SIPERVOR 2017

XIV SIPERVOR 2017 Presiones Dinámicas Dinámicas Asociadas al Daño a Detonadores Electrónicos Lima 30Nov – 02Dic 2017

PEDRO LOZADA Senior Technical Technical Support

Presiones Dinámicas Asociadas al Daño a Detonadores Electrónicos •

TEMAS  –

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Beneficios generales de los Detonadores Electrónicos. Efectos de la detonación del explosivo. Presión Dinámica. Variables para la ocurrencia de Presiones Dinámicas. Pruebas en campo para medir Presiones Dinámicas. Conclusiones.

Definiendo “Daño” Wikipedia…

Esta palabra la usamos cuando algo que se encuentra en perfecto estado, recibe algún tipo de golpe o fuerza externa que lo perjudica y dependiendo de la magnitud del daño, este elemento que sufrió el deterioro puede detener sus funciones hasta que se solucione el daño. Diccionario ABC …

Perjuicio, deterioro, desperfecto. Damage, harm, injury. Radiografía cápsulas dañadas por estrés dinámico

Courtesy by Daveybickford

Definiendo “Daño” Casi siempre…

Booster no deformado

Detonador con aplastamiento lateral

Comparación Detonadores NONEL

ELECTRICO

ELECTRONICO

Tubo Nonel Cables

Iniciación de la Carga Circuito electrónico Elemento de retardo Elemento de iniciación Carga Base

Fuse Head Elemento de iniciación Carga base

Transfiere Arma Inicia Check Entrega el para del conteo ella Comunica, y entrega la energía energía iniciar electrónico tiempo funcionamiento trabajo de y para trabajar entrega retardo el fuego

SISTEMA DE INICIACIÓN ELECTRÓNICO 2017 Detonador Electrónico IV-V Generación NO ELECTRICO

A FUEGO

SISTEMAS DE INICIACIÓN PARA VOLADURAS

1990

Detonador Electrónico I

1970

Nonel®

1960

Emulsiones explosivas

1950

ANFO Detonadores Eléctricos

1846

Nitroglicerina

1831

Mecha de seguridad

ELECTRONICO

ELECTRICO

Tecnología al Proceso

Antes

Después

Beneficios Generales Iniciación Electrónica

Flexibilidad Precisión

Seguridad Se cumple el Diseño Buena implementación Mejores Resultados

Precisión detonador Electrónico

Dispersión

Tiempos precisos sin dispersión Pirotécnicos

La dispersión de los detonadores pirotécnicos en altos tiempos de retardo producen perímetros irregulares y requieren una alta cantidad de explosivo en los taladros perimetrales.

Electrónicos

Tiempos precisos de un sistema de iniciación electrónica en combinación con una mínima cantidad de explosivos logra el mejor control  perimetral (Voladura Amortiguada).

Reduce Daño por Vibraciones 6,1 m

3,2 m

Iniciación Electrónica

Iniciación Pirotécnica

Condición de Daño Sostenido

Impacto en la Fragmentación 100,000 90,000 •

80,000 70,000  .   m   u 60,000   c    A   e    t   n 50,000   a   s   a    P 40,000    %

•

•

Distribución de tamaños uniforme Reducción de sobre tamaños Reducción del P80 en general

Reducción de gruesos

30,000 20,000

Reducción de finos

10,000 0,000 1,00

10,00

100,00

Tamaño de Bloque (Diámetro de una Esfera Equivalente) (mm) % Pas. Acum. Pirotécnico, Fi

% Pas. Acum. Electrónico, Fi

1000,00

Flexibilidad en el inicio de Voladura

Voladura 3 Voladura 2

Voladura 4

Voladura 1

Punto de disparo

Flexibilidad en Secuencias de Iniciación •

Se puede orientar la voladura (vectores de movimiento) a disposición.  –

 –

Usar el menor burden efectivo Usar burden de alivio alto

Pirotécnico B = 6.9 m

B = 4.0 m

Seguridad – Sistema Digishot •

•

•

•

•

Capacidad de Autodiagnóstico: El Tagger y el Bench Box/Estación Base chequean, detectan y advierten sobre fallas (posibles tiros quedados) Errores por fuga de corriente y conexión son indicados Múltiples barreras de Seguridad tanto en Hardware y Software: Contraseñas, encriptado de señales en el circuito del sistema son garantía de que la voladura sólo puede ser iniciada por Equipos de Control DigiShot Plus El uso no autorizado se previene mediante el uso de llaves y contraseñas. Inmune a descargas eléctricas externas (estática, tormentas eléctricas, etc).

Iniciación Electrónica o Pirotécnica Increasing Control

Vibration

Fragmentation

Iniciación Electrónica

Movement

Sequential firing

Iniciación Pirotécnica

Potencial ampliación de malla

Ahorro Generado por incremento de Malla Usando Detonadores Electronicos Sistema Pirotécnicos Fase

Sistema Electrónicos

Proyectos Tipo de Malla

Costo de P&V

Tipo de Malla

Costo de P&V

Ahorro ($) al Incrementar Malla

I

008-009-012-013

Malla 8. 7mX10m

503,902. 1

Malla 9. 1 m x 10. 5 m

473, 099. 2

30,802.9

III

006

Malla 8.7mX10m

88,028.31

Malla 9.1 m x 10.5 m

82,981.62

5,046.69

015-016-017

Malla 5.2mX6.0m

197,350.92

Malla 5.5 m x 6.3 m

187,077.67

10,273.25

Costo

789,281.30

Se incrementa el potencial con el uso de explosivo energético

743,158.46

46,122.84

HIPOSTESISI DE VALOR MEJORA DE LA FRAGMENTACIÓN

PRODUCTIVIDAD IMPACTO INDIRECTO

IMPACTO DIRECTO • • • • • •

Rendimiento Pala Rendimiento de camiones Throughput Chancadora Throughput Molino SAG Tiempo de lixiviación Fragmentación secundaria

OPTIMIZACIÓN

• • • • • •

Utilización de equipos Costos de combustibles Costos de servicios Costo de energía eléctrica Desgaste de aceros TIEMPO

BENEFICIO

El Fenómeno de la Detonación

El Fenómeno de la Detonación •

•

•

•

Cuando los explosivos reaccionan químicamente, se liberan dos tipos principales de energía. El primero se llama energía de choque y el segundo energía de gas. Ambos tipos de energía se liberan durante el proceso de detonación. Cuando se detona una carga explosiva su masa se transforma en gases a alta presión y temperatura. El efecto dinámico de la explosión genera una onda de choque (y no el hecho que se generen grandes presiones). La onda viajará a través del entorno, con forma cilíndrica al principio y esférica después.

Presión/Estrés Dinámica •

•

Impacto nocivo de presiones generadas por la detonación de una carga explosiva (transmitida a través del macizo rocoso) muy cerca de detonadores posicionados en los taladros vecinos a esta, causándoles bajo ciertas condiciones, deformaciones y fallas en su circuito electrónico, lo cual se traduce en cargas sin detonar (tiros quedados).

Es ampliamente conocido en la industria global de los explosivos, que es un mecanismo común que causa errores en el funcionamiento de detonadores electrónicos durante el proceso de iniciación.

VARIABLES PARA LA OCURRENCIA DE PRESIONES DINÁMICAS Perforación de taladros a distancias Críticas Condiciones adversas de Macizo rocoso (principalmente alta saturación y fracturamiento) Asignación de tiempos de detonación críticos

•

•

•

DISTANCIAS CRÍTICAS

CAUSAN DISTANCIAS CRÍTICAS: 1. • •

•

• •

•

2. •

DESVIACIONES EN LA PERFORACIÓN Mal replanteo de estacas en terreno. (por lo general, una estaca debe estar asociada a cada taladro). Fallas/Des-calibración del sistema de posicionamiento GPS de la perforadora (si cuenta con esta herramienta). Malas condiciones/preparación de la plataforma de perforación, (no permite una perforación eficiente). Entrenamiento inadecuado del operador de la perforadora. Condiciones de terreno que no permiten la perforación (atascamiento de barras, piso inestable, área estrecha, etc.) Perforación en campo sin diseño (asociado a taladros de ayuda, taladros extras, etc.) DISEÑO DE PERFORACIÓN INADECUADO Mal diseño de malla de perforación (el diseño debe realizarse con enfoque técnico de voladura)

Desviaciones en la implementación de Perforación

Límite de malla Área 5 m de Diámetro

Desviaciones en el diseño de Perforación

Límite de malla Área 5 m de Diámetro

Desviaciones en el Carguío

ID 24 64 25 63 26

Kg 500 360 439 420 420

ID 39 40 47 41 42

Kg 431 505 502 440 440

Malla reducida Cargada

Condiciones de Terreno

LONGITUD DE AGUA (m) 10    a    i    c    n    e    u    c    e    r    F

8 6 4 2 0 Clase

Asociado principalmnete a la calidad del macizo Rocoso y presencia de agua

Tiempos de Detonación Críticos

PPV (mm/s)

Pruebas de campo para medir Presiones Dinámicas Estimar las condiciones críticas en términos de distancia y kilogramos de explosivo entre taladros, a partir de las cuales lograr minimizar/eliminar la probabilidad de ocurrencia de eventos de daño a los detonadores electrónicos.

•

•

Midiendo Vibraciones – Método Indirecto Midiendo Presiones – Método Directo

Predicción de Daño por Vibración •

•

•

Deformación se relaciona con vibración. La deformación inducida en el macizo rocoso es proporcional a los niveles de vibración producida por la voladura (detonación de la carga explosiva). Esta vibración se mide y en base de las mediciones se puede modelar y predecir.

Ubicación de Instalación CANTERA FACILIDADES SECTOR DE PRUEBA

Diseño de Perforación

GEOFONO 1 X: 762377.281 Y: 9252654.228 BANCO 3870

E = 3.7

E = 2.4

GEOFONO 2 X: 762377.684 Y: 9252666.183 BANCO 3870

Instalación de Geófonos Empotrados GEOFONO EMPOTRADO

TUBO PVC GEOFONO EMPOTRADO

       5  .        9

CONCRETO

GEOFONO

Diseño de Carguío QUANTEX 70/30 DENSIDAD INICIAL 1.37 g/cc DENSIDAD FINAL 1.07 g/cc   m    0    1

  m    0    1

  m    2

  m    1

Secuencia de Iniciación

   s    m    0    0    2    4

   s    m    0    0    6    4

   s    m    0    0    0    5

G1

G2

   s    m    0    0    8    3

   s    m    0    0    4    3

5200 ms 4000 ms 4800 ms 4400 ms

3600 ms 3200 ms

PRUEBA VIBRACIONES – CALCULO PRESION DINAMICA

   s    m    0    0    0    3

Modelo de H&P •

Para modelar los resultados se utilizó la ecuación matemática de Holmberg and Persson (1979) para campo cercano. Ecuación N°1.  = () =

•

 ( ) 0



−1

∗

 0

 

−1

∗

−ℎ  0

Ecuación (1)

Donde:

 –

v = Velocidad peak de partícula (m/s) q = Carga lineal (kg/m) h = Carga total en el taladro (m) x = Posición de la carga elemental desde el piso del taladro (m). R0 = Distancia horizontal desde el taladro hasta el punto de monitoreo (m) Z = Distancia vertical desde el punto de monitoreo hasta el nivel de piso del taladro.

 –

K y α son constantes empíricas.

 –  –  –  –  –

Modelo de H&P Modelo Vibraciones Prueba 2 10000

1000     )    s     /    m    m     (    V    P    P

100

y = 1813.4x1.0068 R² = 0.9667

10 0.01

0.10

1.00

10.00

Factor H&P

El modelo mejor ajustado, el cual se muestra en la Ecuación 2, presenta un coeficiente de correlación r2 de 0.97.

 = . (). Ecuación (2)

Modelo de Esfuerzos Para la estimación del modelo de esfuerzos se relacionaran propiedades físicas de la roca con la velocidad peak de la partícula mediante la Ecuación N 3, que guarda relación con la fórmula de PPVc, ampliamente usada en la industria. °

=

  (∗) 

Donde:   = Velocidad peak de particula (m/s).

E = Modulo de Young (GPa).   = Velocidad de la onda P (m/s).

Ecuación (3)

Modelo de Esfuerzos La Ecuación N 4, indica que existe un 50% de probabilidades de que las presiones sean sobreestimadas y un 50% de que sean subestimadas. °

ԑ () = . ().

Ecuación (4)

Para obtener un límite de confianza como banda superior donde se asegure con un 85% de confianza que las presiones no serán subestimadas. Estadísticamente se puede generar la ecuación N  5. °

ԑ  = . ().

Ecuación (5)

Modelo de Esfuerzos Una vez calculado el modelo de esfuerzos, se realizaron las simulaciones de perímetros de daño en el software JK-Simblast®, para las configuraciones de carga posibles en diámetro de 7 7/8 ”,  y con el explosivo Quantex 70/30 gasificado para 5 densidades finales típicas. Proyecto Espaciamiento

Burden

5.50

4.78

DIGISHOT

11.00 10.50 10.00 9.50 9.00 8.50

5.00

Taco

8.00 7.50

7.00 6.50 6.00

5.50

Esponjamient Kg. Explosivo

0.96

217

5.00

Kg

4.50 4.00 3.50 3.00

2.50 2.00 1.50

1.00 0.50 0.00

5.04

Carga

Zona Esfuerzo Crítico

PSI 15000

Nivel de Daño Daño al detonador

Cálculo de Distancias Críticas •

Distancias críticas al 50 % de confianza

Diámetro 7 7/8"  – K (50% Confianza) 7

Altura Carga m 1.0 2.0 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5

Quantex 70/30 1 0.9 2.2 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1

1.05 1.0 2.3 2.9 3.1 3.3 3.5 3.6 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2

1.1 1.1 2.3 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 4.3

1.15 1.2 2.4 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4

1.2 1.3 2.5 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

    )    m     (    a    c    i    t     í    r    C    a    i    c    n    a    t    s    i    D

6 5 4 3 2 1 0 0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

Altura carga Explosiva (m) •

Distancias críticas al 85% de Confianza Altura Carga m 1.0 2.0 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 75

Diámetro 7 7/8"  – K (85% Confianza) 7

Quantex 70/30 1 1.2 2.4 3.1 3.3 3.6 3.7 3.9 4.1 4.2 4.3 4.4 46

1.05 1.2 2.5 3.2 3.4 3.7 3.9 4 4.2 4.3 4.4 4.6 47

1.1 1.3 2.5 3.2 3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.4 4.5 4.7 48

1.15 1.4 2.6 3.3 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.7 4.8 49

1.2 1.4 2.7 3.4 3.7 3.9 4.2 4.4 4.5 4.7 4.8 4.9 50

    )    m     (    a    c    i    t     í    r    C    a    i    c    n    a    t    s    i    D

6 5 4 3 2 1 0 0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

Altura carga Explosiva (m)

6.0

7.0

8.0

Método Directo •

Se mide presiones directamente- Sensores de Turmalina

Arreglo de Perforación

Modelamiento de Presiones

Estimación de Distancias en función a Kg/retardo