Fragmentación Con Buster PDF
March 24, 2023 | Author: Anonymous | Category: N/A
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CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
1
1.1.
Realidad problemática
En la actualidad la mina Lagunas Norte se encuentra en un proceso de expansión del pad Fase V el cual servirá para la acumulación del mineral fragmentado y su posterior proceso mediante el método de lixiviación, para esto se está elaborando un proyecto estructural de procesos dentro del cual se requiere expandir el área que está ocupando actualmente la planta de procesos CIC (Coal In Columns). El área de influencia para la expansión de la planta de procesos presentó una serie de inconvenientes que necesitaban ser solucionados para comenzar con el proyecto estructural, tales como presencia de desniveles, bofedales, y material rocoso que impiden a corto plazo la ampliación. Un punto que se consideró fue la eliminación del afloramiento rocoso que se encontraba a una distancia muy cercana de la actual planta de procesos y que dificultaba la ampliación de la misma. Debido a la cercanía con instalaciones en la evaluación para eliminar la masa rocosa existente se consideró la aplicación del método de fragmentación con Cemento expansivo-buster en comparación con el método tradicional de voladura controlada, la ccual ual
generaría algunos
tiempos de parada para el retiro del afloramiento de masa rocosa, generando un coste adicional, debido a los precios unitarios por concepto de explosivos, accesorios de voladura, perdidas por parada en H-H y H-M, la evacuación del personal y equipos del área de influencia al rango que solicita el estándar de seguridad para el proceso de voladura que en proyecto mencionado son 300 mts radiales para maquinaria, 650 mts para para personal y a su vez la generación de rocas proyectadas (Fly rocks), presión de aire (Airblats) y Vibraciones que se evitarían con el método de fragmentación propuesto.
2
1.2.
Antecedentes. El investigado investigadorr Hugo Guerra Menénd Menéndez; ez; del centro de investigación y
desarrollo técnico-MININT realizó investigaciones para el desarrollo e introducción de nuevos productos en Cuba, teniendo en cuenta la protección del medio ambiente. Caracterizó un cemento expansivo comercial, para su posterior desarrollo de una formula nacional, con el consecuente efecto económico y su independenc independencia ia del mercado in internacional. ternacional. Para caracterizar caracterizar la composición de estos productos, se empleó las técnicas de espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier y microscopía electrónica de barrido y determino que estos cementos están compuestos por óxidos, silicatos, sulfato, ferrito aluminato y aluminato de calcio (1).
Se realizó un estudio a cargo de la Ing. Érica Érica Isla Martínez sobre la
caracterización y estudio de la viabilidad para el reaprovechamiento de la cantera de Tezoantla en el estado de Hidalgo-México realiza una comparación de las ventajas y desventajas de métodos utilizados en la referida cantera indicando también las características generales del cemento expansivo (2).
Mikel Ureta et al, menciona que el cemento expansivo es una alternativa
seria, segura y económica a los explosivos convencionales, por tanto, sus usos se extienden como sustituto de estos y son factibles en prácticamente todos los campos en los que trabajan los explosivos más algunos otros en los que estos son peligrosos o inutilizables i nutilizables (3).
Domínguez Fernando concluyó que según los estudios geotécnicos y urbanísticos para la demolición de un miradero en la ciudad de ToledoEspaña y la próxima construcción de un palacio municipal era necesario el empleo de cemento expansivo por encontrarse en un entorno urbano y evitar
ruido y vibraciones en la población así como en las infraestructuras cercanas a la obra realizada por la empresa Necso (4).
3
1.3.
Marco Teórico.
1.3.1 Cemento expansivo: Término Coloquial Coloquial designado para los diferen diferentes tes tipos de productos q que ue tienen la propiedad de aumentar su volumen al mezclarse con agua u otra sustancia creando presiones en el medio que los contiene por una reacción termoquímica y expansiva. La composición es muy similar a cualquier cemento Portland normal excepto algunas variaciones en el clinker del cemento que cambia la composición del mismo y consigue formar cuando se mezcla con agua un mortero o pasta que durante el fraguado y el endurecido e incluso después de su endurecido aumenta notablemente su volumen, aumento que se aprovecha para la Fragmentación de rocas de gran dureza, bloques de hormigón fraguado o endurecidos, ya que al realizar los taladros previamente, estos son rellenados con la lechada o mortero de dicho cemento el cual se expande durante su hidratación, debido a la formación de etringitas (3CaO Al2O3, 3CaSO4, 32H2O), que son la principal fuente de la fuerza expansiva, se produce una fuerza de empuje inversamente proporcional al agua que se le aporta en el momento de mezclarlo para su uso. De acuerdo con la invención la composición está constituida por: Dolomía sinterizada 38% en peso
Oxido de calcio calcio 3 35% 5% en pes peso o
Cemento Portland 10% en peso
Carbonato de Mag Magnesio nesio 6% en p peso eso
Aditivos reguladores 5% en peso
Endurecedor 5% en peso
Óxido de hierro 1% en peso
La caliza dolomítica se muele a una granulometría entre 5 y 10 cm de diámetro y se somete a una temperatura de 200 ºC para conseguir una dolomía sinterizada. 4
Porcentajes En Peso De La Composición Del Cemento Expansivo
Dolomia sinterizada Oxido de calcio Cemento Portland
38% 35%
6%
Carbonato de Magnesio Endurecedor
10%
Aditivos reguladores Oxido de hierro
1% 5% 5%
Figura Nº 01. Relación en porcentaje de insumos para la elaboración del cemento expansivo Fuente: Oficina Española De Patentes Y Marcas
1.3.2 Buster: Nombre en inglés del producto en polvo que mezclado con agua provoca una reacción química de alto poder que provoca una alta tensión expansiva suficiente superior a los 7000 TM produciendo la rotura de la roca de una forma segura, precisa y con vibración 0, sin explosión, sin ruido de martilleo, sin gases, chispas, sin problemas de accesibilidad, ni atenta a la ecología, además no paraliza ningún trabajo en la obra
(5).
Al introducir la mezcla expansiva en el interior del taladro se observa la dirección que toma la expansión del cemento tal como se grafica en la figura Nº 02.
expansivo-buster o-buster dentro del taladro. Figura Nº 02. Efecto del cemento expansiv Fuente: Oficina española de patentes y marcas.
5
Una vez llenado los taladros con la mezcla, en algunos casos se introducen mediante mangas de polietileno para una mejor distribución dentro del taladro y ocasionalmente se cubre con un impermeable para asegurar que la reacción se lleve a cabo adecuadamente. Según la figura Nº 03 y 04
Figura 03. Modalidad de uso del cemento expansivo. Fuente: Oficina española de patentes y marcas
Figura 04. Esfuerzos del cemento expansivo-buster sobre la roca. Fuente: Oficina española de patentes y marcas.
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a) Aplicaciones El cemento expansivo-buster tiene un campo de utilización universal, tanto en grandes obras o mega proyectos, como en pequeñas demoliciones domésticas, debido fundamentalmente a que el buster es un agente demoledor no detonante o explosivo, lo que proporciona una versatilidad única en su uso, utilizándose en:
Demolición de estructuras.
Extracción de grandes bloques en canteras.
Minería.
Túneles.
Obras portuarias, eléctricas, gas, petróleo, etc.
Trabajos de cimentación.
Demolición de edificaciones, pozos, canales, etc.
Demolición de rocas.
Excavación de cimientos;
Demolición de rocas para la construcción de caminos;
zanjeos para la ubicación de tubos;
Excavaciones subterráneas;
Excavaciones marítimas incluso submarinas;
Demolición de postes, torres, murallas, muelles, etc. de cemento u
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hormigón;
1.3.3 Espaciamiento y espaciamiento efectivo El espaciamiento para un taladro de voladura se refiere a la dimensión lineal entre taladros adyacentes que forman una fila, y se mide usualmente paralelo a la cara libre. El término usualmente se refiere al espaciamiento de la perforación. El término espaciamiento efectivo se refiere a la dimensión lineal entre Taladros que detonan sucesivamente, y toma en consideración la dirección de la cara libre. Ver Figura Nº 05.
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Figura N 5. Burden y espaciamiento en perfil de roca. Fuente: Manual de voladura Konya.
1.3.4 Burden y Burden efectivo. El Burden de un taladro se refiere a la dimensión lineal entre el taladro y la cara libre y se mide perpendicular a la dirección de la línea de los taladros que constituyen una fila (Figura.5). El término Burden generalmente se refiere al Burden perforado, y la dimensión lineal se hace a la cara libre existente del banco. El término Burden efectivo se refiere a la dimensión lineal entre el taladro y la posición de la cara libre más cercana al tiempo de la detonación del taladro, y toma en consideración la dirección de la iniciación.
1.3.5 Distribución de Malla Malla de perforación con b buster. uster. Para la distribución de los taladros en una fragmentación con buster, se considera la relación entre el burden-espaciamiento así como también el diámetro de taladro a emplear para orientar la línea de fragmentación o de rotura, cabe indicar que la elección de distribución es en base a la seguridad de la obra y los elementos de limpieza o carguío.
a. Fragmentación longitudinal. Al ser la distancia L-2 superior a la distancia L-1, por proximidad, la rotura se producirá en el sentido longitudinal, es aplicable para efectuar una rotura a lo largo o partir en 2 a una roca según figura Nº 06. 8
L-1
L-2 Figura Nº 06. Corte de roca en sentido longitudinal. Fuente: Manual de propiedades y usos de cemento expansivo.
b. Fragmentación transversal. transversal. Al ser la distancia L-1 inferior a la distancia L-2. La rotura se producirá en el sentido transversal, lo cual es aplicable para una rotura transversal según la figura Nº 07.
L-2 L-1
Figura Nº 07. Corte de roca en sentido transversal. Fuente: Manual de propiedades y usos de cemento expansivo .
c. Fragmentación en cuadricula. Al ser iguales la distancia L-1 y la L-2. La rotura se producirá en cuadricula, es aplicable para fragmentar un mayor volumen de roca y facilitar así el carguío según la figura Nº 08.
9
L-2 L-1
Figura Nº 08.Corte de roca en cuadricula. Fuente: Manual de propiedades y usos de cemento expansivo
d. Fragmentación escalonada. La ser la distancia L-2 superior que la distancia L-1 la fragmentación se producirá en forma escalonada, consiguiendo una rotura más amplia, en este caso es lógico que se realice más taladros y se utilice más producto que en los casos anteriores, figura Nº 09.
L-1 L-2 Figura Nº 09. Corte de roca en forma escalonada Fuente: Manual de propiedades y usos de cemento expansivo
e. Cara libre para fragmentación con buster: Para que el cemento expansivo-buster pueda funcionar correctamente, es necesario una cara libre (fig. 10), en el caso que no se posea cara libre se puede utilizar las siguientes soluciones: Podemos disponer de la configuración natural del terreno de cara libre o salida. Perforando en ángulo conseguimos una cara libre a partir de la cual continuamos con una fragmentación ordinaria pues ya disponemos de una cara libre según la figura Nº 11. 10
En el caso de canteras de mármol, granito o similares, ayuda el buster de esta manera conjuntamente con el hilo de diamante a obtener formas perfectamente geométricas, figura Nº 12.
Figura Nº 10. Corte de roca para cara libre. Fuente: Manual de propiedades y usos de cemento expansivo
Taladro en ángulo con el finlibre de obtener una cara
Figura Nº 11. Corte de la roca con taladros en ángulo Fuente: Manual de propiedades y usos de cemento expansivo
Figura Nº 12. Corte de la roca con hilo de diamante como complemento para cantera de mármol
Fuente: Manual de propiedades y usos de cemento expansivo
11
1.3.6 Teoría del Precorte: La teoría del Precorte consiste en que cuando dos taladros se disparan simultáneamente siendo estos adyacentes, la colisión de las ondas de choque procedentes de los taladros, forma una pared intermedia en tensión originando un agrietamiento entre los taladros, fig. Nº 13.
ONDAS DE CHOQUE
RESULTANTE DEBIDO A LA COLISIÓN DE LAS ONDAS DE CHOQUE.
ZONA DE CORTE
TALADRO 1
TALADRO 2
ZONA DE TENSIÓN
Figura Nº 13. Zona de corte formado por las ondas de choque entre dos taladros. Fuente: Manual de Konya.
El desarrollo de un precorte tiene por finalidad generar una línea de debilidad tras la voladura, cuyos beneficios pueden ser los siguientes: Formación d de e una pared de banco más estable. estable.
Generar e ell límite de pe penetración netración de la pala.
Obtener las bermas programadas. Crear una percepción de seguridad.
El objetivo de un precorte es minimizar las presiones en el taladro, lo suficiente para generar grietas entre los taladros adyacentes de la línea del precorte(6). Para obtener buenos resultados, tres requerimientos deben tomarse en cuenta: Una línea de taladros con pe pequeño queño espaciamiento
Una baja densidad lineal de carga de explosivo explosivo
Una sim simultaneidad ultaneidad en la iniciación de los tala taladros. dros.
12
El plano de debilidad se genera mediante una grieta que se extiende a lo largo de los taladros de precorte, la presión en las paredes del taladro (presión de taladro) debe ser del orden de la resistencia a la compresión de la roca. Para el cálculo de la presión en las paredes del taladro se utiliza la siguiente expresión:
= 110 ∗ ∗
Pbi = Presión en las paredes del Taladro (Mpa). δexp = densidad del explosivo (g/cm3).
VOD = Velocidad de detonación del explosivo (km/s). 1.3.7 Roca Proyectada (Fly rocks): Generalmente, flyrock es causada por un desequilibrio de la energía explosiva con con la resistencia geomecánica de la masa rocosa rocosa que rodea a la carga explosiva. Los factores responsables de este desequilibrio son: Disminución abrupta en la resistencia resistencia de la ro roca ca debido a los sistemas de
discontinuidades, las capas de estratificación, los planos de falla, fallas geológicas, espacios vacíos, debilidad localizada de masa rocosa, etc. La alta co concentración ncentración explosiva que conduce a una alta energía energía
Retraso inadecuado de salida entre taladro de la misma fila, o entre entre las
filas, Inapropiado Diseño de malla.
Desviación de taladros de sus direcciones direcciones prev previstas istas en el diseño.
Prácticas incorrectas de carga y de disparo, incluyendo voladuras secundarias.
a. Un Burden insuficiente es una de las causas principales para que se
produzca un Flyrock b. Distribución y carguío de los taladros: Cualquier desviación en la dirección
de un taladro puede reducir o aumentar el Burden. Mientras se carga un taladro, los cargadores deben comprobar el incremento de la columna del explosivo para evitar la sobrecarga debido a la pérdida del material explosivo en los taladros, grietas u otros depósitos de desconocidos. Generando por tanto una liberación excesiva de energía. 13
c. Tipo y estructura de la roca: el cambio repentino en la geolog geología ía o la
estructura de la roca puede causar un desequilibrio entre la energía explosiva y la resistencia de la roca. Es necesario tratar de detectar estos cambios con antelación y ajustarlo a los cambios que se presenta. d. Taco (Stemming): provee un confinamiento y evita el escape de los gases
de alta presión de los taladros. El Taco proporciona una resistencia a la fuga de los gases de altas temperaturas. Un Taco incorrecto puede resultar en eyecciones. e. Retardos: los elementos críticos de cualquier diseño de voladura son
disparados entre entre taladros adyacentes en una fila o también entre filas sucesivas. Los retardos están en función de la carga, el espaciamiento, la profundidad del taladro, tipo de roca, y la cantidad de explosivo disparado por retardo. retardo. La correcta correcta distribución de los retardos ayuda a log lograr rar una buena fragmentación del material volado, esto también reduce las vibraciones. El trabajo presentado por Lundberg (6) (1973) establece que para una carga específico menor 0.2kg/m3 no existe flyrocks pero para otros valores la distancia máxima que puede puede alcanzar un Fly Flyrock rock es expresado como:
= × .
Dónde:
L= distancia máxima del fly rock (m) d= es el diámetro del taladro (mm) q= es la carga específica (kg/m3).
1.3.8 Decibel: Unidad adimensional, definida como la relación logarítmica entre una cantidad medida y una cantidad de referencia. El decibelio se utiliza para describir niveles de intensidad, de potencia y de presión sonora (dB). El decibelio, relaciona los niveles de presión de sonido, definiéndose como:
14
Dónde:
db = 20 ∗ ∗ ( )
db: decimelio log: logaritmo Pmeas: presión sonora P0: presión de referencia con un valor de 2x10 – 8 kPa
1.3.9 Golpe de aire (Airblats): Viene a ser una presión de aire que tiene su origen en la voladura primaria y/o secundaria que se realiza durante la explotación de un tajo, ésta puede producir daños menores o bien causar impacto ambiental. En particular, es preciso adelantar que todo esfuerzo en el diseño y cálculo de la voladura primaria, permitirán minimizar la necesidad de realizar la voladura secundaria la cual por sus especiales características muchas veces origina mayores niveles de ruido o Airblats, pese a que la cantidad de explosivo usada es menor. Causas que originan las Airblats en voladura superficial En Voladura primaria: Tipo y cantidad de cordón deton detonante ante usado para los amarres o tro troncales ncales
de superficie, Largo insuficiente de taco,
Tipo de material usado usado como taco, Caracterización excesiva de tiros posteriores por causa de una secuencia
o bien, esquema de retardos inadecuados (“timing”) entre filas, f ilas,
Burden ina inadecuado decuado especialmente en los tiros de primera fila,
Exceso de carga en los tiros de p primera rimera fila,
Tipo y cantidad de explosivo usado co como mo carg carga a columna,
Tipo de terreno muy fisurado ó diaclasado
La sobrepresión de la onda de aire por parte de la carga explosiva no confinada puede ser estimarse a partir de:
15
−.
=
Dónde:
P=es la presión del aire (kPa). D=es la distancia desde la voladura (m). W= es la carga instantánea máximo (kg). y la presión presión de sonido sonido en la escala de decibeles se determina a partir de:
= ∗ ∗ ( )
Dónde: Po es la presión de referencia con un valor de 2x10 – 8 kPa.
Tabla N° 01: Efecto en estructuras cuando existe un airblast. Presión del aire (kpa) 20 kPa (180db)
Efecto en estructuras y personas Los daños estructurales
14 kPa(175db)
Ventanas fracturadas
5 kPa(168db)
Algunos fracturas en ventanas mal instaladas
1 kPa(155db)
Fracturas en cristales de las ventanas no pretensadas
0,2kPa (140 db)
Ventanas y objetos pequeños sacuden
80 db
2 3 4 5
20 db 20 db 20 db 20 db
> 80 db > 80 db > 80 db > 80 db
Fuente: los autores
c) Nivel de flyrock: Tabla Nº 13: Proyección de rocas (Flyrock) Flyrock Datos
Cemento expansivo -Buster
Voladura controlada
1
0 mts
486.2 mts
0 mts mts 0 0 mts 0 mts
486.2 mts mts 486.2 486.2 mts 486.2 mts
2 3 4 5 Fuente: los autores
Nivel de airblast: mts del lugar de aplicación. Tabla Nº 14: Sobrepresión (Airblast) a 15 mts
Airblast Datos Cemento expansivo -Buster 1 2
0 0 db db
Voladura controlada 142.18 141.87 db db 38
3 4 5
0 db 0 db 0 db Fuente: los autores
142.56 db 142.89 db 141.97 db
2.2.4.5. Estudio económico. Se realizó un estudio económico en base a precios unitarios, recursos utilizados y presupuestos de cada partida tanto en la utilización de buster así como los costos por simulación con voladura incluyendo las pérdidas en otros procesos producto en la ejecución del último anexo I Tabla Nº 17,18,19,20,21.
2.2.4.6. Simulación con Voladura. Se realizó una simulación tomando datos reales de voladura controlada aplicados a la roca para contrastarlo con la fragmentación con buster y así definir los costes en costo-beneficio en en la comparación d de e estos 2 medios de fragmentación según los p parámetros arámetros de la siguiente tabla Nº 0 09,22,23 9,22,23 y del anexo I en la tabla 16,17 y figura 52,53,54,55,56.
Tabla Nº15: Parámetros de la simulación con voladura. Nombre del Explosivo Diámetro del Explosivo Densidad del Explosivo Energía del Explosivo Densidad de la Roca Altura del Banco Angulo del Taladro (0 = Vertical) Factor de Carga Deseado volumen de roca
AMEX 68 0.80 920 2.6 4 1 0.18 1711.00
Burden Espaciamiento Taco Sobre perforación
1.7 2.1 1.3 0.5
Longitud del Taladro
4.5
milímetros gr/cm3 cal/gr. gr/cm3 metros grados kg/ton. m3 metros metros metros metros metros
Fuente: los autores 2.2.4.7. Descripción de características. Finalmente se detallará las características técnicas-económicas de la aplicación de este tipo de fragmentación en el macizo rocoso. 39
Tabla Nº 16: Descripción de las características técnico económicas de los dos medios de fragmentación. f ragmentación.
CARA CA RACT CTER ER STIC STICA AS T CN CNIC ICOO-EC ECON ON MIC ICA AS CEMENTO EXPANSIVO
VOLADURA CONTROLADA
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS CARACTERÍSTICAS Se determinó que para una bolsa Aparte del explosivo se
requiere
de 25 kg de buster se requiere 7.5 accesorios de voladura para poder litros de Agua.
minimizar el efecto que produce el proceso en sí.
Los taladros tienen un rango desde 1 ½” a 2 ½” de diámetro.
El diámetro puede ser mayor al 2 ½” y depende de otros factores.
Se requiere mayor número de taladros.
No requiere mayor número números de taladros para un área.
Para el tipo de roca II empleado
La
malla
utilizada
utilizando
un
en el proyecto se requirió una explosivo de baja potencia es de 1.7 x malla de 0.5 x 0.5 mts.
2.1 mts.
Tiene una acción expansiva de
La fracturación de la roca depende de
4000 a 5000 T/m 2 y produce la la presión y velocidad de detonación del fracturación de la roca.
explosivo.
Es aplicable a zonas donde se
Es utilizado en zonas abiertas, o a una
requiere el mínimo de riesgos de distancia que no permita daños a flyrocks,
especialmente
en instalaciones.
infraestructuras cercanas. No requiere personal capacitado.
Requiere
personal
capacitado
y
autorizado para el manejo de explosivos. Con la aplicación del cemento expansivo,
no
se
Se
requiere
una
evacuación
de
requiere equipos y personal de 300 mts y 650 mts
evacuación del personal ni equipos respectivamente. evitándose tiempos muertos dentro de las actividades.
CARACTERÍSTICAS ECONÓMICAS Precio Unitario= 29.59 $/m3
Precio Unitario= 26.80 $/m3 40
CAPÍTULO III
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
41
3.1. Resultados. Tabla Nº 17: Valores de mediciones efectuadas a los dos métodos de fragmentación.
Característica técnica
Cemento expansivo Buster
Voladura controlada
5.6 mm/s 20 db
125.446 mm/s >80 db
Flyrock
0 mts
102.723 mts
Airblast
0 db
142.294 dBl
Vibración Ruido
Fuente: los autores Tabla Nº 18: Precios unitarios de la fragmentación con cemento expansivo-buster y porcentaje de incidencia.
Operación unitaria
US$
% de incidencia
Perforación
18654.5
36.8%
Carguío de buster
22831.9
45.1%
Carguío y limpieza
8927.0
17.6%
Total Tiempo de fragmentación
217.4
0.4%
costo total de fragmentación con buster en 1711 m 3:
$50,631
100%
Coste total para fragmentar con buster en US$/Tm
$29.59
Fuente: los autores Porcentajes en Costes con Fragmentación con Buster. Buster.
Perforación
36.8% 45.1%
Carguío de buster Carguío y limpieza 17.6% 0.4%
costo de fragmentación
Figura Nº 25: porcentajes de costes en buster Fuente: los autores
42
Tabla Nº 19: Precios unitarios de la fragmentación con voladura controlada y porcentaje de incidencia. Costo de perforación:
$5,671
12%
Costo de mano de obra.
$3,120
7%
Costo del explosivo Costo de iniciación.
$2,706 $1,590
6% 3%
Costo en pérdidas por evacuación en 2 fases
$23,84
52%
Costo por limpieza del material fragmentado
$8,927
19%
TOTAL: $45,860 100%
Precio unitario al fragmentar 1 711 m3
26.80 $/m3
Fuente: los autores
Porcentaje Porce ntajess en Cost Costes es en Voladu Voladura ra.
Costo de perforacion:
Costo de mano de obra. 52.0% 19.5%
Costo del explosivo Costo de iniciacion.
12.4% 6.8% 3.5%
Costo por limpieza del material fragmentado 5.9%
Costo en perdidas por evacuacion en 2 fases
Figura Nº 26: porcentajes de costes en voladura Fuente: los autores
43
3.2. Discusión.
Los resultad resultados os obtenidos obtenidos al analizar la relación coste/beneficio de los
dos métodos de fragmentación analizados, fragmentación con cemento expansivo – buster, y voladura controlada amortiguada, muestran que lo aseverado en la hipótesis se cumple para el Precio Unitario, Flyrock y Airblast, que llegan a ser nulos o nivel 0; pero para las Vibraciones y Ruidos no cumplen al 100% dado que las mediciones han tenido interferencia por factores externos como vibración de maquinarias y ruidos de operaciones adyacentes al proceso de fragmentación los cuales se obtuvieron registros con niveles bajos, pero que no llegaron a ser 0, tal como se asegura en la hipótesis.
El precio unitario del proceso de fragm fragmentación entación con cemento expansivo
– buster para un tipo de roca tipo I y II en mina lagunas norte, resulto el
precio unitario en 2.79 $/m3 mas, que para una fragmentación con Voladura controlada en diseño amortiguado, detalle económico que se contrarresta con las demás características Técnicas del proceso detallados en los resultados; esta evaluación entre las características Técnico – Económicas debe ser tomado en cuenta en otro proyecto de distinta amplitud, ubicación debido a que la voladura podría ser aplicada de acuerdo a los requerimiento de vuestro cliente.
Sin lugar a duda si tuviésemos q que ue retirar a algún lgún maciz macizo o rocoso en algú algún n
lugar de la mina en el que no haya instalaciones minera cercanas que sean susceptibles de sufrir daños, tomamos la característica económica como preponderante para tomar la decisión para aplicar este método, y se tomarían
la
precauciones
necesarias
y/o
ya
reglamentadas
en
procedimientos de trabajo para procesos de voladura controlada para minimizar impactos en el área de influencia.
De las tablas 09 y 14, entendemos que el diseño geométrico geométrico de la
fragmentación con Cemento expansivo – buster, y de la voladura controlada amortiguada, son distintos en Burden, Espaciamiento, Altura de banco, y números de taladros, debido a la forma de cálculo usado para cada uno de los métodos. 44
CAPÍTULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
45
4.1. Conclusiones:
En la planificación y ejecución del métod método o de fragmentación con
Cemento expansivo – Buster para roca tipo I y II, se obtiene la distribución geométrica para los taladros obteniendo una malla de 0,50 mts x 0,50 mts, distribuida para 1711 m3 de material a remover, obteniendo 2520 taladros de 1.5 pulgadas.
El precio unitario, de la fragme fragmentación ntación de ro rocas cas con Buster, 29,59 $/m3,
que incluye perforación, carguío de taladros, fragmentación y limpieza es mayor en
2,79 $/m3 en comparación con el precio unitario de la
fragmentación con voladura controlada, 26,80 $/m 3, precios unitarios manejables debido a las demás características técnicas de cada método de fragmentación.
De los resultados obtenidos, podemos detallar que para lla a fragme fragmentación ntación
con cemento expansivo se tiene las siguientes características técnicoeconómicas: Flyrock = 0 mts, Vibración = 5,6 mm/s, Ruido = 20 db, Airblast = 0 dBL y Precio Unitario Unitario = 29,59 $/m3., y para la fragmentación con voladura controlada: Flyrock = 102,72 mts, Vibración = 125,45 mm/s, Ruido = 80 db, Airblast = 142,45 dBL y Precio Unitario = 26,80 $/m3.
4.2. Recomendaciones: Recomendaciones:
Se recomienda realizar un análisis costo/beneficio costo/beneficio entre el diseño de
fragmentación con Buster y fragmentación con voladura controlada antes de ejecutar alguna de las fragmentaciones mencionadas con la finalidad de evaluar todas las variables inherentes a cada uno de los procesos, para la toma de la decisión correcta para ejecutar este tipo de trabajos en área cercanas a infraestructura y/o estructuras que puedan sufrir daños.
Se debe impl implementar ementar todos los controles posibles para disminuir la
posibilidad de vibración, flyrock, airblast, en el proceso de fragmentación de rocas con voladura controlada si es que se decide por esta última opción.
En la aplicación d de e fragmentación con bust buster er se d debe ebe con considerar siderar que
existe en el mercado nuevos productos similares al buster que contemplan un rendimiento con respecto a la temperatura donde será aplicado y que influye en el tiempo y la capacidad de reacción en la roca. 46
CAPÍTULO V
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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5.1. Referencias Bibliográficas 1. Guerra, H. (2011). “Study and Characterization of Expansive Cement”, revista cubana de ingenieria, Cuba, 49-52 pg. 2. Islas, E. (2007). “Caracterización y estudio de viabilidad para el reaprovechamiento de la cantera de tezoantla, estado de hidalgo”, Tesis
de Grado. Universidad Autónoma Del Estado De Hidalgo-Mexico. 17 pg. 3. Ureta, M. (2006).”Demolición y rotura de rocas con cemento expansivo”, Madrid. 4. Dominguez F. (2003) “informe para demolición de miradero en la ciudad de Toledo-España” ABC Journal, España. 5. Chimica edile s.r.l.,(2002). “Manual de propiedades y usos de cemento expansivo”,Italia.
6. ENAEX, 2002, Del “Manual de tronadora ENAEX”, Pág., 129-130, Chile. 7. Sarria, A. (2004). (2004). Investigación No Destruc Destructiva tiva y Cargas Ex Extremas tremas en Estructuras, Ediciones Uniandes, Bogotá, Colombia. 8. “Contabilidad de Costos”,2003, de Juan Funes Orellana, editorial Educación y Cultura, Pág. 14 al 22. 9. Contabilidad
de
Costos”,1994,
Jesse
T.
Barfield,
Cecily
A.
Raiborn,Michael R. Kinney 10. “Contabilidad de Costos”,2001, 2a edición, de Juan García Colín, McGraw-Hill, Pág. 12 al 14 11. López Jimeno. (2000).Manual y Diseño de Perforación y Voladura de Rocas. España. 12. Alonso, R. & Franco J. J. 2007. Caracterización de los Macizos Rocosos. Facultad de Geología (Petrología y Geoquímica), Universidad de Oviedo. España. 13. Hoek, E. 2006. Rock Mass Mass Classification. Canadá
48
ANEXO I
Cuadros de control
49
Tabla Nº20: 20: Evaluación de Costo / Trabajo – Fragmentación con Buster .
Excavadora CAT 320 CL Compresora Mobilair Kaeser M122
Subtotal
Grupo
HHM
M-3
Equipo
$6,937.64
$0.00
$0.00
HHM
E-1
Equipo
$0.00
$0.00
$0.00
Aire comprimido HHM
C-1
Equipo
$3,854.25
$0.00
$0.00
V-1
Equipo
$0.00
$0.00
$0.00
Tipo
Equipos 3 Martillos RH 658
ETAPAS
Indica Iniciales dor
Nombre del recurso
Equipo auxiliar Maquinaria pesada
Maquinaria pesada
Volvo FM12
HHM
Subtotal por Grupo
Carguio de Tiempo de Carguio y Taladros fragmentacion limpieza
Perforación
$0.00
$6,937.64
$2,822.64 $2,822.64 $0.00
$3,854.25
$3,615.35 $3,615.35 $17,229.88
Materiales Cemento Kayati
Insumo
Kg.
C-1
Material
$0.00
$19,702.59
$0.00
$0.00
$19,702.59 $19,702.59
Personal 2 Supervisores de seguridad 2 Supervisores de linea 9 Operarios 1 Operador de volquete 1 Operador de excavadora
Trabajo Trabajo Trabajo Trabajo Trabajo
SUP HHT SEG HHT SUP LIN HHT PER HHT OV HHT OE
Personal $1,747.26 $718.49 Personal $1,952.82 $803.02 Personal $4,162.58 $1,607.77 Personal $0.00 $0.00 Personal $0.00 $0.00
$102.64 $114.72 $0.00 $0.00 $0.00
$872.45 $975.09 $0.00 $359.25 $282.26
$3,440.85 $3,845.65 $5,770.36 $359.25 $282.26 $13,698.36 TOTAL
$50,630.83
Fuente: los Fuente: los autores
50
Tabla Nº 21: Flujo de Caja Datos Año
Trimestre Semana
Costo
Costo
Trabajo
Trabajo
acumulado Trabajo
acumulado normal
Semana 28
5479.2
5479.2
680.00
680.00 680.00
Semana 29
7670.9
13150.2
952.00
1632.00 952.00
Semana 30
12369.8
25520.0
892.82
2524.82 892.82
Semana 31
17656.3
43176.3
609.50
3134.32 609.50
Semana 32
7351.7
50528.0
448.36
3582.68 448.36
Semana 33
102.8
50630.8
6.27
50630.8
50630.8
3588.95
3588.95 3588.95
Total 2012
50630.8
50630.8
3588.95
3588.95 3588.95
Total general US$
50630.8
50630.8
3588.95
3588.95 3588.95
T3 2012
Total T3
3588.95
6.27
Fuente: los autores TABLA N° 22: Relación de Empresas por per personal sonal a evacuar por pr proceso oceso de voladura
Relación de empresas y personal a evacuar según proceso de voladura. # de Lugar
empresas person
Número cargos
as /día
cesel
Construcción de Planta CIC ausenco Vector Fiansa s.a.
personas
5 3 5
Supervisores técnicos Supervisores técnicos/capa
15 40 3 1 4
taces ayudantes supervisores ayudantes Supervisores Técnicos/cap ataces
chan-chan
10
de
18
60 4
29
sueldo refere ncial/ mes
sueldo referencial S/. - hr /hora
5000 3500 5000
20.83 375.00 14.58 262.50 20.83 1250.0
3500 1500 5000 1500 5000
14.58 6.25 875.00 375.00 20.83 83.33 6.25 25.00 20.83 604.17
3500
14.58 422.92
51
Geosyste ms ing. Haug S.A. movilineas mota-engil otros planta de procesos meril crowll
MBM ORUS
15 1 1 3 7 40 15 2 8 2 20 15 20 32 2 8 5
ayudantes supervisores Técnicos. ayudantes supervisores Técnicos. ayudantes supervisores ayudantes supervisores ayudantes Ayudantes./c onductores Supervisores técnicos seguridad MMAA costos
5
62 10 22 15
54
1500 5000 3500 1500 5000 3500 1500 5000 1500 5000 1500
6.25 20.83 14.58 6.25 20.83 14.58 6.25 20.83 6.25 20.83 6.25
181.25 104.17 72.92 31.25 1291.67 904.17 387.50 208.33 62.50 458.33 137.50
1500 7200 4800 1700 4500 5000
6.25 30 20.00 7.08 18.75 20.83
93.75 1620.0 1080.0 382.50 1106.2 1229.2
6 6
14
Loss control logística administració n de contratas recursos humanos superintende ncias Salud Ocupacional otros Seguridad Laboratoriomedio ambiente.
3
líneas eléctricas
4 oficinas administrativ as
MBM
6 4 3
Orus laboratorio ambiental
MBM
central de distribución eléctrica almacén de cianuro rancho minero
MBM/ Camesa/ Otros Orus E.E. El sauco
16 1
2 9
seguridad medio ambiente
5800 5000
24.17 1425.8 20.83 1229.1
5500
22.92 1352.1
5500
22.92 1352.08
10000
41.67 2458.33
6500 4200 2600
27.08 1597.92 17.50 1032.50 17.50 1032.50
14
4000
16.67 233.33
3
3500
14.58
43.75
2
3500
14.58
29.17
8
3500
14.58 116.67
59
52
nuevo tópico plan vital central a respuestas a emergencias MBM/Orus Antiguo incinerador. otros
14
14
3600
15.00 210.00
8
3500
14.58 116.67
2
3500
14.58
29.17 62.50
3
5000
20.83
12
Loss control/ bomberos Medio ambiente ing. Supervisores Técnicos / capataces
12
3500
14.58 175.00
18
Ayudantes
18
1500
6.25 112.50
8 2 3
Planta ARD Haug S.A.
Salud
total de personal
389
S/. 26233.3
Fuente: los autores Tabla Nº23: Relación de Empresas por equipos afectas por corte de energía # de
costo
costo de
Lugar
Empresas
equipos /día
cesel
1 2 1 1 2 1 1 1 2 1 1 2 1 10
chan-chan ausenco Vector Planta CIC
Fiansa s.a. Geosystems ing. Haug S.A.
planta de procesos meril crowll laboratorio ambiental central de distribución eléctrica
movilineas mota-engil MBM MBM MBM/Camesa/Otr os
Unidad Vehicular
minivan bus camioneta camioneta buses minivan camioneta camioneta buses minivan bus buses bus camionetas
de alquiler/ alquiler/ hora mes
S/. - hr
4000 6000 3600 3600 6000 4000 3600 3600 6000 3600 6000 6000 6000 3600
16.67 25.00 15.00 15.00 25.00 16.67 15.00 15.00 25.00 15.00 25.00 25 25.00 15.00
16.67 50.00 15.00 15.00 50.00 16.67 15.00 15.00 50.00 15.00 25.00 50.00 25.00 150.00
4000
16.67
16.67
4000
16.67
0.00
1 minivan
53
rancho minero
E.E. El sauco
nuevo tópico plan vital central a respuestas a emergencias MBM/Orus
1 1 1
minivan ambulancia minivan
4000 5000 4000
16.67 20.83 16.67
16.67 20.83 16.67
1
camioneta retroexcavado ras rodillos compactadore s volquete de 12 ton motonivelador a bus camionetas
3600
15.00
15.00
120.00
240.00
500.00
1000.0
130.00
390.00
130.00 6000 25.00 3600 15.00
130.00 25.00 30.00
2 área de
E.E.
2
influencia 3
planta ARD
MBM
1 1 2
total de equipos Fuente: Los autores
S/. 2409.17
40
Tabla Nº 24 : Relación de Empresas Empresas por perso personal nal equipos afectas por corte de energía energía Lugar
# de empresas equipo s /día Adecco
chan-chan Villa de colaboradores -personal administrativo.
4 3 15
ausenco Vector Fiansa s.a. geosystems ing. mota-engil
3 3 4 25
cargos personal administrativo personal administrativo Tallerconstrucción personal administrativo personal administrativo personal administrativo personal administrativo
sueldo sueldo referencial/ referencial/ mes hora
S/. - hr
4000
16.67
66.67
4000
16.67
50.00
2000
8.33
125.00
5500
22.92
68.75
4000
16.67
50.00
4500
18.75
75.00
4000
16.67
416.67
54
30 movilineas camesa disal cerro crespo
3 3 3 2
MBMCONSTRUC CION 33 planta de concreto
12
MBM
13
talleresmantenimient o personal administrativo personal administrativo personal administrativo personal administrativo personal administrativo/ Supervisor de proyectosotros personal de piso personal administrativo personal
2000
8.33
250.00
4000
16.67
50.00
3800
15.83
47.50
3500
14.58
43.75
3500
14.58
29.17
8000
33.33
1100.00
2500
10.42
125.00
6500
27.08
352.08
Oficinas. Relaciones comunitarias
orus ORUScentro de control Eco-
5
administrativo
3000
12.50
62.50
Seguridad.
2000
8.33
41.67 2953.75
5
12
Costo total por evacuación S/. 31596.3 US$/turno 12 014.0 Costo total por evacuación de voladura en 2 fases US$ 24028.0
Fuente: los autores
55
Tabla Nº 25: Simulación de voladura controlada aplicado a roca de planta CIC. MBM-Lagunas Norte-Proy.cic ORICA MININING SERVICE. Guía Inicial de Diseño de Voladuras
agosto 5, 2012 PROYECTO
Lugar de aplicación
CIC
Nombre del Explosivo
AMEX
Diámetro del Explosivo
68 milímetros
Densidad del Explosivo
0.80 gr/cm3
Energía del Explosivo
920 cal/gr.
Densidad de la Roca
2.6 gr/cm3
Altura del Banco
4 metros
Angulo del Taladro (0 = Vertical) Factor de Carga Deseado volumen de roca
1 grados 0.18 Kg/ton. 1711.00 m3 1.7 metros
Bordo Sugerido Espaciamiento Sugerido
2.1 metros
Taco Sugerido
1.3 metros
Sub-Perforación.
0.5 metros
Longitud del Taladro
4.5 metros
Longitud Columna de Explosivo
3.2 metros
Densidad de Carga
2.9 Kg/mt.
Peso del Explosivo
9 kg/tal.
Energía del Explosivo
8,555 kcal/tal.
Volumen Explotado por Taladro
14 m3
Peso de Roca por Taladro
37 ton.
Factor de Carga
0.25 kg/m3
Factor de Carga
3.99 toneladas por kg
Factor de Energía
231 kcal por tonelada
56
Distancia Taladros por Intervalo de 8ms Velocidad Velocida d P ico de P artícula E s t. A 15 mt mtss
28 metros 7 125 milím milímet etros ros por s eg undo
Guía Inicial para Diseño de Voladuras-Costos
agosto 5, 2012
PROYECTO CIC Peso de Voladuras Taladros Requeridos
4,500 toneladas 300
Costo de Perforación
$4.200 por metro
Costo del Explosivo
$0.970 por kg
Costo de Iniciación Costo de Mano de Obra
$5.30 por taladro $10.40 por taladro
Perforación Total Requerida
1,350 metros
Costo Total de Perforación
$5,671
Costo de Perforación
$1.260 por tonelada
Costo de Perforación en m3
$3.314 $/m3
Porcentaje del Costo Total Peso Total del Explosivo
43% 2,790 kg
Costo Total del Explosivo
$2,706
Costo del Explosivo Costo del Explosivo en m3
$0.601 por tonelada $1.582 $/m3
Porcentaje del Costo Total
21%
Costo Total de Iniciación
$1,590
Costo de Iniciación
$0.353 por tonelada
Costo de Iniciación en m3
$0.929 $/m3
Porcentaje del Costo Total
12%
Costo Total de Mano de Obra
$3,120
Costo de Mano de Obra
$0.693 por tonelada
Costo de Mano de Obra Porcentaje del Costo Total
$1.823 $/m3 24%
Costo Total de Per. y Voladura Costo Total de Per. y Voladura Costo Total de Per. y Voladura en m3
$13,087 $2.908 por tonelada $7.65 $/m3
57
Costo total para fragmentar 1711 m3 Costo en pérdidas por evacuación en 2
$13,087
fases
$23,846
Costo por limpieza del material fragmentado COSTE TOTAL DEL PROCESO:
$8,927
$45,860
Fuente: Orica mining services.
Tabla Nº 26: características del explosivo y costo respectivo
MBM-Lagunas Norte-Proy. CIC.
ORICA MINING SERVICE.
05/08/2012
IMPUT
VALUE
Nombre del Explosivo
AMEX
Fabricante
ORICA
Densidad (g/cc)
0.80
Potencia por Peso (cal/g)
920
Velocidad de Deton. (m/seg)
4,000
Diámetro del Taladro (mm)
68
Diámetro de la Carga
68
Costo ($/kg)
$0.92
Potencia por Volumen (cal/cc)
736
Poten. Rel. Peso (ANFO 100%)
99%
Densidad de Carga (kg/m) Energía de Carga (kcal/m)
2.90 2,672
Presión de Detonación (kbar)
3,137
E fectos fectos de Des acopl cople e
Reducción de Energía
0%
58
Presión en el Taladro (kbar) Costo del Explosivo
1,572
Costo ($/kg)
$0.920
Costo ($/m)
$2.67
Costo de la Energía (kcal/$)
1,000
Fuente: Orica mining services. Tabla Nº 27: Calculo de proyección de roca CALCULO DE LA DISTANCIA MAXIMA QUE PUEDE ALCANZAR UN FLY ROCK. Según Lundberg (1973)
L = 143 d (q-0.2) Dónde:
L= distancia máxima del fly rock (m) d= es el diámetro del taladro (mm) q= es la carga específica (kg/m3). según los datos del modelamiento tenemos que: q= 0,25 d= 68 mm L=?
L =143(68)(0.25-0.2)
L =486.2 mts * Según la formula dada por Lundberg (1973) nos indica que para un taladro de 2" y una power factor la distancia maxima que puede alcanzar un flyrock es de 486.2 metros.
Fuente: los autores.
59
ANEXO II
Fotografías del Proyecto
60
Figura: 27: Fotografía de roca a fragmentar antes del proyecto
Figura Nº28: Levantamiento topográfico del área antes del proyecto a cargo de la empresa geosystems Ing.
61
Figura Nº 29: levantamiento con curvas de nivel del proyecto.
f ragmentar. Figura Nº 30: dimensionamiento del área de la roca a fragmentar.
62
Figura Nº 31: 31: Mapeo geomecanico de la roca a fragmentar Fuente: departamento de geomecanica-MBM. Fuente: departamento geomecanica-MBM.
63
Figura Nº 32: Fotografía durante la Caracterización Caracterización geomecanico de la roca a fragmentar
Figura Nº 33: fotografía tomada a una de las perforadoras RH-658
64
.
Figura Nº34: levantamiento con curvas de nivel del proyecto.
Figura Nº 35: Uso de perforadora RH-658 en zona posterior a la roca.
65
Figura Nº 36: colocación de mangas de polietileno en los taladros por tema de lluvias.
D=10 mts
Figura Nº 37: Distancia mínima a oficinas mina.
66
Figura Nº 38: Colocación de bolsa de polietileno dentro del taladro.
Figura Nº 39: Preparación de la mescla de cemento expansivo a cargo del personal de la empresa Chan- Chan.
67
Figura Nº 40: introducción de la mezcla dentro del taladro.
Figura Nº 41: Vista lateral de una parte de las instalaciones cercanas al proyecto.
68
Figura Nº 42: Comprensora KAESER M122 de 400 cfm.
Figura Nº 43: utilización de cemento expansivo de marca Kayati en bolsas de 20 kg.
69
Figura Nº 44: Continuación de llenado de los taladros con vista al afloramiento rocoso-shulcahuanca-mina laguna norte.
Malla de 0.5 x 0.5 mts
Figura Nº 45: Fotografía tomada a la distribución de la malla de 0.5x 0.5 mts.
70
Figura Nº 46: Generación Generación de fracturas por reacción del cemento expansivo en la roca.
º Figura Nº 47: Principio de las fracturas generadas por el cemento expansivo en la roca.
71
Figura Nº 48: Fragmentación longitudinal con fracturas transversales a lo largo de los taladros.
Figura Nº 49: continuación de la fractura miento al 1er día de reacción en la roca.
72
Figura Nº 50: Utilización del instantel minimate plus para determinar el nivel de vibración al utilizar el cemento expansivo según prueba en campo.
73
ANEXO III Simulación de voladura controlada con Jksimblast e instantel
74
pluss mediante el blas blastware tware Figura Nº 51: Reporte del instantel minimate plu III para determinar el nivel de vibración vibración al utilizar el cemento cemento expansivo expansivo según prueba en campo.se determina que las ondas verticales son por influencia de factores externos a la fragmentación con buster. Fuente: los autores
75
f ases con voladura controlada utilizando Figura Nº52: Simulación En 2 fases el software jk simblast. Fuente: los autores
Figura Nº 53: Reporte del nivel de vibración a 15 mts del área de voladura según el jk-simblast. Fuente: los autores
76
voladura controlada Figura Nº 54: Simulación en la 2da fase con voladura utilizando el software jk simblast. Fuente: los autores
Figura Nº 55: punto de iniciación según el amarre con retardos de 17 y 42 ms describiendo a su vez el factor de diseño de la malla. Fuente: los autores
77
Figura Nº 56: distribución de salida en simulación de la 2da fase aplicado a una simulación con voladura controlada utilizando el software jk-simblast. Fuente: los autores
Figura Nº 57: Sobrepresión Fuente: Pressure handbook
78
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