UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA MECANICA Y MINAS

CARRERA PROFESIONAL: INGENIERIA DE MINAS

CURSO: INVESTIGACION MINERA

TEMA: PROYECTO DE INVESTIGACION

NOMBRE: SULLCARANI LLANOS ARNOLD F.

CODIGO: 090165 - F

CUSCO PERU

2012

DEDICATORIA

Con mucho amor y cariño a Rosa y a Tejsi, mis compañeros; también a mis padres por su apoyo incondicional y mis hermanos que los quiero mucho.

AGRADECIMIENTO

Un profundo agradecimiento a todas las personas que de una u otra manera colaboraronpara la realización del presente trabajo, en especial al Ing. Raymundo Molina, por su apoyo y pautas para el desarrollo del mismo.

RESUMEN

La voladura representa una de las operaciones unitarias de mayor relevancia en toda operación de extracción de mineral. Su objetivo final es lograr un adecuado grado de fragmentación de la roca, de tal modo que haga mínimo el costo combinado de las operaciones de perforación, voladura, transporte y chancado primario de la roca, produciendo a la vez el menor daño posible en las cercanías de ésta.El alto grado de influencia de los resultados de la voladura, en los restantes procesos del ciclo operacional, hace evidente la necesidad de contar con la experiencia y tecnología que permitan evaluar y posteriormente optimizar esta operación minera unitaria.El empleo adecuado del Monitoreo de Vibraciones producto de voladuras, es una técnica que provee múltiples ventajas en términos de poder examinar en detalle el proceso de la voladura. En efecto, la medición de los niveles de velocidad de partículas que provoca la detonación de cada carga explosiva, es un medio a través del cual es posible conocer su eficiencia relativa, su interacción con las cargas adyacentes y en definitiva el rendimiento general del diseño.Así, el monitoreo de las vibraciones en la roca causadas por una voladura, ha sido utilizado como una herramienta de diagnóstico de ésta, ya que la adecuada interpretación del registro de vibraciones permite determinar el grado de interacción entre las variables de una voladura, pudiéndose evaluar por ejemplo: cargas detonando en una secuencia de encendido incorrecta; dispersión en los tiempos de encendido de los retardos; detonación deficiente de cargas; detonaciones instantáneas; detonación de cargas adyacentes por simpatía; además de la cuantificación de los niveles de velocidad, frecuencia, aceleración y desplazamiento de las partículas de roca.Otro aporte importante del empleo de ésta tecnología, es el de obtener los niveles de velocidad de partícula absolutos, para cada una de las cargas explosivas, las que asociadas a las distancias en que se registra dicha detonación conforman una base de datos con la cual se ajustan los modelos de comportamiento y se evalúa el daño potencial que esa vibración puede producir.Las vibraciones producidas por las voladuras y el conocimiento de las propiedadesgeomecánicas del macizo rocoso, permite estimar la probabilidad de ocasionar daño en dicho macizo. Los altos niveles de vibración pueden dañar al macizo rocoso, produciendo fracturas nuevas o extendiendo y dilatando fracturas existentes. La vibración en este contexto, puede ser considerada como un esfuerzo o deformación del macizo rocoso. Se describe en este trabajo algunos casos de aplicación de la técnica de monitoreo de vibraciones particularmente en Minería Subterránea y su importancia en el diagnóstico, control, modelamiento y optimización del proceso de la voladura. Se analiza su potencial en términos de alcanzar substantivas mejoras técnico-económicas, aumentar los rendimientos y minimizar los costos operacionales en esta etapa de la explotación minera.

ABSTRC

The bombing is one of the most important unit operations in all mineral extraction operation. Their ultimate goal is to achieve an adequate degree of fragmentation of the rock, so that makes at least the combined cost of drilling, blasting, transport and primary crushing of the rock, while producing the least possible damage in the vicinity thereof.The high degree of influence on the results of the blast in the remaining processes of the operational cycle, makes clear the need for expertise and technology to assess and then optimize this unit mining operation.The proper use of Vibration Monitoring product blasting is a technique that provides multiple benefits in terms of being able to examine in detail the process of blasting. In fact, measuring the levels of particle velocity caused by the detonation of each explosive charge, a means through which it is possible to know their relative efficiency, its interaction with adjacent loads and ultimately the overall performance of the design.Thus, the monitoring of vibrations in the rock caused by blasting has been used as a diagnostic tool for this, because the proper interpretation of the vibration record to determine the degree of interaction between the variables of a blast, being able to assess for example: fillers detonating in an ignition sequence incorrect; dispersion at the time of ignition delays; detonation charge deficient; detonations snapshots; detonation adjacent load in sympathy, in addition to quantifying the levels of speed, frequency, acceleration and displacement of the rock particles.Another important contribution from the use of this technology is to obtain the levels of absolute particle velocity, for each of the explosive charges, those associated with the distances at which detonation is recorded that comprise a database which adjusted models, and evaluates the potential damage that vibration may occur.The vibrations caused by blasting and knowledge of the propertiesgeomechanical rock mass, to estimate the probability of causing damage to the massif. High levels of vibration can damage the rock mass, causing fractures and widening new or extending existing fractures. The vibration in this context can be considered as a stress or strain of the rock mass. Described in this paper some cases of application of vibration monitoring techniques particularly in underground mining and its importance in the diagnosis, monitoring, modeling and optimization of the blast. We analyze their potential in terms of achieving substantive technical and economic improvements, increase yields and minimize operating costs at this stage of mining.

TITULO: ‘OPTIMIZACION DE LOS PARAMETROS DE PERFORACION Y VOLADURA MEDIANTE UN MODELO DE ANALISIS VIBRACIONAL EN UNA MINA SUBTERRANEA’

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

DESCRIPCION DE LA REALIDAD DEL PROBLEMA

El principal problema es la falta de consideración de las vibraciones y el daño que ocasionan al macizo rocoso en el diseño de las mallas de perforación y voladura.

DEFINICION DEL PROBLEMA

PROBLEMA PRINCIPAL

La falta de considerar parámetros geológicos, estructurales y mecánicos de la roca a ser volada y de los procedimientos de prevención y control, las voladuras están ocasionado problemas de inestabilidad en el contorno de las labores, haciendo un ambiente inseguro para los trabajadores.

PROBLEMA ESPECIFICO

Además de perjudicar los costos de sostenimiento, además de poder causar grandes impactos ambientales, estando a la espera de cualquier deslizamiento o desprendimiento de roca, pudiendo impedir el acceso a los frentes de avance, ocasionando gastos adicionales, paralizando las labores de producción lo que conllevaría a grandes pérdidas para la empresa y problemas de inseguridad; que generalmente es debido al exceso de carga explosiva, que puede ser más de lo requerido para fragmentar la roca.

FUNDAMENTOS TEORICOS DE LA INVESTIGACION

MARCO TEORICO

VOLADURA DE MINAS SUBTERRÁNEAS

Es un proceso tridimensional muy complejo, que a través de la alta concentración de energía de los explosivos por las altas presiones en los taladros, generan dos procesos dinámicos: Fragmentación y Desplazamiento; que pueden ser controlados, por el tamaño de los disparos, secuencia de iniciación, cantidad y tipo de explosivo; para obtener resultados eficientes y económicos, con el menor daño posible al macizo rocoso, evitando la caída de rocas.

Se logra mediante un proceso denominado Mecánica de Rotura de rocas.

EN EL DISEÑO DE MALLAS DE VOLADURA

Existen parámetros que se deben tener en consideración para lograr una voladura adecuada, además existen diversas teorías de cómo elaborar estas mallas, sin embargo en un país tan mega diverso en geología como es el Perú, cada mina e inclusive cada labor necesita un diseño especifico, que le permita realizar sus trabajos posteriores con mayor seguridad.

En la actualidad ya se está utilizando además de los parámetros comunes que nosotros conocemos, un análisis predictivo de fragmentación, que permitirá conocer la granulometría final del mineral según las características de la malla utilizada.

Otro punto muy importante de investigar es el daño que ocasiona la voladura al macizo rocoso, en especial en niveles donde existen muchas labores colindantes, haciendo las labores mas inestables que podrían en cualquier momento ocasionar un desastre.

Modelo predictivo de Vibraciones

Las vibraciones son un estado de esfuerzos inducidos en el macizo rocoso, mediantes ondas elásticas, producto de la detonación de explosivo de los pozos de voladura con el fin de fragmentar la roca.

Estas presentan ciertos parámetros que se deben conocer al momento de hacer este estudio, además de las condiciones que tienen influencia sobre el comportamiento de las vibraciones.

Además existen teorías de cómo realizar este tipo de estudios que son una herramienta muy útil, pero no tan precisa, así también métodos para realizar controles de vibraciones mediante monitoreos.

FINALIDAD Y OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION

FINALIDAD:

Lograr un adecuado grado de fragmentación de la roca, de tal modo que se obtenga un costo mínimo combinado de las operaciones de carguío, transporte, chancado y molienda de la roca.

Minimizar el daño al macizo rocoso en su entorno permitiendo una operación sin riesgos.

OBJETIVO PRINCIPAL

El objetivo principal de este proyecto es establecer un Modelo Predictivo de las Vibraciones en las voladuras realizadas por minas subterráneas, permitiendo hacer modificaciones en los parámetros de perforación y voladura, logrando la reducción de los daños a la roca circundante, las estructuras vecinas, maquinarias y otros; además de lograr la reducción de costos y el óptimo trabajo de las operaciones posteriores; logrando una reducción de costos y una optimización en las operaciones posteriores.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Estudio y análisis de los parámetros de perforación y voladura.

Estudiar y evaluar el impacto vibracional en las labores y la respuesta de la roca.

Obtener la VPP a través de las pruebas de campo y su interpretación aplicando la Ley de Propagación.

Plantear un nuevo diseño de voladura.

HIPOTESIS:

Si es posible utilizar un modelo de análisis vibracional como parámetro de restricción en la elaboración de cualquier tipo de mallas, además de la geología, explosivos, presencia de agua y granulometría del mineral.

METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION:

TECNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS

INSTRUMENTACIÓN PARA MONITOREAR LAS VIBRACIONES:

La instrumentación es vital y su propósito es localizar transductores en puntos estratégicos a objeto de obtener una base de información consistente y representativa.Para ello pasa por manejar algunos conocimientos de las ondas sísmicas generadas por la voladura a su alrededor. Estas son importantes puesto que transportan la energía vibracional, por lo tanto, debemos tener presente sus relevancias que dependen de la geometría, posición de la voladura y sistema estructural, por ejemplo, la onda superficial es de menor amplitud y viaja más distancia, por lo tanto son importantes su medición en un campo lejano, al contrario de las ondas P y S que son más significativas cerca de la voladura. Por esto los registros de las vibraciones producidas por voladuras son almacenados en los sismógrafos, los cuales graban las amplitudes y duración de los movimientos de la tierra, producto de dichas voladuras, usando los siguientes componentes:

Transductores (geófonos o acelerómetros) que se instalan en forma solidaria a la roca. Un sistema de cables que llevan la señal captada por los transductores al equipo de

monitoreo. Un equipo de adquisición, el cual recibe la señal y la guarda en memoria. Un computador, el cual tiene incorporado el software requerido para el traspaso de la

información desde el equipo monitor, y su posterior análisis.

ANALISIS E INTERPRETACION Y CONSTRACTACION DE LA HIPOTESIS

INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS Y SU APLICABILIDAD

Luego del análisis de los resultados, en conjunto con el análisis predictivo de fragmentación, se debe de realizar la caracterización vibracional del macizo, para cada dominio geológico, definiéndose la restricción limite de la VPP, para las diferentes labores y condiciones que se presenten.

0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.90.1

0.6

1.1

1.6

2.1

2.6

f(x) = − 0.917654396927313 x + 2.51320622127222R² = 0.282781665224987

REGRESIÓN DE DATOS EN VOLCANICO

DISTANCIA ESCALADA

PP

V (

mm

/se

g)

-0.40.10.60.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

GRANULOMETRÍA , VOLADURA EN SUPERFÍCIE

TAMAÑO DE LOS ESCOMBROS (m)

%

PA

SA

NT

E …

CREACIÓN DEL NUEVO DISEÑO DE PERFORACIÓN Y VOLADURA:

Luego del establecimiento del análisis predictivo de vibraciones como de fragmentación, se establecen los criterios para poder definir los parámetros de perforación y voladura, como los son: burden, espaciamiento, diámetro de perforación y explosivo, tiempo de retardos, factor de carga, energía de explosivo, acoplamiento, otros.

EJECUCIÓN Y CONTROL:

El diseño establecido se empieza a ejecutar en las diferentes labores y unidades donde se ha realizado el estudio, y su adecuado control de la pre y post voladura.

CREACIÓN DE UN SOFTWARE APLICATIVO PRÁCTICO:

La última parte de esta investigación, consiste en crear un programa aplicativo donde se incluya el análisis vibracional como una restricción al momento de calcular los parámetros de perforación y voladura, como los principales son los el burden y espaciamiento, y tiempo de retardos.

CONCLUCIONES:

La voladura es una de las operaciones más importantes en la actividad minera y controlarla es fundamental, para obtener resultados óptimos, ya que la mejor fragmentación del material se obtiene en el interior mina y no en la chancadora, además de disminuir las vibraciones y no dañar al macizo rocoso.

Los excelentes resultados de esta tesis dependerán de la efectividad al momento de realizar las pruebas en campo y una excelente interpretación del modelo predictivo, con el fin de proponer un nuevo diseño de voladura óptimo.

A través de este estudio se va a lograr reducir los costos de perforación y voladura, además de algunas operaciones posteriores, permitiendo así una mayor competitividad con otras empresas del sector.

Se contara con una nueva herramienta en la optimización de los diseños de voladura, para las diferentes unidades mineras subterráneas del Perú.

RECOMENDACIONES

Los monitoreos de vibraciones deben ser realizados por personal entrenado y experimentado para poder recabar información confiable y poder tomar decisiones correctamente.

Así también recordar que a medida que se incremente el número de monitoreos en cada zona la ecuación de vibraciones debe estar variando y ajustándose más al comportamiento real del movimiento o vibraciones del macizo rocoso. (Para llegar a un modelo confiable).

Buscar no siempre el explosivo más barato, sino el cual pueda realizar un determinado trabajo eficientemente con el menor costo y que además no incurra en costos adicionales. Hay que tener en cuenta el costo global y no solo el costo del explosivo.

Establecer puntos de monitoreo fijos cuando se desee realizar el control de vibraciones para estructuras importantes en la operación (el caso de piques, compresoras, estaciones de bombeo, etc.)

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