Diseño de ls parámetros de perforación y voladura con el algoritmo de holmberg en volcan Compañía Minera s a a unidad Andaychagua

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(1)"AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA YDEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN". UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA (Creada por Ley N° 25265). FACULTAD DE INGENIERÍA MINAS -CIVIL -AMBIENTAL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS. TESIS: "DISEÑO DE LOS PARÁMETROS DE PERFORACIÓN Y VOLADURA CON EL ALGORITMO DE HOLMBERG EN VOLCÁN COMPAÑÍA MINERA S.A.A. UNIDAD ANDAYCHAGUA" PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIEROS DE MINAS PRESENTADO POR: BACH: RIVERA ALMONACID, Alfredo. BACH: ROSAS FLORES, Smith. ASESOR: DR. DE LA CRUZ CRUZADO, PEDRO. LIRCAY- HUANCAVELICA. 2015.

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(3) DEDICATORIA. A mi querido padre Luciano que está en. la. presencia. de. Dios. Todopoderoso y mi madre Elena, a ellos por ser fuente y motivación incondicional y desinteresado en mi formación personal y profesional. Alfredo. A Dios quien me dio la vida y salud, Ignacio y Julia, mis queridos padres, por su. apoyo. desinteresado.. incondicional Porque. son. y la. fortaleza, luz y lumbrera en mi formación personal y profesional. Smith.

(4) AGRADECIMIENTOS A Dios, por todo lo que somos. A nuestra Alma Mater La Universidad Nacional de Huancavelica, por brindamos los conocimien1os primordiales para un buen desempeño profesional en el campo de la Ingeniería de Minas. También agradecer a los profesionales que desempeñan la docencia en esta casa de estudios, a ellos nuestro reconocimiento. A la Compañia de Minas Volcán S.A.A. - Unidad Andaychagua, Quien nos dio la oportunidad de desenvolvemos profesionalmente y sin la ayuda brindada no hubiera sido posible el presente trabajo. A nuestros famHiares, principalmente a nuestros padres, por su apoyo en bien de nuestra formación personal y profesional. Allng. Rodrigo, Huamancaja Espinoza, por su invalorable apoyo. Y finalmente al Señor Asesor Dr. De La Cruz Cruzado, Pedro, por su tiempo y dedicaci6n en la consecución de la presente investigación.. ¡¡¡.

(5) ÍNDICE Pág. o·EOJCATORIA ••••..••.••..•.•.•.•.••••••.••••••••.••••••••.••.•.••••••.••••••••.•...••..•••••.••••••...••••..••.•.•.••••••••••••••••••• 11 AGRADE.ClMlENTOS .................................................................................................................. lll. ÍNDICE ...•••..••.•••.•..•..•••..•••..••••••.••....••.......................•.............••..••••....•.•..•••.....••••••••••••••••••••••.•• IV RELACIÓN DE GRÁFICOS.•.•.......••.....•.......••.........•.....•..••••.....••...•........•.•.••....••••••..•.•••••••••••• VIl INTRODUCCION •.......•..•.......•..•••.•..•.•..••••..••.. l1 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •. XIII. RESUMEN...............................................................................................................................•'XV. ABSTRA.CT ••••••••..•••.•••••...•••.•.•••....•.........•.....................•••.•.....•.••.•..••••••••••.•...•.•.•.•.•••••••••••.••••'XVI CAPITULO 1 PROBLEMA 1.1.. PLANTEA.MIENTO DEL PROBLEMA •• ,. .........................................................,............... 17. 1.2.. FORMULACJÓN DEL PROBLEMA .............................................................................. 18. 1.2.1.. Problema general: ................................................................................................. 18. 1.2.2.. Problemas específicos: ......................................................................................... 19. 1.3.. OBJETIVOS, GENERAL Y ESPECÍFICOS .................................................................. 19. 1.3.1.. Objetivo general .................................................................................................... 19. 1.3.2.. Objetivos Específicos ............................................................................................ 19. 1.4.. JUSTIFICA.CIÓN:••••••••••••••••••••••••..•....••...•••..•••••.•.•••.•.••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••• 19. CAPiTULO 11 MARCO TEÓRICO. 2.1.. ANTECEDENTES......................................................................................................... 21. 2.1.1.. A nivel nacional ..................................................................................................... 21. 2.1.2.. A nivel internacional .............................................................................................. 22. 2.2.. BA.SES TEóRICAS......................................................................*································· 23. iv.

(6) 2.2.1.. Consideraciones geomecanicas del macizo rocoso para la excavación de cruceros.. 23 2.2.2.. Zonificación Geotécnica ...................................................,.................................... 24. 2.2.3.. Clasificacion geomecanica de los macizos rocoso ............................................. 25. 2.2.4.. Prediccion de soporte de los cruceros ................................................................. 27. 2.2.5.. Explosivos ............................................................................................................. 36. 2.2.6.. Mecánica de Roptura de Rocas .......................................................................... 40. 2.2.7.. Voladura controlada ............................................................................................. 46. 2.2.8.. Método postulado por Roger Holmberg .............................................................. 50. 2.2.9.. Modelos matemáticos recomendados para la minería nacional ............................ 62. 22.10. PJaneamiento y control .....,..................................................................................... 63 2.3. HIPÓTESIS:.................................................................................................................. 73 2.3.1. Hipótesis general ................................................................................................... 73 2.3.2. Hipótesis específica ............................................................................................... 73 2.4. .DEFlNJCIÓN DE Tt.RMINOS ........ 73 tl ....... _. . . . . . . . . . . . il . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .a ••••••••••••••••. 2.5. IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES .............................................................................. 77 2.5.1. Variable independiente: ......................................................................................... n 2.5.2. Variable dependiente ............................................................................................. 77 2.6. DEFINICIÓN OPERATIVA DE LAS VARIABLES E INDICADORES............................ 77 CAPiTULO 111 METOOOLOGiA DE LA INVESTIGACIÓN. 3.1. ÁMBITO DE ESTUDIO: ................................................................................................ 79 3.2.. TIPO DE INVESTIGACIÓN: ........••...•......•.•..........•............•.......•.......•.........•....•........•.• 79. 3.3.. NIVEL DE INVESTIGACION ......................................................................................... 79. 3.4.. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN··································································~~~~~~·~~~·~~~~~·~· 80. 3.5.... 01SE'ÑO DE INVESTIGACIÓN. ···~~·~··~·········~·······~·············~···············~··················,ll!~ll!'''' "80 POBLACIÓN, MUESTRA Y MUESTREO ..................................................................... 80. 3.6.. 3.7. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS .............................. 80 V.

(7) 3.7.1.. Técnicas: ............................................................................................................... 80. 3.7.2.. Los instrumentos: .................................................................................................. 81. 3.8.. PROCEDIMIENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS................................................. 81. 3.9.. TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS: ..................................... 82 CAPiTuLO IV RESULTADOS83. 4.1.. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS .......................................................................... 84. 4.1.1.. Resultados del avance en el crucero 800E ........................................................... 84. 4.1.2.. AnáHsis de sobre excavación (overbreak) en los cruceros ................................. 85. 4.1.4.. Análisis de operaciones unitarias ........................................................................ 91. 4. 1.5.. Análisis De Voladura .......................................................................................... 102. 4.1.6.. Variable De Diseño Más lmportante .................................................................. 105. 4.1.7.. ApfiCación del método holmerg en Volean Compañia Minera S.A.A.- Unidad. Minera Andaychagua ......................................................................................................... 105 4.1.8.. BLAST MODEL DEVELOPMENT ...................................................................... 124. 4.1.9.. Evaluación después de los cambios realizados ................................................ 128. 4.1.1 O. Evaluación de rendimiento de avance después de los cambio ....................... 135 4.1.11. Evaluación de sobre excavación después de los cambios ............................... 137. 4.2.. DISCUSION DE RESULTADOS•••~ ............................................................................ 139. 4.2.1.. Resultados obtenidos referente al cumplimiento en avances ........................... 139. 4.2.2.. Resultados obtenidos referente a sobre excavacion ........................................ 140. 4.2.3.. Resultados obtenidos referente a sostenimiento ............................................. 142. 4.3.. PRUEBA DE HIPÓTESIS........................................................................................... 143. CONCLUSIONES RECOMENDACIONES. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS. vi.

(8) RELACIÓN DE GRÁFICOS LISTA DE FIGURAS Rgura. 1. Proposición del uso del RQD para escoger el sistema de soporte de roca (Merritt) ................................................................................................................................................ 26 Figura 2 • Diseño del Sistema Q basado en los principios de sostenimiento del método noruego de Tunelización~ MNT ............................................................................................... 28 Rgura. 3 . Clasificédón de la roca según Rabcewicz ......................................................... 31 Figura. 4. Diseño de sostenimiento en las labores de avance de la mina Andaychagua (forma práctica} ........................................................., ............................................................ 32 Figura. S. Categoría de Sostenimiento y Características del Macizo Rocoso según GSI .... 33 Rgura. 6 . Gráfico N°2.6 Clasificación RMR de Bieniawski (198 9) ................................... 34 Figura. 7.RMR-Ancho de labor- Tiempo de Autosoporte .................................................... 34 Figura B. Clasificación Geomecanicas del Macizo Rocoso y tipos de sostenimiento ......... 35 Figura. 9 . Expansión de gas, (teoría combinada) ................................................................ 42 Figura. 1O. Teoría de la reflexión ........................................................................................ 42 Figura. 11 .Proceso de detonación ...................................................................................... 43 Figura. 12. Onda de choque ................................................................................................ 45 Figura.. 13 . Efectos después de la Voladura ....................................................................... 47. Figura. 14. Grado de afectación de la voladura ................................................................... 47 Figura. 15. Voladura de recorte ........................................................................................... 49 Figura. 16. Sección de un túnel de acuerdo HOLMBERG ................................................. 51 Rgura. 17.Diseño de Jos parámetros del Primer Cuadrante ................................................ 54 Figura. 18. Burden en el Primer Cuadrante ........................................................................ 55 Figura. 19. Parámetros del segundo cuadrante .................................................................... 57 Figura. 20. Habilidades requeridas en los niveles de administración ................................. 63 Rgura. 21. Efecto de la variación de la distancia del pitón a la superficie .......................... 69 Figura. 22. Rebote según ángulo y distancia de proyección ............................................... 69 vii.

(9) Rgura. 23. Sección típica del crucero .................................................................................. 87 Figura. 24. Sección del crucero con sobre rotura ................................................................ 87 Figura 2-5. Desventajas de una Mala Voladura................................................................... 88 Figura. 26. Ciclo de perforación y voladura .......................................................................... 91 Rgura. 27. Diferentes radios o burden según el tipo de roca ............................................. 95 Figura. 28. Efecto de ondas ................................................................................................. 95 Figura 29. Diseño de arranque propuesto tipo hexagonal. .................................................. 96 Figura. 30. Rack Boomer Atlas Copeo ................................................................................. 100 Rgura. 31. Factores para efectuar voladura .................................................................... 103 Figura. 32. Sección de un túnel establecidas por HOLMBERG ....................................... 106 Figura 33. Diseiío de arranque optado para el crucero 800E .......................................... 107 Figura. 34. Diámetro equivalente ...................................................................................... 111 Rgura. 35.díseño de parámetros de perforación y voladura en el segundo cuadrante ...... 114 Figura. 36. Diseño de parámetros de perforación y voladura en el Tercer cuadrante ....... 115 Figura 37. Diseño de parámetros de perforación y voladura en el cuarto cuadrante ......... 116 Figura. 38. Malla propuesto del xc 800e de seccion 3.5x3.5m roca regular-8 ................. 121 Rgura. 39. Mallla propuesto del xc 800w de seccion 3.5x3.5m roca regular B................ 122 Figura. 40. Mallla propuesto de seccion 3.5x3.5m ............................................................ 123 Figura 41. Radio máximo de daño .................................................................................... 124 Figura. 42 . Distribución de radios ..................................................................................... 125 Rgura. 43. Distribución de taladros ................................................................................... 126 Figura. 44. Importancia de distribución de energía .......................................................... 127 Figura. 45. Voladura controlada vs Voladura convencional ............................................. 127 Figura. 46. Forma correcta de distribuir el explosivo ....................................................... 128 Figura. 47. Modelo de proceso de perforación y voladura ................................................ 133 Figura. 48 .Región de rechazo (rojo) .................................................................................. 145. viii.

(10) LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1. Porcentaje de cumplimiento de avances diarios acumulados ............................. 84 Gráfico 2. % de cumplimiento de avance del crucro 800E ...................................................... 84 Gráfico 3. Sobre excavación de los Cruceros ........................................................................ 89. Gráfico 4. Costo en sostenimiento .......................................................................................... 89 Gráfico 5. Actividades realizadas en Horas ............................................................................. 90 Gráfico 6. Consumo de explosivos Kg/Disparo ..................................................................... 129 Gráfico 7. Resumen del costo de los cruceros (s$/ml) ........................................................ 131 Gráfico 8. Costo unitario de sostenimiento con (shotcrete y pernos helicoidales) ............... 131 Gráfico 9. Evaluación de rendimiento de avance después de los cambio ......................... 135 Gráfico 10.% cumplimiento de Avances totales ................................................................... 135 Gráfico 11. Cumplimiento de Avances totales del Crucero BOOE .......................................... 139 Gráfico 12. Cumplimiento de Avances totales ....................................................................... 140 Gráfico 13. Cumplimiento de Avances totales en metros ...................................................... 140 Gráfico 14. Variación en porcentaje de sobre excavación después de realizar los cambios .............................................................................................................................................. 141 Gráfico 15. Evaluación de costos de la sobre excavación respecto a Sostenimiento .......... 142 Gráfico 16. Costo en sostenimiento ....................................................................................... 143. LISTA DE TABLAS Tabla 1: Clasificación según el RQ .......................................................................................... 25 Tabla 2: Clasificación según el RMR ....................................................................................... 27 Tabla 3: Oasificación según Q para el Xc 800E .................................................................... 29 Tabla 4: Diferencia entre la voladura convencional y controlada ............................................ 46 Tabla 5: Valores propuestos para voladura controlada en túnel (Smooth blasting) .............. 49 Tabla 6: Difencia de parámetros de voladura convencional y voladura controlada ................ 50 ix.

(11) ll.f). \JI. Tabla 7: Rangos de energía y daño a la roca remanente ..................................................... 50 Tabla 8: Dosificación 11 m3 de arena ..................................................................................... 67 Tabla 9: Etapas y procedimientos del shotcrete .................................................................... 67 Tabla 10: Efecto de la variación de la distancia del pitón a la superficie ............................... 68 Tabla 11: f.4edidas de las béllaS ............................................................................................ 71 Tabla 12: Ventajas de los pernos helicoidales ....................................................................... 71 Tabla 13: La forma correcta de colocación de Ph .................................................................. 71 Tabla 14: Especificaciones técnicas ....................................................................................... 72 Tabla 15: Procedimientos De Instalación De La Malla Sobre Ph-ShT ..................................... 72 Tabla 16:% de cumplimiento de avances diarios acumulados-Agosto 2014 .......................... 85 Tabla 17:% de cumplimiento de avances diarios acumulados-Setiembre 2014 ..................... 85 Tabla 18: Cálculo de sobre excavación del XCSOOE con RMR (41-50) de 2.85Tn/m3 ............. 86 Tabla 19: Evaluación de la sobre excavación ........................................................................ 88 Tabla 20: Sostenimiento Mecanizado de los cruceros ........................................................... 90 Tabla 21: Análisis de actividades realizadas .......................................................................... 90 Tabla 22: Operaciones unitarias diagrama de Gantt ............................................................. 91 Tabla 23: Equipo de perforación ............................................................................................. 93 Tabla 24 Factores de perforación ........................................................................................... 96 Tabla 25: Etapas de la toma de tiempos ................................................................................ 97 Tabta 26: Análisis de tiros fallados .......................................................................................... 97 Tabla 27: Control de T~empos del Jumbo ............................................................................... 98 Tabla 28: Distribución de tiempo ............................................................................................ 99 Tabla 29: Resumiendo los parámetros de perforación ......................................................... 100 Tabla 30: Características del explosivo a utilizarse ............................................................ 107 Tabla 31: parámetros de perforación y voladura según Holmberg ...................................... 108 Tabla 32: Coeficiente (K) ...................................................................................................... 109 Tabla 33: cálculo de perforación y voladura en Andaychagua .............................................. 109 Tabla 34: Cálculo de la densidad de carga del agente de voladura ................................... 11 O. X.

(12) Tabla 35: Calculando factor de carga y calculando factor de potencia .................................. 118 Tabla 36: distribución de cartuchos de explosivos................................................................. 119 Tabla 37: Resumiendo los parámetros del frente de disparo .............................................. 120 Tabla 38: Consumo de explosivos y accesorios ....... ,............................................................ 128 Tabla 39: Costo por disparo- voladura ................................................................................ 129 Tabla 40: Calculo de costo unitario de los XCs 3.5x 3.5m .................................................. 129 Tabla 41: Valorización total -Mes Octubre 2014 ................................................................. 132 Tabla 42: Programación operativa del día ........................................................................... 134 Tabla 43: cumplmiento de avances diarios acumulados Agosto 2014 ........................... 136 Tabla 44: cumplimiento de avances diarios acumulados-Setiembre 2014 ............................ 136 Tabla 45: cumplimiento de avances diarios acumulados-Octubre 2014 ................................ 136 Tabla 46: cumplimiento de Avances totales .......................................................................... 137 Tabla 47: Cálculo de sobre excavación del XC 800E después de realizar el estudio ............ 137 Tabla 48: Sobre excavación después de realizar el estudio ............................................... 138 Tabla 49: Ahorro por sobre excavación respecto a Sostenimiento (No incluye Pernos H.}C>ctubre 2014 ........................................................................................................................ 138 Tabla 50: Evaluación de la sobre excavación antes de los cambios-Setiembre 2014 ........ 138 Tabla 51: Evaluación de la sobre excavación después de realizar los cambios-Octubre 2014 .............................................................................................................................................. 139 Tabla 52: cumplimiento de Avances totales (M) Xc BOOE ...................................................... 139 Tabla 53: %de cumplimiento de Avances totales ................................................................. 139 Tabla 54: Evaluación de la sobre excavación respecto a Sostenimiento ............................. 142 Tabla 55: Costo en sostenimiento después de los cambios .................................................. 142 Tabla 56: Para la prueba de hipótesis se ha utilizado los datos de la tabla siguiente ........... 144. xi.

(13) LISTA DE ANEXOS Anexo W 01. Matriz de consistencia. Anexo W 02. Fotografías. Foto. 1. Vista panorámica de la mina Andaychagua Foto. 2. Equipo de perforación Foto. 3. Resultado de voladura con el metodo impirico Foto. 4. Sostenimiento con malla en sección con sobrerotura Foto. 5. Sostenimiento con shottcrete en sección con sobrerotura Foto. 6. Equipo de trabajo para el lanzado den shottcrete Foto. 7. Pintado de malla Foto. 8. Pintado del arranque Foto. 9. Midiendo los parámetros de perforación Foto. 10. Arranque perforado con el jumbo Rock Boomer Foto. 11. Arranque perforado con el jumbo Rock Boomer Foto. 12. Malla diseñada y perforada listo para chispear Foto. 13. Cañas para realizar la voladura controlada en las coronas Foto. 14. Voladura con un buen perfilado Foto. 15. Sostenimiento con shottcrete. xii.

(14) INTRODUCCION La investigación se da inicio con el siguiente problema de investigación ¿De qué manera influye el diseño de los parámetros de perforación y voladura con la aplicación del Algoritmo de Holmberg frente a un método empírico en el avance del crucero Xc 800E, en Volcán Compañía Minera S.A.A. - Unidad Minera Andaychagua Además se plantea los siguientes problemas específicos: a. ¿Cómo oontribuye el diseño de los parámetros de perforación y voladura con el algoritmo de Holmberg en la no generación de sobrerotura y perfilado de la sección del crucero BOOE? b. ¿Cuál es el costo en sostenimiento que se reduciría con la aplicación de una buena voléllura? Por otro lado se menciona el siguiente objetivo general: Evaluar e implementar el Algoritmo de Holmberg para calcular los parámetros de perforación y voladura controlada, en el avance del crucero BOOE. También así mismo se plantea los objetivos específicos: a. Analizar las implicancias del diseño de los parámetros de perforación y voladura en la no generación de sobrerotura y perfilado de la sección del crucero BOOE b. Analizar el costo de sostenimiento tras la aplicación del diseño de los parámetros de perforación y voladura con la utilización del método Holmberg. Por otra parte se menck>na la hipótesis general: La aplicación del Algoritmo de Holmberg que permite calcular los parámetros de Perforación y voladura influirá favorablemente para obtener un buen avance en el XC BOOE. Y las hipótesis específicas planteadas son 1) Contribuye en ta reducción de la generación de sobre rotura y mejoramiento en el perfilado de la sección. 2) El costo tras la aplicación de una buena voladura se redujo en 212313 $/dispar 3) El tipo de estudio de la presente investigación es aplicada. El nivel fue el explicativo; como método general aplicado fue el Análisis y comparación; además el disei'ío utilizado fue el Descriptivo simple, la población que se consideró fue Los Xiii.

(15) Cruceros (Xc 800 E, Xc, 8000E, Xc 1000E, Xc 1000 OE) de la empresa Volcán Compañía Minera S.A.A. - Unidad Andaychagua. El instrumento aplicado fue la prueba pedagógica de Conocimiento de Estadística Descriptiva. La obtención de datos para el algoritmo matemático Holmberg y estructurar la malla, se realiza de acuerdo a siguientes variables: Datos de campo Onsitu}, Datos de voladura, Constante a usar para corregir perforación. Por otro lado se mencionan los siguientes capítulos El capítulo 1, trata sobre el problema dentro de ello se encuentra el planteamiento del problema, formulación del problema, los objetivos y la justificación El capítulo 11, del marco teórico de Ja investigación,. se encuentra los antecedentes, las. bases teóricas, hipótesis, definición de términos, identificación de variables y la definición operativa de las variables e indicadores. Ya Céq)itulo Ul, metodología deJa investigación, aquí se precisa la información referente, al ámbito de estudio, tipo de investigación, nivel de investigación, método de investigación, diseño de investigación. población, muestra y muestreo,técnicas e instrumentos de recolección de datos,procedimientos de recolección de datos, y técnicas de procesamiento y análisis de datos. El IV capitulo, se refiere al resultado donde se tiene la presentación de resultados, discusión de resultados y la prueba de hipótesis. Finalmente se tiene, las conclusiones, recomendaciones, la bibliografía y los anexos conespondientes al presente trabajo de investigación. Los investigadores. xiv.

(16) RESUMEN El presente trabajo de investigación se inició planteando el siguiente problema: ¿De qué manera influye el diseño de los parámetros de perforación y voladura con la aplicación del Algoritmo de Holmberg frente a un método empírico en el avance del crucero Xc SOOE, en Volcán Compañia Minera S.A.A. - Unidad Minera Andaychagua? ; Por otro lado, se formuló el objetivo general: Evaluar e implementar el Algoritmo de Holmberg para calcular los parámetros de perforación y voladura controlada, en el avance del crucero 800E. Así mismo, se planteó la siguiente hipótesis: La aplicación del Algoritmo de Holmberg que permite calcular los parámetros de Perforación y voladura influirá favorablemente para obtener un buen avance en el XC 800E. El tipo de estudio de la presente investigación es aplicada., el nivel fue el explicativo; como método general aplicado fue el Análisis y comparación; además el diseño utilizado fue el Descriptivo simple, la población que se consideró fue Los Cruceros (Xc SOOE, Xc SOOOE, Xc 1OOOE, Xc 1OOOOE) de la empresa Volcán Compañía Minera S.A.A. - Unidad Andaychagua. El instrumento aplicado fue la prueba pedagógica de Conocimiento de Estadística Descriptiva. la obtención de datos para el algoribno matemático Holmberg y estructurar la malla, se realiza de acuerdo a siguientes variables: Datos de campo (insitu), Datos de voladura, Constante a usar para corregir perforación. Se arribó a la siguiente conclusión: Haciendo el diseño y parámetros de perforación y. voladura por Holmberg y empleando la voladura controlada se ha obtenido techos y paredes del crucero uniforme, donde la sobre excavación se redujo de manera notoria y esto da entender que el sostenimiento a revestirse el área con schotcrete, es menor, acomparación de los meses anteriores y el rendimiento de avance por disparo es eficiente. El rendimiento de avance por disparo es eficiente mejorando de 101.60 a 215.29 metros en el mes de octubre, debido a que los tiempos de operaciones unitarias especialmente en sostenimiento se minimiza y en algunos tramos ya no requiere la malla electro soldada. Palabra clave: Holmberg, burden. XV.

(17) ABSTRACT The present investigation was initiated considering the following problem: How influences the design parameters of drilling and blasting with the implementation of the algorithm Holmberg versus an empirical method in advancing the cruise Xc SOOE, Volean Compania Minera SAA Mining Unit Andaychagua? ; On the other hand, the overall objective was formulated: Evaluate and implement the algorithm to estímate parameters Holmberg drilling and controlled blasting, in advance of the cruise SOOE. Also, the following hypothesis is proposed: The applicaüon Holmberg Algorilhm for calculating the parameters of drilling and blasting will favorably influence for good progress in the XC SOOE. The type of study of this research is applied, the leve! was the explanation.; as a general method used was the analysis and oomparison; plus the design was simple descriptive, the population was considered Cruises (BOOE Xc, Xc 8000E, 1000E Xc, Xc 10000E) company Compania Minera Volean SAA - Unit Andaychagua. The instrument was applied pedagogical knowledge test Descriptiva Statistics. Data collecüon for the mathematical algorithm Holmberg and the mesh structure, is made according to following variables: Freid data (insitu), Data blasting Constant use to correct drilling. He arrived at the following conclusion: Making the design and parameters of drilling and blasting for Holmberg and using oontrolled blasting was obtained ceilings and walls of uniform cruise where on excavation was reduced markedly and this implied that the support to ooated with schotcrete area is less, compared to the previous months and the performance of feed per shot is efficient. The breakthrough performance per shot is efficient improving 101.60 to 215.29 meters in October, because the times of unit operations is minimized especially in support and in sorne areas no longer requires the electro we\ded. Keyword: Holmberg, burden. xvi.

(18) CAPÍTULO 1 PROBLEMA. 1.1.. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. La voladura es una operación elemental en la actividad minera y su diseño está basado en diversos modelos matemáticos planteados hasta hoy, pero aun hoy en día las fallas en la voladura es un desafío que todos los mineros queremos superar, en Volcán Compañía Minera S.A.A. - Unidad Minera Andaychagua en explotación subterránea se está operando con diseño de mallas de perforación y voladura de manera empírica, este quiere decir que no hay indicios de la utilización de un modelo matemá1ico o método que ayuden a diseñar de manera adecuada la distribución de los taladros en un frente de perforación donde se realiza la voladura . Teniendo como resultados sobreroturas fuera de lo deseado y agrietamiento fuera del límite deseado, esto hace que los esfuerzos naturales de compresión y tensión estén expuestos en cada proceso de minado, exponiendo inestabilidad y riesgo- peligro tanto para el personal y equipos. Además. genere mayor tiempo rendimiento en avances. (desatado, limpieza, sostenimiento}. En Volcán Compañia Minera S.A.A. - unidad minera andaychagua el sostenimiento de las labores de avance es con shotcrete (85%) por vía húmeda y seca. Es por ello que la voladura mal realizada hace que el costo(S$/m2) en sostenimiento se eleve, 17.

(19) es decir el área de revestimiento con shotcrete es mayor a comparación de un buen disparo. Andaychagua presenta el macizo rocoso muy fracturado de mala a regular con RMR de 20-50, haciendo que la inestabilidad del terreno esté latente en cada operación, en tal sentilo es de vi1al importancia la operación de perforación y voladura en el tipo de sostenimiento a utilizarse de acuerdo a las características y condiciones que presenta el macizo rocoso a excavarse. Por ende depende directamente de una buena voladura y eficiente, esto conlleva a que el sostenimiento se minimice y lógicamente el rendimiento del avance será satisfactorio. Lo cual implica realizar un buen diseño de los parámetros de peñoración y voladura controlada, que permita reducir la sobre excavación del macizo rocoso fuera del límite. Utilizando los explosivos adecuadamente de acuerdo a su energía entregada.. En el presente trabajo de investigación veremos cómo influye esta aplicación en el avance de la sección del crucero con el diseño de mallas de perforación a partir de los cálculos de los parámetros de perforación y voladura con el Algoritmo de Holmerg, además veremos cómo el resultado de esta aplicación influye en los aspeclos de voladura controlada y costos tomando como muestra el avance del Xc. BOOE de la mina Andaychagua. 1.2.. FORMULAClÓN DEL PROBLEMA. 1.2.1. Problema general: ¿De qué manera influye el diseño de los parámetros de peñoración y voladura con la aplicación del Algoñtmo de Holmberg frente a un método empírico en el avance del crucero Xc BOOE, en Volcán Compañia Minera S.AA - Unidad Minera Andaychagua?. 18.

(20) 1.2.2. Problemas específicos:. c. ¿Cómo contribuye el diseño de los parámetros de perforación y voladura con el algoritmo de Holmberg en la no generación de sobrerotura y perfilado de la sección del crucero BOOE?. d. ¿Cuál es el costo en sostenimiento que se reduciría con la aplicación de una buena voladura? 1.3.. OBJETIVOS, GENERAL Y ESPECiFICOS. 1.3.1. Objetivo general Evaluar e implementar el Algoritmo de Holmberg para calcular los parámetros de perforación y voladura controlada, en el avance del crucero BOOE.. 1.3.2. Objetivos Específicos. c. Analizar las implicancias del diseño de los parámetros de perforación y voladura en la no generación de sobrerotura y perfilado de la sección del crucero 800E d. Analizar el costo de sostenimiento tras la aplicación del diseño de los parámetros de perforación y voladura con la utilización del método Holmberg.. 1.4.. JUSTIFICACIÓN:. Durante varias décadas han investigado acerca del proceso de fractura miento de rocas, los parámetros de perforación y voladura controlada, Pero el gran problema radica en que no son aplicadas y que solamente son basados en "prueba, errores y en expeñencías", dejando de lado las teorías. Por ende la voladura de rocas es prácticamente ineficiente, generando la obrerotura, con paredes de sinuosidades rugosas y que además crea riesgos y peligros dentro del área a excavarse.. 19.

(21) Por ello el sustento del trabajo de investigación, Diseño de los parámetros de perforación y voladura con el Algoritmo de Holmberg en Volcán Compañía Minera S.A.A. - Unidad Andaychagua, nace a raíz de los diseños de mallas anteriores que fueron realizadas de manera empírica en el terreno, sin contar con ningún método o modelo matemático especifico empleado a dicho trabajo. Ahora con este trabajo de investigación se aplicara el método Holmberg, usando una nueva teoría para calcular el burden, esto para conocer el diseño que se ejecuta en la teoría sea igual a la práctica, viendo la fragmentación para definir el diseño de la malla sea el adecuado. Donde serán beneficiadas las empresas especializadas que están en el área de mina en la reducción de costos, del mismo modo los trabajadores beneficiándose en la disminución de tiempo. Y por último servirá como un modelo de diseño para otras labores de trabajo semejantes en Volcán Compañia Minera S.A.A. Unidad Minera Andaychagua. 20.

(22) CAPÍTULO 11 MARCO TEÓRICO 2.1.. ANTECEDENTES. 2.1.1. A nivel nacional. Aplicación del Método Holmberg para el mejoramiento de la malla de voladura en la empresa minera aurífera retamas S.A. realizado por el Bach. Antonio Loza Carazas. •!+ Cuyo objetivo es aplicar el Método Holmberg implicando la mayor cantidad. de variables para el mejoramiento de la malla de voladura. •!• Mejorar la malla de voladura aplicando el método Holmberg en la Minera Aurífera Retamas S.A Llegando A la Siguiente Conclusión •!• El desarrollo del mejoramiento de la malla de voladura aplicando el método. Holmberg en la minera aurífera retamas S.A permite optimizar la energía, con mucha más precisión de qué manera común o empleando otros métodos matemáticos.. 21.

(23) 2.1.2. Anivel internacional La investigación de Kaushik Dey & Phalguni Sen (India escuela de minas) en los principios de "blastability" en el año (1979). Cuyo principal objetivo es la fragmentación por las voladuras y conseguir un tamaño adecuado que se ajusten a nuestras necesidades, así mismo buscar un factor de explosión específico para reducir al mínimo el costo de la minería en general, aproximándonos a un buen resultado utilizando parámetros geo mecánicos, un buen diseño y explosivos adecuados. Llegando a las siguientes conclusiones: Investigación de Rene Wilfredo Ojeda Mestas, lng. De Minas en el Diseño de Mallas de Perforación y Voladura Subterránea aplicando un Modelo Matemático de Áreas de Influencia del año (1998), realizado para ejecutar diseños óptimos sin la necesidad de realizar muchas pruebas de campo, Cuyo objetivo es Demostrar que el Diseño de malla de perforación y voladura subterránea, puede ser disef\ado aplicando un modelo matemático de áreas de influencia llegando a las conclusiones:. •!• Si fue posible Diseñar mallas de perforación y voladura subterránea para. frentes, utilizando la nueva teoría para calcular el burden. •!• El diseño de mallas de perforación realizados por esta teoría se usó. solamente para cortes en paralelo. •!• Fue posible utilizar el análisis granulométrico para pronosticar la fragmentación y evaluar el diseño de malla de perforación y voladura para determinar dicho diseño si era el ideal.. 22.

(24) •!• Para que el diseño de malla de perforación sea el ideal debe de tener como. minino un 95 %pasante de fragmento roto para un determinado tamano característico de roca •!• El modelo predictivo de Kuz-Ram es una buena herramienta para analizar. la tendencia de la fragmentación para diferentes diseño de malla de perforación y voladura.. 2.2.. BASES TEÓRiCAS.. 2.2.1. Consideraciones geomecanicas del macizo rocoso para la excavación de cruceros. En todo macizo rocoso, existe un campo de esfuerzos originando por el peso de la roca superyacente, este campo sufre modificaciones al producirse la excavación subterránea. En el curso de las diferentes etapas de la excavación, estos esfuerzos modificados que podemos llamar "empuje de roca" son muy véliat»es con el tiempo y posición, por lo tanto, es casi imposible la medición de sus dimensiones e intensidades. En la zona del macizo rocoso que circunda al límite de la excavación, se pueden crear contracciones que sobrepasan las tensiones admitidas por la roca, entonces la excavación es inestable, por lo que esta roca circundante necesita de ser soportada con el fin de conseguir equilibrio y estabilización. Por lo tanto podemos citar según U. S. Nacional Comitte on Rocks Mechanics"La mecánica de rocas es el ciencia teórica y aplicada del comportamiento mecánico de las rocas y de los macizos rocosos; esto es aquella rama de la mecánica que trata con la respuesta de la roca y de los macizos rocosos al campo de las fuerzas de su entorno físico". Al efectuar la excavación del macizo rocoso de los cruceros de la Mina Candelaria se crean fenómenos que se conjugan determinando el grado de 23.

(25) estabHidad de la excavación; por ejemplo, la influencia de las discontinuidades estructurales de la roca o los grandes esfuerzos a que se somete cuando se abre una excavación , exige. tomar decisiones sobre las necesidades de. sostenimiento a los sistemas de excavación más adecuadas ; empleando un tipo de sistema de clasificación en el que se pueda controlar la estabilidad del terreno. La caracterización geotécnica se basa en los sistemas de valoración del macizo rocoso, para efectuar la excavación y predecir el tipo de sostenimiento a ublizarse de los cruceros se han tomado romo: el sistema RMR de Bieniawski (rock Mass rating}, lndice G.S.I {Geological Strength lndex}, el sistema. a. de Barton, Clasificación de Rabcewicz (NATM).. 2.2.2. Zonificación Geotécnica Es definir y delimitar las labores, sus características geomecánicas con el fin de elegir y estandarizar un sistema de pre refuerzo o sostenimiento a utilizar en las diferentes labores subterráneas. A partir de la evaklación del macizo rocoso, se realiza un diseño geo mecánico de excavación subterránea para luego clasificar las labores según sus estabilidad después del disparo. Para realizar un mapeo geomecánico, se describe las siguientes: 1. Características geomecanicas 2. Propiedades del macizo rocoso 3. Alteraciones de la roca 4. Grado de resistencia 5. Rugosidad 6. Dureza 7. Discontinuidades del macizo rocoso. 24.

(26) 2.2.3. CLASIFICACION GEOMECANICA DE LOS MACIZOS ROCOSO 2.2.3.1. Clasificación por el índice de calidad de la roca (RQD) En 1964 Deere propuso un índice cuantitativo de la calidad de la roca, basado en la recuperación de testigos con perforación diamantina.. ¿Testigos ~ lmt =------. ROD(%) = Longitud..taladro. . ................................ (ECU. 01).. El criterio de ROO tiene limitaciones, porque no toma en cuenta muchos factores. Pero es de mucha importancia para dar indicios, porque de acuerdo al avance de la excavación varia la calidad del macizo rocoso. Tabla 1: Clasificación según el RQD. RQD. CALIDAD DE ROCA. LABORES. 25%. Muy mala. Ninguno. 25-500At. Mata. 50-75%. Regular. Cx1000E, Cx800E. 75-90%. Buena. Cx1000W. 90-100%. Muy buena. Ninguno. Cx800W,Xc800E. Fuente: Departamento de Geomecamca VCMSAA. 25.

(27) Frgura. 1. Proposición del uso del RQD para escoger el sistema de soporte de roca (Merrítt). Sin refuerzo o probable empernado loc:af Empernado normal (separaclon 4-6 pies). Fuente: Nerio Robles. 2.2.3.2.1ndices RMR de Bieniawski (rock mass rating) Esta clasificación toma en cuenta los siguientes parámetros: +!• Resistencia uniaxial de la matriz rocosa. •!* Grado de fracturamiento en términos de RQD. Espaciado de. discontinuidades •:. Condiciones de las discontinuidades. Condiciones hidrogeológicas. •!• Orientación de las discontinuidades respecto a la excavación. Esta clasificación es de mucha importancia ya sea en el tipo de soporte a realizarse y en la voladura, porque después del disparo se hace un estudio detallado de acuerdo a los parámetros del disparo obtenido, y de esa manera tomar acciones en el tipo de sostenimiento a realizarse y cuanto a la fase de la voladura el tipo de explosivo a utilizarse y en el diseño de los parámetros de perforación y voladura. De acuerdo a la incidencia de estos parámetros se expresa la condición de. 26.

(28) la excavación con un índice que varía de 0-100 denominado RMR. Los resultados de la evaluación de calidad del macizo rocoso de los 4 cruceros son de tres tipos de rocas distintas, como se indica en la siguiente tabla: Tabla 2: Clasificación según el RMR. TFODEROCA. ClASE. RMR. LABORES. %. REGUALAR-A. 111-A. 51·60. Cx1000E, Cx1000W. 40. REGULAR-S. 111-B. 41-50. Cx1000E, Cx1000W, Cx800E. 60. MALA-A. IV-A. 3140. Cx800E, Cx800W. 50. MALA-B. IV-B. 21-30. CxBOOW. 20. MUY MALA. V. 0-20. Ninguno. o. Fuente: Departamento de Geomecan1cas CMVSAA. 2.2.3.3. lndices G.S.I (Geological Strength lndex). Este índice ha sido introducido como un equivalente del RMR para que sirva de criterio de falla generalizada de Hoek-Brown, especialmente para rocas de mala a muy mala calidad (muy alterad y con elevado contenido de finos).. La deformación del G.S.I es el primer paso a seguir, definir en forma emplrica la resistencia y deformabilidad de la masa rocosa, basándose en las condiciones estructurales (grado de fracturamiento) y de superficies (alteración, forma de fracturas, relleno). 2.2.4. PREDICCION DE SOPORTE DE LOS CRUCEROS 2.2.4.1. Según el sistema Q (N.G.I). El diseño de esfuerzo en túneles, empleando el sistema Q o índice de calidad de la masa rocosa propuesta por el instituto Geotécnico de Noruega, se basa en la observación de cientos de casos típicos de estabilidad en excavaciones subterráneas. Para obtener el valor numérico de este índice "Q" se plantea la siguiente. ecuación. 27.

(29) Dónde:. ................ (ECUA: 02) RQD: representa una medida del fracturamiento de la roca propuesta. por Deere. J n: Representa el índice numérico del sistema de fisuras J r: Representa el índice numérico del grado de rugosidad de las fiSuras J a: Representa el índice numérico de alteración de las fisuras J w: Representa la reducción de agua en las fisuras. SRF: Representa el índice de factor de reducción por esfueJZOS De la función de estos parámetros se considera que el índice Q, que representa la calidad del macizo rocoso. Ftgura. 2 • Diseño del Sistema Q basado en los principios de sostenimiento del método noruego de Tunelización- MNT. --.... ~. 100. ~. tiiOIJ'. Wl' IW.A. .,.. so. --. 20. 1' 1 1 ~. 10. 10. !. S. 2. 2. O.OOt. 0,01. •. 0,1. Fuente: Nerio Robles.. 28. 10. 110. lOO. AOO. 1000.

(30) Tipos de soporte en: 1. Pernos desaminados 2. Pernos sistemáticos 3. Pernos + concreto lanzado 4. Pernos +concreto lanzado +malla o fibra de acero 5. Pernos + concreto lanzado+ malla de acero o concreto lanzado como pre revestimiento. 6. Concreto lanzado como pre-revestimiento Tabla 3: Clasificación según Q para el Xc 800E. CONCEPTO palidad de la roca. Regular. DESCRIPCION. Rugosidad de fracturas. Rugosas o irregulares, planares. ~ua en las fra:tins. ~o con. ~umero fracturas. tres sistemas principales y uno. ,..actorde alteración de las Supetficies ~acturas. flujos de 51/min. inalteradas,. VALOR 50%. 4-1. Jr = 1.5. 1-0.05. Jw-1. 0,5-20. Jn = 12. ligeras 0.73-20. Ja =6. manchas de oxidación. actor de reducción por Presión alta de roca con tendencia ensiones. Variación. 1-10. SRF =09. expansiva. Fuente: Departamento de geomecamcas CMVSAA. Haciendo los cálculos previos se tiene que 0=1.15 y reemplazando en: RMR =9 Ln Q + 44......................................................... (ECUA: 03) RMR=45 Tipo de sostenimiento: Pernos Helicoidales + Shotcrete de 2 pulgadas con dramix.. 29.

(31) 2.2.4.2. Según sistema de Rabcewicz. Desarrollado por el autor, como base para el Nuevo Método Austriaco de tonelería (N.A.T.M), su empleo está bastante difundido en Alemania, Austria y Francia. Esta clasificación recoge las experiencias obtenidas en la construcción de túneles, donde la masa rocosa presenta diversos grados de oposición al avance de la excavación del túnel, y se hace necesario efectuar su correspondiente sostenimiento, en terrenos muy difíciles, ejecutar métodos de excavación parcial, con el consiguiente tipo de sostenimiento. Este tipo de clasificación tienen valor importante, cuando se ejecutan excavaciones de gran sección mayores a los 50 m2. 30.

(32) Figura. 3 . Clasificación de la roca según Rabcewicz. ítpo de macizo rocoso 1. -. Clase de terreno excavado. TIPO 1. boca estable ; oco fracturada. esquema. 1. 11PO IH. lguna. >>. '. TIPOV·b. acturada. ... <. :~·o.::-••.--. ,,. .. ,¡-. 1. TIPO v... oca de cohesión. •. •. nPOIV. oca algo. 'ú o l.. Fases de ejecución. 11PO H. 1. 11. (. •• • • •. •'••"':·..,·.#·•,.. /. •rvvrv. .... 'Y. oncreto lanzado, ernos mallas, ernos aislados ostenimiento onde lo. tipo de sostenimiento 1 . eqUiere el erre no. !Sostenimiento. ostenimiento sistemático en todo en da la sección en dos alternativos:. istemático en. óveda, y cuando lo~~re~. oncreto lanzado, equiere concreto ernos y mallas anzado en las. oncreto lanzado+pernos+malla oncreto lanzado-ttimbras+invert etálico o concreto. ·aredes Fuente: Nerlo robles. 31 ,.--. ~.

(33) 2.2.4.3. Índice GSI Modificado Para correlacionar las clasificaciones geomecanícas, según el GSI modificado, como equivalente del índice RMR y relacionarlo con el índice Q tenemos: RMR=91n (0)+44. Para detenninar de manera práctica el tipo de soporte a utilizarse se elaboró a partir de la tabla de soporte de túneles, según el Método Noruego (NTM), La Tabla se Soporte Practico Minero (SPM). Para el tiempo de colocación se utitiza la tabla de tiempo de auto-soporte propuesta por Bieniaswki, las cuales se presentan a continuación Figura. 4. Diseño de sostenimiento en las labores de avance de la mina Andaychagua (forma práctica). DISEÑO DE SOSTENIMIENTO EN lABORES MINERAS SUBTERRANEAS SPM TIPO DE ROCA SEGUN INDICE G.SJ. (modlllcado). TlfiiP. IFIR. IFIP MFIMP. T/P. IF/M>. IFJB MFIR FIP. M'IP FIMP. MFJB FIR L.FIP. FIB LFIR. L.FIB. MIR. 11 EXCA.VACtON NO. f'. ,. ~,(_.. ~~,. . e~/". "' .,. /. ~ ~o. .....~. ._,;«.,''. ':Y'<:;. e~ /.. /. .." ,. / /;<f'. ..;_'"-"l!"_~c.·~ _/_.. V-:,,•. "'. h.. Cl. ~. ~". .f. ... ·+. é". ---L¡. .... ..". ...."' <>"' ~". ...."'"". ~. ._?. (). f. ...<>+. ...,;f. ~-.,. #. <:..~. <". Q. /. ";¿-o <~."-. 15 ESR-1-G(i..llb.P~. -IJ(Lab. Vert.) ~Q(Lab.T-). SH(f) e st!OTCRETE CON. ,.., + / ,._45'o ..,. .... ~~-Cl>.. '(¡. '. ~911111~(-~. ""'. ". <t. /. '. '. 1. 1. 10. 0.1. -. ~. .....,e-. / ' .,+ 4'. .;¿-o. $. !<,<¿'. 0. /. ¡.;. i'. ~. /. 'í>~. ~o. /. 0.... #_o.._. o+¿-o c:-C'.:~_./ tf".....o,.... .:::J+. 2. ... ~~". /,. 5-. '>. 1. ..."". R:ECOflltENOABl..E. 25. 45 lndlce Q • RQDIJn • JrJJa • JwSRF lndlce RMR • 9 LnQ + -44 lndlce GSI• RNR (seeo) -5. ABRA OE REFUER20. (RELACIONES EM'IRICAS APROX.). Fuente: Area de geomecanicas-CMVSAA.. 32. 65. LONGITUD DE PERNOS labor menor :z.s ma1.2m labor ontre2.5my3.5m-1.5m ·--3.5my-4.5m-1.81n. · - - 4.&nys.&n-2.Am laborde 5.Sm- 3.óm. 100 115.

(34) •. --·•wawiW_... 111111•__,_.,.,.. --dll-~--. IHH. •. ~. II<O'I!JI8~). i'l)111f>~~'t91~,9l~!. '(9) OU'if-'11 U!~ '(91 rd..U ,\na¡ pql!llli!IIIOJS!(j ( 111\ 1 I.Y.J'-'Iltl ll.'i'll'-l'illl.\' 1"1 \ N'l 111.\fl!\.

(35) Figura. 6 . Qáfico W2.6 Clasificación RMR de Bieniawski (198 9) Resistencia a la Compresión Unlaxial (Mpa) RQD%. Espaciamiento (m). Apertura Condición de laa Juntas. t------+~-:--~---+-~-=----t-..,~~---1--~'--+~-=....,.---1. Rugoaldaci. 1--~~~:..:..;;.-t-...;_;_;~:..;:..-1--=:...;.;,~..:..;;.-+-_;:;~-+_;:;~-:-:=;......¡. Relleno Alteración. Figln. 7.RMR--Ancho de labor- Tiempo deAutosqJorte. 10. e. 8. tJt1l. 6 5 4. o. E-<. ,_::¡. ~. ~ p... 3 2. ~. 34.

(36) Figura. B.Ciasiflcación Geomecanicas del Macizo Rocoso ytipos de sostenimiento TIPO DE ROCA. CLASE. COLOR. ~ RM~. BUENA. 11. VERDE. t 61-80. ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LA ROCA--. TIPO DE SOSTENIMIENTO PARA EXCAVARSE. -·. Roca dura con muy pocas fracturas. y ligera Generalmente no requiere ningún tipo de alteración, humedad en algunos casos. sostenimiento, excepto algunos pernos. 1. REGUALAR-A. 111-A. VERDE CLARO. REGULAR-B. 111-B. AMARILLO. MALA-A. IV-A. ANARANJADO. Roca medianamente dura, con regular 51-80 cantidad de fracturas, ligeramente alterada, húmeda. Roca medianamente dura, con regular cantidad de fracturas y con presencia de ' 41-50 algunas fallas menores, ligera a moderada alteración, ligeros goteos. Roea suave, muy fracturada, con algunas. 31-40 fallas panizadas de moderada a fuerte alteración, con goteos en fracturas y fallas.. MALA-B. IV-B. ROJO. MUY MALA. V. MARRON. Roca suave, muy fracturada, con algunas 21-30 fallas panizadas de moderada a fuerte alteración, con goteos en fracturas y fallas.. 0-20. Roca muy suave. intensamente fracturada, faHada y alterada, con flujo continuo de agua.. Pernos esporádico, espaciados a 1.5om c/u Pernos sistemáticos de 6· de longitud (cementados o con resina). espaciados cada 1.5m, si el terreno lo requiere se puede utilizar malla electrosoldada, alternativamente una capa de shotcrete de 1.5" Pernos sistemáticos de 6· de longitud (cementados o con resina), espaciados de 1 a 1.5m con mallada refuerzo y una capa de 2" de shotcrete Pernos sistemáticos de 6· y 8· de longitud (cementados o con resina), espaciados cada 1m. Con malla de refuerzo y una capa de 2" de shotcrete Clmbras metálicas, espaciadas a 1m con vigas reticuladas y marchovantes si es requerido.. Fuente: Area de Geomecanica-CMVSAA. 35. ~. ~.

(37) 2.2.5. EXPLOSIVOS. Son compuestos o mezclas de sustancias en estado sólido, líquido o gaseoso, que por. medio de reacciones químicas de óxido-reducción,. son capaces de. transformarse en un tiempo muy breve, del orden de una fracción de microsegundo, en productos gaseosos y condensados, cuyo volumen inicial se convierte en una masa gaseosa que llega a alcanzar muy altas temperaturas y en consecuencia muy elevadas presiones. Un explosivo puede quemar o detonar de acuerdo al método de iniciadón o la cantidad de material involucrado. Según Taylor si la masa de explosivo. es. pequeña, la iniciación térmica usualmente se quema. Pero si la masa excede un valor crítico es posible que el quemado alcance a ser tan rápido que la onda de choque se propaga. Combustión o quemado: Puede definirse como tal a toda reacción química capaz de desprender calor pudiendo o no, ser percibida por nuestros sentidos y que presenta un tiempo de reacción bastante lento. Explosión: la explosión, por su parte, es un fenómeno de naturaleza física, resultado de una liberación de energía tan rápida que se considera instantánea. ----·-. - ·- .CLASIFICACION . . ., r --· .. r-. L~;~) {. (. l. f. ---. --·. •.·· 1 _., l 5egundonos. (. ':r. No. J LPermisibles • l P~misit;>les ). Altos. l"' ~~.º~~~.. ~"t. l ;:;;"'~ "t,.,:;;;~-~.r ·~--- ~~~~0S. J. ~~'f.()$. PrimQ~ (. ~.. Altos. ¡. l. DE LOS1 EXPLOSIVOS .. . ---,. ]: [ Agentes de. J ,. .Ypl(J<;i~r9. '¡ ). ( Basado'> en ·¡. L.. -~~-~~~---- ...J 36. '.

(38) a. Explosivos mecánicos: son aquel que consisten en materiales como dióxido de carbono líquido, aire comprimido, cloruro de amonio, nitrato de sodio y que son sometidos dentro de un cilindro. de acero a una vaporización. repentina mediante un proceso de calentamiento presiones. Esta vaporización produce. o bien comprimido. a altas. en escasos segundos de 10000-. 30000psi de presión dentro del cilindro, los más comunes son Ardox, Cardox, Hidrox, estos se usan en minas de carbón o en ambientes peligrosos. ' b. Explosivos nucleaJeS: consisten de plutonio u otros similares atómicamente activos. Al exceder el nivel crítico, la descomposición es muy rápida y da origen a una explosión extremadamente destructiva.. c. Explosivos químicos: son aquellas mezclas explosivos cuya liberación de Energía va acompañada de una reacción química se cumple la conservación de la materia y de la energía. Y son más utilizadas en la industria minera y en obras civiles. •!+ Altos explosivos o rápidos: Damado también "detonantes" la onda de. choque es supersónica o de alto régimen y autosostenida (constante) lo que garantiza la detonación completa de toda su masa, con un fuerte impacto triturador o brisance. La velocidad de reacción es mayor la del sonido. •!• Bajos explosivos: se caracteriza por su bajo deflagración unos cuantos cm. o m/seg menores que la velocidad del sonido y con bajas presiones.( mayormente los usan para artillería y pirotécnica como la pólvora negra) d. Explosivos físicos: se obtienen oxidando materiales porosas que contengan oxígeno líquido. Se obtienen (Aserrin+Ox, polvo +Ox. Polvo de C+Ox) iniciando en C02, Al203. Produciendo gran cantidad de calor; 2200 Kcal, 3866kcal respectivamente mientras que el kg de nitroglicerina pura solo 1600kcal. 37.

(39) 2.2.5.1. Propiedades de explosivos a. Detonación: Es el proceso de propagación de una onda de choque a través de una columna explosiva, el cual está acompañado por una reacción química que provee. energía para mantener la propagación de la onda de choque. de una manera estable. b. Deflagración: Es un proceso en el cual el explosivo combustiona extremadamente rápido pero sin explosionar. la deflagración es sinónimo de una combustión rápida. c. Presión de detonación: Es la presión que existe en el plano "CJ" detrás del frente de detonación, en el recorrido de la onda de detonación. Es función de la densidad y del cuadrado de velocidad y su valor se expresa en kilo bares (kbar) o en mega pascales (MPa). Así, en los explosivos comerciales varía entre 500 y 1 500 MPa. d. Presión de explosión: Es la presión de los gases producidos por la detonación, cuando estos todavía ocupan el volumen inicial del explosivo antes de cualquier expansión. Nuevamente dentro de una primera aproximación muy aceptada, se puede considerar que la presión de explosión es igual al 50% de la presión de detonación. e. Presión de taladro o de trabajo: Es la presión que ejercen los gases sobre las paredes de taladro antes de iniciarse la deformación de la roca. Está en función de su confinamiento, cantidad, y temperatura de los gases de la detonación. Esta presión ejercida es el 50% de la detonación. F. Energía de los explosivos; es la cantidad de energía liberad cuando el explosivo estalla en la expansión y el calor es convertido en trabajo mecánico. 38.

(40) g. Potencia: es la energía que tiene el explosivo. h. Densidad: se expresa en g/cc o tm/m3, la energía y la densidad están correlacionados en explosivos granulares ya que la energía aumenta con la densidad. Pero los explosivos basados en agua no correlacionados. i. Sensibilidad: Es la facilidad con la que reaccionan y puede ser iniciada. Y que pueden ser sensibles al choque o impacto, calor y fricción, etc j. Diámetro cñtico: Es el diámetro mínimo en el cual se propagara la onda. confiablemente, la velocidad de detonación y la capacidad de rotura de la roca se reduce tanto como se aproxima el diámetro crítico. k. Sensitividad: Es una medida de capacidad de un explosivo para mantener la detonación a través de una columna explosiva una vez que haya sido iniciada. Está relacionada al diámetro crítico. l. Diámetro crítico: Es el diámetro mínimo en el cual se propagara la onda. confiabtemente, la velocidad de detonación y la capacidad de rotura de la roca se reduce tanto como se aproxima el diámetro crítico. m. Brisance o poder rompedor. Es la capacidad rompedora de los explosivos debido a la propagación instantánea de gases producidos durante la detonación. Esto significa fracturar y es efecto destructivo para fragmentar una roca. Y esto depende de su densidad presión en la zona de reacción y la VOD. n. Velocidad de detonación: la velocidad de detonación de una mezcla explosiva confinada, es una medida en la cual las ondas de detonación viajan a través de la columna explosiva de un taladro o cualquier espacio confinado. 39.

(41) Se puede incrementar la VOD de la siguiente manera •. Haciendo un buen confinado en el taladro. •. Disminuyendo el tamaño de partícula.. •. Incrementando la densidad. •. Usando un mayor diámetro de carga.. •. Alta relación de acoplamiento (Densidad. explo. /Dens. taladro). •. Usando un iniciador más enérgico.. 2.2.6. Mecánica de Roptura de Rocas. Desde comienzos de la década de los años 50 han evolucionado vertiginosamente los conceptos que tratan de explicar el proceso de fractura miento de rocas; o en otras palabras, se han desarrollado múltiples teorías que tratan de explicar los efectos que causan la detonación de una mezcla explosiva comercial cargado de .los taladros respectivos.. Se debe mencionar que la mayoría de los. investigadores están de acuerdo en que la evolución de los conceptos de la referencia ha sido la siguiente.. Energía producida por la detonación de una mezcla explosiva comercial Actúa sobre. Durante un ~empo. determinado --. Energía producido por lo detonación de una mezclo explosiva comercial Actúa sobre (Acción}. --~~--. -·-·--. produce un movimiento de la roca (efecto. 40.

(42) 30. Energía producida por la detonación de una mezda explosiva comercial Actúa sobre (Acción) ------~-__,.... l. __...,.__.. produce un movimiento y la fragmentación de esta(efecto) ...-._________..__=.,.· __ ;;__. -.. --. Fuente: Dr. Carlos agreda. 2.2.6.1. Proceso de fractura miento de rocas. Existen también muchas teorías, que tratan de expücar el proceso los diversos mecanismos que toman lugar cuando se lleva a cabo el fractura miento de la masa rocosa por efecto de la energía producida por la detonación de cualquier mezcla explosiva comercial. Entre ellos tenemos las siguientes teorías del proceso de fractura miento de rocas. •!• Teoría de reflexión (ondas de tensión reflejadas en una Cara libre).. •:• Teoría de expansión de gases •!• Teoria de ruptura flexura! (por expansión de gases).. •:• Teoría de torque (torsión) o de cizallamiento •:• Teoría de craterización. •:• Teoría de energía de los frentes de onda de compresión y tensión.. <•. Teoria de liberación súbita de cargas. •!• Teoría de nucleación de fracturas en fallas y discontinuidades. 41.

(43) F¡gura. 9 . Expansión de gas, (teoría combinada) pulverizado posklónde. ~. lo onda. qve~eampi/G. e~. -{ondo-exhMsible}. Primera etapa. Segunda etapa. gases del Explosivo de alta presión. perforación que se amplio. Tercera etapa F¡gura. 10. Teoría de la reflexión. libre. Mn ter-iol clesploznolo fuero. ele lo. caro.. ~ \.. 42. ......__T6 car-a libre.

(44) to: Detonación, genera gases de alta presión, alta temperatura. t1: Las paredes del taladro se aplastan y se fracturan debido a la alta presión del gas, y el taladro se amplía. T2-t4: El pulso de esfuerzo compresiona! se propaga hacia fuera en todas las direcciones. T5: Parte del pulso de esfuerzo compresivo afecta a la superficie libre. T5-t6: Parte del pulso continúa viajando hacia fuera y parte de ella se refleja en la superficie libre como esfuerzo de tensión. El bloque de roca comienza a separarse de cara libre y se mueve hacia delante. T7: Otros pulsos de esfuerzo compresivo llegan a la cara formada y repiten el proceso de rompimiento. 2.2.6.2. Proceso de detonación Es un proceso eminentemente físico de auto propagación donde el esfuerzo compresiona! entre ellas en punto denominado frente de choque, se genera una discontinuidad (onda de choque) debido a altas temperaturas y presiones la detonación se inicia y enseguida propagándose con los demás. Figura. 11 .Proceso de detonación. (FCJ. 43. (PCJ).

(45) E= expklsivo aún sin reaccionar ZR = zona de reacción ZE = zona de explosión FC = frente de choque de la onda de detonación PCJ = plano de Chapman - Jouget (limite de la zona de reacción hacia la explosión). PTO =presión cero P1T1 = presión y temperatura de reacción. P2T2 = presión y temperatura de explosión P3 =presión de trabajo (efecto mecánico. Explosivo rompedor (secundario) Explosivo iniciador {primario) -detonador Detonador: crea la onda de choque iniciadora {1 ). la onda avanza a aHa velocidad originando la reacción de la masa, inicialmente en un punto, el que se amplía hasta ocupar el diámetro total del explosivo, donde este adquiere su velocidad máxima de detonación {velocidad de régimen constante- VOD).. Por detrás del fiente de choque (FC) se forma la zona de reacción (ZR) Rmitada por el plano de Chapman - Jouget (PCJ) con la máxima temperatura y presión de detonación; donde la masa explosiva se descompone para originar la zona de explosión (ZE) que le sigue {con temperatura y presión de explosión, muy elevadas.. 44.