación entre el volumen y la profundidad crítica (0,45 a 0,95)

179

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

B1

___

∆O = BO Bc

BO = ∆O E 3 √ Q

V(m3)

B2

V/Q (m3/Kg)

B BO BC

•

BC

0

∆O

1

Prueba para determinar el tipo de explosivo a usar en determinada roca, para hacer comparación de distintos tipos de explosivos

180

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

c)

Teoría de Langefors determinan una carga):

(Variables

que

Carga (Q) = f (B, H, h, φ, ∂, D, P2, Ki) Geometría

explosivo

roca

Q = f2 (B, H, h, φ) Q = f3 (B,H, h)

Q = f4 (B, H/B, h/B) = f(B) (H/B, h/B) cte. Q = f (B) = K0 + K1B + K2B2 + K3B3

Si B0 ^ Q = 0  K0 =0

181

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

c)

Teoría de Langefors determinan una carga):

(Variables

que

Carga por metro Q/B = K1 + K2B + K3B2 Si B = 0 ^ K1 = 0 Q = K2B2 + K3B3 + K4B4 + … KB : Explosivo; 1 < B < 10 m. K2 : energía del explosivo (consumida en la superficie de clivaje de la roca) K3 : Energía consumida en fragmentar la roca K4 : Energía consumida en mover o proyectar la masa rocosa

182

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

c)

Teoría de Langefors determinan una carga):

(Variables

que

Si B = H

B

H

Empotramiento

Si H >> B

Taco Qs Qfondo

Kc = f(H/B, H/B)

Qf = Q2B2 + Q3B3 + Q4B4 + B H

Qs = b2B2 + b3B3 + b4B4 + bi = 0,4Qi

183

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

c)

Teoría de Langefors determinan una carga): Qc 0,3B B 1,3B

Q carga concentrada o esférica

(Variables

que

Qo . 0,3Bqf 0,6Bqf 0,9Bqf

0,6qfB

0,9Bqf = Q2B2 + Q3B3

0,3qfB

qf (carga lineal de fondo) = 1,1 (Q2B + Q3B2 ) (Kg/m)

h 0,3B

B

Q cilíndrica

Qf = Carga Fondo Total = 1,3 Bqf (Kg)

184

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

c)

Teoría de Langefors determinan una carga):

(Variables

que

qs = b2B + b3B2 (Kg/m) To = B

Qs = (H - 2B) qf (Kg/m)

Qs = H – 2B

Qs = qf/2,5

B 0,3B

H

QT = Qf + QS (Kg/tiro) N > 4 tiros QT = 1,3 Bqf + (H – 2B) qf (Kg/m)

Qf = 0,8 E/B qf Qs = 0,8 qS

(1) (1)

185

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

c)

Teoría de Langefors determinan una carga):

(Variables

que

H, φ Perf., Explosivo qf = 1,1 (Q2B + Q3B2 ) (Kg/m) q2 = 0,07 (Kg/m3) q3 = 0,35 (Kg/m3) qf = 1,1 Q3B2 = π φ2/4 * ∆0 (densidad de carga) B2 = π φ2 ∆0 1,1*4*Q3 ______ B = φ / π ∆0 2 √ 1,1*Q3

186

CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

c)

Teoría de Langefors determinan una carga): Q3 = Kg/m3

(Variables

que

Q3 = 0,35-0,45-0,5

∆0= Kg/m3 φ=m G = 1,3 B T=B J = 0,3 B

Taco = B Pasadura = 0,3 B

Bc = B – 0,1 - 0,03 H Corrección por emboquillado corrección por desviación

187

d) Teoría de Gustafson: CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

•

Burden Maximo Teorico= 45 φ Perf.

•

Pasadura = 0,40 x Bmax

•

Prof. Perf.= H+Pasadura + 5 cm/m LT = H + U + 0,05 U = Pasadura

•

Factor de Corrección: F = 0,05 + 0,03 LT

•

Burden Real

m.

BR = BMT + F

•

Espaciamiento Practico EP = 1,25 BR

188

d) Teoría de Gustafson: CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

•

Concentración Carga de Fondo qf = φ 2 (Kg/m) 1000

•

Altura Carga de Fondo: hf = 1,3 Bmax

•

Peso Carga de Fondo: Qf = hf x qf

•

Concentración Carga de Columna: qC = 0,4 – 0,5qf

•

Altura de Carga de Columna: hC = LT – (hf + T)

φ en mm.

189

d) Teoría de Gustafson: CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

•

Taco: T = BR o Bmax

•

Carga Total:

QT = Qf + QC

•

(Kg)

Peso Especifica o Factor de Carga: q = Nº hoyo/fila x QT (Kg/m3) Bmax Ancho x H E

190

d) Teoría de Gustafson: CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

•

E=B

•

E < B  Material grueso Menor lanzamiento “fly rocie” Rompimiento hacia atrás “bocie break”

•

E > B  Material mas fino Gran proyección Mínimo rompimiento posterior

•

Secuencia del disparo Fragmentación mas o menos cónica

•

Corrida Quemadas tiro a tiro

retardo

Fragmentos menores

191

d) Teoría de Gustafson: CALCULO DE DIAGRAMA DE DISPARO EN TRONADURA EN BANCOS

•

Quemando en forma instantánea

•

Se producen fragmentos mayores y la superficie queda en promedio pareja, dependiendo de la distancia.

•

Los fulminantes nos entregan condición de fragmentación y corte

MS

192

EJEMPLO DE BANCO TEORIA DE CRATER Guía 25 grain/pie PTN Taco = 0,7

ANFO

Φ = 3 3/8 “ B = 2,5 m. E = 3,0 m. Carga de fondo > Carga de Columna para que pueda romper el empotramiento

H=5 m.

APD

Salida de disparo tipo malla triangular

H=6 m.

APD (iniciador)

193

EJEMPLO DE TIROS LARGOS - LBH 100 MS 75 MS 50 MS

1 APD 150 2 Hidrex 3”x16”

Distribución para Tiros Largos

Ponemos fulminantes nonel (retardos dentro del tiro.

ANFO 1 APD 150 2 Hidrex 3”x16”

APD

1 APD 150 3 Hidrex 3”x16”

194

Diagrama de Encendido con Cordón Detonante

195

ESQUEMAS DE INICIACION DE UN MISMO BANCO EN SUPERFICIE, MEDIANTE ALTERNATIVAS DEL SISTEMA NO ELECTRICO A. Disparo con conectores Nonel UB-O para salidas en filas paralelas.

Nota: Conector UB-O con 1/3 de fuerza de un detonador N° 8 sólo puede iniciar mangueras Nonel (hasta 8 cada uno) no al explosivo directamente. No tienen retardo, los retardos la dan los detonadores Nonel en el fondo de los taladros. Los taladros de cada fila salen a la vez. 196

ESQUEMAS DE INICIACION DE UN MISMO BANCO EN SUPERFICIE, MEDIANTE ALTERNATIVAS DEL SISTEMA NO ELECTRICO B. Disparo con sistema Nonel GT/ms y cordón detonante. Salida por filas.

Nota: Conector multiclip, empalma dos mangueras Nonel con el cordón detonante, los retardos los dan los detona-dores en el fondo de los taladros. Los taladros de cada fila salen a la vez. 197

EFECTOS DE LA SALIDA SECUENCIAL POR RETARDOS EN BANCOS DE SUPERFICIE 0 ms

0 ms

0 ms

0 ms

1. Salidas sin retardo

Resultado: Voladura deficiente

Esquema de salida en bancos se superficie, en corte transversal

198

EFECTOS DE LA SALIDA SECUENCIAL POR RETARDOS EN BANCOS DE SUPERFICIE

2. Salidas con retardo

Resultado: Fragmentación y apilonado adecuados

Esquema de salida en bancos se superficie, en corte transversal

199

ESQUEMAS CLASICOS DE ARREGLO DE RETARDOS PARA VOLADURA SECUENCIAL EN BANCOS 1.

Por filas: Salidas por tajadas horizontales. La cadencia está dad por el orden de encendido de taladros, de acuerdo a los tiempos de retardo entre ellos.

Generalmente se emplea distribución cuadrada para disparos instantáneos o cuando se usa un solo retardo por hilera.

Frente 200

ESQUEMAS CLASICOS DE ARREGLO DE RETARDOS PARA VOLADURA SECUENCIAL EN BANCOS 2.

En “V”: Salidas en cuña. La cadencia está dada por el orden de encendido de taladros, de acuerdo a los tiempos de retardo entre ellos.

Se emplean hileras múltiples en “V” para lograr una distribución más apretada, incrementar la fragmentación y colocar la carga de escombros al centro.

Frente

201

ESQUEMAS CLASICOS DE ARREGLO DE RETARDOS PARA VOLADURA SECUENCIAL EN BANCOS 3.

Echelón: Salidas por tajadas en diagonal. La cadencia está dad por el orden de encendido de taladros, de acuerdo a los tiempos de retardo entre ellos.

Se emplea distribución triangular o de tresbolillo cuando se emplea más de un retardo por hilera.

Frente 202

MINERIA SUBTERRANEA: Minería y Tunelería Minería

Tuneleria

Para los mineros las metas de Hacer el frente de avance del producción productiva son túnel tan rápido como sea posible. medidas en Toneladas o m3. Extraer las toneladas a un costo Consideraciones detalladas más bajo como sea posible. requerimientos en el diseño. Minimizar la dilución del mineral.

Tiempo y costos fuertemente relacionados.

de

están

Asegurar una alta utilización de los La utilización de los equipos es equipos. una prioridad secundaria. Cumplir con las regulaciones de seguridad y medio ambiente.

Cumplir con las regulaciones de seguridad y medio ambiente.

203

204

205

206

207

208

209

210

Tunelería y Minería

Se debe distinguir las zonas en un túnel para perforar y cargar los tiros:

3

3 5

2

4

1

5

0

4

2

Zona 0: Rainura o cuele Zona 1: Zapateras Zona 2: Cajas o contorno Zona 3: Coronas o contorno Zona 4: Auxiliares Zona 5: Auxiliares

1

211

Tunelería y Minería Perforar los tiros de acuerdo a un diseño de disparo (RAINURA)

GRADIENTE 212

Tuneleria y Mineria

Rainura (cuele): Conjunto huecos (maricón), que profundidad, crear la cara que el resto de los tiros (secuencia de disparo)

de tiros cargados y permiten en su libre necesaria para puedan ir saliendo

3

3 5

2

4

1

5

0

4

2

1

Cuando la rainura se hace bien, el resto depende de la secuencia de salida, el taqueado del explosivo y las conexiones, es decir, tiene la mitad de la tronadura bien hecha!

213

Rainura Tiros huecos: Maricon (pueden ser 1 o más).

Se diseñan tiros con carga de acuerdo a cuadrantes (IMM 2500). La rainura se puede perforar ya sea con tiros “paralelos” o en “V” (depende de cómo se quiera quede la botada o marina.. (términos mineros)

214

¿Que se debe hacer para construir un Túnel? Rainura o Cuele • Realizar tiros de igual diámetro donde todos son cargados • Realizar tiros de igual diámetro con una convergencia a un punto común inclinados • Realizar un tiro de gran diámetro alrededor del cual se perforan tiros de menor diámetro y que son cargados.

Tipos de Rainuras o Cueles: • • • •

Cuele en “V” Cuele Piramidal Cuele en Abanico Cuele en Paralelo

215

• Cuele en Cuña o en “V” (Wedge Cut) Rainuras

Frente

Comprende a cuatro, seis o más taladros convergentes por pares en varios planos o niveles (no hacia un solo punto) de modo que la cavidad abierta tenga la forma de una cuña o “trozo de pastel”. Es de ejecución más fácil aunque de corto avance especialmente en túneles estrechos, por la dificultad de perforación.

Corte Longitudinal

Salida del arranque 216

• Rainuras

Cuele en cuña o en “V” (wedge Cut) La disposición de la cuña puede ser en sentido vertical horizontal. El ángulo adecuado para la orientación de los taladros es de 60 a 70°.

Es más efectivo en rocas suaves a intermedias, mientras que el de la pirámide se aplica en rocas duras o tenaces.

Frente

Corte Longitudinal

Salida del arranque 217

• Cuele Piramidal (Center Cut) Rainuras

Comprende a cuatro o más taladros dirigidos en forma de un haz convergente hacia un punto común imaginariamente ubicado en el centro y fondo de la labor a excavar, de modo que su disparo instantáneo creará una cavidad piramidal. Este método requiere de una alta concentración de carga en el fondo de los taladros (ápex de la pirámide). Se le prefiere para piques y chimeneas. Según la dimensión del frente puede tener una o dos pirámides superpuestas. Con este corte se pueden lograr avances de 80% del ancho de la galería; su inconveniente es la gran proyección de escombros a considerable distancia del frente.

218

• Cuele en Abanico (Fun Cut) Rainuras

Es similar al de arrastre pero con el corte a partir de uno de los lados del túnel, disponiéndose los taladros en forma de un abanico (divergentes en el fondo). También se le denomina “corte de destroce” porque se basa en la rotura de toda la cara libre o frente de ataque del túnel. Poco utilizado, requiere cierta anchura para conseguir avance aceptable.

219

• Cuele en Paralelo Rainuras

Como su nombre lo indica, se efectúan con taladros paralelos entre sí. Se han generalizado por el empleo cada vez mayor de máquinas perforadoras tipo Jumbo, que cuentan con brazos articulados en forma de pantógrafo para facilitar el alineamiento y dar precisión en la ubicación de los mismos en el frente de voladura. Los taladros correspondientes al núcleo y a la periferia del túnel también son paralelos en razón de que es virtualmente imposible perforar en diagonal con estas máquinas.

Todos tienen la misma longitud llegando al pretendido fondo de la labor. El principio se orienta a la apertura de un hueco central cilíndrico, que actúa como una cara libre interior de la misma longitud que el avance proyectado para el disparo.

220

Rainuras

221

Rainura en Tiros Paralelos

222

Rainura en Tiros Paralelos

Una vez diseñada la rainura, se procede a determinar el resto del disparo Importante: Esto es una propuesta inicial. Ud debe ir viendo como se comporta su tronadura, en las condiciones de “cerro” (geomecánicas, agua, turnos, etc). 223

Limitantes:

Cuele en Abanico

α A0

• • • •

Angulo de 60º mínimo Angulo de 30º en roca blanda Angulo de 60º en roca dura Angulo de 40º-50º en roca intermedia

•

Ancho de la labor E= f (Eq.Perf. Maq., Barra) Serie 12 = 0,8; 1,6; 2,4 E = 0,8 X= d – 2E sen α/2

X Y

A0 real = 0,9 A0 A0 real = (0,6 – 0,8) A0 Long. Perf = 0,8 a Max. Av. = 0,8 Lp

d 224

• Tamaño de Superficie para Rainuras Rainuras

• Rainura en V : Para secciones de 2x2.5; 3x3, o mayores • Rainura Piramidal: Para 1.5x1.5; 2.5x2.5 • Rainura en Abanico: >7 m2

225

Cueles Paralelos •

Ventajas – Mayores avances en secciones pequeñas – Es un diagrama simple. – Se pueden obtener mayor avance. – En la medida que el diámetro de tiro vacio es mayor , mejor son los avances esperados.

•

Desventajas Cueles Paralelos – No permiten ser perforados con un equipo liviano. – Su paralelismo debe ser lo mas ideal. – Se pueden obtener mayor avance. – En la medida que el diámetro de tiro vacio es mayor , mejor son los avances esperados.

226

• Cueles Paralelos Cuele Quemado: Cuele cilindrico o paralelo con tiro central “maricon”. • Cueles Quemados – Cuele Gronlund – Cuele Triangular – Cuele Michigan – Cuele Cut Hole

• Cuele Paralelo con Tiro Central – Cuele en 4 secciones φ = 110 mm. – Cuele Coromant φ = 2x57 mm. – Cuele Taby φ = 110 mm. – Cuele doble espiral φ = 152 mm. 227

Geometría del Disparo

• Costo mínimo (unitario) • Granulometría deseada • Mayor numero de tiros o menor malla mayor costo (mas perforación especifica, mas explosivo) • Dureza de la roca también influye en el factor costo

228

Método Monsanto para Apertura de Tuneles

RC

RC E

E = 2 Rc x φ ____ Rc = K √Pd/St 100 ____ E = K √Pd/St x φtiro 50 K : 0,7 – 1,0 (usar 0,8) Pd : Presión de Detonación (Kg/cm2) St : Resistencia a la tracción (Kg/cm2) Rc : Radio critico E : Espaciamiento (m) φ : Diámetro tiro Razon E/B = 1,1 -1,3 (usar 1,2) Taco : 1/3 longitud tiro Long. Carga : 2/3 longitud tiro Factor confinamiento : -5 cms (explosivo encartuchado 229

Teoría de Langefors

B: Burden

d : Diámetro de la perforación (mm) S : Potencia relativa en peso del explosivo a usar P : Grado de retacado (Kg/dm3) C : Factor corregido de la roca (0,45-0,70 Kg/m3) f : Factor de fijación (1,2 para tiros de contorno y tiros con desplazamiento hacia abajo; 1,45 para tiros con desplazamiento horizontal y tiros de piso) E/B : Razón Espaciamiento Burden = 1 tiros piso y 1,25 otros tiros. ANFO: Q0 : caloría del explosivo patrón 3.700 Kjoule/Kg V0 : Volumen del explosivo patrón 0,982 m3/Kg

230

Teoría de Langefors

φ

α B

L

α

B

231

Teoría de Gustafson

• Calculo de Cuele: 1 tiro central B1= 0,7φ 2 tiros centrales B2=0,7 (2φ) qc = 0,25 qt Kg/m qf= φ2/1000 Kg/m • Tiros Contra Cueles Bi = 0,7 B qf = d2/1000 qC = d2/1000 *qf32 qf32 = Carga de columna para tiros de 32 mm. Bi 0,1 0,2 0,3 Qf32 0,25 0,3 0,3

0,4 0,5 m. 0,35 0,5 Kg/m

232

Teoría de Gustafson

• Barrenos de Destrozo Horizontal o Hacia Abajo

233

Teoría de Gustafson

• Barrenos de Destrozo Horizontal o Hacia Arriba

234

• Barrenos de Techo Teoría de Gustafson

235

Teoría de Gustafson

• Barrenos de Cajas: Idem al anterior, excepto:

236

• DYNAMEX B Densidad = 1,4 gr/cc Veloc. Detonación =5500 m2/seg Calor Explosivo = 1100 K Cal/Kg Veloc. Gases = 756 Lt/Kg

d = φ teorico di = φ barreno S = Potencia relativa en peso Sg = Densidad explosivo a usar f = Factor de retocado (0,9 para explosivo encartuchado; y 1,0 para explosivo granel) 237

• Factores de la Roca     

FACTORES A CONSIDERAR

•

Factores de Perforación o o o o

•

Dureza Tenacidad Fragilidad Plasticidad Presencia de grietas o planos de cizalle

Tipo de Equipo a usar Experiencia del personal Malla de perforación Tipo de ataque (sección completa o piloto)

Factores de Carguío de Tiro     

Tipo de explosivo (Pd, Vdet, δ) Método de iniciación (MS-HS, nonel, guía) Longitud de carga explosiva Grado confinamiento (%)=φcarga/φtiro *100 Carga especifica: q = Kgtotal/m3 removido 238

Secuencias de Disparo Periodo

Eficiencia

Nº Bolones >12”

Distancia Lanzam.

5 MS

88%

15

75 pies

25 MS

97%

26

65 pies

100 MS

96%

27

50 pies

150 MS

97%

26

40 pies

1 SEG

96%

26

30 pies

% Eficiencia = Profundidad quebrada Profundidad del Barreno

239

Otras Consideraciones Situación

Desviaciones

Sin experticia

10 cm/m

Drifter

2-5 cm/m

Jack Leg

5-8 cm/m

Lo anterior, implica corregir los tiros de la siguiente forma: Auxiliares Rainuras

0,8 B

Rainuras

0,8 B

Descargas o auxiliares

0,9 B

Zapateras

0,75 B

Coronas

0,9 B

240

• Carguío Tiros Carga de Tiros o Rainuras: ¾ del tiro c/carga ¼ taco

o Auxiliares: ⅔ carga ⅓ taco o Zapateras deben tener mas carga para evitar cayos después de la tronada.

• Carga Especifica • Rainuras: 7 Kg/m3 • Auxiliares: 1,3 a 1,5 Kg/m3 • Q=14/5 + 0,8 (Kg/m3) 241

Consideraciones

242

Distribución de Taladros

Distribución

Salida 243

Esquema Geométrico de Arranque

244

Esquema Geométrico de Arranque

245

Chimeneas

Corte paralelo

De un solo compartimiento 246

Piques

Roca dura - corte quemado

Pique para bombeo (Sumidero) 247

Secciones en Galerías: Galería con Corte Angular

248

Secciones en Galerías: Galería con Corte Espiral

Sector con Milisegundos

Sector con Medios segundos

249

Secciones en Galerías: Galería con Corte Paralelo

Sector con Milisegundos

Sector en Medios segundos

250

Tronadura Controlada y Amortiguada Precorte y Recorte Precorte Disparo de la periferia antes que el núcleo

Recorte Disparo del núcleo del túnel antes que la periferia

251

Ciclo Minero para la Construcción de un Túnel

252