Semana 7, Operaciones Unitarias en Minería

OPERACIONES UNITARIAS EN MINERÍA

Carrera: Ingeniería de Ejecución en Minas Docente: Jorge Antonio Villarroel Villalobos

LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS APRENDIZAJES ESPERADOS Identificar las variables operacionales que intervienen en los procesos de perforación y voladura. Calcular los costos de las actividades que forman parte del proceso de perforación y tronadura. Reconoce los problemas en los procesos de perforación y tronadura. Clasificar por criterio económico y de mantenimiento de los equipos a utilizar.

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS Velocidad de rotación y empuje La velocidad de rotación de la boca varía de 50 a 100 r.p.m. p en rocas con dureza de blanda a media y de 15 a 50 r.p.m. para los materiales duros y muy duros. El empuje en los materiales blandos y para barrenos verticales, debe ser bajo, por lo que prácticamente con el propio peso de la tubería es suficiente. En las rocas duras se requieren empujes adicionales q que se aplican p mediante cilindros hidráulicos o cadenas de accionamiento y que varían entre 71.5 a 143 Kg. por mm de diámetro, de acuerdo con la siguiente tabla:

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS TUBOS, BARRAS, ESTABILIZADORES Y CENTRADORES El diámetro del tubo de p perforación está diseñado de acuerdo al diámetro de la boca y al empuje requerido en la perforación, en tanto que el calibre del tubo depende únicamente del diámetro, por ejemplo, para un tubo de 127 a 178 mm de diámetro ((5” a 7”), ) el espesor p o calibre de la p pared será de 12.7 a 19 mm (½” a ¾”). Para un tubo de 273 a 340 mm de diámetro (10 ¾ a 13 3/8”), el espesor de la pared va de 25.4 a 38.1 mm (1” a 1 ½”) y puede llegar, en casos muy especiales, a espesores p 50.8 mm ((2”)) La longitud de la barra de perforación varía de 1,5 m (5’) a 18 m (60’) dependiendo de la cantidad de tubos que se usen en cada barreno y de la altura del mástil de la máquina perforadora. Es normal exigir el diseño de la altura del mástil en función de la altura del banco a perforar para no tener que cambiar o añadir barras durante la perforación de los barrenos de voladura, lo cual siempre supone una importante perdida de tiempo y de problemas de mantenimiento de los mecanismos de cambio de barras. 4

LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS El estabilizador tiene como función, mantener el diámetro del barreno constante, a medida q que la boca va sufriendo desgaste y conseguir una menor desviación de los barrenos. Esta herramienta se acopla entre la tubería y la boca. Tiene una longitud g normalmente de 762 mm (30”) y posee tres rodillos ó aletas con insertos de carburo de tungsteno, que sirve para rimar o rectificar el diámetro del barreno. Existen muchos modelos de estabilizadores que es una pieza esencial para conseguir un buen resultado de la vida de las bocas.

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS El centralizador es un dispositivo que está colocado en la plataforma de la máquina. Tiene forma cilíndrica, con un diámetro interior de 1 mm mayor al diámetro de la barra. barra El centralizador tiene las siguientes características:  Aumenta la velocidad de penetración.  Incrementa la potencia aprovechable en la boca, eliminando el arrastre entre la tubería y los cojinetes  Incrementa la velocidad en revoluciones por minuto (r.p.m.).  Proporciona una mayor presión de empuje.  Proporciona estabilidad de nivelación a la plataforma de la máquina.  Incrementa la vida útil de la tubería.  Reduce las vibraciones de la tubería.  Proporciona un apoyo móvil intermedio entre el cabezal y la broca.

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS PERFORACIÓN DE MALLAS PARA VOLADURA La perforación primaria es la fase inicial de producción de una mina a cielo abierto. En el diseño de las mallas de perforación para voladuras se tienen que tener en cuenta los factores que más afectan a la operación, además de la densidad de los materiales rocosos y de la necesaria subperforación. La densidad de los materiales y el diámetro de perforación definen la distancia al borde llamada piedra o “burden” y la separación entre los barrenos en el diseño de una malla. La subperforación sirve para mantener los pisos nivelados, parejos y sin irregularidades, dando como resultado, una mayor eficiencia a los equipos de carga y transporte, logrando una ruptura exacta por el plano del macizo del banco a volar. Las operaciones L i más á importantes i t t para la l perforación f ió de d una malla ll – patrón, t ó son las siguientes:

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS Selección y programación del área: Mediante la planificación mensual se programan las áreas a perforar y se procede a la limpieza y nivelación de los pisos. pisos Localización de los barrenos: En el área seleccionada, se procede al marcado topográfico de los barrenos. A cada barreno de la voladura, se le asigna un registro numérico fijando la piedra, la separación entre barrenos, la separación entre líneas de barrenos y las dimensiones del área a perforar. Perforación de los barrenos: Una vez marcados los barrenos en el campo, se procede a su perforación. La longitud total a perforar en el barreno representa la altura del banco más la subperforación. Muestreo M t d los de l barrenos: b Si los l barrenos b están tá dentro d t del d l área á mineralizada i li d o de una zona dudosa o marginal, se procede a su muestreo y al cuarteo suficiente para el ensayo correspondiente en el laboratorio.

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS Tratamiento topográfico de los barrenos: Cuando los barrenos del patrón malla han sido terminados por la perforadora, se localizan con topografía para pasarlos a los planos de registro, registro donde también se vacían los resultados de los ensayos de muestreo. Problemas en la perforación de las mallas: En ésta operación se presenta una serie de problemas que afectan directamente la vida útil de las herramientas de perforación y que necesariamente repercute en los costes. Estos problemas pueden ser:  Desalineación en las tuberías y en el cabezal rotativo.  Presión de empuje y velocidad de rotación inadecuada.  Toberas obstruidas ó inadecuadas.  Fugas F d aire de i en tuberías t b í y roscas.  Insuficiencia de aire de compresor.  Baja velocidad de salida del detrito.

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS Cálculo de la capacidad de un compresor Para obtener unos resultados óptimos en la de vida de bocas y tubos, tubos es muy importante mantener una velocidad anular de retorno del aire con los detritos de perforación entre 1.000 y 1.500 m/min. (5.000 FPM) para los materiales ligeros; de unos 2100 m/min. (7.000 FPM) para los más pesados y de 2.700 m/min. (9.000 FPM) para los húmedos ó pesados y una alta velocidad de penetración de 24.4 m/h. (80.0 ft/h).La capacidad del compresor de una máquina rotativa se determina por la fórmula Q=A*V

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS La misma que de acuerdo a las pérdidas de fricción entre la tubería y las paredes del barreno, se transforma como sigue: 1. Sistema Inglés

Q = Caudal (pies³/min.) V = Velocidad de retorno (fpm) (p ) D = Diámetro de barreno (pulgadas) d = Diámetro de tubería (pulgadas) Ejemplo: j V = 5,000 fpm V1 = 1.524 m/min. D = 12 ¼” D1 = 311,1 mm d = 10 ¾” Resultado: Q = 940,82 pies³/min 12

LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS 2. Sistema Métrico

Q₁ = Caudal (m³/min) ( ) V₁ = Velocidad de retorno (m/min) D₁ = Diámetro de barreno (m) d₁ = Diámetro de tubería (m) Ejemplo: V₁ = 1.524 m/min. D₁ = 311,1 mm d₁ = 273 mm Resultado: Q₁ = 26,643 m³/min

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS COSTES DE LA PERFORACIÓN Los costes de perforación se obtienen a partir de la siguiente fórmula:

siendo: C = Coste de perforación (€os o $ por metro). B = Costo de la boca (€os o $). D = Coste de perforación (€os o $ por hora). T = Tiempo de perforación (horas). F = Longitud L it d ttotal t ld de perforación f ió ((por b boca))

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS Ejemplo: Datos: B = 6 000 $ T = 200 horas F = 3 000 m D = 130 $/ hora

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS VOLADURAS El objetivo de esta operación es fragmentar el material rocoso con el mínimo riesgo posible y con el coste unitario más recomendable y competitivo con el arranque directo, de tal manera que se produzcan unos tamaños de roca que puedan ser manejados por los equipos de carga, transporte y trituración. Cuando se trate de un mineral que pasará al proceso metalúrgico, se buscará que el tamaño de los fragmentos sea inferior al tamaño de admisión de la trituradora primaria, aunque se cuente en la estación de trituración con una herramienta capaz de romper los bloques grandes para que puedan alimentar a la machacadora.

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS CÁLCULO DEL EXPLOSIVO, AGENTE EXPLOSIVO Y DISPOSITIVOS DE INICIACIÓN Para el cálculo de los explosivos p y de los dispositivos p de una malla, se deben tener en cuenta los siguientes factores:  Geología (Tipo de roca, orientación de fracturas, dureza, fallas, diaclasas, etc.).  Altura del banco ((Distancia vertical entre la cresta y el p piso del banco))  Burden o Piedra (Distancia del barreno a la cara libre ó entre líneas subsecuentes)  Espaciamiento o Separación entre barrenos de una misma fila.  Factor de potencia (Gramos de explosivo /tonelada de material fragmentada).  Tipo p de explosivo p ((Dinamitas, hidrogeles, g emulsiones, Nagolita, g etc.))  Patrón de la perforación (Ya sea cuadrado, rectangular o al tresbolillo)  “Back break” o rotura de material fragmentado tras la detonación de la última línea.  Retacado mínimo y material de relleno.  Proyección y de material “flying y g rocks” ((Desplazamiento del material fragmentado g o “rocas en vuelo” en el momento de la voladura)  Costo del explosivo (Costo por Kg. del explosivo)  Experiencias o historial de las voladuras efectuadas en la mina (Conocimiento del comportamiento de las voladuras, con diferentes explosivos y con diferentes factores de carga o de potencia, para cada tipo de roca) 17

LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS Con el conocimiento de los parámetros anteriores, se puede llegar a efectuar el cálculo de la voladura tipo con una aproximación adecuada y con el mejor coste, si bien es un proceso claramente reiterativo y mejorable por la experiencia y el resultado de las voladuras anteriores, por lo que es muy recomendable llevar un fichero informatizado de control de las efectuadas. No siempre el menor coste es el mejor pues podría encarecer los costes posteriores de carga, transporte y trituración si la granulometría conseguida no fuera suficiente para la maquinaria existente.

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS ARTIFICIOS DE INICIACIÓN Para poder efectuar la detonación de las cargas explosivas, explosivas necesariamente se requiere del uso de ciertos artificios que acarrean la energía inicial a las cargas de alta intensidad. En la siguiente tabla se hace una clasificación de dichos artificios iniciadores. I. INICIADORES Tipo "A" A 30 seg/pie o 90 seg/m a. Cordón de seguridad (Safety fuse) Tipo "B" 40 seg/pie o 125 seg/m b Cordón b. C dó d de cantera t (Q (Quarry – Cord) C d) c. Petardos (Squibs)

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS II. DETONADORES a. Cápsulas a Cápsulas, fulminantes o detonadores (Blasting – cap) b. Detonadores eléctricos (Electric blasting – cap) Instantáneos Retardo regular : de 12 seg. a 1 seg Retardo de período corto: 25 a 1000 milisegundos c. Cordones detonantes Alta energía, Tipo reforzado (Reinforced type): 50 gramos de PETN/pie Baja energía, Tipo económico (Economy type): 25 gramos de PETN/pie III CARGAS INICIADORAS o CEBOS (Explosivos III. (E l i d alta de lt intensidad) i t id d) Primers o iniciadores p Boosters o cebos de alta potencia

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LA PERFORACIÓN Y LA VOLADURA DE ROCAS DURAS I. INICIADORES a Cordón de seguridad (safety fuse) a. Es un iniciador porteador de llama, que consta de un núcleo de pólvora negra recubierto o forrado por un tramado de hilos de algodón que confina un núcleo de pólvora negra para formar un cordón unitario de aproximadamente ¼" de diámetro. Este cordón se recubre de una sustancia asfáltica (o plástica actualmente) que le permite tener flexibilidad, resistencia a la abrasión y protección contra la humedad. Su función principal es la de acarrear la fuente de energía hacia el detonador o fulminante. Esta fuente de energía se presenta en forma de fuego que hace arder el núcleo de pólvora negra. Comercialmente existen dos tipos de Cordón de seguridad que difieren una de otra en su velocidad l id d de d ignición: i i ió 1. El tipo "A" con una velocidad de 30 seg/pie o 90 seg/m p "B" con una velocidad de 40 seg/pie g p o 120 seg/m g 2. El tipo

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