Voladura de Rocas Para Campo Cercano

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    19-Jan-2016

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Aplicacin, Monitoreo y Control de las Vibraciones inducidas por la voladura de rocas para campo cercano2da Asignacin INTRODUCCINEn la actualidad las Empresas Mineras del Per y el mundo poseen en su mayora sus operaciones en las cercanas a las ciudades o poblados, la mayora de empresas mineras posee en sus permetros algn poblado o una casa. En nuestro pas, gran parte de la minera superficial tiene que afrontar debido a esta situacin, demandas y protestas de los dueos de estas casas por daos tanto materiales como de salud (Auditiva) debido a la actividad minera cercana. En los ltimos aos estas demandas han causado graves daos a la imagen de la minera, una imagen que se ha estado intentando cambiar durante mucho tiempo pero que debido a estos problemas en muchos lugares sigue siendo considerada como depredadora y daina para sus vecinos.

Sin embargo, se le presta menos atencin a aquellos aspectos que no influyen a cortoplazo en la produccin de una operacin minera. Tal es el caso del monitoreo de lasvibraciones en el campo cercano para el control de los taludes. A pesar quediariamente nos encontramos limitados por este fenmeno y que con el paso deltiempo ser determinante para la continuidad de nuestras operaciones.PARA QUE REALIZAR UN MONITOREO DE VIBRACIONESLos objetivos para realizar un estudio de vibraciones son bsicamente dos:

Conocer la ley de propagacin de las vibraciones, para determinar despus la carga mxima por retardo para una distancia dada y para el criterio de dao adoptado.

Conocer las frecuencias de vibracin predominante para el macizo rocoso que se desea volar y establecer a continuacin la secuencia de salida mas efectiva.PARAMETROS QUE INFLUYEN EN LAS VIBRACIONES Geologa Local y caractersticas de las rocas: En los macizos rocosos homogneos y masivos las vibraciones se propagan en todas direcciones. En estructuras geolgicas complejas, la propagacin de ondas puede variar con la direccin y presentar diferentes tipos de atenuacin y leyes de propagacin.

Cantidad de explosivo: Es el factor mas importante que afecta a la generacin de vibraciones, a mayor carga explosiva, mayor magnitud de vibraciones.

Distancia al punto de voladura: Al igual que la anterior tiene una gran importancia, conforme la distancia aumenta la intensidad de las vibraciones disminuye.LA IMPORTANCIA DE LA MEDICIN DE VIBRACIONESSi se miden las vibraciones producidas por una Voladura se puede estimar la probabilidad de dao que el macizo rocoso puede sufrir.

Se puede relacionar esta vibracin con las variables que intervienen en la Voladura, pudindose utilizar para predecir las vibraciones producidas por voladuras futuras.

Se puede utilizar el monitoreo de las vibraciones como una herramienta de diagnstico, para determinar el grado de interaccin entre las variables de la voladura.CARACTERSTICAS DE LAS VIBRACIONESSe producen tres tipos de ondas, dependientes de la direccin en que estas se mueven:ONDA LONGITUDINAL (P):Las partculas oscilan en la misma direccin de propagacin.ONDA TRANSVERSAL (S):Las partculas oscilan en forma transversal a la direccin depropagacin .ONDA SUPERFICIAL (L):Son generadas en la superficie en respuesta a la interaccin de las ondas P y S en la superficie.MONITOREO DE VIBRACIONESSe puede realizar para Campo cercano (d30 mts). Para realizar el monitoreo se utilizan equipos especializados los cuales constan de los siguientes componentes:

TRANSDUCTORES (gefono) que se instala en forma solidaria a la roca.SISTEMA DE CABLES (paralelos) que llevan la seal captada desde el gefono al equipo.EQUIPO DE ADQUISICIN (sismgrafo), el cual recibe la seal y la almacena.COMPUTADOR. el cual tiene incorporado el software necesario para el anlisis de la informacin.Punto de Iniciacin y Vibracin CercanaExperimento con Cilindro de ResinaCordn DetonanteFrentes de OndaPunto de Iniciacin y Vibracin CercanaExperimento con Cilindro de Resina-15-10-505101520-35-30-25-20-15-10-50Punto de Iniciacin y Vibracin CercanaModeloExperimentoMODELO MATEMTICO DE HOLMBERG & PERSON

PARMETROS DE LA ONDA SINUSOIDALComo las ondas viajan con diferentes velocidades y los tiempos de retardo utilizados en la voladura varan ampliamente, las ondas generadas se superponen unas con otras en el tiempo y en el espacio (por condiciones geomtricas y secuencia de iniciacin), por lo que resultan movimientos complejos, para analizarlas se requiere la utilizacin de sensores dispuestos segn tres direcciones: radial, transversal y vertical.

Donde: A: Amplitud (Desplazamiento mximo de un punto desde su posicin de reposo.).V: Velocidad de Partcula (Velocidad a la que se desplaza el punto). a : Aceleracin (Ritmo de cambio de velocidad). f : Frecuencia (Numero completo de oscilaciones o ciclos por segundo). T: Periodo (Inverso de la Frecuencia).

Matemticamente el desplazamiento y en cualquier instante equivale a:

Siendo:

La longitud de la onda para una velocidad de Propagacin Vc es:

Las relaciones entre el desplazamiento, la velocidad y la aceleracin de partcula son:

Cuando solo se tienen en cuenta los valores mximos absolutos de tales parmetros, las relaciones anteriores se convierten en:

MODELO DE CAMPO CERCANO HOLMBERG & PERSSON

El anlisis de los registros de vibraciones, permiten conocer la velocidad de partcula que genera cada carga o grupos de cargas en la voladura. Fue as como se obtuvieron datos de velocidad de partcula, distancia y carga por taladro, a la que se ajusto posteriormente la ecuacin del modelo propuesto por Holmberg & Persson.Una vez determinada la ecuacin de comportamiento de la vibracin, fue ajustada a objeto de establecer un modelo ms representativo y confiable. La correccin en cuestin consisti en desplazar paralelamente el modelo obtenido, de modo que cubriera un nmero mayor de puntos recogidos en terreno.

INFLUENCIA DE LAS VIBRACIONES EN EL CAMPO CERCANO

La ecuacin para la prediccin de niveles de vibracin en el campo cercano, que fue desarrollada por Holmberg y Person es la siguiente:

Donde K, y son constantes que pertenecen al macizo rocoso in situ y es la densidad lineal del explosivo cargada en el taladro (kg./m). Holmberg & Persson (1979) dieron valores de K, y de 700, 1.5 y 0.7 .

MINA LAGUNA NORTELagunas Norte se ubica en Los Andes peruanos, en el distrito de Quiruvilca, provincia de Santiago de Chuco, en la zona norte del pas y a una altura entre 3.700 y 4.200 metros sobre el nivel del mar. Est situada a 140 kilmetros de la ciudad de Trujillo, capital de la Regin La Libertad.El yacimiento a tajo abierto comenz sus operaciones el segundo trimestre del 2005 -antes de lo programado- y signific una inversin en su construccin de 340 millones de dlares. Sobre la base de las reservas existentes, de 8,8 millones de onzas de oro, la vida til esperada de la mina es de 10 aos aproximadamente.

PROPIEDADES DE LA ROCA

La litologa del lugar es de rocas areniscas y volcnicas.Las propiedades geomecnicas se obtuvieron en el laboratorio y con esainformacin se obtuvo la velocidad terica de la onda P(Vp) y la velocidad mxima que resiste la matriz antes de fallar (PPVc) necesarios para establecer criterios y niveles de daos en el macizo rocoso por efecto de la voladura.Donde:

Vp : Velocidad de la Onda PE: Modulo de Young (Pa)v: Coeficiente de Poisson: Densidad de la roca (Kg/m3)

CRITERIO DE DAO SEGUN VELOCIDAD PICO PARTICULA (PPVc)La velocidad pico de partcula critica que puede ser soportada por la roca antes de que ocurra la falla por tensin, puede ser estimada conociendo la resistencia a la traccin, el modulo de young dinmico y la velocidad de propagacin de la onda P.Una vez establecida la magnitud de las PPVc se pueden definir criterios de dao segn los efectos en el macizo rocoso.

Estos criterios permiten establecer areas afectadas a dao para ser considerado en los diseos de voladura.

Intenso fractura miento4 PPVcSe crean nuevas fracturasPPVcSe extienden fracturas pre existentes1/4 PPVcEstos criterios permiten establecer areas afectadas a dao para ser considerado en los diseos de voladura.El cuadro resumen viene a ser:LitologaAreniscaVolcanicaResistencia a la Compresin (Mpa)180.199.8Modulo E (Gpa)74.525.7Coeficiente de Poisson0.150.13Etonces Vp (m/s)56093270Velocidad critica de vibracion (mm/s)13561270VOLADURA ALEXA 4170

La primera prueba se realizo en la zona de Alexa al norte de la mina. Se monitorearon las vibraciones generadas por una voladura convencional en roca arenisca. Detrs del contorno se ubico el gefono triaxial T1 a 8 m para registrar las vibraciones de todos los taladros y en especial el A10 que era el ms cercano.

Caractersticas de la mallaDimetro9 7/8PulgAltura de Banco10mBurden6mEspaciamiento7mRelacin de diseoEquilteroPasadura1mTaco4.5mLongitud de carga6.5mPeso carga explosiva400.5KgExplosivoHA46En la lnea de contorno se cargo con 6 metros de HA28 manteniendo el diseo de produccin. La configuracin de instrumentacin fue la siguiente:

El sensor registra las ondas originadas por la detonacin de los taladros A13, A12, A11 y A10. Segn la secuencia y tiempos de detonacin el sensor registro primero las ondas de A13 y luego los otros.

Este anlisis en el entorno ms inmediato y cercano a la voladura primaria utiliza como herramienta de clculo la ecuacin descrita por Holmberg y Persson.

Se presenta la tabla que relaciona las cargas de los taladros y las vibraciones generadas:ID TaladroDistancia al Gefono (m)Longitud Carga (m)Taco (m)Carga Total (Kg)Tipo de explosivo Timing (ms)F H&PPPV (mm/s)A1322.65.44.0260HA28(0.86 gr/cc @ 48 Kg/m)1960.507123A1216.15.84.0280HA28(0.86 gr/cc @ 48 Kg/m)2311.066240A1110.45.84.0280HA28(0.86 gr/cc @ 48 Kg/m)2602.506560A107.35.84.0280HA28(0.86 gr/cc @ 48 Kg/m)2844.9261406El modelo predictivo de Holmberg & Persson relaciona las vibraciones generadas con el diseo de carga a una distancia particular. Con los datos obtenidos se puede ajustar estadsticamente la ecuacin para el campo cercano en esas condiciones:

El criterio de dao del PPVc es el siguiente:LitologaAreniscaVolcnicoResistencia a la Compresin (MPa)180.199.8Modulo E (GPa)74.525.7Coeficiente de Poisson0.150.13Calculo Vp (m/s)56093270Velocidad critica de Vibracin (mm/s)13561270Entonces para la roca arenisca de ALEXA se tienen los siguientes umbrales de mximos de vibraciones:Intenso fractura miento4 PPVc5424 (mm/s)Se crean nuevas fracturasPPVc1356 (mm/s)Se extienden fracturas pre existentes1/4 PPVc339 (mm/s)Teniendo la ecuacin de comportamiento de la onda en el macizo rocoso analizado, se construye las curvas predictivas de vibraciones para diversas alternativas de diseo:

Con este baco se puede estimar la distancia mnima para utilizar una configuracin de carga particular si se desea prevenir daos mayores.Por ejemplo, a mas de 9m se puede emplear cargas de 6m de HA46 sin crear nuevas fracturas.CONCLUSIONES-Los efectos de la voladura de rocas pueden controlarse para diferentes situaciones con el mtodo presentado controlando los parmetros de diseo tales como malla de perforacin, carga explosiva, secuencia de salida y otros.-Con los datos de laboratorio de los tipos de roca y sus propiedades geomecanicas se calculo la primera aproximacin la velocidad de partcula critica (PPVc)-En el control de las vibraciones se correlacionan los modelos predictivos de propagacin de las vibraciones con los criterios de los mximos permisibles para diferentes distancias y configuraciones de cargas explosivas.-Con este modelo fue posible comparar distintas alternativas de voladura de contorno, que en definitiva determina la calidad con que se deja la roca remanente, el cumplimiento de la geometra y diseo minero.RECOMENDACIONES

Controlar las vibraciones minimiza los daos que se generan despus de la voladura de rocas.

Realizar el uso de los modelos matemticos existentes para el control de vibraciones.

El monitoreo de vibraciones debe ser realizado por personal entrenado y experimentado para poder recabar informacin confiable y poder tomar decisiones correctamente.BIBLIOGRAFIA

Modela miento de Vibraciones en el Campo Cercano Aplicado a Lagunas Norte ING. Miguel Lanata Rospigliosi.

Manual Prctico de Voladura EXSA

"Introduccin a la Tecnologa de Explosivos" Carlos Agreda T.

https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/tecnicos_extraccion_vibraciones.asp.

Notas del SIPERVOR 2011

GRACIAS