optimizacion de la voladura de frentes aplicando la teoria de la conminucion en la mina cerro de...

VOLCAN COMPAÑÍA MINERA S.A.A.

Unidad Económica Administrativa Cerro de

Pasco Oficinas Generales Paragsha s/n – Cerro de Pasco Telf. (51-64) 722244 Tfax (51-64) 722013

“OPTIMIZACION DE LA VOLADURA DE FRENTES

APLICANDO LA TEORIA DE LA CONMINUCION EN

LA MINA CERRO DE PASCO”

Ingº Willy CHAVEZ LEZCANO

Jefe de Perforación y Voladura

Preparado Por :

ÍNDICE

2

3

4

5

6

Resumen

Operación de minado

Características Geomecánicas de la roca de Cerro de Pasco

Modelo Matemático de Conminución

Aplicación de la Teoría de la Conminución en frentes usando

emulsiones

Conclusiones

1

7 Figuras

RESUMEN

La Unidad Económica Administrativa Cerro de Pasco de Volcán Compañía Minera

S.A.A. dentro del planeamiento a mediano y largo plazo tiene como uno de sus

objetivos incrementar la producción de la mina subsuelo de 70 mil a 110 mil

toneladas por mes para el año 2001.

Dada esta necesidad se vio por conveniente optimizar los recursos disponibles y

reducir nuestros costos, introduciendo nuevas teorías y tecnologías en nuestras

Operaciones Mineras: en este caso el empleo del Modelo Matemático de

Conminución.

Dentro de las operaciones unitarias de mina, un objetivo principal es lograr un

adecuado grado de fragmentación de la roca, de tal modo que minimice el costo

combinado de la perforación, voladura, transporte y chancado primario de la roca.

RESUMEN (Continuación)

El principio del Modelo Matemático de Conminución se basa en el proceso de

reducción de tamaño de rocas, dado que la energía necesaria para producir la

fractura de las rocas, es aquella que el mismo material almacena durante su

deformación elástica hasta su punto de ruptura. Por lo tanto en la comminución

debe cuantificarse las relaciones entre energía consumida y tamaño de

fragmentos producidos.

Como se verá en la parte correspondiente, está teoría tiene la virtud de relacionar

las características geomecánicas de las rocas y características del explosivo, que

son factores fundamentales para la voladura, y donde se resalta su importancia

desde un punto de vista técnico-económico y ecológico. Así por ejemplo en este

caso se ha logrado un costo de perforación y voladura de 2.28 $/TM con relación

al método tradicional con que se trabajaba de 2.89 $/TM.

OPERACIÓN DE MINADO

PERFORACION Y VOLADURA

La actividad de minado se realiza preparando el método de explotación de

cámaras y pilares en las áreas de los cuerpos Jotas y CNA: Piso 15 Nv 1600 Zona

III, para una sección de 7,0 m x 5,0 m con pilares de 4.0 m x 4.0 m. La preparación

de este método se inicia con perforaciones de frentes pilotos de 3,5 m x 3,0 m,

utilizando equipos mecanizados, Jumbos Electrohidraúlicos de un brazo, con barra

de 12 pies y broca de botones de 2” (51 mm) Ø para taladros de producción y

broca Rimadora de 4” Ø para los taladros de alivio.

Los parámetros son los siguientes:

Longitud efectiva de perforación 3.20 m

Tiempo efectivo de perforación 2.40 min/taladro

Velocidad de perforación 1.30 m/min.

Cantidad de taladros por frente 36 taladros

Taladros cargados de 2” Ø 33

Taladros de alivio de 4” Ø 3

OPERACIÓN DE MINADO (Continuación)

PERFORACION Y VOLADURA

En la voladura se utiliza el sistema de iniciación no eléctrico, empleando cargas

explosivas de última tecnología: Semexsa E 65 de 1 ½” x 12”, como accesorios de

voladura: detonadores Fanel de periodo corto MS para el corte y periodo largo LP

para los demás taladros, cordón detonante 3P para iniciar los faneles y dos guías

de seguridad ensambladas (conector y fulminante) de 7 pies para iniciar el

sistema.

Diseño de corte cilíndrico con seis taladros: 3 cargados de 2” Ø y 3 de alivio

(vacío) de 4” Ø.

CARACTERISTICAS GEOMECANICAS DE LA

ROCA DE CERRO DE PASCO

Los valores de las características geomecánicas de la roca fueron obtenidos por el

Departamento de Geomecánica de la Unidad, con los siguientes resultados:

Zona Mineralizada Valor

Peso unitario (W) = 3.8 Ton/m3

Resistencia dinámica a la compresión simple ( R) = 90 Mpa

Resistencia a la tracción ó tensional dinámica (Rt) = 126.5 MPa

Angulo de fricción interna (Ø) = 29º

Cohesión (C ) = 180 Kpa

Módulo de elasticidad Young Dinámico (E) = 20000 Mpa

Relación de Poisson (V) = 0.25

MODELO MATEMATICO DE LA TEORIA DE

CONMINUCION

Se entiende por Conminución al proceso de reducción de tamaño, en el caso de

voladura de rocas, dado que la energía necesaria para producir la fractura de la

roca es aquella que el mismo material almacena durante su deformación elástica

hasta su punto de ruptura; entonces se debe cuantificar las relaciones entre energía

consumida y el tamaño de los fragmentos producidos.

Teniendo en cuenta que los fragmentos de tamaño grueso “D” tienen un nivel de

energía menor que los fragmentos pequeños de tamaño “d”, entonces en el

proceso de voladura, para obtener una fragmentación adecuada, la energía

entregada por la detonación de la mezcla explosiva debe ser superior a esa

diferencia de niveles de energía mencionada.


CONMINUCION (Continuación)

ENERGIA DE CONMINUCIÓN

La energía total por unidad de volumen necesaria para reducir fragmentos de rocas

de un tamaño “D” a otro más pequeño de tamaño “d”, está dado por la siguiente

relación matemática:

ET = ¾ x 10-2 (Std)2 (R + 1) ………………..(1)

E

donde:

ET = Energía total para reducir la roca de un tamaño D a un tamaño d (Joule/m3).

Std = Resistencia a la tensión dinámica de la roca (Pa)

E = Modulo de elasticidad de Young (Pa)

R = D/d relación de reducción



Comparando con la energía entregada por la detonación de una mezcla explosiva,

80% del total:

Q3 = (Kcal / Kg)

(1 K Cal = 4186.8 Joules)

Luego la cantidad de explosivo necesaria para fragmentar 1 m3 de roca de fragmentos

de tamaño D a tamaño d. La relación R = D/d será:

W = 3 x 10-2 (Std)2 (R + 1) Kg explosivo ………… (2)

4 EQ3

Si se utiliza un taco de B metros, la altura de carga en cada taladro será la siguiente:

hc = (H – B) m ……...…………………………..…. (3)

donde:

hc = altura de carga (m) H = profundidad de taladro B = Burden (m)



Por otro lado la cantidad de explosivo requerido por taladro será:

Wb = (H – B) Ø2 1 … ........………………………………….(4)

4000

donde:

Wb = Cantidad de explosivo por taladro (Kg/tal) H = Profundidad de taladro (m) B = Burden (m) Ø = Diámetro de taladro (mm)

1 = Densidad del explosivo (gr/cm3) El número de taladros necesarios cargados con Wb Kg de explosivos para fragmentar un frente de área AxL (m2) y H (m) de profundidad en fragmentos de tamaño d, está dado por la siguiente relación matemática:



nt = 30 (Std)2 ( ALH / d + 1) AHL ………………..(5)

EQ3 (H – B) ) Ø2 1

donde:

nt = numero total de taladros requeridos Std = resistencia a la tensión dinámica de la roca (Pa) E = módulo de elasticidad de young de la roca (Pa) Q3 = calor de explosión de la mezcla explosiva (Joules)

1 = Densidad del explosivo (gr/cm3) Ø = Diámetro de la carga explosiva (mm) B = burden AxL = Area del frente a disparar H = Altura de frente d = tamaño promedio de los fragmentos requeridos

3



Así mismo el número de taladros requeridos puede determinarse comparando el área a dispararse con el área de influencia del taladro BxS.

nt = AxL .................................... (6)

BxS

Comparando con la ecuación (5) se obtiene la siguiente relación matemática para determinar el Burden:

EQ3 Ø2 1 = KsHB2 ………(7)

30 (Std)2 ( ALH / d) + 1 (H – B)

Ks = Factor de espaciamiento

Luego usando la ecuación (7) se hace el análisis de sensibilidad hasta obtener valores reales del Burden (B) y estos valores deben ser implementados y ajustados en el campo para cada labor especifica donde quiera aplicarse.

3

APLICACION DE LA TEORIA DE LA CONMINUCION

EN FRENTES USANDO EMULSIONES

I. DATOS DEL CAMPO

LABOR MINERA : 16848-8S

SECCION : 3.50 m x 3.0 m

DIAMETRO TAL : 2” Ø

PROF. PERFORACION: 3.20 m con barra de 12’

II. CARACTERISTICAS GEOMECANICAS DE LAS ROCAS

TIPO ROCA : I

DUREZA : ALTA

RESISTENCIA TENSIONAL DINAMICA = 126.5 Mpa

MODULO DE ELASTICIDAD DE YOUNG DINAMICO Ea = 20000 Mpa

III. CARACTERISTICAS DEL EXPLOSIVO

EMULSION SEMEXA E65 1 ½” X 12”

DENSIDAD q = 1.14 gr/cc

CALOR DE EXPLOSION: Q3 = 935 Kcal / kg

IV. TAMAÑO DE LA FRAGMENTACION REQUERIDA

d = 0.20 m (ancho de la parrilla)



CALCULAR LA MALLA DE PERFORACION Y VOLADURA

IMPLEMENTARLA EN EL CAMPO Y EVALUAR LOS RESULTADOS

SOLUCION

V. CALCULO DE LA ENERGIA ELASTICA DE DEFORMACION

ed = (Vtd)2 (erg/cm3)

2E

ed = (126,5 x 10,197 kg/cm2)2 = (1289,9 kg2cm2)2

2(20000 x 10,197 Kg/cm2) 407880 kg/cm2

ed = (1289,9 x 980 670 Dinas / cm2)2

407 880 x 980 670 Dinas / cm2

ed = 1,60 x 1018 Dinas /cm2

3,99 x 1011

ed = 4 x 106 Dinas / cm2

ed = 4 x 106 erg / cm2



VI. CALCULO DE LA RELACION DE REDUCCION R

R = D/d

Sección: 3.5 m x 3.0 m x 3.20 m = 33.6 m3

D3 = 33.6 D = 3.22 M

R = 322 cm = 16

20 cm

VII. CALCULO DE LA ENERGIA REQUERIDA PARA FRACTURAR LA ROCA

ET = 3 ed D3 (R + 1) erg

2

ET = 3 x 4 x 106 erg/cm3 x 33.6 x 106 cm3 (16 + 1)

2

ET = 3.42 x 1015 erg



VIII. CALCULO DE LA ENERGIA TOTAL ENTREGADA POR EL EXPLOSIVO

SEMEXA E65 1 ½” x 12”

E = 0.7 Q3 = 0.7 x 935 Kcal/kg = 655 Kcal/kg

E = 655 Kcal/kg x 4,1868 x 1010 erg/kg

E = 2,74 x 1013 erg/kg

IX. CALCULO DE LA CANTIDAD TOTAL DE LA EMULSION

1 kg emulsión SEMEXSA E65 2,74 X 1013 erg

X 3,42 X 1015 erg

X = 125 kg de emulsión

X. CALCULO DE LAS MALLAS DE PERFORACION Y VOLADURA

i) Cálculo de la cantidad de emulsión por taladro

QE = (n Q2 /4 x 100 cm x 0,9 gr/cc) = 1838 gr/m

QE = 1,8 kg/m



ii) Cálculo de la cantidad de emulsión por taladro

Longitud efectiva = 3,20 m

Longitud de carga = 0,7 x 3,0 m = 2,10 m

Kg expl. /tal = 2,10 x 1,8 kg/m = 3,78 kg/tal

iii) Calculo del numero de taladro cargado

# tal = 125 kg = 33 tal

3,78 kg/tal

33 tal cargados + 3 vacíos

iv) Numero de cartuchos/tal del corte

3,78 kg/tal = 10 cart/tal (corte)

0,39 kg/cart



v) Cálculo de la malla de perforación y voladura S/B

= 1,25

# filas = (ancho/S + 1)

# columnas = (alto/B)

# tal = # filas x # columnas

33 = (3,5/1,25 B + 1) (3,0 / B)

13,75 B2 – 1,25 B – 3,5 = 0

B = 1,25 ± (1,25)2 – 4(13,75)(-3,5)

2 (13,75)



B = 0,55 m

Bmax = 0,55 m

Smax = 0,69 m

B1 = 1,7 Ø = 1,7 X 0,089 = B1 = 0,15 m

B = 0,55 – 0,15 = 0,4 = 0,13 m

3 3

B2 = 0,15 + 0,13 = 0,28 m

B3 = 0,28 + 0,13 = 0,41 m

B4 = 0,41 + 0,13 = 0,54 m

CONCLUSIONES

1. La aplicación de la Teoría de la Conminución es reciente en nuestras

operaciones de perforación y voladura lo cuál nos está dando muy buenos

resultados técnico – económicos y ecológicos.

2. Esta teoría considera los parámetros de la masa rocosa como la del explosivo a

ser utilizado para obtener un tamaño de fragmento deseado.

3. Las evaluaciones de las voladuras en frentes se inició aplicando esta teoría

desde el mes de junio a octubre del 2001 llegando a obtener rendimientos

aceptables y bajando los costos promedios perforación y voladura de US$ 347 a

US$ 274 , con un beneficio de US$ 73 / disparo - 21% menos respecto a la

técnica aplicada anteriormente; proyectándose un ahorro anual de US$ 151 110.

4. Se maximizó los avances por disparo superando el 95% con respecto a la

longitud del taladro

5. Implementar esta nueva teoría en todos los frentes de explotación y desarrollo.

6. Se recomienda hacer un seguimiento de esta aplicación a los Supervisores y

personal técnico involucrado en la actividad de perforación y voladura para

mantener los resultados obtenidos a la fecha para maximizar producción y

productividad y consecuentemente minimizar los costos operacionales.

7. La Teoría de la Conminución se aplicó en voladura de rocas por primera vez en

Canadá y Australia en 1970, actualmente esta teoría no se emplea con intensidad

en las operaciones mineras de nuestra realidad, teniendo una serie de beneficios

como se documenta en el presente caso.

CONCLUSIONES (Continuación)

FIGURAS

optimizacion de la voladura de frentes aplicando la teoria de la conminucion en la mina cerro de...

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