Aplicación de flexigel en voladuras de control Orica Mining Services S A Mina Cerro Verde

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE GEOLOGÍA, GEOFÍSICA Y MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS. APLICACIÓN DE FLEXIGEL EN VOLADURAS DE CONTROL - ORICA MINING SERVICES S.A. - MINA CERRO VERDE. TESIS PRESENTADA POR: DANIEL CHAMBI OCSA PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO DE MINAS. AREQUIPA - PERÚ 2018.

(2) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE GEOLOGÍA, GEOFÍSICA Y MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS. APLICACIÓN DE FLEXIGEL EN VOLADURAS DE CONTROL - ORICA MINING SERVICES S.A. - MINA CERRO VERDE JURADOS: . PRESIDENTE: MSc. BRUNO CHAUCAYANQUI QUISA. . SECRETARIO: ING. EDGAR TADDEY CHACALTANA. . VOCAL: ING. MARCO ANTONIO VALENZUELA SALAS. ASESOR: . ING. REYNALDO CANAHUA LOZA. AREQUIPA - PERÚ 2018.

(3) DEDICATORIA. A Dios por darme fortaleza e iluminar mi camino. A mis padres Nélida y Andrés y mi hermano William por su respaldo y motivación constante en la elaboración de esta tesis. A mi esposa Marycarmen e hijos Dannya y Leonel que impulsaron el logro de una meta en mi carrera y que, con amor y sacrificio, me dieron su apoyo para terminar este proyecto.. I.

(4) AGRADECIMIENTOS. A la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa, que me brindó los conocimientos suficientes para poderlos utilizar en mi vida profesional; asimismo mi reconocimiento a los docentes de la Escuela Profesional de Ingeniería de Minas y de manera especial al Ingeniero Reynaldo Canahua por su colaboración en el asesoramiento del presente trabajo. A la E.E. Orica Mining Services por permitirme realizar mi proyecto en sus operaciones en mina Cerro Verde, en especial a los ingenieros Yoshiro Miranda, Rolando Held, Eddy Arce y Nicolás Fuentes y al Sr. Edilberto Villanueva por su constante apoyo en la realización de este proyecto.. II.

(5) RESUMEN. Es importante resaltar la importancia de la Perforación y Voladura que son las que dan inicio a la etapa de producción de cualquier complejo minero, donde los resultados de esta que es la denominada fragmentación influye en un 99% en la rentabilidad de la compañía minera, y en especial en las subsiguientes operaciones mineras unitarias (carguío, acarreo, chancadora primaria, chancadora secundaria, etc.). Enfatizando, la fragmentación como resultado de una voladura de rocas tiene un impacto significativo en la rentabilidad de la mina, para ello se requiere una adecuada fragmentación en el tamaño de la roca para maximizar el desempeño de los procesos posteriores. Sin embargo, en cualquier compañía minera no solo trata de hacer voladura de rocas para obtener producción, si no también hacer voladura de rocas y paralelamente proteger la roca remanente a la labor minera. En este trabajo se da a conocer cómo puede ser usada de la manera más eficiente la energía del FLEXIGEL para alcanzar mejoras en el cuidado de los taludes. El tipo de terreno de roca blanda nos obliga a disminuir la cantidad de explosivo por taladro lo cual disminuye la calidad de fragmentación. Para contrarrestar éste déficit, se realizará las pruebas correspondientes utilizando FLEXIGEL para reemplazar el uso de HA37. El Flexigel es un explosivo a granel fabricado por Orica, su característica principal es que puede ser fabricado en un gran rango de densidad. Puede ser usado en diferentes aplicaciones. Es fabricado a base de Emulsión y poliestireno Expandido (EPS) especialmente para Orica. Palabras Clave: CERRO VERDE – FLEXIGEL - VOLADURA. III.

(6) INDICE GENERAL. DEDICATORIA .................................................................................................... I AGRADECIMIENTOS ........................................................................................ II RESUMEN ........................................................................................................ III. CAPITULO I INTRODUCCIÓN. 1.1. TITULO Y UBICACIÓN ......................................................................... 1. 1.1.1. Título de la tesis.............................................................................. 1. 1.1.2. Ubicación ........................................................................................ 1. 1.1.3. Accesibilidad ................................................................................... 2. 1.2. JUSTIFICACIÓN ................................................................................... 4. 1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ....................................................... 5. 1.3.1. Definición del problema .................................................................. 5. 1.3.2. Formulación del Problema .............................................................. 5. 1.4. ALCANCE Y LIMITACIONES ................................................................ 5. 1.4.1. Alcances ......................................................................................... 5. 1.4.2. Limitaciones .................................................................................... 5. 1.5. VARIABLES E INDICADORES ............................................................. 5. 1.5.1. Independientes ............................................................................... 5. 1.5.2. Dependientes.................................................................................. 5. 1.5.3. Indicadores ..................................................................................... 6. 1.6. OBJETIVOS .......................................................................................... 6. 1.6.1. Objetivo general.............................................................................. 6 IV.

(7) 1.6.2 1.7. Objetivos específicos ...................................................................... 6. HIPOTESIS ........................................................................................... 6. CAPITULO II MARCO TEORICO. 2.1. PERFORACION Y VOLADURA ............................................................ 7. 2.2. MECANISMO DE FRAGMENTACIÓN DE LA ROCA ........................... 8. 2.2.1 2.3. Descripción del proceso de detonación .......................................... 9. TIPOS DE VOLADURA ....................................................................... 11. 2.3.1. Voladura de producción ................................................................ 11. 2.3.2. Voladura de contorno ................................................................... 12. 2.4. TEORÍA DE LA VOLADURA DE CONTORNO ................................... 12. 2.4.1. Tipos de voladura de contorno ..................................................... 14. 2.4.2. Voladura de precorte .................................................................... 14. 2.4.3. Voladura de recorte ...................................................................... 15. 2.4.4. Voladuras amortiguadas ............................................................... 15. 2.5. SECUENCIA DE ENCENDIDO Y TIEMPOS DE RETARDO .............. 18. 2.5.1. Influencia del tiempo de retardo en la fragmentación y desplazamiento .......................................................................... 19. 2.5.2. Influencia del tiempo de retardo en las proyecciones y sobrexcavación .......................................................................... 20. 2.6. EXPLOSIVOS INDUSTRIALES Y ACCESORIOS DE VOLADURA... 21. 2.6.1. Tipos de explosivos ...................................................................... 21. 2.6.2. Accesorios de voladura ................................................................ 23. 2.7. MONITOREO DE VIBRACIONES PARA EL CONTROL DE V.

(8) DAÑO INDUCIDO ............................................................................... 25 2.7.1. Geología local y características de las rocas ................................ 26. 2.7.2. Carga de explosivo por retardo..................................................... 26. 2.7.3. Consumo especifico del explosivo ................................................ 28. 2.7.4. Tipos de explosivos ...................................................................... 28. 2.7.5. Tiempos de retardo....................................................................... 28. 2.7.6. Variables geométricas de las voladuras ....................................... 29. 2.8. CARACTERÍSTICAS DE LAS VIBRACIONES TERRESTRES .......... 30. 2.8.1 Ondas longitudinales o Primarias (P): .............................................. 31 2.8.2 Ondas Transversales o Secundarias (S): ......................................... 31 2.8.3 Ondas Reyleigh: ............................................................................... 32 2.8.4 Ondas Love: ..................................................................................... 33 2.8.5 Parámetros de las ondas ................................................................. 33 2.9. INSTRUMENTACIÓN PARA EL MONITOREO DE VIBRACIONES ... 34. 2.9.1 Transductores de vibración .............................................................. 35 2.9.2 Acelerómetro .................................................................................... 36 2.9.3 Geófonos.......................................................................................... 36 2.9.4 Equipo de adquisición ...................................................................... 37 2.10 CRITERIO DE DAÑO PARA VIBRACIONES ...................................... 38 2.11 INFLUENCIA DE LAS VIBRACIONES EN EL CAMPO CERCANO.... 39. CAPITULO III MATERIAL DE ESTUDIO. 3.1. ANTECEDENTES DE LA OPERACIÓN ............................................. 44. 3.2. MORFOLOGIA .................................................................................... 47 VI.

(9) 3.3. CLIMA ................................................................................................. 48. 3.4. FLORA Y FAUNA ................................................................................ 48. 3.5. GEOLOGÍA REGIONAL ...................................................................... 49. 3.5.1. Gneis Charcani (Precámbrico – Paleozoico Inferior). ................... 50. 3.5.2. Conglomerado Tinajones (Triásico Superior – Jurásico Inferior) .. 50. 3.5.3. Volcánico Chocolate (Jurásico Inferior). ....................................... 50. 3.5.4. Formación Socosani (Jurásico Inferior a Medio)........................... 50. 3.5.5. Grupo Yura (Jurásico Superior – Inferior). .................................... 51. 3.5.6. Volcánicos Toquepala (Cretáceo Superior – Terciario Inferior). ... 51. 3.5.7. Microgranito. ................................................................................. 51. 3.6. GEOLOGÍA LOCAL............................................................................. 54. 3.6.1. Gneis Charcani. ............................................................................ 54. 3.6.2. Conglomerado Tinajones. ............................................................. 54. 3.6.3. Volcánico Chocolate. .................................................................... 54. 3.6.4. Formación Socosani. .................................................................... 54. 3.6.5. Grupo Yura. .................................................................................. 55. 3.6.6. Rocas Ígneas. ............................................................................... 55. 3.7. ALTERACIONES HIDROTERMALES ................................................. 59. 3.7.1 Alteración potásica ........................................................................... 59 3.7.2 Alteración fílica ................................................................................. 59 3.7.3 Alteración propílica ........................................................................... 60 3.7.4 Alteración argílica (Supérgena) ........................................................ 61 3.8. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL. ............................................................. 62. 3.9. TIPO DE YACIMIENTO. ...................................................................... 65. 3.10 MINERAL ECONÓMICO DE EXPLOTACIÓN. ................................... 65 3.11 RESERVAS GEOLÓGICAS MINABLES. ............................................ 66 VII.

(10) 3.12 OPERACIONES MINA. ....................................................................... 66 3.13 CICLO DE MINADO. ........................................................................... 68 3.13.1 Perforación. .................................................................................. 68 3.13.2 Voladura. ..................................................................................... 74 3.13.4 Acarreo. ........................................................................................ 76. CAPITULO IV METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION. 4.1. DIAGRAMA CAUSA – EFECTO ......................................................... 78. 4.2. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ......................................... 79. 4.2.1. Tipo de investigación .................................................................... 79. 4.2.2. Nivel de investigación ................................................................... 79. 4.2.3. Método de investigación ............................................................... 79. 4.3. POBLACIÓN Y MUESTRA ................................................................. 80. 4.3.1. Población ...................................................................................... 80. 4.3.2. Muestra ......................................................................................... 80. 4.4. MÉTODOS Y TECNICAS PARA LA PRESENTACION Y ANÁLISIS DE DATOS ......................................................................... 80. 4.4.1. Observación directa ...................................................................... 80. 4.4.2. Análisis descriptivo ....................................................................... 80. 4.4.3. Trabajo de campo ......................................................................... 81. 4.4.4. Presentación ................................................................................. 81. VIII.

(11) CAPITULO V DESARROLLO DEL TEMA DE TESIS. 5.1 PARÁMETROS DE DISEÑO DE CARGA UTILIZADOS EN CADA CASO...................................................................................................... 84 5.1.1 Parámetros de diseño de una malla base de contorno .................... 84 5.1.2 Parámetros de diseño de una malla de contorno con Flexigel ......... 85 5.2. DESARROLLO EXPERIMENTAL PREVIO A LA VOLADURA. .......... 86. 5.1.1 5.3. Medición de densidades. .............................................................. 86. DESARROLLO EXPERIMENTAL DURANTE LA VOLADURA. .......... 89. 5.3.1. Medición de VOD.......................................................................... 89. 5.3.2. Medición de vibraciones. .............................................................. 93. 5.3.3. Captura de imagen de la voladura (video). ................................... 95. 5.4. DESARROLLO EXPERIMENTAL POSTERIOR A LA VOLADURA .... 96. 5.4.1. Determinación de fragmentación de la voladura.......................... 96. 5.4.2. Obtención de sobre quiebre. ........................................................ 97. 5.4.3. Obtención de rendimiento de palas. ............................................. 98. CAPITULO VI ANALISIS DE RESULTADOS. 6.1. ANALISIS DE DENSIDADES .............................................................. 99. 6.1.1 Densidad HA37 ................................................................................ 99 6.1.2 Densidad FLEXIGEL 60 ................................................................. 100 6.2. ANALISIS DE VOD ........................................................................... 101. 6.3. ANALISIS DE VIBRACIONES ........................................................... 102 IX.

(12) 6.4. ANÁLISIS DE VIDEOS...................................................................... 106. 6.5. ANÁLISIS DE FRAGMENTACIÓN .................................................... 107. 6.5.1. Fragmentación en el taco de una voladura de contorno ............. 111. 6.6. ANÁLISIS DE SOBRE-QUIEBRE ..................................................... 113. 6.7. ANÁLISIS ECONOMICO................................................................... 114. CONCLUSIONES........................................................................................... 117 RECOMENDACIONES .................................................................................. 118 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ............................................................... 119 ANEXOS ........................................................................................................ 120. X.

(13) INDICE DE TABLAS. Tabla 2.1 Propiedades Técnicas del Flexigel Control ...................................... 22 Tabla 2.2 Tipo de zona y daño inducido en el macizo rocoso .......................... 43 Tabla 3.1 Leyes de Cut off y de cabeza. .......................................................... 66 Tabla 3.2 Modelos de voladura según RQD y UCS ......................................... 70 Tabla 3.3 Parámetros de perforación según RQD ........................................... 72 Tabla 5.1 Configuración de Voladura Base ...................................................... 84 Tabla 5.2 Configuración de Voladura con Flexigel ........................................... 85 Tabla 6.1 Registro con sismógrafo para el HA37 ........................................... 103 Tabla 6.2 Registro con sismógrafo para el HA37 ........................................... 104 Tabla 6.3 Fragmentación en voladura con HA37 ........................................... 107 Tabla 6.4 Fragmentación en voladura con Flexigel ........................................ 109 Tabla 6.5 Sobre – quiebre .............................................................................. 113 Tabla 6.6 Análisis económico proyecto Santa Rosa ...................................... 115 Tabla 6.7 Análisis económico proyecto Santa Rosa ...................................... 116 Tabla 6.8 Análisis económico proyecto Cerro Verde...................................... 116. XI.

(14) INDICE DE FIGURAS. Figura 2.1 Fases de la mecánica de rotura de un taladro ................................ 10 Figura 2.2 Rotura radial durante la voladura .................................................... 11 Figura 2.3 Diagrama de esfuerzos producidos en una voladura de precorte. .. 13 Figura 2.4 Esquema de voladura de Precorte. ................................................. 14 Figura 2.5 Esquema de voladura de recorte .................................................... 15 Figura 2.6 Esquema de voladura amortiguada. ............................................... 16 Figura 2.7 Efecto de la dirección de las discontinuidades sobre la orientación del precorte. ................................................................. 18 Figura 2.8 Efecto de las discontinuidades en la estabilidad de taludes............ 18 Figura 2.9 Influencia de los tiempos de retardo en las proyecciones. .............. 20 Figura 2.10 Pentex ........................................................................................... 23 Figura 2.11 Equipos de Sistema I-kon. ............................................................ 23 Figura 2.12 Equipos de Sistema I-kon. ............................................................ 25 Figura 2.13 Ondas Longitudinales o primarias (P) ........................................... 31 Figura 2.14 Ondas Transversales o segundarias (S) ....................................... 32 Figura 2.15 Registro de Ondas ........................................................................ 33 Figura 2.16 Parámetros de las ondas .............................................................. 34 Figura 2.17 Parámetros utilizados por el modelo Holmberg & Persson ........... 41 Figura 2.18 Gráfico modelo campo cercano Holmberg & Persson .................. 42 Figura 3.1: Columna estratigráfica ................................................................... 52 Figura 3.2: Mineralización ................................................................................ 65 Figura 3.3 Diseño de mallas de perforación ..................................................... 71 Figura 3.4: Mallas triangulares ......................................................................... 73 Figura 3.5 Camiones descargando en la chancadora ...................................... 77 XII.

(15) Figura 4.1 Diagrama Causa – Efecto ............................................................... 78 Figura 5.1 Esquema de Tipos de Voladuras .................................................... 82 Figura 5.2 Esquema de Voladura de Contorno ................................................ 83 Figura 5.3 Configuración Voladura de Contorno (HA37) .................................. 84 Figura 5.4 Configuración Voladura de Contorno (Flexigel) .............................. 85 Figura 5.5 Vaciado de Flexigel ......................................................................... 87 Figura 5.6 Extracción de la muestra ................................................................. 87 Figura 5.7 Limpieza de residuos ...................................................................... 88 Figura 5.8 Pesaje de muestra .......................................................................... 88 Figura 5.9 Incorporación de cable de medición a prima ................................... 90 Figura 5.10 Prima en el taladro ........................................................................ 90 Figura 5.11 Chequeo de comunicación del cable de medición ........................ 91 Figura 5.12 Equipo Microtrap instalado ............................................................ 91 Figura 5.13 Configuración para medición de VOD (HA37) ............................... 92 Figura 5.14 Configuración para medición de VOD (Flexigel) ........................... 92 Figura 5.15 Sismógrafo .................................................................................... 94 Figura 5.16 Instalación de Sismógrafo ............................................................. 94 Figura 5.17 Cámara de alta velocidad.............................................................. 95 Figura 5.18 Instalación de cámara de alta velocidad ....................................... 95 Figura 5.19 Fotografía panorámica de un frente volado................................... 96 Figura 5.20 Boyas de 12’’ (escala para material volado) .................................. 97 Figura 5.21 Esquema de levantamiento topográfico de sobre quiebre ............ 97 Figura 5.22 Fotografía carguío de pala ............................................................ 98 Figura 6.1 Grafico de densidades HA37 ........................................................ 100 Figura 6.2 Grafico de densidades Flexigel 60 ................................................ 100 Figura 6.3 Esquema de medición de VOD ..................................................... 101 XIII.

(16) Figura 6.4 Análisis de VOD HA37 .................................................................. 101 Figura 6.5 Análisis de VOD Flexigel ............................................................... 102 Figura 6.6 Grafico Velocidad(mm/s) /Frecuencia(Hz) .................................... 103 Figura 6.7 Grafico Registro de ondas producidas por HA37 .......................... 104 Figura 6.8 Grafico Velocidad(mm/s) /Frecuencia(Hz) .................................... 105 Figura 6.9 Grafico Registro de ondas producidas por HA37 .......................... 105 Figura 6.10 Proyecto de contorno previo al disparo ....................................... 106 Figura 6.11 Proyecto de contorno durante el disparo..................................... 106 Figura 6.12 Zona de muestreo para análisis de fragmentación ..................... 107 Figura 6.13 Fotografía para procesar en Software (HA37) ............................ 108 Figura 6.14 Gráfico de Registro de fragmentación (HA37) ............................ 108 Figura 6.15 Fotografía para procesar en Software (Flexigel) ......................... 109 Figura 6.16 Gráfico de Registro de fragmentación (Flexigel) ......................... 110 Figura 6.17 Fotografía de Fragmentación en zonas de Contorno .................. 110 Figura 6.18 Buffer con Flexigel ...................................................................... 111 Figura 6.19 Buffer con HA37 .......................................................................... 111 Figura 6.20 Comparación fragmentación en el taco ....................................... 112 Figura 6.21 Comparación fragmentación en el taco ....................................... 112 Figura 6.22 Esquema sobre quiebre levantado topográficamente ................. 113 Figura 6.23 Comparación económica de buffer 1 .......................................... 114 Figura 6.24 Comparación económica de buffer 2 .......................................... 115. XIV.

(17) INDICE DE PLANOS. Plano 1.1 Ubicación y accesibilidad Sociedad Minera Cerro Verde ................... 3 Plano 3.1 Geología regional Sociedad Minera Cerro Verde ............................. 53 Plano 3.2 Geología local Sociedad Minera Cerro Verde .................................. 58 Plano 3.3 Geología estructural Sociedad Minera Cerro Verde ......................... 64. XV.

(18) ÍNDICE DE ANEXOS. ANEXO 1: Hoja de insumos ....................................................................... 120 ANEXO 2: Diseño de carga ....................................................................... 121 ANEXO 3: Plano de detalles ..................................................................... 122 ANEXO 4: Plano de burden relief ............................................................... 123 ANEXO 5: Plano de movimiento de material ............................................. 124 ANEXO 6: Plano de isotiempos ................................................................. 125 ANEXO 7: Plano de radio de influencia para voladura .............................. 126. XVI.

(19) CAPITULO I INTRODUCCIÓN. 1.1. TITULO Y UBICACIÓN 1.1.1 Título de la tesis Aplicación de Flexigel en voladuras de control - Orica Mining Services s.a. - mina Cerro Verde 1.1.2 Ubicación La Unidad de Producción Cerro Verde (UPCV) se encuentra ubicada en los distritos de Uchumayo, Yarabamba y Tiabaya, provincia y departamento de Arequipa; a 30 km al SW de la ciudad de Arequipa. La mayor parte del área de la unidad está ubicada dentro de las quebradas de Enlozada, Huayrondo y Linga. Geográficamente, la unidad se encuentra ubicada a una altura de 2700 msnm, en las siguientes coordenadas:. 1.

(20) Coordenadas geográficas: 16° 31′ 54.18″ Latitud Sur, 71° 36′ 8.72″ Longitud Oeste. Coordenadas UTM datum PSAD 56 (punto central): 224 297 Este. 8 171 154 Norte.. 1.1.3 Accesibilidad El acceso a la U.P. Cerro Verde se realiza a través de dos carreteras, una de las cuales viene desde Arequipa hasta las instalaciones de la U.P. y es una vía asfaltada usada como acceso principal a la mina. La otra es una carretera asfaltada de 100 km de largo que viene desde la costa. Esta última es de acceso restringido en un tramo de 12 km y se utiliza actualmente como vía para el transporte de los cátodos de cobre hacia el puerto de Matarani y para el transporte de concentrado de cobre y molibdeno hacia la Estación de Transferencia La Joya.. 2.

(21) Fuente: Departamento de geología. Plano 1.1 Ubicación y accesibilidad Sociedad Minera Cerro Verde 3.

(22) 1.2. JUSTIFICACIÓN En nuestro país no se aplica como opción el empleo de nuevas mezclas explosivas y reducción del factor de carga para la disminución de vibraciones, las cuales son las que afectan a la estabilidad de los taludes, además los Havy Anfos convencionales emanan una gran cantidad de gases nitrosos a la atmosfera, es por ello que para solucionar estos inconvenientes, se opta por una nueva mezcla explosiva llamada FLEXIGEL que elimina al 100% el uso del ANFO generador de gases nitrosos y disminuye considerablemente la incidencia de vibraciones en la zona de detonación dando como resultado una mejor estabilidad de taludes. Los resultados servirán también para comentar, desarrollar o apoyar la utilidad y viabilidad de la temática de tal manera que los futuros investigadores puedan aplicarlos y comprobar los beneficios que traen. Es conveniente realizar esta investigación porque, responderemos a los criterios de las operaciones realizadas para la voladura mejorando los costos de producción en función a la fragmentación del mineral y reducción de empleo de equipos auxiliares para el peinado de taludes, tendrá un impacto que beneficiara los requerimientos del mercado, la voladura es la actividad más importante en las operaciones mineras, porque a la vez, nos permitirá reducir los costos operativos. Con los resultados de la presente investigación, se demostrará que las dos variables: reducción de vibraciones y mitigación de gases nitrosos, permitirán inferir para tener un primer diagnóstico de las operaciones en voladura, generalizándose hacia principios más amplios. El planteamiento elemental del cuidado de taludes tiene implicancias trascendentales en todo el proceso de estabilidad de los taludes finales.. 4.

(23) 1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.3.1 Definición del problema La problemática de la investigación refiere a la generación de taludes inestables debido al empleo de explosivos de alto poder rompedor para zonas que no lo demandan y contaminantes para el medio ambiente. Estos explosivos o mezclas convencionales generan una serie de taludes inestables por la alta vibración que producen. 1.3.2 Formulación del Problema ¿En qué medida el uso del FLEXIGEL influye en la reducción de la vibración y en el cuidado de taludes en la mina Cerro Verde?. 1.4. ALCANCE Y LIMITACIONES 1.4.1 Alcances -. En el presente trabajo se analizará al Flexigel como explosivo alternativo para cuidar el macizo rocoso en las voladuras de la mina Cerro Verde.. 1.4.2 Limitaciones -. El número de disparos realizados con Flexigel en la mina es muy limitado para la toma de datos.. 1.5. VARIABLES E INDICADORES 1.5.1 Independientes -. Aplicación de Flexigel. 1.5.2 Dependientes -. Cuidado del macizo rocoso. -. Reducción de vibraciones. 5.

(24) 1.5.3 Indicadores. 1.6. -. Tipo de explosivo. -. Factor de carga. -. Nivel de vibraciones. -. Costos. OBJETIVOS 1.6.1 Objetivo general -. Determinar los beneficios de la aplicación del Flexigel, en voladuras de control, además de la influencia que tiene la distribución de energía del explosivo dentro del taladro, controlando el daño inducido al macizo rocoso y mejorando la fragmentación en la zona del taco.. 1.6.2 Objetivos específicos -. Evaluar la aplicación de Flexigel para el control de daño inducido a las paredes específicamente en voladuras de control.. -. Demostrar que Flexigel es un explosivo que produce menor vibración por sus especificaciones técnicas.. -. Determinar y demostrar la viabilidad de implementar este sistema en término del beneficio vs costo para la operación de voladura.. 1.7. HIPOTESIS Que el uso del FLEXIGEL produce una baja presión de detonación, generando ondas vibratorias de menor intensidad en el macizo rocoso influyendo en la estabilidad y reducción de vibraciones producto de la voladura.. 6.

(25) CAPITULO II MARCO TEORICO. 2.1. PERFORACION Y VOLADURA Perforación. Es la operación previa a una voladura. Su propósito es el de abrir en la roca huecos cilíndricos destinados a alojar al explosivo y sus accesorios iniciadores, denominados taladros, barrenos, hoyos o blast holes. Se basa en principios mecánicos de percusión y rotación, cuyos efectos de golpe y fricción producen el astillamiento y trituración de la roca en un área equivalente al diámetro de la broca y hasta una profundidad dada por la longitud del taladro utilizado. La eficiencia en perforación consiste en lograr la máxima penetración al menor costo. En perforación tienen gran importancia la resistencia al corte o dureza de la roca (que influye en la facilidad y velocidad de penetración) y la abrasividad. Esta última influye en el desgaste de la broca y por ende en el diámetro final de los taladros cuando ésta se adelgaza.. 7.

(26) Voladura. La operación unitaria o proceso productivo de “Voladura”, tiene como objetivo el arrancar el material involucrado desde su lugar original, de modo que este material triturado puede ser cargado y retirado por los equipos respectivos (y procesado según se requiera), por lo que este material tendrá que cumplir con una granulometría y una disposición espacial apta para los posteriores procesos asociados. El primer proceso de conminución que se aplica al material es la voladura, por lo que su éxito permitirá realizar un buen manejo de este material por parte de los procesos posteriores (chancado, por ejemplo).. 2.2. MECANISMO DE FRAGMENTACIÓN DE LA ROCA Existen 4 etapas en el proceso de fracturamiento y desplazamiento del material que ocurren durante y después de una detonación de una carga explosiva confinada, estas etapas son:. . Proceso de detonación. . Propagación de ondas. . Expansión de gases. . Desplazamiento de material.. La detonación es el proceso inicial de la fragmentación y posterior desplazamiento, los componentes principales del explosivo se convierten en gases que al estar confinados generan alta presión y temperatura, una detonación es la reacción química más rápida que se conoce, la presión de detonación es dependiente de la densidad del explosivo y de su velocidad de detonación (VOD), que para explosivos comerciales es del orden de 1500 Mpa (15 Kbar) a 27000 Mpa (270 Kbar), otro factor que influye en la presión de detonación es la forma geométrica del espacio confinado donde se produce la detonación. La presión de detonación se puede determinar con la siguiente ecuación: 8.

(27) PD = K x ρ x VOD2 Donde: PD: Presión de detonación K: 10-5/4 ρ: Densidad del explosivo VOD: Velocidad de detonación.. 2.2.1 Descripción del proceso de detonación Luego de la detonación, el efecto del impacto de la onda de choque y de los gases en rápida expansión sobre la pared del taladro, se transfiere a la roca circundante, propagándose a través de ella en forma de ondas o fuerzas de compresión, provocándole solo la deformación elástica, ya que las rocas son muy resistentes a la compresión. Al llegar estas ondas a la cara libre en la frente de voladura causan esfuerzos de tensión en la masa rocosa entre la cara libre y el taladro. Si la resistencia a la tensión de la roca es alta, esta se rompe en el área de menos resistencia (burden), en este caso las ondas reflejadas son ondas de tensión que retornan al punto de origen creando fisuras y grietas de tensión a partir de los puntos y planos de debilidad existentes, agrietándola profundamente. Casi simultáneamente, el volumen de gases liberados y en expansión penetra en las grietas iniciales ampliándolas por acción de cuña y creando otras nuevas, con lo que se produce la fragmentación efectiva de la roca. Si la distancia entre el taladro y la cara libre está correctamente calculada, la roca entre ambos puntos cederá, luego los gases remanentes desplazan rápidamente la masa de material triturado hacia delante, hasta perder su fuerza por enfriamiento y por aumento de volumen de la cavidad formada en la roca, momento en el que los fragmentos o detritos caen y se acumulan para formar la pila de escombros.. 9.

(28) A continuación, se detalla en imágenes el proceso completo de detonación de un taladro.. Fuente: Manual de Voladura EXSA. Figura 2.1 Fases de la mecánica de rotura de un taladro. 10.

(29) Fuente: Manual de Voladura EXSA. Figura 2.2 Rotura radial durante la voladura 2.3. TIPOS DE VOLADURA a) Voladuras de producción convencional; que persigue la máxima fragmentación y esponjamiento de la roca. b) Voladuras de contorno; son utilizadas para minimizar el daño en paredes, taludes, cimentaciones y estructuras. c) Voladuras de rampas; son obras lineales donde por la estrechez y forma de las excavaciones el confinamiento de las cargas es elevado. d) Voladuras secundarias; utilizada para tronar desquinches y reducir tamaño de bolones. 2.3.1 Voladura de producción Dentro de este grupo se encuentran generalmente las voladuras de gran diámetro que suelen llevarse a cabo con equipos rotativos y triconos, donde se utilizan además explosivos de alto poder. El objetivo esencial de estas voladuras es generar la mayor cantidad de material tronado con una excelente fragmentación que permita una alta eficiencia en el carguío y transporte.. 11.

(30) 2.3.2 Voladura de contorno La energía no aprovechada en el proceso de fragmentación y desplazamiento de la roca, reduce la resistencia estructural del macizo rocoso más allá de la zona programada para la fracturación de la roca, se crean nuevas fracturas y planos de debilidad, y las discontinuidades, diaclasas y planos de estratificación, que inicialmente no eran críticas, al ser abiertas provocan una reducción en la cohesión del macizo. Esto se manifiesta en forma de sobrequiebre, dejando al macizo fracturado en un estado de colapso potencial. Por otro lado, en la minería a cielo abierto, el control de las voladuras en los taludes finales de explotación puede reportar las siguientes ventajas: -. Elevación del ángulo de talud, consiguiendo mayor cantidad de reservas recuperables o una disminución de la razón estéril mineral.. -. Reducción del riesgo de desprendimientos parciales de talud, mayor seguridad en los trabajos de explotación. Debido a esto todos los esfuerzos destinados a la aplicación de las voladuras de contorno en las minas tanto subterráneas como a cielo abierto son justificados ampliamente por su beneficio técnico, económico y de seguridad.. 2.4. TEORÍA DE LA VOLADURA DE CONTORNO Una carga que llena completamente un taladro crea, durante la detonación del explosivo y en la proximidad de la carga, una zona en que la resistencia dinámica a la compresión es ampliamente superada y la roca es triturada y pulverizada. Fuera de esta zona de transición, los esfuerzos de tracción asociados a la onda de compresión generan un esquema de grietas radiales alrededor de todo el taladro. Cuando son dos las cargas que se disparan simultáneamente, esas gritas radiales tienden a propagarse por igual en todas las direcciones hasta que por colisión de las dos ondas de choque en el punto medio entre los taladros, se producen unos esfuerzos de tracción complementarios y 12.

(31) perpendiculares al plano axial. Las tracciones en dicho plano superan la resistencia dinámica a la tracción de la roca, creando un nuevo agrietamiento y favoreciendo, en la dirección del corte proyectado, la propagación de las grietas radiales. Posteriormente, la extensión de las grietas se produce bajo la acción tipo cuña de los gases de explosión que las invaden y se infiltran en ellas. La propagación preferencial en el plano axial junto con el efecto de apertura por la presión de los gases, permiten obtener un plano de fractura de acuerdo con el corte diseñado. La presión de los gases es el elemento clave en la ejecución de una voladura de contorno, por ello deberá mantenerse hasta que se complete la unión de las grietas que parten de taladros adyacentes, lo que se conseguirá adecuando la longitud del taco para evitar el escape de gases a la atmosfera. Puede concluirse que el mecanismo de una voladura de contorno comprende dos fenómenos distintos, uno derivado de la acción de la onda de choque, y otro de la acción de los gases de explosión, pero que entre ambos se guarda un nexo causal. La figura 2.3 muestra los diagramas de esfuerzos producidos en dos taladros de precorte.. Fuente: Manual de perforación y voladura de rocas Lopez Jimeno. Figura 2.3 Diagrama de esfuerzos producidos en una voladura de precorte.. 13.

(32) 2.4.1 Tipos de voladura de contorno Las técnicas de voladuras controladas más usadas en la actualidad son: -. Voladura de Precorte.. -. Voladura de Recorte.. -. Voladuras Amortiguadas. 2.4.2 Voladura de precorte El Precorte consiste básicamente en perforar taladros a lo largo de una línea, con un espaciamiento y una carga explosiva menor a la utilizada en una voladura de producción, de modo tal que, al detonarlos en forma simultánea, antes de iniciar la voladura principal, se genere un plano de fractura que sirva de filtro para las vibraciones y como medio de evacuación de los gases. El objetivo del Precorte es generar un plano de fractura artificial que actúe como filtro para las vibraciones que generarán las voladuras circundantes.. Fuente: Manual de perforación y voladura de rocas Lopez Jimeno. Figura 2.4 Esquema de voladura de Precorte.. 14.

(33) 2.4.3 Voladura de recorte Consiste en la voladura de una fila de taladros cercanos, con cargas desacopladas, pero después de la voladura “principal” o de producción. El factor de carga se determina de igual forma que para los taladros de Precorte, pero como esta técnica implica el arranque de roca hacia un frente libre, el espaciamiento normalmente es mayor que en el Precorte.. Fuente: Manual de perforación y voladura de rocas Lopez Jimeno. Figura 2.5 Esquema de voladura de recorte 2.4.4 Voladuras amortiguadas Es prácticamente una voladura convencional, pero en la que se ha modificado el diseño de la última fila, tanto en su esquema geométrico que es más reducido, como en las cargas de explosivo que deben ser menores y desacopladas. El disparo es normalmente en una sola etapa. Las propiedades de los macizos tienen una marcada influencia tanto en el diseño como en los resultados de las voladuras amortiguadas, las propiedades más destacables son: -. Resistencia dinámica a la tracción y a la compresión. -. Nivel de alteración de la roca. -. Grado de fracturamiento, espaciamiento de discontinuidades, orientación y relleno de fracturas.. -. Tensiones residuales del macizo rocoso. 15.

(34) Fuente: Manual de perforación y voladura de rocas Lopez Jimeno. Figura 2.6 Esquema de voladura amortiguada. Aspectos prácticos que deben tenerse en cuenta son los siguientes: - En las formaciones masivas homogéneas, los resultados de las voladuras de contorno llegan a ser espectaculares. Por el contrario, en macizos fracturados se observa que el agrietamiento inducido al superar la resistencia dinámica a tracción de la roca representa un porcentaje mínimo en la sobreexcavación, si se compara con los daños producidos por la acción de cuña de los gases. - Si los taladros cortan algún sistema de discontinuidades y las tensiones inducidas no son suficientes para conformar una distribución de grietas radiales, la superficie de rotura estará marcadamente influenciada por las fisuras naturales y con mayor probabilidad, aparecerá sobreexcavación. En este caso, se recomienda aumentar ligeramente la concentración de carga para generar un conjunto de pequeñas grietas radiales y conseguir, con alguna de éstas, orientar el plano de corte. Si las discontinuidades naturales intersectan longitudinalmente a las cañas de los taladros, esa modificación será infructuosa.. 16.

(35) - Si las discontinuidades del macizo rocoso se presentan cerradas o con material de relleno, la sobreexcavación producida es generalmente menor. - La distribución espacial de las fisuras tiene un gran peso en la sobreexcavación, especialmente cuando la distancia media entre discontinuidades es menor que el espaciamiento entre taladros y/o longitud de retacado. En este caso, se recomienda cerrar el esquema con el fin de reducir el efecto del control estructural. Figura 2.7 muestra el efecto de la dirección de las discontinuidades en la orientación del precorte. - Según la orientación del corte proyectado, con respecto a las discontinuidades estructurales predominantes, pueden diferenciarse los casos que se presentan en la Figura. En formaciones estratificadas, en las que la dirección de los planos de discontinuidad coincide con la traza del talud proyectado, puede producirse una sobreexcavación por deslizamientos planos si la inclinación de los estratos varía entre 25° y 65° Y por fenómenos de vuelco o «toppling» si varía entre 85° y 110°. Fig 2.8. Cuando las juntas son paralelas al plano del talud, puede obtenerse un frente sano con relativa facilidad. - La presencia de agua en los taladros, puede reducir la eficiencia del desacoplamiento de las cargas al transmitir un mayor esfuerzo de tensión a la roca circundante.. 17.

(36) Fuente: Manual de perforación y voladura de rocas Lopez Jimeno. Figura 2.7 Efecto de la dirección de las discontinuidades sobre la orientación del precorte.. Fuente: Manual de perforación y voladura de rocas Lopez Jimeno. Figura 2.8 Efecto de las discontinuidades en la estabilidad de taludes. 2.5. SECUENCIA DE ENCENDIDO Y TIEMPOS DE RETARDO El grupo de variables controlables más desconocido por técnicos y operadores es el constituido por las secuencias de encendido y los tiempos de retardo entre las cargas de una voladura. Los esquemas nominales de perforación con un Burden y espaciamiento se modifican radicalmente con la secuencia de iniciación.. 18.

(37) Las variables indicadas no sólo influyen sobre la fragmentación, sino incluso sobre otros aspectos básicos como el desplazamiento y esponjamiento de la roca, sobreexcavación e intensidad de las vibraciones. De esta forma, el pequeño costo que supone emplear secuencias. de. iniciación. más. complejas. se. ve. compensado. sobradamente con las mejoras globales de la economía de la operación. La secuencia de encendido varía dependiendo del tipo de voladura; es decir, si es de producción o de contorno, y además si esta tiene una, dos o tres caras libres, o si es contra material tronado. Actualmente en la gran minería pocas veces se utiliza el método de voladura con caras libres, debido a que se producen grandes pérdidas operacionales originadas por el despeje de los equipos desde las zonas de voladuras. Siguiendo en esta línea, las voladuras en Mina Cerro Verde son. empotradas. o. contra. material. tronado. aprovechando. las. características de alta fragmentabilidad de la roca. 2.5.1 Influencia del tiempo de retardo en la fragmentación y desplazamiento Los tiempos de retardo, deben permitir la sucesión de los siguientes acontecimientos: -. Propagación de las ondas de compresión y tracción desde el taladro hasta el frente libre (aproximadamente 0,58 ms/m).. -. Reajuste del campo inicial de tensiones, debido a la presencia de grietas radiales primarias y al efecto de la reflexión de la onda de choque en el frente libre. El tiempo de reajuste se puede estimar entre 10 y 20 ms después de la iniciación, dependiendo de los tipos de roca y explosivos.. -. Aceleración de la roca fragmentada por acción de los gases, hasta una velocidad que asegure un desplazamiento horizontal adecuado. El movimiento es más fácil cuanto mayor es el tiempo de retardo, y se estima entre 30 y 50 ms después de la iniciación. En lo referente al tiempo de retardo entre taladros, se ha comprobado que la interacción de las ondas de choque primarias no contribuye de manera significativa a la 19.

(38) fragmentación de la roca. Así, en una voladura de banco en una fila con taladros secuenciados, la fragmentación depende básicamente del desarrollo total de las grietas generadas alrededor de cada taladro antes de que el contiguo detone. 2.5.2 Influencia del tiempo de retardo en las proyecciones y sobrexcavación Cuando se disparan voladuras de varias filas de taladros, el tiempo de retardo entre éstas debe permitir el movimiento horizontal de la roca fragmentada, evitando así los siguientes problemas: -. El aumento de la componente vertical de desplazamiento conforme progresa el número de filas hacia el interior, y, consecuentemente, el riesgo de proyecciones.. -. Presencia de repiés al ir aumentando el confinamiento y resistencia al corte en la cota del piso por efecto de una mayor dimensión de la piedra a dicho nivel.. -. Problemas de sobreexcavación en las últimas filas, al actuar las cargas de explosivo con efecto cráter.. Fuente: Manual de perforación y voladura de rocas Lopez Jimeno. Figura 2.9 Influencia de los tiempos de retardo en las proyecciones.. 20.

(39) 2.6. EXPLOSIVOS INDUSTRIALES Y ACCESORIOS DE VOLADURA 2.6.1 Tipos de explosivos Los explosivos industriales de uso civil se dividen a su vez en dos grandes grupos, que en orden de importancia por nivel de consumo y no de aparición en el mercado son: A. Agentes explosivos Estas mezclas no llevan, salvo algún caso, ingredientes intrínsecamente explosivos. Los principales son: . ANFO. . ALANFO. . HIDROGELES. . EMULSIONES. . ANFOPESADO. B. Explosivos convencionales Precisan para su fabricación de sustancias intrínsecamente explosivas que actúan como sensibilizadores de las mezclas. Los más conocidos son: . GELATINOSOS. . PULVERULENTOS. . DE SEGURIDAD. FLEXIGEL Es un explosivo de densidad variable y es a base de una nueva Emulsión y Poliestireno fabricado especialmente con una densidad y tamaño determinada. Este puede ser bombeado o vaciado directamente al taladro. Su densidad de fabricación puede variar desde 0,5 a 1,1 g/cm 3, las velocidades de Detonación (VOD) pueden alcanzar valores desde 2500 a 4200 m/s. No necesita tiempo de gasificación para poder colocar los tacos en los taladros.. 21.

(40) Fuente: TDS Orica Mining Services. Tabla 2.1 Propiedades Técnicas del Flexigel Control. INICIADORES (Pentex) El Pentex corresponde a un moderno explosivo desarrollado a base de (penta-eritrita de treta nitrato) PETN y (trinitrotolueno) TNT como materias primas. Algunas de sus principales características son el desarrollar una alta presión de detonación, lo que lo convierte en un excelente iniciador de cargas poco sensibles. Es un explosivo sumamente estable. No obstante, su sensibilidad a un detonador nº 8, presenta gran seguridad con relación al roce como al choque. Los iniciadores cilíndricos están destinados a servir como cebos para detonar. cargas. primarias. poco. sensibles,. tales. como. los. Nitrocarbonitratos, emulsiones y mezclas bulk en perforaciones de mediano y gran diámetro.. 22.

(41) Para su iniciación cada cilindro posee dos perforaciones axiales, donde va alojado el elemento iniciador, que puede ser un cordón detonante o un detonador, en Cerro Verde se utilizan detonadores para su iniciación.. Fuente: Orica Mining Services. Figura 2.10 Pentex 2.6.2 Accesorios de voladura Sistema I-kon El sistema i-konTM está conformado por tres componentes: el detonador electrónico, el equipo programador Logger y el equipo detonador Blaster. Figura 2.12 (1) y (2), El Blaster está disponible en dos tamaños diferentes. El Blaster400 y el Blaster 1600 o 2400.. Fuente: Orica Mining Services. Figura 2.11 Equipos de Sistema I-kon.. 23.

(42) El detonador electrónico, presenta las siguientes características: Puede comunicarse en forma bidireccional con los otros componentes del sistema Logger y Blaster. Cada detonador tiene un único número de ID asignado durante su fabricación. Es programable entre un rango de 1 a 40000 milisegundos, con incrementos de 1 milisegundos. El Logger es un dispositivo portátil que almacena los números de ID, hasta 200 detonadores, también asigna a cada detonador un tiempo de retardo y un número durante el proceso de configuración y conexión con el detonador. Además, el Logger chequea por medio de un test un detonador o todo el circuito, para detectar posibles fugas de corrientes. El Blaster es el equipo de control que inicia la voladura. El Blaster400 puede controlar hasta 2 Loggers (con capacidad para programar 200 detonadores), los que están conectados en paralelo a él. Por lo anto, la capacidad total de un Blaster400 es de 400 detonadores. El Blaster1600 puede controlar hasta 8 Loggers, los que están conectados en paralelo a él. Por lo tanto, la capacidad total de un Blaster1600 es de 1600 detonadores en una sola voladura. Para realizar la conexión de los detonadores, se utiliza un cable paralelo especial de baja resistencia (130 Ohm/Km). En Cerro Verde se utilizan solamente detonadores electrónicos utilizando solo el sistema i-kon, pero por seguridad cada taladro es cargado con un detonador pirotécnico, el cual va unido a un cable exel con un retardo de 100 ms, en caso de que fallara la conexión de algún detonador electrónico se realiza el llamado back-up, que consiste en conectar un cordón detonante al exel iniciando este con un detonador electrónico en superficie haciendo el cálculo de tiempo de retardo correspondiente y así iniciar el detonador pirotécnico y no ocasionar algún tiro cortado (TQ).. 24.

(43) Fuente: Orica Mining Services. Figura 2.12 Equipos de Sistema I-kon.. 2.7. MONITOREO DE VIBRACIONES PARA EL CONTROL DE DAÑO INDUCIDO Las alteraciones principales que originan las voladuras son: vibraciones, onda aérea y proyecciones de roca. Todas ellas pueden, en algunas circunstancias, originar daños en las estructuras próximas y, además, ser causa de conflictos permanentes con los habitantes próximos a las explotaciones. También es frecuente la formación de polvo cuyo control es difícil. Para solventar estos problemas es preciso una mayor cualificación de los responsables de las voladuras con el fin de reducir los niveles de las perturbaciones a un coste razonable; además, es recomendable, e incluso necesaria, una labor de información y de relaciones públicas por parte de la dirección de las explotaciones, que, en algunos casos, puede llegar a ser más eficaz que la realización de estudios por parte de especialistas en la materia. 25.

(44) Variables que afectan las características de las vibraciones Las variables que afectan a las características de las vibraciones son, prácticamente, las mismas que influyen sobre los resultados de las voladuras, clasificándose en dos grupos, según que sean controlables o no controlables por los usuarios de explosivos. En los puntos siguientes se analiza la influencia de las variables principales sobre las vibraciones. 2.7.1 Geología local y características de las rocas La geología local del entorno y las características geomecánicas de las rocas tienen una influencia grande sobre las vibraciones. En los macizos rocosos homogéneos y masivos las vibraciones se propagan en todas las direcciones, pero en estructuras geológicas complejas, la propagación de las ondas puede variar con la dirección y por consiguiente presentar diferentes índices de atenuación o leyes de propagación. La magnitud de las vibraciones a grandes distancias decrece rápidamente si existe material de recubrimiento, pues una gran parte de la energía se consume en vencer las fricciones entre partículas y en los grandes desplazamientos de éstas. En puntos próximos a las voladuras las características de las vibraciones están afectadas por los factores de diseño y la geometría de las mismas. Para distancias grandes al lugar de excavación, los factores de diseño son menos críticos y pasan a dominar en las características de las ondas los medios rocosos de transmisión y los suelos de recubrimiento. 2.7.2 Carga de explosivo por retardo La magnitud de las vibraciones terrestres y aéreas en un punto determinado varía según la carga de explosivo que es detonada y la distancia de dicho punto al lugar de la voladura. En voladuras donde se emplea más de un número de detonador, es la mayor carga por retardo la que influye directamente en la intensidad de las vibraciones y no la carga total empleada en la voladura, siempre que el intervalo de retardo sea. 26.

(45) suficientemente grande para que no existan interferencias constructivas entre las ondas generadas por las distintas filas de taladros. El peso de la carga operante es el factor individual más importante que afecta a la generación de las vibraciones. La iniciación de 2 o 3 taladros al mismo tiempo genera un nivel altamente elevado de velocidad de partícula y por lo tanto de vibraciones. La relación que existe entre la intensidad de las vibraciones y la carga es de tipo potencial, y así por ejemplo para la velocidad de partícula se cumple: V ∞Qa Donde: V: Velocidad de partículas. Q: Carga por retardo (en peso) a: Parámetro que depende del tipo de roca. Distancia al punto de la voladura La distancia a las voladuras tiene, al igual que la carga, una gran importancia sobre la magnitud de las vibraciones. Conforme la distancia aumenta la intensidad de las vibraciones disminuye de acuerdo a una ley del tipo: V ∞ 1/Db Donde: D: Distancia a la carga que detona. b: Factor que se relaciona con la atenuación en el tipo de roca. (1.5 generalmente) Otro efecto de la distancia es el debido a la atenuación de las componentes de la onda de alta frecuencia, ya que la tierra actúa como un filtro pasa-baja. Así a grandes distancias de las voladuras, las vibraciones del terreno contendrán más energía en el rango de las frecuencias bajas. 27.

(46) 2.7.3 Consumo especifico del explosivo Frente a problemas de vibraciones, algunos usuarios plantean reducir el consumo específico de las voladuras, pero no hay nada más alejado de la situación de nivel mínimo, pues se han llegado a registrar voladuras en las que bajando el consumo de explosivo un 20% con respecto al óptimo, los niveles de vibración medidos se han multiplicado por 2 y por 3, como consecuencia del gran confinamiento y mala distribución espacial del explosivo que originan una falta de energía para desplazar y esponjar la roca fragmentada. El consumo óptimo de explosivo será función del desplazamiento y la fragmentación deseada de la roca. Si la carga específica es muy alta, obviamente el efecto será un alto nivel de vibraciones, por lo que este parámetro es importante en el diseño. 2.7.4 Tipos de explosivos Existe una correspondencia entre las velocidades de partícula y las tensiones inducidas en las rocas, y tal constante de proporcionalidad es la impedancia del medio rocoso. Así, pues, la primera consecuencia práctica es que aquellos explosivos que generan presiones de taladro más bajas provocarán niveles de vibración inferiores. Estos explosivos son los de baja densidad y baja velocidad de detonación, por ejemplo, el ANFO. Si se compara una misma cantidad de ANFO con un hidrogel común, o un hidrogel aluminizado, la intensidad de las vibraciones generadas por el primero es 2 veces y 2,4 veces menor respectivamente. 2.7.5 Tiempos de retardo Los tiempos de retardo usado entre filas, entre taladros y en el fondo del taladro son decisivos en el nivel de vibraciones que se puede esperar producto de la voladura.. 28.

(47) El tiempo de detonación para cada retardo es función de la cantidad de reactante presente en el explosivo. Entonces el tiempo de iniciación nominal de un retardo es una indicación aproximada del tiempo de detonación 2.7.6 Variables geométricas de las voladuras Las voladuras tienen una considerable influencia sobre las vibraciones generadas. Algunos comentarios al respecto son los siguientes: Diámetro de perforación. El aumento del diámetro de perforación es negativo, pues la cantidad de explosivo por taladro es proporcional al cuadrado del diámetro, resultando unas cargas operantes en ocasiones muy elevadas. Altura de banco. Debe intentarse mantener una relación “H/B>2” para obtener una buena fragmentación y eliminar los problemas de repiés, al mismo tiempo que se reduce el nivel de las vibraciones por estar las cargas menos confinadas. Burden y espaciamiento. Si el burden es excesivo los gases de la explosión encuentran resistencia para fragmentar y desplazar la roca y parte de la energía del explosivo se transforma en energía sísmica aumentando la intensidad de las vibraciones. Este fenómeno tiene su manifestación más clara en las voladuras de precorte, donde el confinamiento es total y pueden registrarse vibraciones del orden de cinco veces superiores a las de una voladura convencional en banco. Si la dimensión del burden es reducida los gases se escapan y expanden hacia el frente libre a una velocidad muy alta, impulsando a los fragmentos de roca proyectándolos de una forma incontrolada y provocando además un aumento de la onda aérea y el ruido. En lo relativo al espaciamiento, su influencia es semejante a la del parámetro anterior e incluso su dimensión depende del valor del burben.. 29.

(48) Pasadura. Cuando se utilizan longitudes mayores a las necesarias, cada sección adicional colabora con una cantidad de energía cada vez menor en el cizallamiento y movimiento de la roca en la base, y por lo tanto un porcentaje cada vez mayor de la energía desarrollada por el explosivo se convierte en vibraciones del terreno, generando paralelamente un gasto superfluo en perforación y explosivos, y dejando un piso irregular. Taco. Si la longitud de taco es excesiva, además de presentar problemas de fragmentación, se aumenta el confinamiento, pudiendo dar lugar a mayores niveles de vibración. Inclinación de los taladros. Los taladros inclinados permiten un mejor aprovechamiento de la energía al nivel del piso, consiguiéndose incluso una reducción de las vibraciones. Desacoplamiento.. Experiencias. llevadas. a. cabo. empleando. desacoplamientos del 65 al 75%, demuestran que se mejora la fragmentación y la uniformidad de la granulometría, y que se disminuye el porcentaje de voladura secundaria entre 2 y 10 veces, así como el consumo específico de explosivo y la intensidad de las vibraciones del terreno. Tamaño de las voladuras. Las dimensiones de las voladuras están limitadas, por un lado, por las necesidades de producción, y por otro, por las cargas máximas operantes determinadas en los estudios vibrográficos a partir de las leyes de propagación, tipos de estructuras a proteger y parámetros característicos de los fenómenos perturbadores. 2.8. CARACTERÍSTICAS DE LAS VIBRACIONES TERRESTRES En los puntos siguientes se analizan algunos aspectos teóricos de la generación y propagación de las vibraciones producidas en las voladuras. Estas se clasifican según el comportamiento que producen sobre el macizo afectado. Tipos de ondas sísmicas generadas 30.

(49) Las vibraciones generadas en las voladuras se transmiten a través de los materiales como ondas sísmicas cuyo frente se desplaza radial mente a partir del punto de detonación. Las distintas ondas sísmicas se clasifican en dos grupos: -. Ondas internas. -. Ondas superficiales. 2.8.1 Ondas longitudinales o Primarias (P): Estas ondas se propagan dentro de los materiales, produciendo alternativamente compresiones y rarefacciones y dando lugar a un movimiento de las partículas en la dirección de propagación de las ondas. Son las más rápidas y producen cambios de volumen, pero no de forma, en el material a través del que se propagan.. Fuente: Internet. Figura 2.13 Ondas Longitudinales o primarias (P) 2.8.2 Ondas Transversales o Secundarias (S): Estas ondas dan lugar a un movimiento de las partículas perpendicular a la dirección de propagación de la onda. La velocidad de las ondas transversales está comprendida entre la de las ondas longitudinales y la de las ondas superficiales. Los materiales a causa de estas ondas experimentan cambios de forma, pero no de volumen. 31.

(50) Fuente: Internet. Figura 2.14 Ondas Transversales o segundarias (S). Las principales ondas superficiales son:. -. Reyleigh (R). -. Love (Q). Otros tipos de ondas superficiales son las Ondas Canal y las Ondas Stonelly, que carecen de importancia por la poca información que suministran. 2.8.3 Ondas Reyleigh: Las Ondas Rayleigh imprimen a las partículas un movimiento según una trayectoria elíptica, con un sentido contrario al de propagación de la onda. Las ondas Love, más rápidas que las Rayleigh, dan lugar a un movimiento de partículas en dirección transversal a la de propagación. La figura muestra un registro de onda.. 32.

(51) Fuente: Manual de perforación y voladura de rocas Lopez Jimeno. Figura 2.15 Registro de Ondas. 2.8.4 Ondas Love: Las ondas Love se propagan en el plano XY originando oscilaciones elípticas contenidas en dicho plano. Su velocidad es similar a la de las Rayleigh. La existencia de las ondas Love, está restringida a capas de terreno en contacto con la atmósfera y bajo las cuales existan otras capas en que la velocidad de las ondas transversales sea mayor que en la capa en cuestión. También pueden existir ondas Love cuando la velocidad de las ondas S aumenta con la profundidad para los diferentes materiales. 2.8.5 Parámetros de las ondas El paso de una onda sísmica por un medio rocoso produce en cada punto de éste un movimiento que se conoce por vibración. Una simplificación para el estudio de las vibraciones generadas por las voladuras consiste en considerar éstas como ondas de tipo sinusoidal. Los parámetros básicos de análisis son: Amplitud (A). Desplazamiento máximo de un punto desde su posición de reposo. 33.

(52) Velocidad de partícula (v). Velocidad a la que se desplaza el punto. Aceleración (a). Ritmo de cambio de la velocidad. Frecuencia (f). Número completo de oscilaciones o ciclos por segundo. La frecuencia es inversa del período “T”.. Fuente: Manual de perforación y voladura de rocas Lopez Jimeno. Figura 2.16 Parámetros de las ondas 2.9. INSTRUMENTACIÓN PARA EL MONITOREO DE 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. Esta pasa por manejar algunos conocimientos de las ondas sísmicas generadas por la voladura a su alrededor, por ejemplo, que su transmisión es esférica y su descomposición se traduce en ondas del tipo P, S, y R. Estas son las que transportan la energía vibracional, por lo tanto, tener presente sus relevancias que dependen de la geometría, posición de la 34.

(53) 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 significativas cerca de la voladura. La instrumentación que se utiliza para medir las vibraciones de la roca inducidas por voladura, consiste de los siguientes componentes: Transductores: Geófonos o Acelerómetros que se instalan en forma solidaria a la roca. Un sistema de cables: Encargados de llevar la señal captada por los traductores 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. 2.9.1 Transductores de vibración Existe una gran variedad de transductores disponibles comercialmente, estas unidades tienen la capacidad para medir velocidad o aceleración de partículas. Estos convierten un pequeño movimiento físico, generando durante el paso de la vibración, a una señal de voltaje equivalente según sea. su. sensibilidad.. Los. transductores. deben. reunir. algunas. consideraciones prácticas, como son: • Costo. En muchos casos es necesario instalar transductores permanentes en el macizo rocoso, lo que evita efectos superficiales y permite un análisis completo de una voladura. Bajo estas circunstancias, los transductores no son recuperables, y el costo de cada unidad debe ser minimizado.. 35.

(54) • Precisión. Gran parte del tiempo, esfuerzo y recursos están dedicados a la instalación de los transductores de vibración, es importante entonces que ellos sean confiables en el largo plazo. En la práctica, la selección de los traductores es un compromiso ya que no existen unidades disponibles que reúnan todas las especificaciones indicadas previamente. Traductores de velocidad del tipo usado en prospecciones geofísicas y sismológicas son baratos, confiables y tienen una alta relación señal – ruido, pero soportan un rango dinámico muy limitado. Los dos tipos básicos de transductores usados para medir las vibraciones del terreno son el acelerómetro y el geófono. 2.9.2 Acelerómetro Los acelerómetros del tipo piezoeléctrico tienen una alta frecuencia natural y una respuesta lineal bajo su frecuencia resonante. La señal de salida es proporcional a la aceleración, la cual debe por lo general ser amplificada previamente a su grabación. Los acelerómetros fácilmente reúnen los datos especificados, por lo general son livianos, robustos, pero caros. Son más complejos de usar ya que requieren equipamiento auxiliar tal como fuente de poder y pre amplificadores, los que además pueden inducir problemas de ruidos eléctricos significativos. Los acelerómetros pueden ser recomendables cuando los traductores son instalados en superficies, siendo necesario indicar, sin embargo, que es necesaria cierta experiencia para la interpretación de los registros de aceleración, en particular a bajas frecuencias. 2.9.3 Geófonos Los geófonos dan una medición directa de la velocidad, y consisten por lo general de un sistema de bobina móvil soportada por resorte, y un imán fijo. Al contrario que el acelerómetro, el geófono opera sobre su frecuencia natural. Cuando se miden frecuencias muy bajas, la salida se ve influenciada por sus características de respuesta a la frecuencia, y la señal resultante en términos del nivel de vibración debe ser adecuadamente corregida. 36.