CONTROL DE VIBRACIONES POR EFECTO DE VOLADURA.docx

Expositor: Jorge Velásquez Jara

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

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No toda la energía de la voladura se consume en forma productiva, fragmentando y desplazando la pila de roca. Una fracción de esta energía escapa de la zona inmediata alrededor de la voladura y la mina. La transferencia de esta energía se traduce en ondas que se propagan, a través de varios cientos de metros y afecta instalaciones, comunas aledañas. Es necesario lograr controlar el traspaso de la energía al macizo rocoso para poder mantener un equilibrio entre el desempeño de la operación

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Parámetros de diseño ◦ Perforación  Malla  Diámetro

◦ Explosivo  Forma de cargar  Retención

◦ Tiempo  Secuencia  tecnología

Daño relacionado con la vibración en subterránea y tajo abierto

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Un elemento importante en el proceso de evaluación y optimización de la operación de voladura, es poder predecir a través de un modelo, las consecuencias y beneficios al introducir distintos cambios en los parámetros más relevantes, sin que ello deba necesariamente tener que realizar a escala real. Se pueden distinguir distintos enfoques asociados al Modelamiento de vibraciones, los cuales tienen como objetivo final predecir los niveles de vibración en un punto específico de acuerdo a un diseño de voladura.

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Teóricamente, el criterio que mejor representa el comportamiento de la vibración generadas por el tipo de cargas explosivas usadas en voladuras de tajo abierto, es el de DEVINE puesto que al utilizar cargas explosivas con geometría cilíndricas, se tiene que las distancias deben ser corregidas por la raíz cuadrada de la carga.

PPV = K *(

𝒅 𝜶 ) 𝒘𝟏/𝟐

Donde: PPV : velocidad pico de partícula (mm/s) W : peso de la carga explosiva d : distancia entre el punto de medición y la carga explosiva detonando K :factor de velocidad 𝛼 : factor de atenuación

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

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𝜺 = 𝑷𝑷𝑽 𝑽𝒑 Esta ecuación presenta la relación entre la Velocidad de Partícula; PPV, la deformación inducida ε, para una roca con Velocidad de la Onda de Compresión; Vp. Esta ecuación supone una elasticidad lineal de la roca a través de la cual la vibración está propagándose y hace una estimación razonable para la relación entre la roca fracturada y la vibración inducida. De la ley de Hooke y asumiendo un comportamiento elástico, la velocidad de partícula máxima, PPVc, que puede ser soportada por la roca antes de que ocurra la falla por tensión, es estimada conociendo la resistencia a la Tracción (σt), el módulo de Young Dinámico E, y la velocidad de programación de la Onda P, Vp, usando la ecuación: PPVc = (𝝈𝒕*Vp)/E Según lo indicado para el daño producido por las voladuras según el PPVc se tienen el siguiente cuadro.

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Con el aumento en los niveles de vibraciones, la cantidad de edificaciones y de fuentes generadoras de vibración, es necesario establecer cotas máximas a los niveles de vibraciones, con la finalidad de evitar daños en las estructuras cercanas a estas operaciones. Las vibraciones producidas por la voladura de rocas se han realizado con ciertos niveles de vibraciones máximos, los cuales se han determinado por medio de mediciones, llegando a determinar así el límite máximo permisible de daño.

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Transductores (geófonos o acelerómetros) que se instalan en forma solidaria a la roca. Un sistema de cables que llevan la señal captada por los transductores al equipo de monitoreo. Un equipo de adquisición, el cual recibe la señal y la guarda en memoria. Un computador, el cual tiene incorporado el software requerido para el traspaso de la información desde el equipo monitor, y su posterior análisis.

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Gran parte de las capacidades y ventajas de la técnica de monitoreo de vibraciones descansa en la habilidad para recolectar datos de vibración de buena calidad. La característica de estos datos tiene directa relación con el tipo de transductor utilizado, la técnica empleada para su instalación y orientación. Los dos tipos básicos de transductores usados para medir las vibraciones del terreno son el acelerómetro y el geófono.

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Los acelerómetros del tipo piezoeléctrico tienen alta frecuencia natural y una respuesta lineal bajo su frecuencia resonante. La señal de salida es proporcional a la aceleración, la cual debe por lo general ser amplificada previamente a su grabación. Los acelerómetros reúnen los datos especificados, por lo general son livianos, robustos, pero caros.

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Los geófonos entregan una medición directa de la velocidad y consisten por lo general en un sistema de bobina móvil soportada por resorte, y un imán fijo. Al contrario del acelerómetro, el geófono opera sobre su frecuencia natural. Cuando se miden frecuencias muy bajas, la salida se ve influenciada por sus características de respuesta.

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El número de transductores usados depende de la cantidad de información requerida, por lo tanto existen arreglos de geófonos uniaxiales, los cuales miden la velocidad de partículas en un solo eje, arreglos biaxiales que consisten en dos geófonos orientados en dos ejes y arreglos triaxiales los que permiten registrar la velocidad de partículas en los tres ejes, lo que permite obtener el modulo del vector de velocidad de partículas. La relación ortogonal entre las 3 componentes de un arreglo triaxial, se logra ubicando cada una de las tres componentes sobre las caras opuestas de un pequeño trozo de barra en ángulo rígido no conductor.

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Una vez que el transductor está ubicado en la perforación de monitoreo y correctamente orientado, su posición debe ser asegurada por medio de cemento con características de hormigón, el cual proporciona mejor acoplamiento. Se debe en lo posible realizar esta operación dentro de una perforación que tenga la mínima diferencia entre los diámetros, pero que facilite la operación.

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Los transductores son comúnmente instalados en un arreglo triaxial, y la señal de cada uno es recolectada separadamente. En algunos casos, se requieren múltiples canales, cada uno de los cuales puede ser amplificado o atenuado. Después de esta amplificación (o atenuación), las señales de salidas de los transductores son grabadas como una señal análoga o convertidas en señal digital y grabadas.

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

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El NCVIB es un sistema de monitoreo de vibraciones que emplea estaciones remotas, las que se comunican y envían la información a un servidor a través Internet y a teléfonos móviles en forma inmediata, permitiendo a los usuarios ver los resultados de las voladuras en tiempo real. Componentes del Sistema NCVIB Geófonos Triaxiales INFRA V12 Micrófono INFRA S10 Infra Master

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En el tajeo 676 de la mina ARCATA se tienen taladros largos en vetas angostas cuyo ancho promedio de veta es 0.8m. La malla de perforación es cuadrada de 0.8m x 0.8m Diámetro de perforación: 2” Longitud de los taladros: 10m

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Como se observa en la figura, antes de la realización de los monitoreos se disparaba los taladros de una misma fila con un mismo número de retardo en la parte final y central del taladro, lo que originaba una carga operante de 20 kg. Esto trae como consecuencia que haya mucha carga explosiva detonando en simultáneo, lo que origina la inestabilidad de la zona en donde se realizan los trabajos de taladros largos, alterando la estabilidad de las cajas principalmente. Debido a la excesiva carga explosiva detonando en simultáneo, se debilitaron las cajas del tajeo originando un accidente al equipo de limpieza con telemando.

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la ubicación del geófono para lo cual se tomó en consideración la técnica de plancha empernada a la roca a través de un split set y cuyo objetivo principal es mantener fijo el geófono simulando el comportamiento vibracional del macizo rocoso.

Datos del monitoreo Disparo Velocidad (fecha) pico particula 23-dic 23.5 23-dic 27.7 24-dic 19.6 04-dic 13.7 25-feb 29.2 26-feb 65.3 03-abr 213 05-abr 224 06-abr 87

Distancia (m)

Eje x W (Peso Distancia máximo/retardo)Kg escalar

Eje y VPP

61.05 54.49 47.93 41.37 34.81 28.25 21.69 15.15 20.48

6.1 6.1 5.3 1.8 8 8.6 20 30 27

23.5 27.7 19.6 13.7 29.2 66.3 213 224 87

24.7184 22.0624 20.8195 30.8654 12.3072 9.6897 4.8500 2.7678 3.9414

Donde la ecuación que se aproxima al modelamiento y comportamiento de las vibraciones en cualquier punto sobre el macizo rocoso es igual a:

VPP = 663.2 x (𝐷𝑒)−1.0973

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Para estimar la carga máxima por retardo y minimizar el daño al macizo rocoso debemos de estimar la Velocidad pico partícula Crítica. Para la obtención de la resistencia a la tracción se recogieron muestras del tajo 676 y se hicieron pruebas de laboratorio obteniendo los siguientes resultados: σt: 6.7 MPa E: 31.2 GPa Vp: 3829 m/s PPVc = (𝜎𝑡*Vp)/E VPPCritica = 823.00 mm/s

Observamos que con una mejor distribución en tiempos de retardo y distribución de carga, podemos disminuir el nivel de vibraciones tal y como podemos observar en el taladro simulado.

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

4.0 kilos (pórfido) < carga máxima por retardo < 5.5 kilos (andesita) 

Carguío con 2 tacos de 80 cm, 1 deck intermedio de 40cm para disminuir la cantidad de explosivo en la columna y salida con 2 EXSANELES con tiempos de retardo diferente asegurando que primero salga la parte baja del taladro para poder disminuir la cantidad de explosivo que está detonando en simultáneo.

Como se puede observar en las imágenes, la dilución es mínima, una fragmentación adecuada y además se tienen unas cajas muy estables, que son los principales problemas en los trabajos de taladros largos.

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WENCESLAO VALENZUELA, “NCIB_Monitoreo de vibraciones Online” SIPERVOR XII, Noviembre 2013. JOSÉ SANCHIDRIÁN, “Efecto de acoplamiento sensor-roca en la medida de vibraciones por voladura” SIPERVOR XII, noviembre 2013. HECTOR IVAN PARRA, “control de vibraciones inducidas por voladura en campo lejano” SIPERVOR XII, Noviembre 2013. ROMULO MUCHO MAMANI, “Voladura controlada en un proyecto minero” SIPERVOR XII, Noviembre 2013. ROMULO MUCHO MAMANI, “Voladura de rocas para la nueva minería” Instituto de Ingenieros de Minas del Perú, agosto 2013. WILLY JOSÉ CONTRERAS PEREZ, “Selección del explosivo adecuado y carga máxima por retardo usando el monitoreo, modelamiento y análisis de vibraciones” tesis UNI 2009 CARLOS AGREDA TURRIARTE, “Análisis y Control de Vibraciones en Voladura” taller INTERCADE

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El empleo adecuado del Monitoreo de Vibraciones producidas por las voladuras, es una técnica que provee múltiples ventajas en términos de poder examinar en detalle el proceso de la voladura, constituyéndose en una muy buena herramienta para el diagnóstico, ya que la adecuada interpretación del registro de vibraciones permite determinar el grado de interacción entre las variables de una voladura, pudiéndose evaluar por ejemplo: cargas detonando en una secuencia de encendido incorrecta; dispersión en los tiempos de encendido de los retardos; detonación deficiente de cargas; detonaciones instantáneas; detonación de cargas adyacentes por simpatía; además de la cuantificación de los niveles de velocidad, frecuencia, aceleración y desplazamiento de las partículas de roca. En definitiva el rendimiento general del diseño. Las vibraciones producidas por las voladuras y el conocimiento de las propiedades geomecánicas del macizo rocoso, permiten estimar la probabilidad de ocasionar daño en dicho macizo. Los altos niveles de vibración pueden dañar la roca, produciendo fracturas nuevas o extendiendo y dilatando fracturas existentes. La vibración en este contexto, puede ser considerada como un esfuerzo o deformación del macizo rocoso.