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APLICACIN Y DESARROLLO DE LA EMULSIN GASIFICADA COMO

AGENTE DE VOLADURA PARA REDUCIR LOS COSTOS

Tema:

Operaciones Mineras

Autores:

Ing. Paul Urruchi HuamnJefe de Perforacin Voladura

Mina COMARSAMz E Lt 15 Dpto 502 Urb. Santa Maria Trujillo Tel: (044) 242477, (044) 949174625

[email protected];[email protected]

Ing. Romel Villanueva LujanAsistencia Tcnica

FAMESA Explosivos SACAv. Ricardo Palma #674 Trujillo Tel: (044) 296917

[email protected];[email protected]
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]

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1. RESUMEN

El Departamento de Perforacin y Voladura de mina COMARSA viene

utilizando exitosamente, desde el mes de Noviembre del 2008, un nuevo tipo de

emulsin a granel, que se sensibiliza in-situ por medio de gasificacin al momentomismo de ser bombeada a los taladros. Esta emulsin, desarrollada y fabricada en su

planta de Salaverry por nuestro proveedor de productos y servicios, FAMESA

EXPLOSIVOS S.A.C., es del tipo agua en aceite, con buen balance de oxigeno y

despliega una alta velocidad y presin de detonacin.

La emulsin fabricada en planta, transportada a la mina, almacenada en silos,

trasvasada a los camiones fbrica y finalmente bombeada a los taladros es slo una

solucin oxidante no explosiva. Esto hace que todas estas operaciones sean

totalmente seguras. Se convierte recin en un agente explosivo (que, por definicin, es

no sensible a un detonador ms s a un booster de pentolita) cuando se ha producido

la gasificacin dentro del taladro, despus de haberse mezclado con la solucin

gasificante a la salida de la bomba.

La emulsin gasificada substituye ventajosamente a las mezclas conocidas

como ANFO pesado o Heavy ANFO, compuestas, en variadas proporciones, de

ANFO (nitrato de amonio y petrleo diesel) y emulsin convencional. Por tanto, una

operacin de voladura con emulsin gasificada prescinde por completo del uso de

nitrato de amonio y petrleo.

En COMARSA hemos disparado a la fecha 4,868 taladros con emulsin

gasificada, en rocas de distinto grado de volabilidad (blasteability), mejorando el

desempeo del ANFO pesado en fragmentacin, control de proyecciones y generacin

de gases txicos. La emulsin gasificable reacciona con una solucin bsica que lo

sensibiliza qumicamente, justo antes de su carguo a los taladros por medio del

camin fabrica. La gasificacin, entonces, se inicia y se completa dentro de los

taladros, reducindose la densidad desde 1.35 1.38 hasta 0.90 0.93 g/cm3. El

consumo de explosivos se reduce hasta en un 18%, respecto del ANFO pesado.

Aproximadamente treinta minutos despus del carguo se obtiene la altura final

deseada de la columna explosiva, de acuerdo al diseo de carga y taco final. Adems,

su poder rompedor permite ampliar la malla de perforacin.

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Hemos tambin podido comprobar que la aplicacin de la emulsin gasificada,

en sustitucin de las mezclas convencionales de ANFO pesado, otorga beneficios en

seguridad as como de agilizacin de las operaciones de voladura y de minado.

Finalmente, hemos conseguido reduccin de los costos de voladura por TM

hasta en 15 %, en gran parte por la reduccin del factor de potencia en hasta 19%,

adems de la ausencia de manipuleo de nitrato de amonio y de petrleo diesel.

2. OBJETIVOS

Son objetivos principales de este trabajo tcnico:

1. Dar a conocer los logros obtenidos en la mina COMARSA por la aplicacin

de la emulsin gasificada.

2. Demostrar instrumentalmente el mejor rendimiento de las columnas

explosivas conformadas por este producto.

3. Compartir con la comunidad minera esta innovacin tecnolgica en el campo

de la voladura, que en COMARSA se ha constituido en un importante factor de mejora

de la productividad y reduccin de costos, con beneficios para la seguridad y la

proteccin del medio ambiente.

3. INFORMACIN Y RECOLECCION DE DATOS

La recoleccin de datos es continua, en laboratorio y en campo a fin de controlar

la calidad del agente de voladura, el desempeo de los camiones fbrica y los

resultados de las voladuras. Las principales variables controladas son: 1. Densidad de

la emulsin gasificada; 2. Velocidad de detonacin; y 3. Fragmentacin. En etapa

posterior se harn tambin controles de vibracin mediante anlisis sismogrfico ya

que estos dependen tambin y en gran medida, del diseo de tiempos de salida de los

taladros.

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3. Densidad de la Emulsin Gasificada en Laboratorio

Antes de probar en campo, por

primera vez, la emulsin

gasificada, se realizaronmediciones de densidad en los

laboratorios de FAMESA,

obtenindose valores desde

1.38 (no gasificacin) hasta

0.98 g/cc, los que estuvieron

vinculados a la temperatura de

la emulsin matriz, al

porcentaje de solucin

gasificante N-20 y al tiempo de reaccin permitido. Para el trabajo de campo se

estableci el uso de la emulsin matriz a temperatura ambiental (de 20 a 30C), con

porcentajes de solucin N-20 variables entre 1.3% a 1.1%. El tiempo de reaccin

permitido fue estudiado entre 15 y 30 minutos, antes de tapar los taladros.

3.2 Velocidad de Detonacin en Laboratorio

A nivel laboratorio se deton la

emulsin gasificada con

distintas densidades finales,

en tubos de prueba de 2 de

dimetro. La grafica 3.2

muestra que la mxima

velocidad de detonacin se

consigui con una densidad

final del producto de 1.14

1.381.349

1.24

1.1981.1751.16

1.1451.12 1.11

1.08

1.381.37

1.187

1.1331.11 1.097

1.0771.058 1.046

1.016

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

1.40

1.50

0 20 40 60 80 100 120

Densidad(g/cm3)

Tiempo (min)

Curva de gasificacion de 20 - 30 C

0.75% SG-06M 1% SG-06M 1.25% SG-06M

3610

4504

52355181

4900

3500.00

3700.00

3900.00

4100.00

4300.00

4500.00

4700.00

4900.00

5100.00

5300.00

5500.00

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4

Velocidad(m/s)

Densidad (g/cm3)

Velocidad de Deton aicion Vs Densid ada 20 C - 30 C

Graf. 3.1: Densidad en Laboratorio

Graf. 3.2: Velocidad de detonacin en Laboratorio

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3.3 Densidad de la Emulsin Gasificada en campo

Segn el factor de

volabilidad de la roca,

se puede elegir un rangoideal de VOD, ajustando

para ello la densidad final

con el porcentaje de N-

20. Para rocas de baja

volabilidad aplica la

curva amarilla. Para las

de alta, aplica la curva

azul. La curva roja es la

ms empleada para rocas

de regular volabilidad.

3.4 Velocidad de Detonacin en campo

Se obtuvieron curvas

de VOD continuas y

sin perturbaciones, lo

que indica que la

sensibilizacin es

homognea a lo largo

de toda la columna. El

valor promedio de laVOD es de 5227 m/s,

con tramos en los que

alcanza hasta 7074.5

m/s, lo cual indica que

se cuenta con buena

energa disponible

para fragmentar la roca.

Graf. 3.3: Densidad en Campo

Graf. 3.4: Velocidad de Detonacin VOD en Campo

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

0 10 20 30 40 50 60 70

Densidad(g/cm3)

Minutos

Veriacion de la DENSIDAD con el PROPORCION de N-20Temperatura (20-30)

1.1% N20

1.2% N20

1.3% N20

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4. APLICACION

4.1 Sistema del camin fabrica de Emulsin Gasificada especialmente

acondicionado para este fin.

1. Del tanque de emulsin matriz se

bombea esta por medio de una

bomba de cavitacin progresiva hacia

un mezclador esttico (ME ver

Fig.4.2).

2. A la entrada del mezclador esttico se

dosifica, por medio de un control PLC

instalado en la cabina del camin, un

porcentaje predeterminado de solucin

sensibilizante N20.

3. A lo largo del mezclador se produce una turbulencia y homogeniza la emulsin

con el sensibilizante.

4. A la salida del mezclador se inyecta agua para darle fluidez al producto ya

mezclado durante su recorrido por la manguera de descarga.

5. Desde la salida del mezclador y a lo largo de la manguera de despacho, la

emulsin empieza a reaccionar con la N20, producindose la gasificacin

deseada (incorporacin de aire contenido en burbujas).

1

2

3

4 56

Fig. 4.1: Esquema de fabricacin de la Emulsion Gasificada

Fig. 4.2: Mezclador Esttico

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6. A la salida de la manguera de despacho se obtiene una emulsin burbujeante,

producto de la reaccin qumica de la emulsin con la N-20.

4.2 Carguo de los taladros con la Emulsin GasificadaLa emulsin ya gasificada sale de la

manguera de despacho con una

densidad de aproximadamente 1.3

g/cm3 y es con esta densidad que se

cargan a los taladros. Pasados 30

minutos la densidad disminuye hasta

0.9 g/cm3. De este punto en adelante la

disminucin de la densidad en el

tiempo es ya muy pequea y se puede

decir que se ha estabilizado. Es en este

momento tambin que se procede a

comprobar el taco final, de acuerdo al diseo propuesto, y a tapar los taladros con el

taco. La fabricacin in-situ del producto y el despacho a los taladros estn controlados

por un sistema digital PLC.

5. DISEO DE LAS VOLADURAS Y RESULTADOS

5.1 Diseo de carga con Emulsin Gasificada

Para el clculo de la carga (Q) en Kg, dada la altura de banco (H) y el taco finaldeseado (Tf), utilizamos:

Donde:

: Longitud de carga final,

= H -Tf

: Densidad de explosivo finalH: Longitud de taladro

Para el clculo del Taco inicial (Ti).Usar:

Ti= HDonde:

= Longitud de carga inicial

= Q / (18.87)( )

Fig. 4.3: Carguo en los taladros

Fig. 5.1: Diseo de carga de taladros

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De esta manera ya se han calculado las cargas Q en kg y los tacos iniciales para

diferentes longitudes de taladro y diferentes alturas de tacos finales requeridos. Esto

se vierte a una tabla que se entrega a cada supervisor y a cada operador de camin

5.2 Anlisis de Fragmentacin

La Fragmentacion con

emulsion gasificada es

comparada con la del

Heavy ANFO. Se

encontro que con

Emulsion Gasificada el

90% de la pila pasa una

malla de 25cm, mientras

que con Heavy ANFO

solo pasa un 87%. Y se

logra reducir la boloneria

de 3% a 2%.

Longitud

Taladro(m) 1 1.5 1.7 1.8 2 2.25 2.5 3 3.5 4

99 89 85 83 79 75 70 60

2.0 2.4 2.5 2.6 2.8 3.0 3.2 3.6

109 99 95 93 89 84 79 70

2.0 2.5 2.6 2.7 2.9 3.1 3.3 3.7

119 109 105 103 99 94 89 79 70

2.1 2.5 2.7 2.8 3.0 3.2 3.4 3.8 4.2

129 119 115 113 109 104 99 89 79 70

2.2 2.6 2.8 2.9 3.0 3.2 3.5 3.9 4.3 4.7

139 129 125 123 119 114 109 99 89 79

2.3 2.7 2.9 3.0 3.1 3.3 3.5 4.0 4.4 4.8

149 139 135 133 129 124 119 109 99 89

2.4 2.8 3.0 3.1 3.2 3.4 3.6 4.0 4.5 4.9

159 149 145 143 139 134 129 119 109 99

2.5 2.9 3.1 3.2 3.3 3.5 3.7 4.1 4.5 5.0169 159 155 153 149 144 139 129 119 109

2.6 3.0 3.2 3.3 3.4 3.6 3.8 4.2 4.6 5.0

169 165 163 159 154 149 139 129 119

3.1 3.3 3.4 3.5 3.7 3.9 4.3 4.7 5.1

169 164 159 149 139 129

3.6 3.8 4.0 4.4 4.8 5.2

174 169 159 149 139

3.9 4.1 4.5 4.9 5.3

169 159 149

4.6 5.0 5.4

10.5

11

11.5

7.5

8

8.5

9

9.5

10

Taco final requerido

6

6.5

7

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

PorcentajePasante(%)

Tamao (m)

Fragmentacion Comparativa

He avyA NFO SA N-G

Tab. 5.1: Tabla de carguo

Graf. 5.1: Curva de Fragmentacin

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5.3 Ampliacin de la malla de perforacin.

Debido a los buenos resultados de fragmentacin se aplico el criterio de potencia

relativa por volumen (RBS) y se calcularon las nuevas dimensiones para este nuevo

agente de voladura, se ampli progresivamente la malla de perforacin en todos los

tajos y para todos los tipos de roca. Hasta la fecha se han ampliado las mallas en un

promedio del 6.6% con iguales o mejores resultados de fragmentacin.

5.4 Reduccin del Factor de Potencia

En consecuencia, por la ampliacin de las mallas y el menor consumo de

explosivos, el Factor de Potencia se ha visto disminuido, en los ltimos 3 meses, hasta

en casi un 20%. (Vase cuadro anterior).

ZONA DURA H-ANFO SAN-G % INCREM. H-ANFO SAN-G % INCREM. H-ANFO SAN-G % INCREM. H-ANFO SAN-G % INCREM.

BURDEN 3.56 3.70 3.50 3.65 3.56 3.70

ESPACIAMIENTO 4.10 4.30 4 4.2 4.10 4.30

ZONA SEMI DURA

BURDEN 3.90 4.20 3.70 3.91 3.70 3.91 3.80 4.00

ESPACIAMIENTO 4.50 4.80 4.30 4.50 4.30 4.50 4.50 4.80

ZONA SUAVE

BURDEN 4.80 5.20 4.30 4.50 4.3 4.8 4.3 4.8

ESPACIAMIENTO 5.40 6.00 5.00 5.20 5.00 5.50 5.00 5.50

6.74.74.7

11.1 4.0

4.9

10.0 10.0

6.7

5.0 4.9

2008 Jan-09 Feb-09 Mar-09

TONELADAS ROTAS TM 44,808,872 4,593,943 3,633,783 4,425,147EXPLOSIVOS TOTAL KG 17,417,496 1,884,934 1,336,323 1,310,152

CONSUMO DE SANG KG 50,000 19,474 423,050 679,564

FACTOR POTENCIA KG/TN 0.389 0.410 0.368 0.296

FACTOR DE POTENCIA KG/TM

Tab. 5.2: Aumento de las mallas de perforacin

Tab. 5.3: Reduccin del Factor de Potencia

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6. CONCLUSIONES

Tal como se ha descrito en el presente trabajo tcnico, el Departamento de Perforacin

y Voladura de mina COMARSA ha conseguido una mejora general en sus operaciones

mediante el empleo de la emulsin gasificada, acompaada de una reduccin de suscostos y, por ende, de un incremento de la rentabilidad de la empresa, tan necesaria

en esta poca de crisis global.

Es de importancia destacar tambin los beneficios colaterales en seguridad y cuidado

del medio ambiente que se obtienen con esta innovacin. As:

1. En Seguridad

En una operacin tan sensible como la voladura, ya no se usan dos insumos altamente

oxidantes e inflamables como el nitrato de amonio y el petrleo diesel. Se ha podido

registrar tambin menor proyeccin de rocas (fly rocks) que suelen constituir un factor

de riesgo para personas y equipos.

2. En Medio Ambiente

Se minimizan las emanaciones gaseosas (gases nitrosos contaminantes del aire)

producto de la combustin incompleta o desbalanceada en oxgeno de las mezclas

explosivas, as como por la menor presin de aire (airblast)

3. En Rentabilidad

Se reducen los costos globales de minado de manera importante al reemplazar la

mezcla ANFO de nitrato de amonio y petrleo por un producto de algo mayor costo

inicial pero cuyo consumo es notablemente menor y que, sobre todo, aporta beneficios

a las dems operaciones confortantes del costo global de minado (perforacin, carguo

y acarreo).

Los datos numricos se pueden resumir de la siguiente manera:

- Reduccin del Costo Unitario Global en 11.4 %.

- Reduccin del Factor de Potencia en 20 %.

- Ampliacin de las mallas de perforacin en 6.6%

- Mejora de la fragmentacin con un 90% de la pila pasando la malla 25 cm.

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7. ANEXOS

1. Simulacin de la Detonacin de un proyecto cargado con SAN-G, usando

el software JKSimblast.

2. Emulsin Gasificada

Graf. 7.2: Distribucin de Energa con Emulsin Gasificada

Graf. 7.1: Distribucin de Energa con Emulsin Gasificada

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