PROYECTO DE INVESTIGACION

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

INFLUENCIA DE LOS RETARDOS NO ELÉCTRICOS EN LA FRAGMENTACIÓN DE BANCOS DE ROCA DEL PIT LA QUINUA DE MINERA YANACOCHA S.I.R.L

PROYECTO DE TESIS

AUTORES: Herrera Hernández Manuel Rengifo Espejo Denis Varas Díaz Willian

ASESOR : M.Sc. Eusebio Antonio Araujo

TRUJILLO-PERÚ 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

INFLUENCIA DE LOS RETARDOS NO ELÉCTRICOS EN LA FRAGMENTACIÓN DE BANCOS DE ROCA DEL PIT LA QUINUA DE MINERA YANACOCHA S.I.R.L

PROYECTO DE TESIS

AUTORES :

Herrera Hernández Manuel Rengifo Espejo Denis Varas Díaz Willian

ASESOR

: M.Sc. Eusebio Antonio Araujo

TRUJILLO-PERÚ

2012 PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

I. GENERALIDADES

1.

Título “Influencia de los retardos no eléctricos en la fragmentación de bancos de roca del pit la quinua de minera Yanacocha S.I.R.L.”.

2.

Personal investigador

2.1. Autores : Herrera Hernández manuel. Varas Díaz Willian. 2.2. Asesor

: M.Sc Eusebio Antonio Araujo.

2.3. Auxiliar : Ing. Romel Villanueva Luján.

3.

Tipo de investigación

3.1. De acuerdo al fin de la investigación

: Basica.

3.2. De acuerdo a la técnica de contrastación

: Experimental.

4.

Régimen de Investigación

: Libre.

5.

Localidad e institución donde se desarrollará el proyecto

5.1. Localidad : Cajamarca. 5.2. Institución: Minera Yanacocha S.R.L.

6.

Duración total del proyecto: Ocho meses.

7.

Cronograma de actividades Actividad

Fecha de inicio

Fecha de término

Toma de datos

10/05/12

09/08/12

Tratamiento de datos

10/08/12

12/11/12

Elaboración del informe

13/11/12

13/12/12

8.

Duración total del Proyecto

: ocho meses.

Horas semanales dedicadas

: 12 horas.

Fechas probables de inicio y culminación

8.1. Fecha de inicio

: 10 de Mayo del 2012.

8.2. Fecha de culminación

: 13 de Diciembre del 2012.

9.

Recursos Partida

Descripción

UM

Cantidad

3102300020

ANFO

Kg

3000

3102300020

Fulminante # 08

UN

100

3102300020

Cordón detonante

m

1500

3102300020

Fanel con retardo no eléctrico

m

1000

3102300020

Booster

Kg

400

8467210000

Equipo de perforación

UN

01

8207192100

Barras de perforación

UN

60

8207192100

Brocas

UN

80

8467210000

Anfoloader

UN

01

----------------

Autores del proyecto

-

02

----------------

Ingeniero de minas del Área de Perforación y Voladura

-

01

----------------

Profesor asesor

-

01

9403300000

Sillas

UN

02

8443310000

PC

UN

01

9403300000

Escritorio

UN

01

8471601000

Impresora

UN

01

4810390000

Papel Bond A4

millar

1

4810390000

Papel Bond A3

millar

0,5

9608101000

Lapiceros

UN

5

9609100000

Lápices

UN

03

4016920000

Borradores

UN

02

3824909600

Corrector

UN

02

8517692000

Teléfono

-

-

2716000000

Energía Eléctrica

-

-

8517692000

Internet

-

-

4901100000

Impresiones

-

400

4901100000

Encuadernaciones

-

10

4901100000

Anillados

-

05

4901100000

Fotocopias

-

450

10. Costos por financiar Precio Partida

Descripción

UM

Costo Cantidad

unitario

parcial (S/.)

4810390000

Papel Bond A4

millar

14,00

1

14,00

4810390000

Papel Bond A3

millar

21,00

1

21,00

9608101000

Lapiceros

UN

1,50

5

7,50

9609100000

Lápices

UN

1,00

03

5,00

4016920000

Borradores

UN

0,50

06

3,00

3824909600

Corrector

UN

3,00

05

15,00

8517692000

Teléfono

-

300,00

-

300,00

2716000000

Energía Eléctrica

-

300,00

-

300,00

8517692000

Internet

-

500,00

-

500,00

4901100000

Impresiones

-

0,10

500

50,00

4901100000

Encuadernaciones

-

7,00

10

70,00

4901100000

Anillados

-

3,00

05

15,00

4901100000

Fotocopias

-

0,10

400

40,00

Costo Total

S/. 1340,50

11. Fuente de financiamiento El proyecto será financiado por recursos propios.

II. PLAN DE INVESTIGACIÓN 1. Antecedentes y justificación del problema 1.1. Realidad problemática El presente proyecto de investigación está orientado al estudio del proceso de voladura de un yacimiento de minerales oxidados de oro y plata de explotación superficial en la empresa minera Yanacocha S.R.L. ubicada en la provincia y departamento de Cajamarca a 800 km al noreste de la ciudad de Lima, Perú. Su zona de operaciones está a 45 km del distrito de Cajamarca, entre los 3500 y 4100 m.s.n.m. En el proceso de voladura en el pit la Quinua de la empresa minera Yanacocha encontramos los siguientes componentes: parámetros del macizo rocoso y su geología estructural, plan de minado, perforación, mano de obra y equipos que se usarán en esta operación. En el proceso de voladura se identifican las siguientes fases importantes como la perforación de taladros, el carguío de cebo y columna explosiva, amarre para la secuencia de salida y chispeo para iniciar la detonación, el correcto desarrollo de cada una de estas fases aseguran la fragmentación adecuada, desplazamiento óptimo para limpieza, mínimo efecto de vibraciones y proyecciones. De las indagaciones y observaciones efectuadas, la voladura esta directamente ligada a la perforación, porque es en ésta donde se determina la malla de perforación que comprende el modelo matemático de diseño (burden, espaciamiento, sobre perforación, longitud de taco, longitud de columna explosiva, tipo de corte, etc.). En el carguío de los taladros se puede distinguir tres subprocesos importantes como la elección del cebo, tipo de explosivos y material inerte para el taco. En el pit la

Quinua el cebo es dinamita con fulminante número 8, se hace uso de una única columna explosiva compuesta por ANFO, para el taco se usa los detritos provenientes de material volado sobre desmonte. En el proceso de amarre en el pit la Quinua se usan manguera fanel, cordón detonante, retardos no eléctricos y mecha de seguridad para el amarre que establece la secuencia de salida de los taladros, generación de caras libres, control de sobre excavación y vibraciones. En lo concerniente al chispeo y disparo de bancos consiste en el encendido de la mecha de seguridad para el inicio de la detonación, este proceso se desarrolla con reglas estrictas de seguridad establecidas internamente en minera Yanacocha. En el pit la Quinua se presentan problemas con la regularización de la fragmentación del mineral obtenido por voladura, ocasionando mayores costos operacionales en el acarreo, transporte y tratamiento metalúrgico del mineral. 1.2. Antecedentes De la revisión bibliográfica a continuación se presenta los principales resultados obtenidos en anteriores investigaciones referidas al proceso de voladura en minería. Araya (2010), en su trabajo, a través del modelo de predicción de Kuz Ram se determinó la malla de perforación y voladura óptima, para obtener una fragmentación adecuada para una trituradora móvil de mandíbula, en esta investigación se explica de una manera concreta como utilizar este modelo predictivo para una cantera de granito y muestra los rendimientos en distintos casos. Se realizó un monitoreo a los patrones de perforación y voladura con el objeto de recopilar la información necesaria en cada uno de los procesos y factores involucrados, para la perforación; medición de retiro, espaciamiento, longitud de perforación, diámetro de perforación, y para la voladura; proporciones de carga,

distribución de carga, longitud de taco, esto lo hizo con la finalidad de tener una referencia de lo que se está utilizando para así diseñar un nuevo patrón que contemplo todos estos parámetros teórico-técnicos (Barrios, 2008). En 2005, Arnaudes propuso optimizar los patrones de perforación y voladura que se utilizaban en la Mina Paso Diablo, mediante la realización de ensayos geomecánicos. De esta manera se calculó la cantidad de explosivo que se necesitaba en cada bloque litológico que comprende el material estéril, para poder ser fragmentado satisfactoriamente. Una vez obtenido el factor de carga mediante el uso de

la

programación lineal, calculó cada una de las variables que intervienen en el proceso de voladura, como el retiro, el espaciamiento, el cuello del barreno, la sobreperforación y la cantidad de explosivo. Castillo (2002), concluyó en su investigación que la implantación que el software Drill & Blast de MINCOM no afecta la productividad, ni la disponibilidad física de los equipos de perforación. En cambio identifico que

los valores de

disponibilidad mecánica y utilización de la disponibilidad física aumentan 1,55% y 4,66% de los valores promedio diario de los datos de control. Se implementó nuevos patrones de perforación y voladura que permitieron la introducción de relaciones de carga explosiva ANFO por el orden de los 80/20 para las labores en banco Obtuvo un aumento de la producción en las labores pasando de 13 ton/disparo a 15 ton/disparo. De esta manera mejoró los avances de 80% a 94%. De igual forma, los costos del área de perforación y voladura se disminuyeron de 20 $/ton a 18 $/ton en la segunda etapa del estudio y de 18 $/ton a 10 $/ton en la tercera etapa, significando una reducción por el orden del 50% con respecto a las condiciones iniciales del estudio (Cediel, 2001).

En 1999, Galindo investigó la factibilidad de implementar un nuevo método de voladuras de rocas, como lo es la voladura controlada con retardos no eléctricos a través de bancos de oro, en la Mina Paso Diablo, sector Baqueta, perteneciente a la empresa Guasare S.A., y ubicada en el Distrito Mara, Estado Zulia. Venegas (1999), centró su investigación en la búsqueda y aplicación de una metodología de explotación que involucra el diseño y aplicación de técnicas de perforación y voladura de rocas, para optimizar y aumentar la producción reduciendo los altos costos generados actualmente en la mina La Camorra.

2. Enunciado del problema ¿Cómo influye el tiempo de los retardos no eléctricos en la fragmentación de bancos de roca del pit la Quinua de minera Yanacocha S.I.R.L.?

2.1. Justificación del problema El estudio de nuestro proyecto se justifica desde el punto de vista económico y técnico, pues se optó por buscar una nueva alternativa con respecto al uso de detonadores y la asignación adecuada de tiempos de retardo que se ajusten a la realidad de minera Yanacocha, que nos permita uniformizar la fragmentación y disminuir la vibración en el macizo rocoso trayendo como consecuencia el aumento de la productividad.

3. Objetivos 3.1. General Determinar la influencia del tiempo de los retardos no eléctricos en la fragmentación de bancos de roca, con la finalidad de minimizar los costos de operación. 3.2. Específicos - Determinar el tiempo adecuado de retardo no eléctrico por cada taladro de una fila de la malla de perforación. - Determinar el intervalo de tiempo de detonación entre filas de taladros. El presente trabajo de investigación se realizará durante el tercer trimestre del año 2012. Lo ensayos se realizarán en el pit la Quinua en minera Yanacocha S.I.R.L.

4. Marco teórico De la revisión bibliográfica revisada sobre fragmentación de bancos de roca por proceso de voladura, encontramos el modelo de predicción de la fragmentación de Kuz Ram, que establece que uno de los parámetros más importantes de conocer y quizás el más cuestionado en lo referente a las variables para obtener una buena estimación de la fragmentación, es el tamaño medio de fragmentación X50. Según distintos autores, este valor debe dar cuenta tanto de parámetros de diseño de voladura, como de roca y del explosivo utilizado. Una de las metodologías más utilizadas que permiten su determinación es la ecuación de Kuznetsov. La ecuación propuesta por Kuznetsov, es quizás la más conocida por

pertenecer al modelo predictivo más utilizado (modelo de Kuz – Ram), esta ecuación está dada por:

… Ecuación 5

… Ecuación 6 Donde: X50 = Tamaño medio de los fragmentos de Voladura. (cm) A = factor de roca. Vo= Volumen de roca fragmentada por pozo. (m3) Q = Cantidad de TNT equivalente a la carga de explosivo por pozo. Qe = Kilos de explosivo por pozo. E = Potencia relativa en peso referida al Anfo. La ecuación 5hace uso de la masa de TNT equivalente en energía a la carga de cada taladro, después de algunos ajustes a esta ecuación donde se reemplaza los kilos de TNT a kilos de Anfo mediante el uso de la potencia relativa en peso, se obtiene la ecuación 6. Observaciones a Considerar en el X50:  El termino (V0/Q) representa el inverso del factor carga Fc; por tanto a medida que el factor de carga aumenta, el tamaño medio de la fragmentación disminuye.

 La ecuación también se ve influenciada por los kilos de explosivo por pozo, asociado al 78 diámetro de perforación, de la expresión se observa que el tamaño medio es directamente proporcional al diámetro de perforación.

Otra metodología que permite la determinación de la fragmentación adecuada es la ecuación de Larsson, propuesta en 1973, utiliza al igual que la de Kuznetsov parámetros de diseño de

voladura, propiedades del explosivo, así como las

características del macizo rocoso se muestra en la ecuación 7

… Ecuación 7

Donde: B: Retiro (m) E/B: Razón Espaciamiento / Retiro. CE: Consumo Específico de Explosivo (kg/m3). c: Constante de roca. Equivale al consumo específico de explosivo gelatinoso necesario para fragmentar la roca, normalmente, varía entre 0.3 y 0.5 kg/ m3. S: constante

de

Volabilidad (es

un

factor

heterogeneidad y discontinuidades del macizo rocoso. Para el parámetro S, depende de las discontinuidades Roca muy fisurada y diaclasas muy próximas S = 0.60 Roca Diaclasa S = 0.55

que

considera

la

Roca normal con algunas grietas S = 0.50 Roca relativamente homogénea S = 0.45 Roca homogénea S = 0.4

Se han realizado varios estudios para la optimización del proceso de voladura, uno de los avances tecnológicos en minería que cada día adquiere más relevancia y más presencia lo constituyen los detonadores de retardo no eléctricos, especialmente por las presiones de diversa índole que actualmente enfrenta la industria minera, si bien el uso de estos sistemas implica un mayor costo y un cuidado especial, su inversión genera beneficios.

Para definir los tiempos de retardo a utilizar con detonadores no eléctricos se considero un tiempo que asegure que los taladros no se acoplen y no generen un aumento en la amplitud de la velocidad de partícula que genera un daño al remanente. En la figura 1 podemos apreciar la amplitud más reducida y con mayor frecuencia, esto quiere decir que el golpe de la detonación es con menor velocidad pero son más frecuentes ya que a eso se debe la buena fragmentación.

Figura 1. Gráfico de vibración con retardos no eléctricos. Fuente: Manual práctico de voladura Exsa S.A. (2006)

En los detonadores no eléctricos tiene una frecuencia dominante menos agrupada con tendencias a frecuencias altas en torno a los 530 Hz como se observa en la figura 2, esta diferencia de frecuencia es relevante cuando estamos cautelando el daño por frecuencias a inestabilidades más lejanos al evento.

Figura 2. Gráfico de frecuencia de detonadores no eléctricos Fuente: Manual práctico de voladura Exsa S.A. (2006) Banco de roca, es el módulo comprendido entre dos niveles que constituyen la unidad que se explota de estéril o mineral, y que es objeto de excavación desde un punto del espacio hasta una posición final preestablecida, en tajo abierto, explotados con avances de los bancos superiores sobre inferiores. El banco de roca para el presente proyecto está representado por la unidad de explotación de dimensiones 20 x 50 metros de sección y una altura de 15 metros. El intervalo de tiempo de un detonador no eléctrico, es el tiempo que trascurre entre la iniciación de un detonador de esta naturaleza en un taladro con respecto al siguiente taladro. El tiempo es medido en milisegundos (ms). Dicho intervalo de tiempo determinará la secuencia de salida de los taladros en una voladura. El intervalo de tiempos de los detonadores no eléctricos va a estar dado por los tiempos de iniciación de los detonadores de cada fila de taladros, en una malla de

perforación cuadrada en bancos de roca de calidad regular, con minerales oxidados; utilizando como agente explosivo el ANFO; en el pit la Quinua de minera Yanacocha. Fragmentación, es un término utilizado en la minería para describir al material resultante producto de la voladura, el cual debe cumplir un determinado diámetro promedio para considerarse óptimo en el proceso de carguío y su posterior tratamiento metalúrgico. La fragmentación es el resultado final de la voladura, el cual sirve como parámetro principal para medir la eficiencia de este proceso, tendrá que poseer una granulometría aceptable, la cual debe estar en un rango de 3 a 4 pulgadas de diámetro en promedio. La selección del tiempo de iniciación adecuado es importante. La primera situación es donde los taladros dentro de una fila son disparados instantáneamente o simultáneamente, esta

iniciación simultánea a lo largo de la fila requiere de un

espaciamiento mayor, y por lo tanto ya que los taladros se encuentran más alejados, el costo por metro cubico o por tonelada del material extraído se ve reducido. Las desventajas de tener iniciación simultánea a lo largo de la fila, son los problemas que surgirán relacionadas con la vibración del terreno debido a que hay muchos taladros detonando al mismo tiempo. Aunque se producen más metros cúbicos con la iniciación instantánea, la fragmentación será más gruesa que la obtenida con los retardos de tiempos adecuados y espaciamientos más cortos. Al final este resultado se verá reflejado en la elevación de costos en la planta metalúrgica. La iniciación retardada a la largo de la fila reduce la vibración del terreno y produce una fragmentación más fina (3-4 pulgadas de diámetro promedio) a un costo

mayor. Estos costos estarían compensados por la mayor recuperación de los metales durante los procesos metalúrgicos. Teniendo en cuenta estos conceptos, generamos el modelo grafico relacionando los intervalos de tiempo de los retardos no eléctricos y el grado de fragmentación

grado de fragmentación(in)

INTERVALOS DE TIEMPO DEL DETONADOR NO ELECTRICO VS. FRAGMENTACION

intervalos de tiempo(ms) Figura 3. Gráfica de tendencia de la fragmentación vs tiempos de iniciación.

De la figura 3 se puede deducir que: La iniciación de filas de taladros simultánea genera una menor fragmentación a la requerida, debido al fenómeno de superposición y acople de ondas expansivas generadas por la energía liberada de cada uno de los taladros ocasionando una fuerte fragmentación, mayor vibración y proyección de partículas.

Los intervalos de tiempo corto entre taladros de una fila de la malla genera una fragmentación tiende a la adecuada, esto se explica debido a que la asignación correcta de tiempo de retardo por filas genera que las ondas expansivas antes mencionadas se superpongan en cantidades adecuadas para la fragmentación requerida. Intervalos de tiempos largos entre taladros de una fila de la malla genera una fragmentación inadecuada sustentado por la poca o ausencia del fenómeno de superposición debido a intervalos de tiempo de retardo asignados largos, la energía no será aprovechada para la fragmentación. 5. Hipótesis

A medida que el tiempo de los retardos no eléctricos aumenta, el grado de fragmentación se incrementa, luego del cual tiende a un valor constante.

6. Materiales y procedimientos 6.1. Material de estudio Población

: La población lo constituyen todas las minas a tajo abierto que extraen materiales oxidados.

Muestra

: La muestra estudiada es el pit la Quinua de minera Yanacocha, ubicada en la provincia y departamento de Cajamarca.

6.2. Método de estudio A. Diseño experimental El diseño experimental del proyecto está dado por una matriz que dependerá de un solo factor que es el el tiempo de retardo de los detonadores no eléctricos en milisegundos. El resultado del experimento va a ser nuestro objeto de estudio para conocer la influencia de este retardo en la fragmentación de bancos de roca.

El diseño de experimentación para un modelo de un solo factor con 4 niveles de tiempo, a estos niveles se le asignara valores 25, 50, 75,100 milisegundos. Para calcular el tamaño de muestra de nuestra variable cuantitativa para una población desconocida.

Donde: N

: tamaño de muestra

Za2 : Nivel de confianza S2 : Varianza de la distribución de la variable cuantitativa que se supone existe en la población. d2

: precisión

Para determinar el nivel de confianza disponemos de la siguiente tabla Tabla 1. Apoyo al cálculo del tamaño de una muestra por niveles de confianza. Certeza

95%

94%

93%

92%

91%

90%

80%

62.27%

50%

Z

1.96

1.88

1.81

1.75

1.69

1.65

1.28

1

0.6745

Z2

3.84

3.53

3.28

3.06

2.86

2.72

1.64

1.00

0.45

El nivel de confianza o seguridad (1-α). El nivel de confianza prefijado da lugar a un coeficiente (Zα). Para una seguridad del 95% = 1.96 Varianza (S2) = 32.2%2 Precisión (d2) = 0.6% Entonces: Por lo tanto el número de réplicas por cada nivel serán 90, teniendo un número total de muestras de 360.

Tabla 2. Distribución de los niveles y observaciones del diseño de investigación. Réplicas

Tiempo de retardo entre filas de taladros (ms)

1

25

2

50

3

75

4

100

1

2

…

89

90

y11

y12

…

y189

y190

y21

y22

…

y289

y290

y31

y32

…

y389

y390

y41

y42

…

y489

y490

N= 4x90=360

Instrumentos Para medir los tiempos asignados por filas de taladros se hará uso de un sistema de fibras ópticas y cronex DIAC SA, con precisión de un microsegundo. Para medir la fragmentación obtenida después de cada disparo experimental se utilizará un calibrador de goma de diámetro cinco pulgadas. Para medir burden y espaciamiento se utilizará un medidor de distancias MD-50, precisión dos milímetros, rango de medidas 0,4-18 m.

Para medir la concentración de la carga explosiva por taladro se hace uso de anfoloader, que contiene una balanza analítica de precisión un miligramo.

B. Procedimiento Experimental Se describe a continuación la secuencia que se realizara durante la ejecución del presente proyecto de investigación, la cual es tal como sigue:  Selección de bancos de roca del pit la quinua para la experimentación.  Selección de equipos de perforación LHD- Atlas Copco 12HG y accesorios de perforación (barras de 5pulgadas, brocas rimadoras).  Selección de equipo de cargado de ANFO (anfoloader Tamrock-JHK).  Selección de explosivo ANFO y accesorios de voladura (fanel, cordón detonante, booster, mecha de seguridad y retardos no eléctricos).  Perforación de taladros según malla de perforación establecida.  Cargado de cebo y columna explosiva de todos los taladros.  Asignación de tiempo de retardo por filas de taladros usando retardos no eléctricos y amarre de todo el frente que será afectado por la voladura.  Instalación de equipo de monitoreo de voladura (tiempo de salida en milisegundos por fila de taladros).  Chispeo e inicio de la detonación.  Comprobación de la fragmentación con el calibrador de goma por sectores así podemos obtener el diámetro de fragmentación promedio.  Se repite este procedimiento cinco veces por tiempo asignado de retardo por filas de taladro.  Rellenar matriz de diseño.  Obtención de datos.

 Tabulación de datos.  Tratamiento de datos.

7. Referencias bibliográficas Araya. (2010). Introducción de modelo matemático de Kuz Ram en minería. 1era edición. Valencia, Editorial Editilde S.L. Barrios, J. (2008). Optimización de la perforación y voladura en minería. 1era edición. Chile, Editorial Planeta Arnaudes, R. (2005). Análisis Geomecánico en perforación y voladura. 3era edición. Venezuela, Editorial ALFA. Castillo, B. (2002). Introducción de software en operaciones de perforación y voladura. 4ta edición. Madrid, Editorial JMP ediciones. Cediel, V. (2001). Técnicas modernas de perforación y voladura. 1era edición. Santiago de Cali, Editorial S.L. Galindo, R. (1999). Influencia de la voladura controlada en la fragmentación de roca de mina Paso Diablo. Venezuela: Tesis. Venegas, H. (1999). Metodología de diseños de voladura. 3era edición. Chile, Editorial Cordillera. Exsa S.A. (2006). Manual práctico de voladura Exsa S.A. 4ta edición. Lima. Edición especial.