INFORME DE PRÁCTICAS EN PERFORACIÓN Y VOLADURA

Informe de Prácticas en Perforación y Voladura

2011

INFORME DE PRÁCTICAS EN PERFORACIÓN Y VOLADURA

ELABORADO POR: Raúl Martín Espinoza Dios Practicante del Área de Operaciones Mina de Minera La Zanja Egresado de Ingeniería de Minas de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos

REVISADO POR: Ing. Dino Yancachajlla Tito Jefe de Perforación y Voladura de Minera La Zanja

ÁREA: Operaciones Mina

FECHA: Del 03 de Enero al 03 de Febrero de 2011

1

Informe de Prácticas en Perforación y Voladura

2011

ÍNDICE INTRODUCCIÓN

3

PERFORACIÓN

4

Principios de Perforación Rotopercutiva

5

Parámetros de Perforación en Minera La Zanja

7

Análisis de Estándares Operativos con la Perforadora SKF – 11

8

Costos Operativos en Operación

17

VOLADURA

19

Parámetros de Voladura en Minera La Zanja

20

Análisis de Fragmentación

23

Costos Operativos en Voladura

26

Uso de Cámaras de Aire y Retenedores de Energía

28

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

30

BIBLIOGRAFÍA

31

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INTRODUCCIÓN

La mina La Zanja está ubicada en el departamento de Cajamarca, provincia de Santa Cruz de Succhabamba, distrito de Pulán; a una altitud promedio de 3500 msnm. Realiza sus operaciones a través de explotación superficial en dos tajos abiertos, San Pedro Sur, que entró en producción en Setiembre de 2010 y Pampa Verde, que entrará en producción a finales del 2011 aproximadamente. El proceso de recuperación metalúrgica se realiza por lixiviación en pads con cianuro y la solución rica es procesada en una planta de adsorción, desorción y regeneración (ADR) de carbón activado, finalmente el precipitado electrolítico es fundido para la obtención de barras doré (oro y plata).

El propósito del presente informe es mostrar los detalles de la operación de Perforación y Voladura que se lleva a cabo en Minera La Zanja, explicar la importancia de esta operación y dar a conocer la forma en que interactúa con las diferentes etapas del proceso de obtención de oro, así como identificar oportunidades de mejora que contribuyan a optimizar el minado.

Para ello se ha realizado mediciones de tiempos y de otros parámetros de los equipos de perforación, con el objetivo de calcular su rendimiento y poder determinar estándares operativos. Y también análisis de fragmentación por fotografía que nos permitan analizar los resultados de la voladura.

3

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PERFORACIÓN La perforación en Minera La Zanja se realiza con dos equipos, una perforadora SKF – 11 de la marca Bucyrus, con la que se realiza la perforación de los taladros de producción y una perforadora PANTERA 1500 de la marca Tamrock para perforaciones en las crestas y en los taladros de recorte en las paredes del límite final del tajo. Ambas perforadoras realizan el trabajo por perforación rotopercutiva con brocas de botones, la SKF – 11 usa el sistema de Martillo en Fondo o DTH (Down The Hole) mientras que la PANTERA 1500 usa el sistema Martillo en Cabeza o TH (Top Hammer).

Perforadora SKF – 11 BUCYRUS

Perforadora PANTERA 1500 T TAMROCK

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PRINCIPIOS DE PERFORACIÓN ROTOPERCUTIVA Existen 4 funciones principales en la perforación rotopercutiva: 

Percusión: Permite la penetración de la broca de perforación en la roca. La potencia de percusión transmitida por la sarta de perforación es una combinación de fuerza y frecuencia de impacto. Esta potencia se controla directamente mediante el nivel de la presión de percusión. Uno de los aspectos básicos de la perforación es la capacidad de transferencia de energía del equipo. Existe un máximo de energía cinética que se puede transferir con un equipo de perforación de un cierto tamaño. Cuando se supera la capacidad de transferencia de energía del equipo, aumentarán rápidamente los daños en el mismo. La potencia de percusión utilizada depende del terreno que se está perforando. Si la roca es blanda, se debe utilizar presión más baja; si es dura, puede utilizar una presión mayor. El valor de la presión de percusión suele ser un equilibrio de la tasa de penetración y durabilidad del equipo. En los martillos en fondo la energía del pistón se transmite directamente sobre la broca, por lo que el rendimiento es mayor. En estos sistemas de perforación la potencia de percusión es el parámetro que más influye en la velocidad de penetración.



Avance: El objetivo del avance es mantener a la broca de perforación en contacto con la roca. Cuando se aumente la presión de percusión, también se debe aumentar la presión del avance. La fuerza de avance correcta depende de la presión de percusión, del tipo de roca, de la profundidad del barreno, así como del tamaño y del tipo de equipo de perforación. La roca fracturada se debe perforar utilizando una presión de percusión y una presión de avance bajas. Una mayor fuerza de avance no implica un aumento de la tasa de penetración, sino que sólo aumentará el desgaste de la broca; se producirán desviaciones de la barra y se generarán presiones de rotación superiores a las normales. Una fuerza de avance demasiado baja da lugar a que la broca no esté en firme contacto con la roca que se está perforando. Si se permite que esto ocurra, la energía de percusión hará que la broca rebote, en lugar de que penetre en la roca, provocando daños en la sarta de perforación.

5

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

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Rotación: La función principal de la rotación en la perforación rotopercutiva es hacer girar la boca a una nueva posición después de cada impacto del pistón. La velocidad óptima de rotación depende de la geometría de la broca, su tamaño y la perforabilidad de la roca (dureza, abrasión, etc.), así como de las restante funciones principales de la perforación. Una velocidad de rotación demasiado baja producirá pérdidas de energía debido a que se recortan los fragmentos de roca y a las bajas tasas de penetración. Los recortes salen del taladro como material molido y no como fragmentos. Una velocidad de rotación demasiado alta da lugar a un excesivo desgaste de la broca debido a que la roca se rompe por rotación más que por percusión. Asimismo, una velocidad de rotación superior a la requerida produce que los manguitos de acoplamiento queden demasiado apretados provocando, de este modo, problemas de desacoplamiento.



Barrido: El objeto del barrido es eliminar los recortes de roca del barreno durante la perforación. El aire de barrido se dirige a la parte inferior de barreno a través de la sarta de perforación y de los orificios de la broca de perforación. Los recortes de la roca se mezclan con el agua de barrido y salen por soplado a través del espacio anular que existe entre la sarta de perforación y la pared del barreno. Un barrido incorrecto dará lugar a una baja tasa de penetración (mayor recorte), menor duración más desgaste de la broca y una mayor posibilidad de que se atasquen las barras.

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PARÁMETROS DE PERFORACIÓN EN MINERA LA ZANJA Longitud de Perforación: La longitud de perforación en Minera La Zanja está supeditada a la altura de los bancos en el tajo, la cual es de 6 metros. Se considera además una sobre-perforación que varía entre 0.4 y 0.8 metros dependiendo del tipo de roca, por lo que la longitud de perforación promedio es de 6.6 metros.

Diámetro de Perforación: El diámetro de perforación es uno de los parámetros más importantes de esta operación y depende de muchos factores, de la longitud del taladro, del tipo de roca, del tipo de perforadora, de tipo de broca, etc. Los diámetros usados en minería superficial varían desde las 2” (50 mm) hasta las 13 ¾” (349 mm). En Minera La Zanja se trabaja con un diámetro de 6 ¾” (170 mm) para taladros de producción que son perforados con la SKF – 11 y con 5” (127 mm) para taladros de recorte hechos por la PANTERA 1500. Para las barras, el diámetro en el caso de la SKF – 11 es de 5” mientras que en la PANTERA es de 4 ½”.

Velocidad de Rotación: La velocidad de rotación dependiendo del tipo de roca puede variar según el siguiente cuadro: TIPO DE ROCA

VELOCIDAD DE ROTACIÓN (rpm)

Muy Blanda Blanda Media Dura

40 - 60 30 - 50 20 - 40 10 - 30

Según las mediciones de campo y de acuerdo al tipo de roca (media – dura) que se encuentra en Minera La Zanja, la velocidad de rotación fluctúa entre 30 – 35 rpm.

Pull Down: El pull down varía de acuerdo al tipo de roca presente entre 500 a 700 PSI. Malla de Perforación: La malla de perforación es la forma en que se distribuyen los taladros en un proyecto de voladura y puede ser cuadrara, triangular equilátera, rectangular, etc. En Minera La Zanja, aunque no se cuenta aún con una zonificación geomecánica que permita establecer clasificaciones, durezas y resistencia a la compresión de las rocas, se cuenta con una zonificación básica según tipo de dureza producto de las alteraciones, elaborada por el departamento de Geología. La malla que se usa es triangular equilátera con un espaciamiento (E) de 5.6 metros y burden (B) de 4.87 para rocas de dureza 1 y 2 (alteración argílica y argílica avanzada), y con espaciamiento de 5.4 metros y burden de 4.7 para rocas de dureza 3 (alteración de silicificación). Para el caso de los taladros de recorte se estuvo trabajando con un espaciamiento de 4.5 metros, pero se registraron zonas en los taludes finales donde el ángulo era de casi 75°, cuando el diseño indica que deben ser de 65°, por lo que se planea y se recomienda disminuir el espaciamiento a 3.5 o a 3 metros de ser necesario. El número de taladros por proyectos es variable pero en promedio se hacen 200 taladros por proyecto de voladura.

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Malla Triangular Equilátera usada en la operación

ANÁLISIS DE ESTÁNDARES OPERATIVOS DE LA PERFORADORA SKF – 11 Descripción del Proceso de Operación de la Perforadora SKF – 11 Los trabajos de perforación con la Perforadora SKF – 11 se inician con el trazado de la malla de perforación a cargo del personal de topografía. Luego la perforadora es llevada, después de un tiempo de calentamiento (8 a 10 minutos), hacia la zona del proyecto de perforación como todo equipo pesado, siempre ploteado (escoltado) por un vehículo liviano. El personal que interviene en la perforación son 2, un operador de la perforadora y un ayudante de perforista. El operador controla toda la máquina desde la cabina y el ayudante dirige al operador al momento de posicionarse en el punto a perforar, además de realizar la verificación y el metraje de los taladros perforados. Luego de posicionarse, se procede a estabilizar la perforadora con unas gatas hidráulicas incorporadas al equipo y para esto el operador cuenta con la ayuda de un ojo de pollo dentro de la cabina. Para el inicio de la perforación, se utiliza agua en los primeros 50 cm. con el objetivo de emboquillar el taladro y evitar que se derrumbe.

Interior de la Cabina de Operación

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Después de acabar la perforación, el ayudante realiza la verificación y si la wincha con la plomada no llega hasta el fin del taladro, se procede a una reperforación. Al finalizar se sueltan las gatas hidráulicas y se dirige hacia el siguiente taladro para continuar con la operación.

Perforadora SKF – 11 en operación

Parámetros de Operación de la Perforadora SKF – 11 La SKF – 11 tiene un motor de 650 HP de potencia, con 12 cilindros C27, un consumo de combustible promedio de 250 galones de Diesel 2 y 250 galones de agua al día, teniendo en cuenta que el tiempo promedio de trabajo por día es de 20 horas y una presión de aire para operación de 280 PSI. Para el desplazamiento de la perforadora, las velocidades varían entre 3 y 5 Km/hr. La longitud de las barras de perforación es de 9 metros (30 ft), pero el equipo cuenta con una tambora que permite almacenar hasta 4 barras más, por lo que puede llegar a perforar hasta 45 metros. Para el caso de Minera La Zanja no se estuvo necesitando usar la tambora ya que con una sola barra era suficiente, pero debido a que el modelo de bloques para recursos de la mina es deficiente, se va a iniciar la perforación a 3 bancos (18 metros) con el objetivo de hacer el muestreo de los blast holes que permita mejorar el planeamiento a corto plazo. El diámetro máximo que se puede perforar es de 7 7/8”, pero como se mencionó anteriormente se perfora con brocas de botones de 6 ¾” de diámetro.

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Brocas de Botones usados en Minera La Zanja

Estudio de Tiempos, Rendimientos y Perforación Específica con la Perforadora SKF – 11 Para el estudio de tiempos, rendimientos y perforación específica de este equipo se han tomado datos en campo de tiempos en perforación tanto para taladros de producción en zonas centrales de los proyectos de perforación, como para taladros de producción en la cresta, que son los que demandan más tiempo debido en primer lugar a la dificultad para posicionar el equipo y también en la dificultad para perforar continuamente por la mayor presencia de fracturas. A continuación se mostrará uno tabla con los datos de campo. El ciclo de operación identificado consistió básicamente en lo siguiente:    

TTP: Tiempo de Transporte y Posicionamiento TP: Tiempo de Perforación TR: Tiempo de Reperforación (en caso hubiese) TM: Tiempos Muertos (mantenimiento, chequeo, etc. en caso hubiese)

La suma de esos cuatro tiempos nos dará el tiempo total de perforación por taladro:

TT = TTP + TP + TR + TM Con los datos de tiempos de perforación (neto) y tiempos totales de perforación, obtendremos en la misma tabla algunos parámetros de rendimiento como velocidad de penetración y velocidad de perforación:

T

Velocidad de Penetración = Longitud de Taladro (m) Tiempo de Perforación (TP) (Hr) Velocidad de Perforación = Longitud de Taladro (m) T Tiempo Toral (TT) (Hr)

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TALADROS CENTRALES Tiempo Tiempo Taladro (Hr) (Min)

Tipo de Trabajo

0.142

8.50

Calentamiento del equipo

0.058

3.50

TTP

0.127

7.62

TP

0.042

2.50

TR

0.076

4.55

TM

0.036

2.15

TTP

0.120

7.20

TP

0.159

9.57

TR

0.000

0.00

TM

0.019

1.17

TTP

0.123

7.35

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.023

1.40

TTP

0.161

9.67

TP

0.076

4.58

TR

0.000

0.00

TM

0.015

0.92

TTP

0.139

8.33

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.028

1.67

TTP

0.139

8.33

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.033

2.00

TTP

0.115

6.92

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.033

1.95

TTP

0.115

6.90

TP

0.000

0.00

TR

1

2

3

4

5

6

7

8

Tiempo de Tiempo de Perforación Perforación (Hr) (Min)

Longitud de taladro

Velocidad Velocidad de de Penetración Perforación (m/hr) (m/hr)

0.303

18.17

6.4

50.42

21.14

0.315

18.92

6.5

54.17

20.62

0.142

8.52

6.5

53.06

45.79

0.261

15.65

6.5

40.34

24.92

0.154

9.25

6.5

46.80

42.16

0.167

10.00

6.8

48.96

40.80

0.149

8.92

6.7

58.12

45.08

0.147

8.85

6.8

59.13

46.10

11

Informe de Prácticas en Perforación y Voladura

9

10

11

12

13

14

15

16

0.000

0.00

TM

0.026

1.57

TTP

0.086

5.17

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.031

1.85

TTP

0.098

5.90

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.028

1.67

TTP

0.114

6.87

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.026

1.53

TTP

0.120

7.22

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.027

1.60

TTP

0.124

7.45

TP

0.016

0.97

TR

0.000

0.00

TM

0.034

2.07

TTP

0.124

7.42

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.072

4.30

TTP

0.122

7.33

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.032

1.92

TTP

0.146

8.75

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.056

3.37

Aseguramiento y bajada de torre

2011

0.112

6.73

6.5

75.48

57.92

0.129

7.75

6.6

67.12

51.10

0.142

8.53

6.6

57.67

46.41

0.146

8.75

6.6

54.87

45.26

0.167

10.02

6.3

50.74

37.74

0.158

9.48

6.6

53.39

41.76

0.194

11.63

6.5

53.18

33.52

0.178

10.67

6.6

45.26

37.12

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Promediando los datos, obtenemos los tiempos promedios en perforación de taladros centrales:    

TTP centrales TP centrales TR centrales TM centrales

= = = =

1.95 min 7.40 min 1.1 min 0.28 min TT (prom) = 1.95 + 7.4 + 1.1 + 0.28 TT centrales (prom) = 10.74 min

También podemos calcular las velocidades promedio de penetración y perforación: Velocidad de Penetración – centrales (prom) = 54.29 m/hr Velocidad de Perforación – centrales (prom) = 39.84 m/hr

A continuación ahora se mostrará la tabla con los datos para taladros hechos en la cresta: TALADROS EN LA CRESTA

Taladro

1

2

3

4

5

Tiempo de Tipo de Perforación Trabajo (Hr)

Tiempo (Hr)

Tiempo (Min)

0.110

6.58

TTP

0.233

14.00

TP

0.342

20.50

TR

0.071

4.25

TM

0.049

2.92

TTP

0.194

11.67

TP

0.017

1.00

TR

0.000

0.00

TM

0.058

3.50

TTP

0.189

11.33

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.021

1.28

TTP

0.145

8.72

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.066

3.98

TTP

0.224

13.43

TP

Tiempo de Perforación (Min)

Longitud de taladro

Velocidad de Penetración (m/hr)

Velocidad de Perforación (m/hr)

0.756

45.333

6.5

27.86

8.60

0.260

15.583

6.5

33.43

25.03

0.247

14.833

6.4

33.88

25.89

0.167

10.000

6.6

45.43

39.60

0.290

17.417

6.5

29.03

22.39

13

Informe de Prácticas en Perforación y Voladura

6

7

8

9

10

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.044

2.67

TTP

0.319

19.17

TP

0.071

4.25

TR

0.000

0.00

TM

0.036

2.18

TTP

0.191

11.45

TP

0.016

0.95

TR

0.000

0.00

TM

0.028

1.67

TTP

0.142

8.53

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

0.156

9.35

TTP

0.216

12.93

TP

0.000

0.00

TR

0.117

7.03

TM

0.094

5.63

TTP

0.141

8.45

TP

0.000

0.00

TR

0.000

0.00

TM

2011

0.435

26.083

6.5

20.35

14.95

0.243

14.583

6.4

33.54

26.33

0.170

10.200

6.5

45.70

38.24

0.489

29.317

6.6

30.62

13.51

0.235

14.083

6.5

46.15

27.69

Promediando los datos, obtenemos los tiempos promedios en perforación de taladros en la cresta:    

TTP cresta TP cresta TR cresta TM cresta

= = = =

3.98 min 11.97 min 2.67 min 1.13 min TT (prom) = 3.98 + 11.97 + 2.7 + 1.13 TT cresta (prom) = 19.74 min

También podemos calcular las velocidades promedio de penetración y perforación: Velocidad de Penetración – cresta (prom) = 34.6 m/hr Velocidad de Perforación – cresta (prom) = 24.22 m/hr Como se puede apreciar, hay una marcada diferencia entre tiempos y parámetros de taladros centrales y taladros de cresta. Por lo que, para tener un dato que nos permita hacer cálculos

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generales considerando ambos tipos de taladros (cresta y centrales), se ha hecho un promedio ponderado, considerando un peso de 85% para taladros centrales y 15% para taladros de cresta: TT = TT centrales x 0.85 + TT cresta x 0.15 TT = 10.74 x 0.85 + 19.74 x 0.15

TT = 12.09 min/tal 25 20 15

taladros centrales

10

taladros de cresta Promedio

5 0 TTP

TP

TR

TM

TT

V Pen = V pen centrales x 0.85 + V pen cresta x 0.15 V Pen = 54.29 x 0.85 + 34.6 x 0.15

V Penetración = 51.34 m/hr

V Perf = V perf centrales x 0.85 + V perf cresta x 0.15 V Perf = 39.84 x 0.85 + 24.22 x 0.15

V Perforación = 37.5 m/hr 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00

taladros centrales taladros de cresta Promedio Vel Penetración

Vel Perforación

15

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Como se mencionó anteriormente, el número promedio de taladros por proyecto es de 200 taladros, y considerando también que la longitud de los taladros es de 6.6 metros, podemos calcular el tiempo que demandaría la perforación para un proyecto: Tiempo de perforación por proyecto = N° de taladros x Longitud de taladro Velocidad de Perforación Tiempo de perforación por proyecto = 200 tal x 6.6 m/tal 37.5 m/hr

Tiempo de perforación por proyecto = 35.2 horas Considerando que las guardias son de 12 horas, pero restándoles el tiempo de refrigerio y demoras por cambio de guardia, se reduce a 10 hr/gdia, por lo que tendríamos: Tiempo de perforación por proyecto = 35.2 horas/10 hr/gdia

Tiempo de perforación por proyecto = 3.5 guardias Para calcular la perforación específica, se calculará primero el tonelaje por taladro:

Tonelaje por taladro = B x E x H x ρ    

B: Burden E: Espaciamiento H: Altura de Banco ρ: Densidad del Material Tonelaje por taladro = 5.6 m x 4.87 m x 6 m x 2.374 ton/m3

Tonelaje por taladro = 388.5 ton/tal →

Perf Esp = Longitud de Taladro Tonelaje/tal Perf Esp = 6.6 m 388.5 ton

Perforación Específica = 0.017 m/ton Considerando que el movimiento diario promedio de material entre mineral y desmonte es de 35,000 toneladas, con stripping ratio de 0.64. Se tiene que para un mes, los metros perforados son: Metros perforados = 0.017 m/ton x 35 000 ton/día x 30 días/mes

Metros perforados = 17 850 m/mes 16

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2011

COSTOS OPERATIVOS EN PERFORACIÓN Se puede calcular el costo horario del equipo de perforación, teniendo en cuenta los siguientes ítems:       

Costo financiero o de capital Costo de amortización o depreciación Costo de intereses, seguros e impuestos Costo de mantenimiento y reparaciones Costo de mano de obra Costo de combustible y energía Costo de aceites, grasas y filtros

Distribución de Costos de Perforación

Distribución de costos en accesorios de perforación

Para el caso de Minera La Zanja, la operación de minado la realiza una empresa contratista, y el costo horario del equipo de perforación, según dato es de 140 US$/hr 17

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2011

TDC Para calcular el Costo Total de Perforación o TDC (Total Drill Cost), se hace mediante la siguiente fórmula:

TDC = Costo de Broca + Costo Horario de Equipo de Perforación Vida Útil de Broca Velocidad de Perforación    

Costo de Broca Nueva: US$ 1100 Costo de Afilado: US$ 200 Vida Útil Inicial: 800 metros Vida Útil Afilada: 600 metros

Cada broca en La Zanja es afilada dos veces después de haber cumplido su vida inicial: TDC = 1100 + 2x200 US$ + 140 US$/hr 800 + 2x600 m 37.5 m/hr

→ TDC = 4.48 US$/metro Con este dato del Costo Total de Perforación y la Perforación Específica, se puede calcular el Costo Unitario de Perforación por Tonelada

Costo Unitario de Perforación = TDC x Perforación Específica Costo Unitario de Perforación = 4.48 US$/m x 0.017 m/ton

Costo Unitario de Perforación = 0.08 US$/ton

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2011

VOLADURA La voladura en Minera La Zanja es una de las operaciones más críticas debido a la presencia de bosques en la parte baja del Tajo San Pedro Sur y es además una de las más importantes dentro del proceso de recuperación del oro, ya que la lixiviación en pads se realiza con el material tal y como sale de la voladura, sin chancado previo. Por lo que el objetivo de esta operación es lograr una adecuada fragmentación, que permita maximizar la recuperación del oro, minimizando el impacto a los bosques y a las comunidades cercanas.

Presencia de Bosques en la parte baja del Tajo San Pedro Sur

Mientras más fragmentado sea el mineral que se lleve al pad, aumentará la eficiencia del proceso de lixiviación; por lo que es importante tener en cuenta en este caso, que el costo mínimo en voladura no necesariamente va a significar mejoras en el proceso total de obtención de oro. El control de la fragmentación se hace a través de análisis por fotografías, con lo cual se puede calcular el P80, que dede fluctuar entre las 4 – 7 pulgadas.

Lixiviación del mineral en pads con cianuro, por el método de goteo.

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PARÁMETROS DE VOLADURA EN MINERA LA ZANJA Tipo de Explosivo El explosivo usado en Minera La Zanja es Anfo Pesado o Heavy Anfo (Anfo + Emulsión Matriz), el Anfo está compuesto por Nitrato de Amonio y Petróleo en una relación 94 a 6 % respectivamente. Existen diversos tipos de nitrato en el mercado, entre ellos tenemos: Prillex, Orange Label, Cachimayo, Yara, Beresnike, Acron, etc. el que se usa en La Zanja es el nitrato Prillex, el cual es proveído, junto con la emulsión matriz, por EXSA. CARACTERÍSTICAS DE LOS HEAVY ANFO Volumen Presión de EMULSIÓN Densidad normal de gas Explosión /ANFO (g/cm3) (l/kg) (Kbar)

100/0 90/10 80/20 75/25 70/30 60/40 50/50 40/60 30/70 25/75 20/80 10/90 0/100

1.24 1.25 1.26 1.265 1.27 1.28 1.3 1.25 1.21 1.17 1.1 1 0.81

1011.8 1010.2 1008.8 1008 1006.8 1003.5 998.5 993.4 983.5 997 971 961.6 959

36 38 40 41 42 44 47 45 43 40 36 30 18

Presión de Detonación (Kbar)

Calor de Explosión (KJ/kg)

105 100 95 94 93 92 90 85 80 74 65 60 40

2641 2753 2870 2929 2989 3108 3244 3368 3507 3584 3656 3729 3815

Velocidad de Potencia Relativa Potencia Relativa Resistencia al Detonación por Volumen RBS por Volumen RWS Agua VOD (m/s) (Anfo = 100) (Anfo = 100)

5800 5700 5600 5500 5400 5400 5300 5300 5200 5100 4900 4700 4500

112.7 117.3 122.5 125.2 127.9 133.6 140.7 140.2 139.7 137.8 131.5 121.8 100

73.2 76 78.7 80.2 81.6 84.6 87.7 90.5 93.8 95.4 96.9 98.6 100

Excelente Excelente Excelente Excelente Excelente Excelente Buena Deficiente Deficiente Mala Muy mala Muy mala Nula

Tabla de características de los Heavy Anfo

El carguío de explosivo en los taladros se hace con un camión fábrica, el cual es abastecido con nitrato de amonio en forma de prills, emulsión matriz y petróleo, dentro del camión se realiza la mezcla de explosivo según el requerimiento. La mezcla más usada en La Zanja varía de 37 a 46 (Emulsión/Anfo).

Camión fábrica Quadra usado en La Zanja

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Accesorios de Voladura La iniciación de la carga explosiva se realiza con Booster de 1 libra. El sistema de iniciación es el Nonel (no eléctrico), anteriormente se usaba cordón detonante 5P, pero debido al ruido que generaba se decidió cambiar y usar el sistema silecioso Nonel Dual Antiestático. Adicional a esto se usan conectores unidireccionales de superficie y mecha de seguridad.

Nonel Dual Antiestático

Booster ENAEX de 1 libra

Diseños de Voladura La distribución de la carga explosiva en los taladros varía si estos son de producción o de recorte, para los de producción la longitud del taco es de 2.5 en promedio y para los de recorte el taco es de 3.5 en promedio. El material usado para el taco es material detrítico y el llenado se hace manualmente.

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Secuencias de Salida y Direccionamiento de Voladura El direccionamiento de una voladura va a depender de la secuencia de salida junto con el punto donde se inicia dicha voladura. Para disparar bancos en Minera La Zanja, se hace en dos etapas, en primera instancia se hace un disparo sin cara libre hacia el interior del banco, de tal manera que para el siguiente disparo se direcciona hacia el medio del banco con la nueva cara libre generada, para no impactar los bosques.

Direccionamiento hacia dentro del tajo

Los tiempos de retardo usados en taladros de la misma fila son de 17 ms, y para retardos de superficie se usan tiempos de 42, 65 y 109 ms.

Tiempos de retardo que determinan la secuencia de salida

Para tener un mejor control en las secuencias de salida y direccionamiento de las voladuras que permita minimizar el impacto a los bosques, se tiene pensado implementar el sistema de iniciación electrónica, lo cual ayudaría también a minimizar las vibraciones y mejorar la fragmentación obtenida.

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ANÁLISIS DE FRAGMENTACIÓN CON SPLIT DESKTOP Para el análisis de fragmentación por fotografía se cuenta con el programa Split Desktop Versión 3.0, el cual toma como referencia esferas cuya medida ya es conocida (10 pulgadas) y en función a esas medidas determina el P80 de la muestra. A continuación analizarán 3 fotografías de un proyecto disparado: Proyecto Norte 3438 – 005

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2011

Después de digitalizar las imágenes y colocarle las escalas, se procede al cálculo del P80 por cada fotografía, luego se hace un compósito con lo cual se puede calcular el P80 de las 3 imágenes, los cuadros se muestran a continuación:

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Tamaño[pulg] 25 15 10 8 6 4 2 1 0.75 0.5 0.38 0.25 0.19 0.08

2011

Norte 3438 - 005 (Compósito)

3438 - 005 - 1

3438 - 005 - 2

3438 - 005 - 3

% Pasante 100 97.95 85.63 77.48 67.35 54.7 37.43 24.95 21.16 16.83 14.35 11.49 9.82 6.22

% Pasante 100 98.59 82.41 73.11 61.22 46.18 26.33 14.99 11.86 8.52 6.74 4.84 3.81 1.88

% Pasante 100 95.31 74.65 59.59 42.96 27.52 17.64 9.92 7.81 5.57 4.39 3.13 2.45 1.19

% Pasante 100 100 100 100 98.23 90.82 68.66 50.19 44.04 36.6 32.09 26.64 23.31 15.67

Distribución según tamaño en pulgadas

Norte 3438 - 005 (Compósito)

3438 - 005 - 1

3438 - 005 - 2

3438 - 005 - 3

% Pasante

Tamaño[pulg]

Tamaño[pulg]

Tamaño[pulg]

Tamaño[pulg]

F10 F20 F30 F40

0.19 0.68 1.38 2.23

0.61 1.43 2.35 3.36

1.01 2.47 4.37 5.65

0.03 0.13 0.32 0.61

F50

3.38

4.43

6.84

0.99

F60 F70 F80 F90 Topsize (99,95%)

4.77 6.48 8.58 11.34 17.9

5.81 7.42 9.43 11.93 15.61

8.05 9.35 10.86 13.17 17.98

1.51 2.08 2.77 3.88 7.17

Distribución de acuerdo al porcentaje pasante

Como se puede apreciar, el P80 de las muestras es 9.43, 10.86 y 2.77 respectivamente, haciendo que el P80 de compósito sea de 8.58 pulgadas.

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2011

COSTOS OPERATIVOS EN VOLADURA Consumo de explosivos y accesorios por disparo: Como se mencionó anteriormente, la cantidad de taladros promedio que se disparan por proyecto es de 200. El número de noneles duales y boosters también será de 200 y la cantidad de retardos de superficie va a depender de la geometría de la malla de perforación y de la cantidad de filas presentes en dicho disparo. Para calcular el consumo de explosivo, se debe calcular primero la concentración lineal de carga (kilogramos de explosivo/metro de columna explosiva):

Q = 0.507 x (Фtaladro)2 x ρexplosivo Q = 0.507 x 6.752 x 1.25

Q = 29 Kg/m Para calcular el consumo de explosivo por taladro, se multiplica la concentración lineal de carga por la longitud de la carga explosiva en el taladro: Cantidad de explosivo por taladro = 29 Kg/m x 4.1 m

Cantidad de explosivo por taladro = 119 Kg Consumo de Explosivo por disparo = 119 Kg/tal x 200 tal/disp.

→ Consumo de Explosivo por disparo = 23 800 Kg/disp Factor de Potencia El factor de potencia es uno de los estándares más importantes en la voladura, con el cual podemos calcular el consumo de explosivo independientemente del número de taladros, sólo conociendo el tonelaje requerido a disparar:

Factor de Potencia = Kilogramos de Explosivo Tonelaje roto de Material Factor de Potencia = 119 Kg/tal 388.5 Ton/tal

Factor de Potencia = 0.31 Kg/Ton

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Costos Unitarios en Voladura: En Minera La Zanja, se manejan los siguientes costos de explosivo y accesorios: Ítem

Unidad

Precio (US$)

Petróleo Emulsión matriz Nitrato de Amonio Prillex Booster HDP de 1 Lb Handidet dual 800-17 ms Conector de Superficie 42, 65, 109 ms Detonador ensamblado de 2.1 m c/conector

Kg Kg Kg Unidad Unidad Unidad Unidad

1.043 0.57 0.56 3.82 5.48 2.77 0.57

Para calcular el costo de voladura por tonelada, se va a calcular primero el costo por taladro. Para ello se tendrá en cuenta que se usa 1 detonador ensamblado (mecha de seguridad) por disparo, un promedio de 9 conectores de superficie por disparo, y 200 taladros en promedio. Para el caso de los taladros, en cada uno se usan 119 Kg de explosivo, un booster de 1 Lb y un handidet (nonel) dual 800 – 17 ms. El costo del Anfo pesado 46, se calcula en base a los precios de los componentes (emulsión matriz, petróleo, nitrato de amonio): Costo del Kg de Anfo Pesado = (0.56 x 0.94 + 1.043 x 0.06) x 0.6 + 0.57 x 0.4 Costo del Kg de Anfo Pesado = 0.58 US$/Kg Costo de Voladura por Taladro = 0.57/200 + 9x2.77/200 + 3.82 + 5.48 + 119x0.58

Costo de Voladura por Taladro = 78.45 US$/tal Ahora dividimos este costo por las toneladas que se vuela en cada taladro:

Costo Unitario de Voladura = Costo/tal Tonelaje/tal Costo Unitario de Voladura = 78.45 US$/tal 388.5 ton/tal

Costo Unitario de Voladura = 0.2 US$/ton

Costo de Perforación y Voladura = 0.28 US$/ton 27

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USO DE CÁMARAS DE AIRE Y RETENEDORES DE ENERGÍA Debido a la presencia de bosques en la parte baja del Tajo San Pedro Sur, se debe tratar de minimizar los fly rocks producto de la voladura, es por eso que se hicieron pruebas usando cámaras de aire y retenedores de energía, lo cual como se va a apreciar, genera una disminución en los costos unitarios de perforación y voladura: Taladro de producción sin cámara de aire: Diseño de carga

Costo Unitario

φ taladro

pulg

6 3/4

Taco inerte

Fanel dual

Hcarga

m

4.00

(2.5 m)

US$/pza

4.25

Booster

US$/pza

Taco de aire

m

3.82

0.00

Anfosaver

US$/pza

Taco inerte

m

0.00

2.50

HA 37

US$/kg

56.44

Heavy Anfo

HA

37

Costo Voladura US$/tal

64.51

Kg/m

Kg

27.72

Costo Perforacion US$/tal

32.50

Kg/tal

Kg

110.88

Costo Per-Vol US$/tal

97.01

Ton/tal

ton

388

HA 37

Costo Per-Vol US$/ton

0.25

FP

Kg/ton

0.29

(4.0 m)

Anfosaver

pza

0

Generando cámara de aire en la parte superior del taladro: (Diseño 1) Diseño de carga

Costo Unitario

φ taladro

pulg

6 3/4

Taco inerte

Fanel dual

Hcarga

m

3.00

(2 m)

US$/pza

4.25

Booster

US$/pza

Taco de aire

m

1.50

3.82

Anfosaver

US$/pza

Taco inerte

m

2.00

Taco de aire

3.50

HA 37

US$/kg

42.33

Heavy Anfo

HA

37

(1.5 m)

Costo Voladura US$/tal

53.90

Kg/m

Kg

27.72

Costo Perforacion US$/tal

32.50

Kg/tal

Kg

83.16

Costo Per-Vol US$/tal

86.40

Ton/tal

ton

388

HA 37

Costo Per-Vol US$/ton

0.22

FP

Kg/ton

0.21

(3.0 m)

Anfosaver

pza

1

Generando cámara de aire en la parte superior e inferior: (Diseño 2)

Diseño de carga

Costo Unitario

φ taladro

pulg

6 3/4

Taco inerte

Hcarga

m

3.00

(2 m)

Taco de aire

m

1.50

Taco inerte

m

2.00

Taco de aire

Heavy Anfo

HA

37

(1.0 m)

Costo Voladura US$/tal

57.40

Kg/m

Kg

27.72

Costo Perforacion US$/tal

32.50

Kg/tal

Kg

83.16

Costo Per-Vol US$/tal

89.90

Ton/tal

ton

388

HA 37

Costo Per-Vol US$/ton

0.23

FP

Kg/ton

0.21

(3.0 m)

Anfosaver

pza

2

Taco de aire

(0.5 m)

28

Fanel dual

US$/pza

4.25

Booster

US$/pza

3.82

Anfosaver

US$/pza

7.00

HA 37

US$/kg

42.33

Informe de Prácticas en Perforación y Voladura

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Generando retención de energía en la parte superior del taladro: (Diseño 3) Diseño de carga

Costo Unitario

φ taladro

pulg

6 3/4

Taco inerte

Hcarga

m

3.50

(3.0 m)

3.00

Fanel dual

US$/pza

4.25

Booster

US$/pza

3.82

Connigass

US$/pza

3.00

HA 37

US$/kg

49.38

Taco inerte

m

Heavy Anfo

HA

37

Costo Voladura US$/tal

60.45

Kg/m

Kg

27.72

Costo Perforacion US$/tal

32.50

Kg/tal

Kg

97.00

Costo Per-Vol US$/tal

92.95

Ton/tal

ton

388

HA 37

Costo Per-Vol US$/ton

0.24

FP

Kg/ton

0.25

(3.5 m)

Retenedor de energia

pza

1

Generando cámaras de aire y reteniendo la energía: (Diseño 4) Costo Unitario Diseño de carga

Connigass

US$/pza

3.00

Fanel dual

US$/pza

4.25

Booster

US$/pza

3.82

Anfosaver

US$/pza

3.50

HA 37

US$/kg

42.33

φ taladro

pulg

6 3/4

Taco inerte

Hcarga

m

3.00

(2 m)

Taco de aire

m

1.50

Taco inerte

m

2.00

Taco de aire

Heavy Anfo

HA

37

(1.5 m)

Costo Voladura US$/tal

56.90

Kg/m

Kg

27.72

Costo Perforacion US$/tal

32.50

Kg/tal

Kg

83.16

Costo Per-Vol US$/tal

89.40

Ton/tal

ton

388

HA 37

Costo Per-Vol US$/ton

0.23

FP

Kg/ton

0.21

(3.0 m)

Anfosaver

pza

1

Retenedor de energia

pza

1

Descripcion Ahorro/taladro Ahorro/mes (5,000 tal) Ahorro/año (60,000 tal)

US$ US$ US$

Diseño 1 10.61 53,050 636,600

Diseño 2 Diseño 3 7.11 4.06 35,550 20,300 426,600 243,600

Diseño 4 7.61 38,050 456,600

Prom 7.35 36,738 440,850

Beneficios de usar estos dispositivos: 

    

Como se puede apreciar en el cuadro, se ahorra un promedio por taladro de 7.35 dólares; ahorro mensual considerando 5,000 taladros perforados de 36,378 dólares y ahorro anual considerando 60,000 taladros por año de 440,850 dólares. Inicialmente para zonas duras no es aplicable, está sujeto a las pruebas. Para zonas fracturadas no aplica el retenedor de energía; mas si las cámaras de aire. Se permitirá controlar más la dilución en las voladuras. El beneficio ambiental acerca del uso de cámaras de aire y retenedores de energía es grande ya que permite controlar más las voladuras. Tan solo en bajar la carga en 30 cm para un HA 30/70 se estaría pagando la unidad de uno de los accesorios sea retenedores o cámaras de aire.

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Informe de Prácticas en Perforación y Voladura

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

 











La Perforación y Voladura son actividades estrechamente ligadas y críticas en el caso de Minera La Zanja, un buen diseño y control de ambas puede influir positivamente tanto en el proceso de obtención de oro, como en la mitigación de impactos ambientales y sociales producto de las operaciones El costo unitario de la perforación es de 0.08 US$/ton y de la voladura es 0.20 US$/ton, totalizando un costo unitario de 0.28 US$/ton en ambas operaciones. Se distinguen dos tipos de taladros en la perforación, los centrales y los de la cresta, los que demandan más tiempo son los de la cresta por la dificultad al posicionar el equipo y la dificultad de perforar por la presencia de fracturas, pero el tiempo promedio registrado para la perforación de los taladros es de 12.09 min/tal, con una velocidad de penetración de 51.34 m/hr y una velocidad de perforación de 37.5 m/hr. La perforación específica es de 0.017 m/ton y el TDC calculado es de 4.48 US$/m. Las voladuras se diseñan formando una cara libre al interior del tajo, para posteriormente hacer otra voladura con la cara libre formada, de modo que se evite la proyección de fly rocks a los bosques en la parte baja del tajo. La concentración lineal de carga es de 29 Kg/m y el Factor de potencia calculado es de 0.31 Kg/ton. Se debe contar con un departamento geomecánico que se encargue de hacer una zonificación de la calidad del macizo rocoso, para optimizar los diseños de voladura en función del tipo de roca que se esté perforando y así minimizar los costos. Se debe mejorar el modelo de bloques de recursos que se tiene, para conocer con mayor precisión las zonas de mineral y desmonte y hacer los diseños de las voladuras en función al material que se va a disparar, ya que se observó que gran cantidad del material que va al depósito de desmonte tiene una fragmentación muy buena, lo cual no es necesario. Se podría ampliar las mallas de perforación en caso de desmonte y así minimizar los costos. Se debe disminuir el espaciamiento en los taladros de recorte a 3 metros si es posible, ya que se observa gran cantidad de taludes con un ángulo por encima de los 70°, cuando el ángulo de diseño indica 65°. Incluso se debe optar por hacer precorte en vez de recorte; el costo al inicio puede ser un poco elevado, pero en el largo plazo se justificará la inversión, ya que un posible colapso en el futuro traerá consigo mayores pérdidas materiales e incluso accidentes fatales. Se recomienda el uso de fulminantes electrónicos por las siguientes razones: o Disminución de las vibraciones producto de la voladura o Disminución de fly rocks que afecten a los bosques en la zona baja del Tajo San Pedro Sur o Mejoramiento de la fragmentación o Mayor recuperación de oro como consecuencia de la mejor fragmentación o Mejoras en la seguridad, debido a la disminución del riesgo en la tarea de “chispeo”

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Informe de Prácticas en Perforación y Voladura

BIBLIOGRAFÍA

Manual de Perforación y Voladura de Rocas Carlos López Jimeno, Emilio López Jimeno, Pilar García Bermúdez

Manual de Voladura EXSA EXSA SA

Manual de Tronadura ENAEX ENAEX SA

Manual de Operación de Perforadora SKF – 11 BUCYRUS

Manual de Operación de Perforadora PANTERA 1500 TAMROCK

Perforación y Voladura en Yanacocha Exposición del Ing. Martín Mendoza en la Escuela de Ing. de Minas – UNMSM

Protocolos de Voladura Minera La Zanja – Compañía de Minas Buenaventura SAA

Apuntes de los cursos de Equipo Minero y Fragmentación de Rocas Escuela de Ing. de Minas - UNMSM

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