Innovación en Voladura Detonadores Electrónicos Sociedad Minera Cerro Verde Tema Vinculado: Operación Minera
Autor: Gualberto Salas Torrelly Supervisor Perforación y Voladura, Operaciones Mina Empresa: Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A. Dirección: Avda. Alfonso Ugarte 304 Telefono: (54) 283363-2261 Fax: (54) 283386 E-mail:
[email protected]
Indice Pag. Introducción
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1. Sistema de Iniciación Electrónica
4
1.1 Detonador Electrónico
4
1.2 Logger (Programador de Retardo)
5
1.3 Blaster (Sistema de Iniciación de Alta Seguridad)
5
2. Pruebas Realizadas en Cerro Verde
5
3. Actual Proceso de Voladura
9
3.1 Diseño de Mallas de Perforación y Carguío
9
3.2 Primado y Carguío de Taladros
10
3.3 Tapado de Taladros
11
3.4 Amarre de Disparo
11
4. Logros Obtenidos en Cerro Verde
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5. Conclusiones
14
6. Recomendaciones
14
Sumario Gráfico y Tablas
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Introducción El avance tecnológico en los sistemas de iniciación en voladura, nos permite trasladarnos desde el sistema convencional (Mecha de Seguridad y Fulminantes), hasta el moderno y preciso sistema de iniciación electrónica, mediante el cual, podemos controlar la energía liberada en un disparo, optimizando la fragmentación y disminuyendo el daño a las paredes del pit, mediante un control de vibraciones. El sistema de iniciación con detonadores electrónicos, fija con claridad los conceptos de precisión, flexibilidad y principalmente seguridad. En Sociedad Minera Cerro Verde, entre diciembre del 2003 y febrero del 2004, se realizaron pruebas utilizando detonadores electrónicos, con la finalidad de evaluar resultados en: Seguridad, Precisión, Fragmentación, Vibraciones, y Control de daño a las paredes de la mina Para realizar la evaluación se mantuvieron los mismos parámetros de diseño que se venían utilizando (burden y espaciamiento), la misma cantidad de explosivo por taladro y los mismos tiempos en el diseño de salida del disparo. Los resultados obtenidos de estas pruebas, fueron favorables; ya que se realizaron mediciones de la fragmentación del material disparado mediante el programa Split, dando como resultado que al mejorar la fragmentación, mejoró el proceso de carguío, y el flujo en chancado primario se incremento. Con estos resultados, procedimos ampliar la malla de perforación hasta en un 10 % en el espaciamiento; reduciendo de esta forma nuestro costo en perforación y voladura, obteniendo ahorros hasta de 0.03 $/TM disparada, sin perjudicar el tamaño del fragmento disparado. Gran parte de la resistencia a los detonadores electrónicos se presenta por su incremento en el costo del detonador; pero es conveniente relacionarlo con el valor que entregan; Tan solo con un pequeño incremento de la malla de perforación, el incremento queda cubierto.
3
1. Sistema de Iniciación Electrónica El sistema consiste en: Gráfico 1: Componentes del Sistema Electrónico
1.1.
Detonador Electrónico: Gráfico 2: Detonador Electrónico
•
Este detonador puede ser programable entre 0 a 15,000 milisegundos, con un incremento de 1 milisegundo, dando oportunidad a un amplio manejo de tiempos de amarre; contando con una exactitud del retardo programado de +/0.1% ms. Esto garantiza no tener Overlap, que tiene la directa relación con la probabilidad de acoplamiento
de
producidas
por
las
ondas
de
cargas
choque
detonadas
simultáneamente. •
El detonador
electrónico cuenta con un
número de identificación único de fábrica el cual permite tener registrado a cada detonador. •
Se realiza la comunicación Bi-direccional entre el control del equipo y el detonador.
4
1.2.
Logger (Programador de Retardos): Grafico 3: Logger
•
Este
dispositivo
verifica
el
estado
del
detonador. •
Lee y describe el ID del detonador en la memoria.
•
Asigna tiempos de detonación.
•
Chequea automáticamente el detonador y el cable, mediante un tes de continuidad de línea
•
Cada Logger tiene una capacidad de registrar 200 detonadores.
•
Es inherentemente seguro, tiene 5 voltios de salida.
1.3.
Blaster (Sistema de Iniciación de Alta Seguridad) Grafico 4: Blaster 1600
•
Este
equipo
realiza
un
Auto
chequeo completo y automático de la funcionalidad del sistema y programación del detonador. •
Cuenta con una capacidad de 1600 detonadores (control de 8 logger con 200 detonadores por logger).
•
Único con una llave de activación digital.
•
Único con códigos de armado y fuego.
•
Trabaja con un voltaje de salida de 24 voltios.
2. Pruebas Realizadas en Cerro Verde Para evaluar a los detonadores electrónicos, se realizaron algunas pruebas entre Diciembre del 2003 y Enero del 2004, con disparos tanto en mineral como en desmonte de acuerdo al plan de minado, considerando un total de ocho disparos
5
utilizando mil detonadores electrónicos, entre los cuales cuatro disparos fueron de control y cuatro de producción. Los objetivos estuvieron orientados a verificar y evaluar los resultados en: Seguridad, Fragmentación, Vibración y control de daño a las paredes de la mina y todo esto con el fin de lograr beneficios económicos a corto plazo. En el gráfico 5, se pueden observar todos los disparos de prueba que se realizaron. Para realizar la evaluación se mantuvieron los mismos parámetros de diseño que se venían utilizando (burden y espaciamiento), la misma cantidad de explosivo por taladro y los mismos tiempos en el diseño de salida de disparo. Grafico 5: Disparos de Prueba
2618-172 2618-174
2723-166
2618-175
2603-150
2573-27
2618-169
2603-147
El primer disparo realizado con detonadores electrónicos fue el disparo 169 del nivel 2618, el cual se disparo con los mismos parámetros de diseño del disparo 150 que tubo las mismas características geológicas: Tipo de Roca, estructura, dureza y mineralización, para posteriormente realizar su comparación. Los resultados comparativos entre ambos disparos se pueden observa en los siguientes gráficos:
6
Gráfico 6: Variación de Fragmentación Det. no Eléctricos- Det. Electrónicos Variación en Fragmentación 35.0
31.2
30.0
Pulgadas
25.0
21.4
20.0 12.6
15.0
7.9
10.0 5.0
3.7 0.8
0.7
3.1
0.0 P20 Pry. sin Det. Elect.
P50
P80
Top Size
Pry. con Det. Elect.
Gráfico 7: Variación de Flujo de Chancado Det. No Eléctricos – Det. Electrónicos
Gráfico 8: Variación de Cotas de Palas Det. No Eléctricos – Det. Electrónicos
Del análisis de los resultados se concluye que: En los resultados de fragmentación indicamos que el factor P80, tuvo una disminución del orden de 30% aproximadamente, lográndose un ligero incremento del Flujo de Chancado, y el piso de Pala se mantuvo en su nivel. Como los resultados fueron alentadores en las primeras pruebas se decidieron ampliar las mallas de perforación como se muestran en el cuadro 2:
7
Tabla 1: Ampliación de Mallas de Perforación
Nro de Proyecto CV2603-150 CV2573-27 CV2723-166
Diseño Tradicional 7 Triangular 8 Triangular 8.5 Triangular
Diseño con Electrónicos 7.5 Triangular 8.8 Triangular 9.5 Triangular
Aumento 7% 10 % 12 %
Los resultados de los proyectos fueron comparados con proyectos disparados con diseños tradicionales de la misma zona, cuyos resultados se muestran en los gráficos: Gráfico 9: Variación de Fragmentación en Mallas Ampliadas con Det. Electrónico, zona mineral Variación en Fragmentación en Disparo 2573 - 27 30
27.56
25
22.29
Pulgadas
20 15 9.005
10 5
7.232
3.536 3.438 1.064 0.866
0 P20 Sin Det. Electrónicos
P50
P80
Top Size
Con Det. Electrónicos
Gráfico 10: Variación de Fragmentación en Mallas Ampliadas con Det. Electrónico Variación en Fragmentación en Disparo 2603 - 150 45 38.5
40 35
31.2
Pulgadas
30 25 20 12.6
15 10 5
0.8
0.6
3.7
10.9
3.0
0 P20 Sin Det. Electrónicos
P50
P80
Top Size
Con Det. Electrónicos
De acuerdo a los resultados obtenidos en las pruebas es que se recomienda utilizar los detonadores electrónicos como detonador principal en los disparos primarios en Cerro Verde.
8
3. Actual Proceso de Voladura Actualmente se viene utilizando los detonadores electrónicos como accesorio de detonación principal, siempre acompañado de un Back up o detonador no electrónico, el cual es utilizado si el detonador electrónico registra algún problema. El proceso de carguío de explosivos en los taladros se detalla a continuación: 3.1.
Diseño de Mallas de Perforación y Carguío
Debido a los beneficios que brindan los detonadores electrónicos, se ampliaron las mallas de perforación de la siguiente manera: Tabla 2: Mallas actuales de Perforación Tipo de Material
Malla Anterior
Malla Actual
Zona de Mineral
6.5 Triangular
7 Triangular
Zona de Desmonte
8.5 Triangular
9.5 Triangular
Zona de Mineral Baja Ley
8 Triangular
8.5 Triangular
Para generar los diseños de malla de perforación se viene utilizando el software MineSight 3D, el cual nos ayuda a determinar por medio del modelo a corto plazo las
zonas de mineral y desmonte, dureza de roca, litología y
alteraciones presentes en la zona a perforar. Mediante la velocidad de penetración obtenida por la perforadoras se logra clasificar el material en zona dura, media y suave
lo cual nos ayuda a
determinar el tipo de explosivo que debemos utilizar. Los diseños de carguío que se mantienen son los siguientes: Gráfico 11: Diseños de Carguío Actuales
Zona Suave
6 m. Taco
Zona Dura
Zona Media
7.5 y 6.5 m. Taco
2 m. Aire
5 m. Taco
2 m. Aire 5.5 m. Anfo
8.5 m. Anfo
11 y 11.5 m. H-Anfo 37 4 m. H-Anfo 37
9
De acuerdo al tipo de material se ajusta el diseño de carguío, considerando cálculos basados en predicciones consideradas por el software QED, luego los diagramas se entregan al personal de campo. 3.2.
Primado y Carguío de Taladros Gráfico 12: Primado de Taladros
•
Antes de realizar el carguío de taladros se procede a medir los taladros para igualar o soplar la altura de taladro requerida para proceder al carguío.
•
Para el primado de taladros se utiliza dos líneas
descendentes,
electrónico conformado
y
su por
el
respectivo un
detonador back
detonador
up no
electrónico (NONEL Nro. 15). •
De cebo actualmente se viene utilizando un Booster de 1 libra.
•
Para
el
primado
de
taladros
con
detonadores electrónicos se recomendó sujetar el detonador electrónico con el booster de 1 libra (cebo), mediante cinta aislante, la cual permite asegurar de mejor forma al detonador. Gráfico 13: Accesorio de Primado •
El carguío de explosivos se realiza mediante
camiones
fábrica,
para
cumplir con el proceso de voladura la Planta de Cerro Verde con camiones fabrica. •
El proceso de carguío se realiza con una persona que controla los metros cargados del explosivo, que luego es correlacionado con los kilogramos reportados por el camión. Estos datos luego son considerados en el reporte de consumo de explosivos
10
3.3.
Tapado de Taladros Gráfico 14: Tapado de Taladros
•
Tapado de taladros se realiza con el ripio obtenido durante la perforación. Este proceso se realiza de forma manual.
•
Este proceso debe ser realizado con mucho cuidado, para evitar que la acción de este, dañe
las
líneas
descendentes
de
los
detonadores y se obtenga de esta forma un tiro quedado, lo cual perjudicaría los procesos siguientes. •
Para evitar estos problemas se utiliza un accesorio en el collar del taladro, el cual no permite
el
pase
sobredimensionadas
dentro
de del
piedras taladro,
evitando dañar las líneas descendentes. Gráfico 15: Accesorio de Protección •
La altura del Taco, ayuda al confinamiento del
explosivo,
el
cual
favorece
la
fragmentación del material en la zona del taco. •
También es utilizado en algunos taladros de la zona media del disparo el taponex, como accesorio que ayuda a generar cámaras de aire en la parte superior del taladro, entre la zona del explosivo y el taco
3.4.
Amarre del Disparo
Este proceso se diseña a partir del software ShotPlus: •
Trabaja directamente con los detonadores electrónicos, el cual permite dar simulaciones de salida, considerando parámetros de tipo de material.
•
Los amarres diseñados son descargados directamente al logger
•
Permite analizar los tiempos de amarre
11
Gráfico 16: Transferencia de Diseño
Luego de conseguir los datos del computador se lleva esta información al terreno y se procede a conectar cada detonador al Logger el cual, le indica al detonador el tiempo de salida de acuerdo al diseño previamente indicado y a su ves reconoce el estado de este, indicando si la línea descendente tiene problemas o existe alguna fuga de corriente (comunicación bi-direccional). Luego de haber conectado todos los taladros al Logger y estos debidamente chequeados se conecta cada Logger al Blaster el cual realiza la programación del proyecto a disparar. Gráfico 17: Conexión Detonador, Logger y Blaster
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4. Logros Obtenidos en Cerro Verde Durante el año 2004 se realizaron los siguientes disparos con detonadores electrónicos con los siguientes resultados: •
Por el incremento de mallas de perforación se logro un ahorro de $ 180,791 cómo se muestra en tabla siguiente: Tabla 3: Ahorro por Detonadores Electrónicos Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Setiembre Octubre Noviembre Diciembre Total
•
# Disparo 5 0 9 21 15 24 15 28 35 25 28 27 232
Detonador es 693 0 681 1,670 1,784 2,156 2,179 2,599 3,078 2,191 2,228 2,048 21,307
Incremento en Malla 21.4% 11.0% 19.9% 17.2% 15.7% 10.7% 11.3% 11.4% 12.8% 11.7% 11.1% 13.3%
Ahorros $ 17,758 $ $ 2,105 $ 30,748 $ 20,398 $ 21,840 $ (751) $ 10,802 $ 20,510 $ 26,189 $ 15,480 $ 15,713 $ 180,791
Back up
5 3 1 2 1 1 1 14
Se mantiene un tamaño de Fragmento de P80 de 8.00 pulgadas en promedio del año 2004, en mineral el cual no afecta a los procesos siguientes de la voladura. Gráfico 18: Fragmentación en Mineral 2004
13
Variación Granulométrica (P80) en Mineral - 2004 12 11 10 Size in.
9 8
9.05
8.47
9.21 8.55
7
8.17
7.63
6
8.93
8.17
6.61
6.61
7.31
7.33
5 4 3 2 1 ENERO
FEBRERO
M ARZO
ABRIL
M AYO
JUNIO
P80
•
JULIO
AGOSTO
SETIEM BRE
OCTUBRE
NOVIEM BRE
DICIEM BRE
Meses
Gracias a las mejoras continuas dadas se pudo mantener el costo en voladura durante los últimos años sin verse afecto a la alza en los precios de Nitrato y Emulsión en el mercado mundial
5. Conclusiones •
Siendo la voladura la primera etapa del procesote conmición de la roca, su objetivo primordial es lograr una buena fragmentación; pero no, buscando el costo por tonelada mas barato, sino el mas económico; es decir que cumpla con mejorar el proceso global: Facilidad de carguío, mejoramiento en el flujo de chancado y en el cumplimiento de producción planeado.
•
Siendo los tiempos de detonación precisos y cortos, esto nos conduce a que la colisión de las ondas den por resuelto una mejor fragmentación, y para utilizar la energía eficientemente, pudimos incrementar las mallas de perforación, sin afectar el costo unitario de la voladura.
14
•
Se tiene flexibilidad ilimitada de tiempos para diseñar complejas voladuras, así podemos utilizar tiempos cortos entre taladros y tiempos largos entre filas, logrando también evitar daño a las paredes.
•
El detonador electrónico nos entrega una información bi-direccional dentro del taladro, una vez terminado el proceso de carguío y tapado; lo cual nos permite conocer si hay un detonador que presente algún inconveniente y que no pueda detonar, teniendo la oportunidad de utilizar un back up u lograr que no se presente ningún tiro quedado. El logger es incapaz de iniciar los detonadores. Los detonadores puedes ser iniciados solamente por un código digital único enviado por el blaster. Esta es la comunicación di-direccional, para confirmar directamente la programación del detonador y la funcionalidad del sistema.
6. Recomendaciones •
Por los resultados obtenidos, se recomienda continuar utilizando los detonadores electrónicos.
•
Es conveniente que los taladros de cresta, o en parte superior al disparo, se tenga un mayor cuidado en el tapado de los taladros, por que son susceptibles de desprendimiento de rocas que pueden causar daños al detonador electrónico.
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Sumario Gráfico y Tablas Gráfico
Titulo del Gráfico
Pag.
Gráfico 1
Componentes del Sistema Electrónico
4
Gráfico 2
Detonador Electrónico
4
Gráfico 3
Logger
5
Gráfico 4
Blaster
5
Gráfico 5
Disparos de Prueba
5
Gráfico 6
7
Gráfico 11
Variación de Fragmentación Det. No Eléctrico – Det. Electrónico Variación de Flujo de Chancado Det. No Eléctrico – Det. Electrónico Variación de Cotas de Pala Det. No Eléctrico – Det. Electrónico Variación de Fragmentación en Mallas Ampliadas con – Det. Electrónico, zona de Mineral Variación de Fragmentación en Mallas Ampliadas con – Det. Electrónico Diseño de Carguíos Actuales
Gráfico 12
Primado de Taladros
10
Gráfico 13
Accesorios de Primado
10
Gráfico 14
Tapado de Taladros
11
Gráfico 15
Accesorio de Protección
11
Gráfico 16
Transferencia de Diseño
12
Gráfico 17
Conexión Detonadores, Logger y Blaster
12
Gráfico 18
Fragmentación Mineral 2004
13
Tabla 1
Ampliación de Mallas de Perforación
8
Tabla 2
Mallas Actuales de Perforación
9
Tabla 3
Ahorro por Detonadores Electrónicos
13
Gráfico 7 Gráfico 8 Gráfico 9 Gráfico 10
7 7 8 8 9
16
