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TECNICAS PARA REDUCCION DE DAO AL MACIZO ROCOSO EN

MINERA SUBTERRNEA

Julio Csar Beran Snchez Ing. Senior de Voladura - Exsa S.A.

cberaun@exsa.com.pe.

Telfono: 013157000 Fax: 013157015

RESUMEN En los ltimos 10 aos, el nmero de

accidentes fatales en la minera peruana se mantienen en un promedio de 62, siendo la principal causa el desprendimiento de roca, toda detonacin causa dao en el macizo rocoso, el objetivo del presente trabajo es mostrar los niveles de energa que alcanzan las voladuras normales.

Se ha utilizado como parmetro de medicin el registr de vibracin, donde se modifico una de la variables para cuantificar su incidencia en el nivel de energa transmitido, se correlaciona la cantidad de energa entregada por el explosivo a la rotura, vibracin y como onda area.

La aplicacin esta centrada en operaciones

subterrneas, es decir voladura en frentes y tajos. Si bien es cierto que toda voladura causara dao buscamos reducir esta.

INTRODUCCIN

Si bien es cierto que la perforacin y voladura es la actividad conjunta unitaria ms significativa de toda operacin minera, puesto que es el core de la industria, y tiene implicancia directa con todas las dems actividades, es decir, nivel de sostenimiento, acarreo, transporte entre otras.

De acuerdo al reporte de OSINERGMIN del

2009, (Direccin Tcnica Minera/DGM), los accidentes fatales por desprendimiento de roca ocupan el primer lugar con 40%, cifra alarmante, y que debe centrar toda nuestra atencin en la causa raz, puesto que en los ltimos accidentes fatales se han producido en labores permanentes (cruceros, Rampas, By pass) y en otros donde el sostenimiento (shotcrete, perno) ya haba sido puesto. Esta misma realidad se observa en otros pases con una proporcin semejante a la nuestra.

La profundizacin de las minas, labores

(tajos) sin rellenar, el uso de explosivos ms potentes sin considerar el tipo de roca, pobres diseos de perforacin y carga elevan la cantidad de energa transmitida al macizo rocoso.

El incremento de energa traducido esencialmente como vibracin y onda area causa en deterioro ms rpido en la cohesin de bloques que integran el macizo, elevando el nivel de riesgo para los trabajadores, equipo e infraestructura.

Para reducir este incremento en el riesgo

de desprendimiento de roca se ha incrementado geomtricamente el costo de sostenimiento y fortificacin en los ltimos aos.

En las publicaciones de los ltimos aos se

tiene trabajos realizados con retardos (grado de precisin) como factor preponderante en la disminucin de dao puesto que al reducir la carga operante reduce el PPV, pero se ha perdido de vista la influencia del tipo de explosivo, la energa que esta transmite a la roca y la capacidad que esta puede soportar, como la necesaria para su fragmentacin y desplazamiento.

ENERGIA DE LOS EXPLOSIVOS

La energa de los explosivos es un tema de

gran inters puesto que estos valores con otras propiedades se emplean como una medida de su buen funcionamiento.

Existen algunos mtodos experimentales

para determinar la energa como la bomba calorimtrica o ensayo bajo agua, pero estos no describen correctamente el comportamiento del explosivo dentro del taladro como tampoco el calor de explosin. Para cuantificar la potencia de un explosivo debemos centrarnos en el trabajo mecnico que es capaz de ejercer contra la roca.

Una prueba muy utilizada es el brisance o

Hess, que muestra el trabajo dinmico, como consecuencia de la onda de choque y esta vinculado a la densidad y velocidad de detonacin del explosivo

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Tipo de

explosivoProducto

Kg/m3

Energa

Explosin

MJ/ kg

VOD sin

confinar

(m/s)

EXADIT 45 1080 3.68 3400

EXADIT 65 1050 4.31 3600

SEMEXSA 45 1080 3.77 3800

SEMEXSA 65 1120 3.83 4200

SEMEXSA 80 1180 4.02 4500

GEL. ESP. 75 1380 4.06 5500

GEL. ESP. 90 1420 4.11 6000

GELIGNITA 1480 4.73 6500

SEMEXSA E-65 1120 3.92 5000

SEMEXSA E-80 1180 4.64 4800

EXAGEL E 65 1120 3.91 5100

EXAGEL E 80 1140 4.57 5300

EMULEX 45 1000 4.52 4500

EMULEX 65 1120 4.64 5000

EMULEX 80 1180 5.02 5100

SOLANFO 800 3.78 3100

EXAMON P 800 4.20 3400

EXAMON V 850 4.77 3580

DIN

AM

ITA

EM

UL

SIO

NA

NF

O

Kg/m3

VOD sin

confinar

(m/s)

Presin

Tal

(MPa)Semexsa E 65 1120 5000 3500

Gelatina especial 75 1380 5500 5218

Semexsa 65 1110 4200 2448

Semexsa 45 1080 3800 1949

Exadit 60 1040 3500 1593

Exadit 45 1030 3400 1488

La energa qumica potencial del explosivo es liberada en un intervalo de tiempo muy corto; rango de micro segundos. Lo que provoca presiones del orden 200 a 600 M Pa. En el cuadro siguiente mostramos la densidad (Kg/m

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de explosin (MJ/Kg.) y velocidad de detonacin (m/s).

Con la densidad del explosivo y su

velocidad de detonacin podemos determinar la presin de taladro:

La energa transferida a la roca se traduce

en trabajo liberado durante la expansin de gases hasta una determinada presin que representa el trabajo til. Esta presin se denomina de corte la cual es ejercida hasta que las grietas alcanzan la cara libre y por tanto la presin; cesando as el trabajo contra la roca.

Esta presin provoca una onda de choque

que es transmitida en el medio rocoso como una onda ssmica de forma esfrica. El efecto ssmico alcanza valores de 25 al 33% de de la energa transferida del explosivo al macizo rocoso al igual que la onda area que es un tipo de vibracin en el aire. Estos dos efectos concentran alrededor del 60% de la energa transferida.

ENERGIA TRANSFERIDA A LA ROCA

La trasferencia de energa al macizo rocoso

es funcin de las caractersticas del explosivo y la roca (velocidad y la densidad), relacin conocida como Impedancia.

FI = 1 (Ie - Ir)/ (Ie + Ir)

Donde: FI: Factor por Impedancia Ie: Impedancia del explosivo (Kg. m

-2 s

-1)

Ir: Impedancia de la roca (Kg. m-2

s-1

) Cuando la impedancia tiende a 1 se obtendr una mayor transferencia de energa a la roca.

Otro factor a considerar en el nivel de transferencia de energa al macizo rocoso es el grado de confinamiento:

Fc = 1/(e

t/e 1.72)

Donde: Fc : Factor de confinamiento t : Dimetro de taladro (mm) e : Dimetro de explosivo (mm) La energa que se transfiere a la roca es:

Etr = FI . Fc . En

Donde: Etr : Energa transferida a la roca (MJ) I : Factor de Impedancia Fc : Factor de confinamiento En: Energa de explosin del explosivo (MJ) ENERGIA REQUERIDA PARA FRAGMENTAR LA ROCA Cada roca tiene propiedades mecnicas particulares, como la resistencia a la traccin y modulo de elasticidad que determina la cantidad de energa que se necesita para alcanzar la rotura

Ef = V . t / 2E

Donde: Ef : Energa requerida para fragmentar (MJ) V : Volumen (m

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t : Resistencia a la traccin (MPa) E : Modulo de Young (MPa) ENERGIA CONSUMIDA COMO EFECTO SISMICO La energa requerida para vencer la resistencia de la roca a ser fragmentada es considerablemente menor a la energa entregada por los explosivos industriales, este porcentaje de energa adicional se consume como vibracin. Es necesario resaltar que la energa en un vibracin es funcin de la amplitud al cuadrado, esta amplitud depende de la magnitud del pulso y

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que la frecuencia es funcin de la caracterstica del medio por el cual es transmitida.

En la actualidad se cuenta con equipos de monitoreo de vibraciones, que dependiendo de su cercana a la fuente o voladura pueden ser sismgrafos o acelermetros. Las ondas registradas son:

Ondas de compresin (primarias o P),

Ondas de cizallamiento (secundarias o S),

Ondas superficiales (ondas de Raleigh o R)

Las ondas P y S se propagan en todas direcciones y son llamadas ondas de volumen.

Las ondas P se propagan por compresiones y tracciones del medio rocoso, cuando alcanzan una superficie libre o cambia el tipo de roca sufre los fenmenos de reflexin y refraccin que dan origen a las ondas S.

Las ondas S se propagan perpendicularmente

a la direccin de propagacin.

Las ondas R se propagan en la superficie libre de un slido, sus partculas obedecen un movimiento elptico levgiro

La vibracin captada es funcin de las caractersticas de medio rocoso, la distancia de la voladura al geofono.

Para determinar la energa es necesario

registrar la amplitud, frecuencia dominante, duracin de la vibracin, distancia de la fuente y las caractersticas de la roca:

Es = 124 . d

2 . r . C . a

2 . f

2 . tv

Donde: d : distancia al punto de monitoreo (m) r: Densidad roca (Kg/m

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C: Velocidad del sonido en la roca (m/s) a: Amplitud de la vibracin (m) f : frecuencia de la vibracin (Hz) tv: Duracin de la vibracin (s) EFECTO DEL TIPO DE EXPLOSIVO EN

LA VIBRACIN Los registros se realizaron en un Breasting,

se utiliz los procedimientos con que venia trabajando la mina, es decir, malla y secuencia, se solicito despus del primer registro cambiar a explosivos de media y baja potencia Semexsa 65 y Exadit 60 de los que venan utilizando Semexsa E 65 y Gelatina especial 75:

Para mantener las mismas condiciones se

coloco el geofono a la misma distancia: Los parmetros de de roca se muestran en

la siguiente tabla: La informacin de perforacin y carguo se

muestra en las tablas siguientes

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Los factores obtenidos cabe sealar que el nivel de sobre rotura excedi el 100%, ocasionando un mayor consumo de shotcrete y tener una labor fuera del planeado por geomecnica y planeamiento como se muestra en la siguiente tabla:

La informacin registrada por el sismgrafo

nos dio un valor de 77.1 mm./s con una frecuencia dominante de 169 Hz.

De la informacin ssmica y de los parmetros de roca obtenemos la energa consumida en las diferentes fases En los siguientes cuadros se muestran la perforacin y voladura cambiando el explosivo por Semexsa 65 y Exadit 60 En la fotografa siguiente se muestra la malla de perforacin Los factores obtenidos por el cambio de explosivo muestran que la sobre rotura se redujo al 7 %, hecho que no solo tiene importancia por la reduccin del shotcrete lanzado, sino por tener una labor mas estable con dimensiones que le permitan un mayor tiempo de auto sostenimiento.

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La informacin registrada por el sismgrafo

nos dio un valor de 30.6 mm./s con una frecuencia dominante de 141 Hz.

De la informacin ssmica y de los parmetros de roca obtenemos la energa consumida en las diferentes fases

De los resultados obtenidos y haciendo uso

de la caracterstica de simpata de las dinamitas se puede reducir el la energa potencial, y en consecuencia disminuir el efecto ssmico.

Tomando las propiedades mecnicas de la

roca y manteniendo la perforacin, secuencia constantes, utilizamos el explosivo como variable tenemos:

CONCLUSIONES

Si bien es cierto que la carga operante se

reduce cuando se utiliza un mayor nmero de retardos y cuando estos tiene una menor dispersin, solo se esta mejorando una las posibles variables para la reduccin de dao al macizo rocoso.

La energa es funcin del cuadrado de la

amplitud e independiente de la frecuencia (Periodo), por lo que algunas aseveraciones que lograr un incremento en la frecuencia reducira la energa ssmica no es correcto.

Es necesario tener en consideracin las

caractersticas mecnicas de la roca para determinar el explosivo idneo.

Retardos ms precisos reduce el dao

pero no es la nica variable a tomar en cuenta.

En este trabajo hemos mostrado la

importancia que tiene la utilizacin de explosivos de menor potencia que sean capaces de fragmentar la roca a las dimensiones requeridas y reduzcan el efecto ssmico con la consecuencia de lograr labores de dimensiones diseadas, y sobre todo ms estables.