Perforación y Tronadura en labores mineras subterráneas

Ronald Guzmán V.Profesor IMM 2500 – Perforación y TronaduraCentro de Minería – UCEmail: rguzman@ing.puc.cl

22-04-2009

Lo primeroUn rayado de cancha

¿Qué es la Perforación y Tronadura

¿Porqué se realiza P&T?

Por “cultura general minera”, deben saber qué es la P&T

Como estudiantes se preocuparan de estudiarla y mejorarla!!!

En su vida profesional, les tocará vivirla

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Qué es la Perforación y Tronadura?

En el ámbito Técnico:La transformación del recurso (roca/mineral) (se Fragmenta)

En el ámbito Productivo:La primera operación en el ciclo productivo de una mina

Como Proceso la Perforación:Cavidad donde serán alojadas las cargas explosivas y accesorios de iniciación

Como Proceso la TronaduraLa liberación de energía mediante una

reacción química (explosivos) que permite fragmentar la roca y desplazarla

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¿Porqué se hace la P&T?

Necesidad de hacer la primera separación del mineralSeparar la paja del trigo

Necesidad de Cargarlo y Transportarlo:A buen entendedor….pocas palabras!

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Teoría General de la Perforación

En general podemos considerar la perforación de rocas como una combinación de las siguientes acciones:

Percusión: Impactos producidos por los golpes del pistón originan ondas de choque que se transmiten a la broca a través del varillaje.

Rotación: Con este movimiento se hace girar la broca para que los impactos se produzcan sobre la roca en distintas posiciones.

Empuje: Para mantener en contacto la broca con la roca.

Barrido: Fluido de barrido que permite extraer el detritodel fondo de la perforación

Algo Parecido a esto…..¿Preguntas?

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Porqué Importa la Perforación?? Por ser la primera

operación dentro del ciclo de operación mina.

Ciclo de operación mina básico (Cielo Abierto)

Perforación Tronadura CarguíoTransporte

Cavidad donde serán alojadas las cargas explosivas y accesorios de iniciación

¿¿Cómo es el ciclo de operación en un Mina Subterránea???

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Componentes principales de un sistema de perforación

Perforadora, fuente de energía mecánica.

Varillaje, medio de transmisión de dicha energía.

Broca o bit, útil que ejerce sobre la roca la energía.

Barrido, efectúa la limpieza y evacuación del detrito producido.

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Diferentes Clasificaciones(Según Maquinaria)

Perforación manual: Equipos ligeros operados por perforistas. Utilizados en trabajos de pequeña envergadura donde principalmente por dimensiones no es posible utilizar otras máquinas o no está justificado económicamente su empleo.

Perforación mecanizada: Los equipos de perforación van montados sobre unas estructuras (orugas), donde el operador controla en forma cómoda todos los parámetros de perforación.

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Diferentes Clasificaciones(Según el tipo de trabajo )

Perforación de banqueo: Perforaciones verticales o inclinadas utilizadas preferentemente en proyectos a cielo abierto y minería subterránea (L.B.H.).

Perforación de avance de galerías y túneles: Perforaciones preferentemente horizontales llevadas a cabo en forma manual o en forma mecanizada (jumbos).

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Diferentes Clasificaciones(Según el tipo de trabajo )

Perforación de producción: Término utilizado en las explotaciones mineras a trabajos de extracción de mineral (estéril). Los equipos y métodos varían según el sistema de explotación.

Perforación de chimeneas: Labores verticales muy utilizadas en minería subterránea y obras civiles. Se utilizan métodos de perforación especiales, entre los cuales destacan el método Raise Boring y la jaula trepadora Alimak.

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Diferentes Clasificaciones(Según el tipo de trabajo )

Perforación con recubrimiento:Utilizado en materiales poco consolidados, en perforación de pozos de captación de aguas y perforaciones submarinas.

Sostenimiento de rocas: Utilizado para la colocación de pernos de anclaje en labores subterráneas principalmente.

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Diferentes Clasificaciones(Según el método mecánico de perforación)

Rotopercutivos: Muy utilizados en labores subterráneas y trabajos menores en minería a cielo abierto (precorte), tanto si el martillo se sitúa en cabeza como en el fondo del barreno.

Rotativos: Se subdividen en dos grupos, según la penetración se realice por trituración (triconos) o por corte (brocas especiales). El primer sistema se aplica en rocas de dureza media a alta y el segundo en rocas blandas.

Desarrollo de la perforación en minería

En síntesis….

Porqué se perfora? Confinamiento al explosivo Salida (botada) a la energía del

explosivo

Una vez que se perfora, se coloca el explosivo(s) y se hace la tronadura a través de una secuencia.

La definición: “La Tronadura tiene como propósito fundamental maximizar la energía liberada por el explosivo para fragmentar lo mejor posible una parte del macizo rocoso, mientras que por el lado contrario, el deseo es a su vez minimizar la energía del mismo hacia la otra parte del macizo rocoso (remanente) para así producir el menor daño posible”.

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Palabras claves para entender la operación

Explosivos: Combustible + oxidante

Energía: Gases y onda de choque (vibraciones) que generan trabajo

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Palabras claves para entender la operación

Fragmentación: tamaño y distribución

Daño: Minimizar la alteración en su entorno

Conociendo un poco lo que es perforación, explosivos y tronadura….

Podemos entrar en lo que se llama “tuneleria” a través de perforación y tronadura.

Métodos para la construcción de túneles

TunelerTunelerííaaMinerMinerííaa

La utilización de los equipos es una prioridad secundaria.

Asegurar una alta utilización de los equipos.

Cumplir con las regulaciones de seguridad y medio ambiente.

Cumplir con las regulaciones de seguridad y medio ambiente.

Tiempo y costos están fuertemente relacionados.

Minimizar la dilución del mineral.

Consideraciones detalladas de requerimientos en el diseño.

Extraer las toneladas a un costo más bajo como sea posible.

Para los mineros las metas de producción productiva son medidas en Toneladas o m3.

Hacer el frente de avance del túnel tan rápido como sea posible.

Tipos de túneles (secciones)

CICLO MINERO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL

La sección depende de:

Mecanizada 2 brazos> 3038 - 51

Mecanizada 1 brazo10 - 3035 - 45

Manual< 1027 - 40

Tipo de perforaciónSección (m2)Diámetro de perf. (mm)

¿Cómo se hace un túnel?

Primero: Distinguir las zonas en un túnel para perforar y cargar los tiros

04 4

1 1

2 2

5 5

3 3

Zona 3: Coronas o contornoZona 4: AuxiliaresZona 5: Auxiliares

Zona 0: RainuraZona 1: ZapaterasZona 2: Cajas o contorno

Así se conoce en Chile en el mundo minero

Segundo: Perforar los tiros de acuerdo a un diseño de disparo (RAINURA)

Esa línea tiene un nombre….GRADIENTE

GRADIENTE

Tercero: Preocuparse de la rainura Rainura (cuele): Conjunto de tiros cargados y

huecos (maricón), que permiten en su profundidad, crear la cara libre necesaria para que el resto de los tiros puedan ir saliendo (secuencia de disparo)

04 4

1 1

2 2

5 5

3 3

Si la rainura sale bien…..tiene la mitad de la pega bien hecha!

Identificando la rainura

Tiros huecos: Maricon (pueden ser 1 o más)

Se diseñan tiros con carga de acuerdo a cuadrantes (IMM 2500)

La rainura se puede perforar ya sea con tiros “paralelos” o en “V” (depende de cómo se quiera quede la botada o marina.. (términos mineros)

Rainura en V….bien en la conceptual, mal en la operacional.

Rainura en tiros paralelos

Problema de la V cut! (operacional)

Una vez diseñada la rainura, se procede a determinar el resto del disparo

Importante: Esto es una propuesta inicial. Ud debe ir viendo como se comporta su tronadura, en las condiciones de “cerro” (geomecánicas, agua, turnos, etc).

Usted debe y puede (ojala quiera) considerar lo siguiente..como ejemplo

Segunda parte: Una vez perforado….hay que colocar los explosivos y definir una secuencia de encendido

Factores que influyen en la selección del explosivos

Variables controlablesDiámetro de perforación Altura de perforaciónPasadura Inclinación de la perforaciónAltura del taco Material del tacoBurdenEspaciamientoTamaño de la tronadura Dirección de la tronaduraSistema de iniciación Número de caras libresTipo de explosivo Método de carguíoAgua Otros.

Variables No controlablesGeología Propiedades geomecánicasFrecuencia de fracturas Orientación de estructuras Condiciones de Agua Otros.

El mensaje es……

De acuerdo a las condiciones del “cerro” y variables de operación…..decido Tipo de explosivo que funciona en forma segura,

ambientalmente factible y económicamente conveniente

DINAMITAS ANFOEMULSIONES

CORDON DETONANTEDETONADOR

Una vez seleccionado, se realiza el siguiente procedimiento

Se lleva a la “frente” los explosivos y accesorios.

Se realiza la carga de explosivos de acuerdo al diseño, considerando Cebo Carga de columna Taco Amarre y secuencia de encendido

Así ud. puede amarrarlo

Se debe “lorear” la mina antes, durante y después del disparo o quemada

Loro Vivo: Toda persona con conocimientos de las

operaciones de la Mina y que por orden directa del

encargado de la operación con explosivos, tiene la

responsabilidad de impedir el ingreso de personas o equipos

a un sector amagado.

Loro Metálico: Es todo letrero de prohibición combinado con sÍmbolo NO PASAR, mediante

la leyenda “PELIGRO NO PASAR DISPARO” u otra

relativa al peligro que resguarda, impide el paso a un

sector amagado.

NO PASAR DISPARO

LOROS:

Se realiza la tronadura de acuerdo a un procedimiento

Y se analiza (visual y computacionalmente)

Y se mandan el “carril”

No olvidarse del ciclo…..(donde estamos)

Ejemplo: PROYECTO LOS PELAMBRES

Excavación de Túnel Largo

PROYECTO MINERO LOS PELAMBRES

Túnel N° 1 : 5.815 m con pendiente de 9,2% Túnel N°2 : 5.090 m con pendiente de 10,8% Túnel N°3 : 545 m con pendiente de 11,0% 3 Ventanas : 913 m con pendiente variable

• Mayor longitud excavada: 3.670 m con pendiente de + 9,2%

PROYECTO MINERO LOS PELAMBRES

ANTECEDENTES

• Explotación de yacimiento mediante un rajo abierto

• Extracción y beneficio de mineral con capacidad de 85.000 TPD.

• Provisiones de espacio para llegar a futuro a 120.000 TPD.

Túnel para traspaso de mineral desde mina a planta

PROYECTO MINERO LOS PELAMBRES

DIAGRAMAS DE PERFORACIÓNDiám. de Perforación : 45 mm

Barrenos Huecos : 102 mm

Salida Espiral, Avance > 95%

Roca Tipo I a II Roca Tipo IV a V (*)

(*) Clasificación según Barton

Barrenos : 4,0 m Barrenos : 2,0 m a 2,6 m

EQUIPOS PRINCIPALESFrente 3.677 m

• Perforación (1) : Boomer 282-38 con 1 x BMHT 1312

• Cargadora (1) : Shaeff - ITC 312 (*)

• Transporte (5) : Wagner MT -426

• Ventiladores(3) : Tipo Axial 2 x 90 KW

(*) ST 6C en túneles cortos

COMBINACION DE TRANSPORTE PARA MANTENER CICLO DE MARINA

• Nichos de maniobra cada500 mts

• Tramo : 0,0 a 1.500 mts : 2 x MT-426

• Tramo : 1.500 a 2000 mts : 3 x MT-426

• Tramo : 2.000 a 2.860 mts : 4 x MT-426

• Tramo : 2.860 a 3.670 mts : 5 x MT-426

CICLO Y AVANCE PROMEDIO

• Perforación, traslado y marcado de frente : 122 min• Carguío de explosivos y tronadura : 40 min

• Ventilación : 45 min

• Extracción de marina : 130 min

• Fortificación : 115 min• DURACION TOTAL DEL CICLO : 452 min (7,53 horas)

• Días útiles por mes, promedio : 26

• Horas útiles por día : 20• Ciclos por día, promedio : 2,65

• Avance por día, promedio : 9,42 m

• AVANCE PROMEDIO : 245 m/mes

• TIEMPO DE EXCAVACION : 15 meses

•

RESULTADOS DE FRENTE MAS LARGA (3.670 m)

• Avance promedio : 245,0 m por mes

• Tiempo de excavación : 15,0 meses

- Roca Tipo I : 6%

- Roca Tipo II : 19%

- Roca Tipo III : 29%

- Roca Tipo IV : 18%

- Roca Tipo V : 28%

Nuevas tendencias para la construcción de túneles en minería y la minería en si.

• Baja mecanización• Intensivo en mano de obra

Pasado:• Roca Secundaria

- Granulometría Fina- Baja Dureza

• Ley relativamente altaPresente:• Inicio de la explotación de

la roca Primaria- Problemas de Estabilidad- Mineral más Grueso

• Disminución de la Ley

• Mecanización• Automatización• Creciente tamaño equipos

Futuro:• Roca Primaria- Alta Dureza- Granulometría Gruesa

• Baja Ley• Minas Profundas• Duplicación y triplicación

Producción

Nuevos Conceptos de Explotación

Minería continua (construcción de túneles sin perforación y tronadura (TBM)

¿Porqué?

• Tasa Extracción: 0,5 t/m2-día 3-4 t/m2-día

• Productividad: 50 t/h-día 200 t/h-día

• Costo Operación: 3,5 US$/Ton 2,0 - 2,2 US$/Ton

• Producción: 200.000 t/day 400.000 t/day

Minería Convencional Continua

En túneles significa incorporar TBM

Se debe ir mas rápido, en roca más competente (túnel de 9 x 9 m @ 10 km)

La regla del dedo gordo.Tunnel length [m]

Tunnel dia [m] X (Strength [Pa])^1/3

> 1,5

If the equation is satisfiedTBM will be an option for the excavation

Length 8,000 m, Dia 4 m, UCS strength 150 MPa

8000/(4x(150,000,000)^1/3)=3,5

Length 2,000 m, Dia 8 m, UCS strength 120 MPa

2,000/(8x(120,000,000)^1/3)=0,5

• Baja mecanización• Intensivo en mano de obra

Pasado:• Roca Secundaria

- Granulometría Fina- Baja Dureza

• Ley relativamente alta

Presente:• Inicio de la explotación de

la roca Primaria- Problemas de Estabilidad- Mineral más Grueso

• Disminución de la Ley

• Mecanización• Automatización• Creciente tamaño equipos

Futuro:• Roca Primaria- Alta Dureza- Granulometría Gruesa

• Baja Ley• Minas Profundas• Duplicación y triplicación

Producción

Nuevos Conceptos de Explotación

TENDENCIAS EN MINERÍA SUBTERRÁNEA

Minería continua….algo así:Preacondicionamiento Macizo Rocoso Manejo de Materiales Continuo y

Automático

Fracturamiento Fracturamiento

HidrHidrááulicoulico

Explosivos Explosivos IndustrialesIndustriales

y Detonaciy Detonacióón n PrecisaPrecisa

y / oy / o

Alimentadores Continuos en cada

Punto de ExtracciónTransportador

Sin-fin

Mineral Preacondicionado

Cómo se realiza el trabajo con TBM?

Comentarios

Si bien hoy esta ampliamente usado los métodos de P&T para avances y producción. La intención de no usar explosivos está.

En la minería se instalo el concepto de Minería profunda, desarrollo rápido y minería continua.

Si no se imponen estas tendencias, no será posible realizar minería subterránea a gran escala (cobre), de manera rentable.

En resumen: Todo lo que vimos no sirve de nada, ya que la minería que viene será otra

Gracias!