PERFORACIÓN EN MINERÍA SUBTERRÁNEA

PERFORACIÓN EN MINERIA SUBTERRANEA Expositor : Ing. Daniel Arcos Valverde Arequipa, Junio del 2007

PERFORACIÓN La perforación es la primera operación en la preparación de una voladura. Su propósito es abrir en la roca huecos cilíndricos denominados taladros y están destinados a alojar al explosivo y sus accesorios iniciadores. El principio de la perforación se basa en el efecto mecánico de percusión y rotación, cuya acción de golpe y fricción producen el astillamiento y trituración de la roca.

FUENTES DE ONDA AÉREA EN LAS VOLADURAS

ESQUEMAS DE DIACLASADO

ESQUEMAS DE DIACLASADO

ANFO (∅ = 45 mm) Exadit (∅ = 22 mm)

1m Emulsión (∅ = 22 mm)

Semexsa 80 (∅ = 22 mm)

Para un taladro de ∅ = 45 mm

CONDICIONES DE PERFORACIÓN Para conseguir una voladura eficiente la perforación es muy importante así como la selección del explosivo, este trabajo debe efectuarse con buen criterio y cuidado. La calidad de los taladros que se perforan están determinados por cuatro condiciones: diámetro, longitud, rectitud y estabilidad.

VOLADURAS EN RAMPAS Y DESARROLLOS MINEROS Son voladuras con una sola cara libre y que requieren la creación de una segunda cara libre, esta es lograda mediante la apertura del arranque (Corte), luego se transforma en una voladuras de banco anular.

GENERALIDADES Condiciones básicas para frentes: • Cara libre o Alivio (relief).

voladuras

en

• Trazo de perforación y alineamiento de los taladros (alignment). • Carga explosiva (charge). • Secuencia de salidas (timming).

DESARROLLO DEL BANCO ANULAR 3 2

4

1

5

3 4

2

5

1

1

2

3

4

5

NOMENCLATURA DE TÚNEL CONTORNO NÚCLEO

c b a

TÚNEL SIMPLE

CORTE O ARRANQUE

c

c b

b a

B

a

BANCO

PISO DEL TÚNEL (CRESTA DEL BANCO)

B

TÚNEL EN DOS ETAPAS

CICLO BÁSICO DE EXCAVACIÓN El ciclo básico de una excavación comprende la perforación y voladura. La secuencia es la siguiente: • • • • •

•

Perforación de taladros. Cebado y carga de explosivo. Amarre del sistema de iniciación. Disparo. Evacuación de humos,ventilación,desatado, control de estabilidad para la evaluación del material volado. Evacuación del material volado.

PARTES DEL FRENTE Para efectos de voladura el frente de pequeña a mediana envergadura se divide en tres áreas: 1. Corte o arranque. 2. Núcleo o destroza. 3. Corona o contorno. Secuencia de rotura que sigue el disparo: Corte

Núcleo

Contorno

CORTES O ARRANQUES El principio de la voladura en frentes reside en crear una cavidad inicial, denominada corte, cuele o arranque, esta cavidad sirve para crear una segunda cara libre de gran superficie que facilitara la rotura del resto de la sección. Los taladros del núcleo y de la periferie trabajan rompiendo la roca con dirección hacia dicha cavidad.

CORTES O ARRANQUES La función del arranque es formar la primera cavidad en el frente cerrado de una rampa, creando así una segunda cara libre para la salida de los demás taladros, transformandose en un “banco anular”. El arranque requiere en promedio 1.3 veces mas de carga por taladro para desplazar el material triturado.

MÉTODOS DE CORTE Los tipos de trazos de perforación para formar una nueva cara libre ó cavidad de corte, son dos: 1. Cortes con taladros en ángulo o cortes en diagonal. 2. Cortes con taladros en paralelo.

CORTES EN DIAGONAL El corte en diagonal consiste en perforar taladros de forma angular con respecto al frente, lo que permite que la roca se rompa y despegue en forma diagonal, con un “descostre sucesivo” hasta el fondo del disparo. Los taladros deben ser perforados en forma escalonada, uno tras otro conforme lo permita el ancho del túnel(Método poco usado).

CORTES EN DIAGONAL Estos cortes pueden clasificarse en tres grupos: 1. Corte en cuña de ejecución vertical (wedge cut), corte en cuña de ejecución horizontal (“v” o “w”) y corte piramidal. En los tres casos los taladros son convergentes hacia un eje o hacia un punto al fondo de la galería a perforar.

CORTE EN DIAGONAL 2. Cortes en abanico (fan cut) con diferentes variantes. En este caso los taladros son divergentes respecto al fondo de la galería. 3. Cortes combinados de cuña y abanico o paralelo y abanico.

CORTE EN CUÑA O EN “V” (WEDGE CUT)

A

60°

A

A´

A´

CORTE EN PIRAMIDE O DIAMANTE (CENTRE CUT)

A

A

A ´

A´

CORTE EN CUÑA DE ARRASTRE (DRAG O DRAW CUT)

A

A

A´

A´

CORTE EN PARALELO Los taladros son perforados paralelamente y los Jumbos son los equipos mas adecuados por que cuentan con brazos articulados en forma de pantógrafo que facilitan el alineamiento y dan precisión en la ubicación de los taladros en el frente de voladura.

TIPOS DE CORTES PARALELOS Los tipos paralelos:

de

cortes

usando

taladros

• Corte quemado. • Corte cilíndrico con taladros de alivio. • Corte escalonado horizontales.

por

tajadas

Presenta diferentes variantes de acuerdo a la roca y la experiencia.

CORTE EN PARALELO A

A

A´

A´

EJEMPLOS DE CORTE QUEMADO

a

b

c

d

EJEMPLOS PARA LIMITAR EL EFECTO DE SIMPATIA ENTRE LOS TALADROS

a

b

c

TRAZOS DE ARRANQUE PARA TÚNELES

LEYENDA TALADRO CARGADO TALADRO DE ALIVIO

TRAZOS DE ARRANQUE PARA TÚNELES II

LEYENDA TALADRO CARGADO TALADRO DE ALIVIO

ARRANQUE PARA FRENTE

ARRANQUES EN CONVENCIONAL

DISTANCIA ESTIMADA DEL ALIVIO AL PRIMER TALADRO DE ARRANQUE

B

B = 1,5 a 1,7 φ Donde φ es el diámetro mayor

ESQUEMA GEOMÉTRICO GENERAL DE UN CORTE DE CUATRO SECCIONES CON TALADROS PARALELOS B4

D1

B3

B1

D2

B3 B2

SECCION DEL CORTE VALOR DEL BURDEN LADO DE LA SECCION PRIMERA

B1 = 1,5 * D1

B1 * 2

SEGUNDA

B2 = B1 * 2

1,5 * B2 * 2

TERCERA

B3= 1,5 * B2 * 2

1,5 * B3 * 2

CUARTA

B4 = 1,5 * B3 * 2

1,5 * B4*

2

Notas importantes:

• La única superficie libre en voladura de túneles, piques o chimeneas viene a ser el frente de ataque. Considerar que la rotura de la roca se realiza en condiciones de gran confinamiento. • Cuanto más pequeña sea la sección del frente a disparar, se requerirá mayor carga especifica de explosivo por metro cúbico a romper . • El burden y espaciamiento son cortos, especialmente en el área del arranque.

DISTANCIA ENTRE TALADROS Normalmente varían: arranque de 15 a 30 cm , ayudas de 60 a 90 cm y en los cuadradores de 50 a 70 cm. Como regla práctica se estima una distancia de 2 pies (60 cm) por cada pulgada del diámetro de la broca. Los taladros periféricos (alzas y cuadradores) se deben perforar a unos 20 a 30 cm del límite de las paredes del túnel, para facilitar la perforación y para evitar la sobre rotura, en voladura normal.

En los taladros paralelos, es necesario perforar los del techo y piso con cierto ángulo. Si estos ángulos se exageran los resultados serán negativos por sobrerotura.

ERRORES PERFORACIÓN • HUECO DE ALIVIO DE DIÁMETRO MUY PEQUEÑO

• DESVIACIONES EN EL PARALELISMO AVANCE

ERRORES PERFORACIÓN • ESPACIAMIENTOS IRREGULARES ENTRE TALADROS

• IRREGULAR LONGITUD DE LOS TALADROS AVANCE

ERRORES PERFORACIÓN • INTERSECCION ENTRE TALADROS AVANCE SOBRECARGA

SIN CARGA • SOBRECARGA (EXCESIVA DENSIDAD DE CARGA) SOBRECARGA

GALERÍAS: APERTURAS EN DOS ETAPAS

1 2

2

CORTE PARALELO

1

BANCO

LA MALLA DEL FONDO DEBE DE SER IGUAL A LA MALLA DEL FRENTE

LABORES DE MINA • BREASTING: CON TALADROS SOBRE CABEZA HORIZONTALES

TAJEOS DE MINA • CON TALADROS SOBRE CABEZA VERTICALES

TAJEOS DE MINA • CON TALADROS SOBRE CABEZA INCLINADOS

TEMPORIZACIÓN: EFECTOS DE LA SALIDA SECUENCIAL ARRANQUE PARALELO

14

15 7

4

16 6

10

11 2

FRENTE

3 1 5

12 8

13 9

17

18

19

14 15 y 16 4

CORTE LONGITUDINAL

10 y 11 1 2y3 1 12 y 13 5 8 y 9 17

SALIDA DE ARRANQUE

TEMPORIZACIÓN: EFECTOS DE LA SALIDA SECUENCIAL ARRANQUE ANGULAR

10

11 6

FRENTE

13 17

7

4

2

3

1

9

19

12

5 15

8 16

14 18 20

10 11 y 12 4, 6 y 7

CORTE LONGITUDINAL

1 1 5, 8, 9, 17 y 18 15, 16, 19 y 20

SALIDA DEL ARRANQUE

DIFERENCIA ENTRE EL USO DEL TACO

Taco Inerte (Detritus) Efecto Mecánico: Una adecuada longitud de taco, desplazamiento o salida de los gases.

genera

CARGA EXPLOSIVA

Al utilizar los detritus como taco inerte podemos aprovechar la forma irregular que tienen, para distribuir las fuerzas horizontales, provenientes de la detonación; en fuerzas verticales e inclinadas, produciendo así que dichas fuerzas hagan presión sobre las paredes del taladro. Generando resistencia a la salida de los gases y como consecuencia aumentar la energía de impacto sobre la roca

||

mayor

oposición

al

Recomendaciones:

1. Siempre perfore los taladros según un esquema estimado. 2. Un taladro demasiado profundo deteriora la roca y uno demasiado corto deja que parte de la roca no se fracture. Así, las condiciones desmejoran para la siguiente ronda disminuyendo el avance por disparo como resultado final.

Recomendaciones:

3. Calcule siempre las cargas en relación con el máximo burden y con cierto margen de seguridad. 4. Seleccione el tiempo de retardo de manera que se obtenga suficiente tiempo para que la roca se desplace. Los dos primeros taladros son los más importantes.

RECOMENDACIONES PARA FRENTES

9Control del gradiente.

punto

de

dirección

y

9Delimitación del contorno de la labor. 9Pintando la malla de Perforación. 9Control del paralelismo de los taladros. 9 Longitud uniforme de la perforación. 9 Uso de brocas rimadoras. 9 Secuencia de perforación en el arranque: - Primero los taladros de alivio - Después los taladros del arranque.