08a Inst&MonVib GeoBlast Arequipa Julio 2009

8/13/2019 08a Inst&MonVib GeoBlast Arequipa Julio 2009

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Fragmentacin SustentableAplicac in de las Ingenieras Geotcnica & Voladura, agregando

Valor en el Negocio Minero

8.- MODELAMIENTO DE P&V

Arequipa Per6, 7 y 8 de Julio 2009

Expositor:Carlos R. Scherpenisse

1ra Jornada GeoBlast - Arequipa Per

Av. Alonso de Crdova 5710 Of. 902 Las Condes Santiago Phone: +56 2 7144200 Fax: +56 2 7144230 website: www.geoblast.cl

Instrumentacin, Monitoreo eInterpretacin de Vibraciones

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Conceptos Generales deMonitoreo e Interpretacin

de Vibraciones

! Caractersticas de las Vibraciones (Ondas)

! Tipos de Sensores (Transductores)

! Instalacin y Acoplamiento de los Sensores

! Direccin y Orientacin de los Sensores

! Equipos de Adquisicin y Anlisis! Anlisis e Interpretacin de las Vibraciones

La onda de choque generada por la detonacin decargas explosivas, se propaga en forma esfrica, ytransfiere una energa vibracional al macizo rocoso.

Estas ondas ssmicas transmiten a la rocamovimientos de partculas en distintas direcciones,con intensidades que dependern del poderenergtico del explosivo y la geometra involucrada.

Caracterstica de las Vibraciones

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Cuando se desea medir eventos de caractersticastransientes, se deben considerar tres aspectos:

! La respuesta en frecuencia del detector

! La repuesta en frecuencia del instrumento quealmacena la informacin

! La localizacin y mtodo de acoplamiento del

detector

Caracterstica de las Vibraciones

Instrumentacin para Monitoreo

de Vibraciones

Tipo de Sensores (Transductores)

Gran parte de las capacidades y ventajas de la tcnica demonitoreo de vibraciones descansa en la habilidad pararecolectar datos de vibracin de buena calidad.

La caracterstica de estos datos tiene directa relacin con el tipo

de transductor utilizado, la tcnica empleada para su instalaciny orientacin.

Los dos tipos bsicos de transductores usados para medir lasvibraciones del terreno son el acelermetro y el gefono. En laprctica, la seleccin de los transductores es un compromisoentre la precisin, el costo y la relacin seal ruido.

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Instrumentacin para Monitoreode Vibraciones

! Propiedades y cantidad de explosivo! Configuracin geomtrica de la fuente y detector! Orientacin del detector! Propiedades del transductor! Propiedades de la roca (ej. Velocidad de Onda-P)

La cantidad de informacin utilizable de cada registro devibraciones depende de la ubicacin y orientacin de lostransductores. La forma de la onda recibida es funcin de losiguiente:

Instalacin de Sensores (Transductores)

Instrumentacin para Monitoreo

de Vibraciones

El nmero de transductores usados depende de la cantidad deinformacin requerida.

Si el inters principal es confirmar la detonacin de cada carga (ogrupo de cargas en cada retardo), o la medicin de la dispersinde los retardos, entonces se requerir solo un transductor y sulocalizacin no ser muy crtica.

Si se desea examinar la contribucin de cada carga de lavoladura, o si el inters es conocer la forma de la onda por cadacomponente, la fuente generadora de cada vibracin debe serconocida. Se requiere para esto una cuidadosa ubicacin yseleccin del nmero de transductores a utilizar.

Nmero de Sensores (Transductores)

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Tipo de Sensores (Transductores)

Gefonos

- Mejor respuesta en un amplio rango de frecuencias (1Hz a 20.000Hz)- Su unidad de medida es el g (1g=9.8 m/s2), con rangos de 0-250g.- No poseen partes mviles, lo que resulta en una mayor fiabilidad- La deformacin del cristal piezoelctrico genera voltajes muy pequeos que deben amplificarse con elementos externos- Son de pequeo tamao- Alto costo (aprox. US$ 1.000)

- Su unidad de medida es el Volt/mm/s- Entregan una medicin directa de la velocidad- Miden bien en el rango de 1mm/s hasta 1200mm/s- Su respuesta a la frecuencia vara entre 4.5 a 1000 Hz- La sensibilidad vara entre 0.003Volts/[mm/s] a 0.041Volts/[mm/s]- Bajo costo (aprox. US$ 100).

Acelermetros

Sensib. = 0.029 Volts / [mm/s]Resist. = 375 Ohm

Aspecto Real

N

S

Terminales de Salida

Por cada 1 mm/s

29 mVolts

Representacinesquemtica

Sensibil idad de un Gefono

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N

S

Sensibil idad de un Gefono

Sensib. = 0.029 Volts / [mm/s]Resist. = 375 Ohm

Resistencia ShuntRs = 1500 Ohm

Resistencia TotalRt = (Rs x Rg)/(Rs + Rg)

Nueva SensibilidadS* = Sg x (Rt/Rg)

Rt* = 300 OhmS* = 0.023 Volts /[mm/s]

N

S

+-

Interpretacin de los Signos

N

S

-+

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50

100

0

-50

-1002300 2400 2500 2600 2700 2800

TIEMPO [ms]

Vibraciones por Voladuras

Cada Carga Explosiva genera una Onda de Vibracin

Tiempos de Detonacin

Velocidad de Partculas

Vertical

Lnea de PropagacinPunto de Monitoreo

La Tronadura acta como una Fuente Ssmica

Instalacin y Orientacin de los Gefonos

Transversal

Longitudinal (Radial)

Directa de la Ondulacin

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En Superficie

til para medicin relativa en el Campo Cercano (tiempos ysecuencia de detonacin), yde uso frecuente para medicin en el Campo Lejano.

Dentro del Macizo Rocoso

til para medicin de valores absolutos en el CampoCercano.


Gefono Radial

Gefono Radial


En Canteras o Cielo Abierto En Minas Subterrneas

Monitoreo en Superfic ie para medicin deSecuencia y Magnitudes relativas.

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Gefonos


Zona del Taco

Cargas Explosivas

dentro del macizo

GefonosEn superficie

Roca alterada cercade la superficie

Acoplamiento

G

Hormign

Tubo PVC (50mm 75mm)

Posibles errores en la seal resultante por mal acople del Gefono

Mtodo conperno o fierro

Seal distorsionada poroscilacin del gefono

Seal ms clara obtenidade la tronadura

Mtodo conpegamento

d


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Equipo de Adquisicin

Alta velocidad de conversin y frecuencia de muestreo(sample rate)

SealReal

SealDigitalizadacon 1 Dt/Pto.

SealDigitalizadacon 2 Dt/Pto.

Anlisis del efecto del t iempo de muestreo sobre la Onda

0

200

400

600

800

0

-200

-400

-600

-800

800 900 1000Tiempo [ms]

312.6 [mm/s ]

-237.2 [mm/s]

862.5 [mm/s]

-517.5 [mm/s]

Frecuenci a de Muestreo : 200us/Pto

89 Hz

250 Hz

29 Hz

32 Hz

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14/26

226.3 [mm/s]

-237.2 [mm/s]

862.5 [mm/s]

-517.5 [mm/s]

0

200

400

600

800

0

-200

-400

-600

-800

800 900 1000

Tiempo [ms]

Frecuencia de Muestreo : 4000us/Pto

Anlisis del efecto del tiempo de muestreo sobre la Onda

226.3 [mm/s]

312.6 [mm/s]

4000us/Pto2000us/Pto1000us/Pto200us/Pto

312.6 [mm/s]

312.6 [mm/s]

89 Hz

29 Hz

Efecto sobre la Onda, segn la resoluc in en tiempo de muestreo

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0 [mm/s]

377.2 [mm/s]

722.2 [mm/s]

862.5 [mm/s]

4000us/Pto2000us/Pto1000us/Pto200us/Pto

250 Hz

32 Hz

Efecto sobre la Onda, segn la resoluc in en tiempo de muestreo

Anlisis de la Onda de Vibracin

La seal de vibraciones producida por una tronadura, consiste en unnmero discreto de paquetes de ondas, cada uno de estoscorresponde a cargas o grupos de cargas detonando en undeterminado tiempo.

El primer paso en el anlisis de la seal, es determinar que cargarepresenta cada paquete de vibracin. De la capacidad para realizaresto depende determinar la diferencia entre la detonacin real y lasecuencia diseada.

La forma y amplitud de un paquete de vibracin, da la efectividadrelativa de la detonacin de las cargas en una tronadura. La amplitudde vibracin es una medicin de la energa transferida por el explosivoal macizo rocoso.

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Es posible determinar y calcular lo siguiente:

! Tiempo real de detonacin de una carga o cargas

! Velocidad de partculas de cada carga en la voladura

! Detonacin de cargas con baja eficiencia o no detonadas

! Detonacin instantnea de cargas; detonacin de cargas porsimpata, acoplamiento por insuficiente tiempo entre cargas.

! Eficiencia relativa en la detonacin de cargas similares

! Diferencia entre Cargas Explosiva de Produccin y Contorno

! Diferencia entre cargas detonadas con distinto confinamiento

! Anlisis de Frecuencia, etc.

Con el Monitoreo y Anlisisde la Onda de Vibracin

Monitoreo y Anlisis de Vibraciones

1

23

4

5

6

7

8

10

912

11

3 5 8 1010 6

10 9 9 10 1111

49 4

3

7 9

11 10 9 9 10 11

510 6 8 10

3

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1

23

4

5

6

7

8

10

912

11

3 5 8 1010 6

10 9 9 10 1111

49 4

3

7 9

11 10 9 9 10 11

510 6 8 10

3

#2 #3 #4#1 #12#11#5 #9#7 #10#6 #8


#2 #3 #4#1 #12#11#5 #9#7 #10#6 #8

1

23

4

5

6

7

8

10

912

11

3 5 8 1010 6

10 9 9 10 1111

49 4

3

7 9

11 10 9 9 10 11

510 6 8 10

3


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#2 #3 #4#1 #12#11#5 #9#7 #10#6 #8

1

2 3

4

5

6

7

8

9

4

11 12

10

35

10

6

10 10 10 10 10

5

5

5

6

6

7

7

7

8

85 3

4

9 9 9 9 1111



0m

2m

4m

1m

3m

1

2 3

4

5

6

7

8

9

4

11 12

10

35

10

6

10 10 10 10 10

5

5

5

6

6

7

7

7

8

85 3

4

9 9 9 9 1111

Diagrama Original de Perforacin

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0 1000 2000 3000 4000 5000 6000-100

-50

0

50

100

Tiempo (ms)

Cargas deContorno

Desacopladas

ZapaterasCargasNormales

con ANFO en Auxiliares

Cargas

deRainura

Onda Completa, Gefono 1, Sector 11-13.5, Zona 1, Norte 5

Monitoreo Vibraciones Prueba Diseo Original

Medicin de Tiempos deDetonacin

0 100 200 300 400 500-60

-40

-20

0

20

40

60

53.5 mm/s

37.0 mm/s

31.9 mm/s

34.7 mm/s

55.8 mm/s

36.5 mm/s

41.6 mm/s

50.7 mm/s

54.7 mm/s

#7 #8

28.8 ms

49.2 ms

75.9 ms

105.6 ms

123.4 ms

136.8 ms 250.3 ms 281.2 ms 353.5 ms

381.5 ms

Cargas noDetectadas

Tiempo (ms)

Sector Rainura, Gefono 1, Sector 11-13.5, Zona 1, Norte 5Monitoreo Vibraciones Prueba Diseo Original


20


21/26


4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0

-100

-50

0

50

100

4.64 ms

5.58 ms11.4 mm/s

97 mm/s

Sector Coronas y Zapateras, Gefono 1, Sector 11-13.5, Zona 1, Norte 5Monitoreo Vibraciones Prueba Diseo Original

0 1 2 3

-10

-5

0

5

10

Tiempo (segundos)

Secuencia 1 Secuencia 2 Secuencia 4

Retardos N 4 al 16 Retardos N 1 al 15 Retardos N 1 al 15

46

8

12

10

16

14

4 6

8

21012

1416

1

3

5

7

9 1113

15

1

5

7

911

13

15


21


22/26

1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9

-10

-5

0

5

10

2.64 mm/s

4.98 mm/s4.37 mm/s

4.37 mm/s

3.76 mm/s

8.43 mm/s

4.27 mm/s4.88 mm/s

-3.76 mm/s

-4.77 mm/s-5.48 mm/s

-6.30 mm/s

-3.35 mm/s

-6.30 mm/s

-5.79 mm/s

-9.95 mm/s

4.98 mm/s

Vibracin presente en cada cargaSecuencia N3

Tiempo (segundos)


0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1

-10

-5

0

5

10

408 ms504 ms

554 ms634 ms 723 ms 852 ms 987 ms

50 ms 50 ms50 ms 80 ms 89 ms 129 ms 135 ms

Retardo faltante N3 (75 ms)

Tiempo (segundos)

Tiempos de Detonacin y Dispersin de RetardosSecuencia N2


22


23/26

50

0

-5050

0

-50

0 100 200 300 400 500TIEMPO [ms]

Cargas NO Detonadas

Mal funcionamiento de cargas

Diferencia de amplitud en cargas idnticas


0 1 2 3 4 5 6 7

-10

-5

0

5

10

Time (seconds)

0 1 2 3 4 5 6 7

-10

-5

0

5

10TRANSVERSAL

Time (seconds)

0 1 2 3 4 5 6 7

-10

-5

0

5

10

Time (seconds)

RADIALVOLADURA

VERTICAL

VOLADURA

VOLADURA


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El Monitoreo de Vibraciones producto de Voladuras, es unatcnica que permite examinar en detalle el proceso y

rendimiento general del diseo de la Voladura, pudindoseevaluar:

Conclusiones (I)

U Cargas detonando en una secuencia deencendido incorrecta

U Dispersin en los tiempos de los retardos

U Detonacin deficiente de cargas

U Detonaciones instantneasU Detonacin de cargas adyacentes por simpata

U El desarrollo de la secuencia de iniciacin deldisparo

U La velocidad de partculas que genera cada carga ogrupo de cargas en la tronadura

U El acoplamiento de las vibraciones comoconsecuencia de la separacin insuficiente en

tiempo entre cargas con un mismo retardoU La eficiencia relativa de detonacin entre cargas

similares

U La diferencia entre cargas explosivas de producciny contornos

Conclusiones (II)

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U Para que la informacin registrada refleje en forma

fiel los eventos ocurridos durante la voladura, sedebe tener especial cuidado en la eleccin del tipode transductor a utilizar, su instalacin y orientacinen terreno.

U Adems de esto, son importantes las cualidades quedebe poseer el equipo de anlisis de la onda devibracin, para permitir una grabacin fidedigna yun adecuado anlisis de los datos.

Conclusiones (III)

Fragmentacin SustentableAplicacin de las Ingenieras Geotcnica & Voladura,

agregando Valor en el Negocio Miner

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