DISEO DE MALLAS DE PERFORACIN Y VOLADURA SUBTERRNEA APLICANDO UN MODELO MATEMATICO DE AREAS DE INFLUENCIACarrera de Ingeniera en MinasANITA YAGUARSHUNGO

En la actualidad no hubo un mtodo prctico para disear una malla de perforacin y voladura subterrnea, en galeras, rampas, tneles, etc.Hay solamente teoras o mtodos con modelos matemticos que ensean ha disear mallas de perforacin en voladura subterrnea y que tienen limitaciones para su aplicacin, tal como es:El Mtodo De Roger Holmberg; Para diseo de malla en Tneles.La teora de la Comminucion; para diseo de malla en rampas.Mtodos empricos, que calculan nmero de taladros.

MARCO CONCEPTUAL.Diseo de Malla de Perforacin;Es el esquema que indica la distribucin de los taladros con detalle de distancias, cargas de explosivo y secuencia de encendido a aplicarse.Paramentos De Roca;Son determinantes como variables incontrolables, los cuales tenemos:Las propiedades fsicas, (densidad, dureza, tenacidad, porosidad)Las Propiedades elsticas o de resistencia (resistencia a la compresin, tensin, friccin interna, cohesin,...)Condicin geolgica (textura, presencia de agua,...)Parmetros De Explosivo;Son variables controlables como las propiedades fsicas o qumicas (densidad, velocidad de detonacin, presin de detonacin, energa del explosivo, sensibilidad, volumen de gases,....)Parmetros de Carga;Son tambin variables controlables en el momento del diseo de la malla de perforacin y voladura, (dimetro del taladro, longitud del talado, confinamiento, acoplamiento, densidad de carga, longitud de carga,....).Nueva teora para calcular el burden;Es un nuevo modelo matemtico para disear mallas de perforacin y voladura, calculando el rea de influencia por taladro y fue desarrollada de la siguiente manera:

Este mtodo de diseo nace de la siguiente FiguraEn donde la zona 1; es el dimetro del taladro, la zona 2 es la zona pulverizada por el explosivo y la zona 3 es el rea de influencia del taladro despus de una voladura.En este caso la nueva teora calcula el espesor fracturado por el explosivo y que luego se demostrara el burden.Esta teora es realizada con los criterios de resistencia de materiales, mecnica de rocas y parmetros del explosivo y perforacin.

Reformulacin Modelo MatemticoLa reformulacin se realiza para la utilizacin de cargas de fondo y de columna de un taladro, en donde el rea de influencia es calculado usando con dos tipos de explosivo de fondo y de columna.

Diagrama De Cuerpo Libre D.C.L.del corte A-A

Resolviendo el equilibrio de fuerzas se tiene:Fv =0-2F1 +F2 = 0F2 = 2F1 (1)Donde:Determinar F2; se realizara descomponiendo el vector F2 en sus dos ejes cartesianos:F2 = 2F2sen + 2F2cos El diferencial de (F2) depende de la presin de detonacin, el factor de carguo (Fc) del explosivo y un diferencial del rea, del D.C.L.F2 = PoD*Fc*AF2 = PoDtal*AEl diferencial de rea (A) esta en funcin a la longitud de taladro y un diferencial de arco (s) que forma el dimetro del taladroA = Ltal*sEl diferencial de arco (s) esta en funcin al radio del explosivo (re) y un diferencial de ngulo alpha ( )"s = re*

Reemplazando se tiene un F2Determinando F1; la Fuerza 1, depende de la resistencia a la compresin de la roca o mineral (r), R.Q.D. y el rea de rotura (A).F1 = r *RQD*ADonde: A = e*LtalF1 = r *RQD*e*Ltal ...(3)

rea de influencia del taladro con relacin al burden y espaciamientoDnde:Bn = Burden nominal (m)Sn = Espaciamiento nominal (m) = Dimetro del taladro (m)PoDtal = Presin de detonacin en el taladro( Kg/cm2)RQD = ndice de calidad de la roca r = Resistencia a la compresin de la roca o mineral, (Kg/cm2)Fs = Factor de seguridad

Determinacin De Las Variables IndependientesDimetro del Taladro El dimetro de taladro es el dimetro de la broca, que puede seleccionarse desde 1pulg a 18pulg, segn su aplicacin.

Presin De Detonacin Del Explosivo PoDLa presin de detonacin vara segn el tipo de explosivo a utilizarse en la voladura, va desde los 30Kbar a 202Kbar.Factor de carguo FcEl factor de carguo esta en funcin volumen del taladro y volumen del explosivo dentro del taladro, donde: Fc 1

Acoplamiento del explosivo AeEl acoplamiento esta en funcin al dimetro del explosivoe y dimetro del taladro tal, donde: Ae 1

Longitud de carga explosiva LcLa longitud de carga esta en funcin del dimetro del explosivo e, longitud del explosivo Le, numero de cartuchos por taladro Nc/tal y el acoplamiento Ae, donde Lc LtalDeterminamos el volumen del explosivo desacoplado dentro del taladro:

Longitud del taladro LtalLa longitud del taladro en perforacin subterrnea varia segn la longitud del barreno Lb y la eficiencia de perforacin Ep.Ltal = Lb * EpLa perforacin en frentes, galeras subniveles, cruceros, rampas y chimeneas, su mxima longitud del taladro es:Ltal AsDonde:As = rea de la seccin del frente

Vista de frente y perfil de una malla deperforacinVista isomtrica del frente de perforacin

Presin De Detonacin Del Taladro PoDtalPara determinar la presin detonacin del taladro, se realizara haciendo un anlisis de la figura

Determinacin del Taco mnimo MinhPara determinar el taco mnimo Tmin, se observa la Fig. 30, donde el taco esta en funcin del espesor e de rotura por efecto de la voladura y un factor de seguridad Fs

ndice De Calidad De La Roca RQDEsta en funcin a su clasificacin del macizo rocoso.

Resistencia a La Comprensin Simple De La Roca o Mineral rLas resistencias de los ensayos de compresin simple varan de 0.25Mpa a > de 250MpaFactor De Seguridad FsPara determinar las constantes del factor de seguridad, se realizara pruebas de campo segn su aplicacin en voladura superficial y subterrnea

Diseo de malla de perforacin y voladura por reas de influencia del taladro

En la malla de perforacin, el burden de arranque es el ms critico, porque esla base de la voladura subterrnea. Entonces se calculara una constante para el factor de seguridad del burden de arranque mediante pruebas de campo. Los burden de ayuda, subayuda, contorno y tajeo son correlativamente crecientes al burden de arranque, por consiguiente el factor de seguridad de cada uno de estos burden es correlativamente decreciente al factor de seguridad del arranque

Numero de taladros de alivio. (na)Para calcular el numero de taladros de alivio e n funcin con lo que se cuenta en la perforacin, se determina de la siguiente manera: el rea 1 (A1) esta en fusin del dimetro de alivio mximo calculado y el rea 2 (A2) esta en funcin del dimetro de alivio con que se cuenta para la perforacin

Espaciamiento entre taladros de alivio (Sa)

ndice de Rigidez (Ir)

Anlisis de FragmentacinEl anlisis granulomtrico es una operacin a escala laboratorio que determina el tamao de las partculas y su distribucin es una muestra de mineral conformada por granos mineralizados de diversos tamaos, las distintas proporciones separadas indican el grado de finura de dicha muestra, tal grado esta expresado en porcentaje en peso retenido en determinada malla.El modelo Kuz-RamLa mayor parte de esta informacin ha sido adaptada de las publicaciones hechas por Cunningham (1983, 1987). Una relacin entre el tamao medio del fragmento y la energa aplicada a la voladura por unidad de volumen de la roca (carga especfica) ha sido desarrollada por Kuznetsov (1973) en funcin del tipo de roca. Su ecuacin es la siguiente:

APLICACIN DEL DISEO DE MALLAS DE PERFORACIN Y VOLADURA SUBTERRNEAPara el diseo de mallas de perforacin y voladura, se utiliza el modelo matemtico para calcular el burden, la perforacin se realizo con equipo Jumbo en el Cx 595, Nv 260 y JacklegsAplicacin en el Cx 595La ejecucin de Cx, la perforacin se realizo con Jumbo electro hidrulico de 1 brazo, la voladura con exeles de periodo largo que sern usados para una seccin de 4.0m x 4.0m y un avance mx. de 3.73m. por disparo, que se determina mediante un anlisis de diseo de mallas de perforacin y voladura.Los datos de campo usados son:1. Dimetro de broca de 45mm2. Longitud de barra de 14 pies3. Eficiencia de perforacin de 92 %4. Eficiencia de voladura de 95%5. Explosivos: Emulnor 5000 de 1 x 16, utilizado para los arranques y ayudas mas el encebado6. Explosivos: Emulnor 3000 de 1 x 12 , utilizado como carga de columna para los dems taladros de produccin

7. Exeles de perido largo, de 4,2 m de longitud, segn el requerimiento que se analizara para la voladura8. Pentacord 5P de 60 pies para realizar los amarres con exel y fulminante.9. Guas de seguridad de 7 (por 2 unidades)10. fulminante Nro 08 (2 unidades)11. Tipo de roca ; Caliza salificada (dura)12. R.Q.D. de 98,5 %13. Resistencia de la roca de 1059.15 Kg/cm2, Determinado por ensayo no destructivo( Martillo de Smith)14. Densidad de roca de 3.0 TM/ Kg/cm3Equipo de perforacin Jumbo Rocket Boomer 281

Aplicando el modelo matemticoPASO 1: se procede a calcular los resultado tericos para disear la malla de perforacin, primeramente se calcula el burden de arranque, en el siguiente cuadro se muestra los datos de campo y resultadospara el diseo.Calculo del burden de arranque

Calculo del burden de Ayuda

Calculo del burden de tajeo

PASO 2: Con los datos y resultados se procede a disear la malla de perforacin con las reas de influencia del taladro.Diseo de malla de perforacin aplicando las reas de influencia del taladro

PASO 3: Con el diseo de reas de influencia se determina la malla de perforacin y se rotula las distancias de burden, espaciamiento y numero de taladros.

PASO 4: antes de pintar la malla de perforacin se realiza el respectivo marcado de gradiente y punto de direccin.Esquema de pintado de la gradiente y punto de direccin

PASO 5: Para la seleccin de los exeles que exsa provee a la mina vinchos, unidad de volcan se usa las siguientes tablas:Accesosrios de voladuraPara la seleccin de las series de exeles, se usara la longitud del taladro perforado que es igual a 3.93m. para un tipo de roca dura y en funcin de la tabla de voladura subterrnea, que esta expresado en milisegundos (MS).

Seleccin de retardos de voladuraPara una tipo de roca dura el retardo mnimo calculado por cada salida de disparo es igual a 236 milisegundos (MS) , pero como no se cuenta con este retardo calculado se va a elegir el retardo masprximo a 236MS que es 250MS por disparo de una fila de taladro de la malla de voladura.

Con esta seleccin de exeles se obtendr una eficiencia de disparo de 95 % y un avance de 3.73metros por disparo.Caso contrario que no se cumpla con los numero de exeles que se selecionaron el avance sera menor a 3.73m. llegando hasta 2.5m aproximado segn las voladuras ejecutadas en la mina vinchos y teniendo una perdida de 1,23metros por cada disparo realizado.

PASO 6: Con los exeles seleccionados se obtendr una fragmentacin de 95% de material roto pasante por una malla de 40cm x 40cm. Usando el mtodo de anlisis granulomtrico de Kuz-Ram.Datos y resultados de anlisis de fragmentacin de taladros de arranque

Grafica de anlisis de fragmentacin de taladros de arranque

Se expone los resultados o avances de estudios ya realizados en la Mina Ananea, Mina el Cofre, Mina San Rafael, Mina Bateas y Mina Caraveli.Aplicacin en Galeras, Mina AnaneaPara la mejor comprensin de estos mtodos geomtricos se realizara mediante un ejemplo practico realizado en la Para: Corporacin Minera Ananea Comuni 21

Datos Requeridos: Dimetro del taladro() = 41mmPresin de detonacin del explosivo (PoD ) = 80Kbar = 81567 Kg/cm2 (semexsa 65%)Resistencia a la compresin de la roca ( r ) = 2650 Kg/cm2 (cuarcita)RQD = 90%Ltal = 4 piesEficiencia de perforacin = 95%Ancho de la galera = 2.4mAlto de la galera = 2.1mForma de la galera = Bal

Diseo de malla de perforacin y Voladura en Comuni 21

Fotografa de la malla de perforacin realizado en Comuni 21

El siguiente diseo se realizo para Oropesa en una galera de seccin de 3.0 * 2.1 m2,en roca pizarra, y los datos y clculos son los siguientes:

En el cuadro se muestra ya los burdens calculados con los datos ingresados a la ecuacin, para el diseo de malla de perforacin, se realizara por el mtodo grafico utilizando las reas de influencia ya calculadas como son el burden de arranque, ayuda, subayuda, contorno y tajeo.El primer paso a seguir en este diseo grafico es, dibujar la galera y ubicar el centro de la seccin, luego ubicar el taladro de alivio en medio, para poder rodearlo con los taladros de arranque, ayuda, subayuda, y contorno. Como estas reas formaron una pequea chimenea se le rodeara con taladros de tajeo para poder completar el diseo de la malla de perforacin.Diseo de malla de perforacin realizado por reas de influencia por taladro