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CAPTULO IIPLANEAMIENTO DE LAPERFORACIN

2.1 INTRODUCCIN


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Para llevar a cabo el planeamiento de la perforacin ascomo tambin de la voladura, se debe tener en cuentalas caractersticas del macizo rocoso, pues como sesabe el macizo rocoso es totalmente aleatorio, y cuanto

ms se conozca el macizo rocoso, se obtendr mejoresresultados.

En esta parte introductoria veremos: mecnica derocas, geomecnica, geologa estructural


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2.1.1 MECNICA DE ROCAS

Dentro de la mecnica de rocas se tendr en cuenta los siguientesaspectos:

Propiedadesmecnicas

Teora de

elasticidad

Propiedadesfsicas

Teora de

fallas

esfuerzos ydeformaciones

del macizorocoso


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A. Propiedades fsicas Densidad Peso especfico Porosidad

Permeabilidad

B. Propiedades mecnicas Ensayo de compresin uniaxial Ensayo de carga puntual Ensayo para la determinacin de constantes elsticas Ensayo de compresin triaxial


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C. Teoras de elasticidad

El mdulo de elasticidad de Young (E)

La relacin de Poisson () Mdulo de rigidez (G)

D. Teora de fallas

El criterio de falla de MohrCoulomb

El criterio de falla de HoekBrown


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E. Anlisis de los esfuerzos y deformaciones delmacizo rocoso

Los esfuerzos que actan sobre el macizo rocosoinducen a la roca un estado de fallamiento y un estado

de deformacin.La relacin entre esfuerzo y deformacin en un materialidealizado forma la base de las teoras matemticas deelasticidad las cuales pueden a su vez ser aplicadas amateriales reales para estimar los esfuerzos o

deformaciones en un campo de fuerzas definido.


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2.1.2 GEOMECNICA

Segn Bieniawski, es laciencia e ingeniera queestudia los suelos y losmateriales rocosos, paraconocer las caractersticasde las rocas y minimizar oevitar los deslizamientosde taludes en minas de

tajo abierto.

clasificacin geomecnica ms usados en

la minera


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2.1.3 GEOLOGA ESTRUCTURAL

Est directamenterelacionada conotras ramas de lageologa, y nossirve como basepara el estudio delmacizo rocoso ypor ende en el

diseo de laperforacin yvoladura.


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2.2.- PERFORACIN


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La cadena de valor de la industria minero-metalrgicacomienza con las operaciones unitarias de perforaciny voladura.

Por otro lado est demostrado que la fragmentacinobtenida como resultado de la perforacin y voladuratiene un impacto hasta del 70% del costo total(USS/Tm) en las operaciones.

En el planeamiento de minado se determina lacantidad, la capacidad y las especificaciones tcnicasde las perforadoras.


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2.2.1. PRINCIPALES FACTORES QUEINFLUYEN EN LA PERFORACIN

PerforadoraColumna deperforacin

Evacuacinde detritus

Dimensionesdel taladro Roca


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A. PERFORADORA

Actualmente la Gran Minera en el Per, que estrepresentada por las operaciones a tajo abierto; utilizanperforadoras rotativas con brocas tricnicas para larealizacin de los taladros, estas son mquinasdiseadas para operar con gran fuerza de avance (pulldown) y un sistema rotacional.


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Partes principales de una Perforadora Rotativa


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CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LASPERFORADORAS ROTATIVAS

1. Montaje y sistemas de propulsin.-sobre orugas osobre neumticos. Los factores que influyen en la

eleccin son las condiciones del terreno y el grado demovilidad requerido.

2. Fuentes de energa.- pueden ser de motores disel oelctricos. En perforadoras con un dimetro deperforacin por encima de 9" (230 mm) est

generalizado el empleo de energa elctrica. Lasperforadoras medianas y pequeas, que suelen estarmontadas sobre camin, pueden ser accionadas por unoo dos motores disel.


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3. Sistema de rotacin.- Con el fin de hacer girar lasbarras y transmitir el par, las perforadoras llevan unsistema de rotacin montado generalmente sobre unbastidor que se desliza a lo largo del mstil de laperforadora.


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4. Sistemas de empuje y elevacin.- Existen

bsicamente cuatro sistemas: a) Cremallera y PinDirecto, b) Cadena Directa y c) Cremallera y Pin conCadena.


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5. Mstil y cambiador debarras.La estructura del mstil, quesoporta las barras y la cabezade rotacin, debe estar

diseada para resistir lasflexiones debidas al peso, elesfuerzo de empuje y lastensiones originadas por el parde rotacin.


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6. Cabina de mando.- La cabina de mando, presurizaday climatizada, contiene todos los controles einstrumentos requeridos en las maniobras de la unidaddurante la perforacin, generalemente contienen:

Control del motor principal y caja de cambios.

Control de elevacin y descenso de la torre. Control de los gatos de nivelacin.

Control de velocidad de rotacin.

Control de empuje sobre el tricono. Control de inyeccin de agua.

Control del carrusel, etc.


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VARIABLES DE PERFORACIN

Las variables

internas Empuje sobre la boca. Velocidad de rotacin. Desgaste de la broca.

Dimetro del barreno Caudal de aire para la

evacuacin del detrito.

Las variables

externas Caractersticas

resistentes de laformacin rocosa.

Eficiencia deloperador.


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1. Empuje sobre la broca.El empuje aplicado sobre la broca debe ser suficiente parasobrepasar la resistencia a compresin de la roca, pero nodebe ser excesivo para evitar fallos prematuros o anormalesdel tricono.

El empuje mnimo y maximo, puede estimarse con la siguiente

ecuacin:

= . , = Donde:

Em : Empuje mnimo (libras).RC : Resistencia a compresin de la roca (MPa).

D : Dimetro del tricono (pulg).

EM : Empuje maximo.

Las variables internas


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El empuje lmiteque soporta un tricono es funcin del

tamao de sus cojinetes, que, a su vez depende deldimetro del tricono:

=


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2. Velocidad de rotacin.

La velocidad de penetracin aumenta conla velocidad de rotacin en una proporcinalgo menor que la unidad, hasta un lmiteimpuesto por la evacuacin del detritus. El

lmite de la velocidad de rotacin estfijada por el desgaste de los cojinetes,que a su vez depende del empuje, de lalimpieza del barreno y de la temperatura;y por la rotura de los insertos que es

provocada por el impacto del triconocontra la roca, siendo la intensidad deste proporcional al cuadrado de lavelocidad de rotacin.


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3. Desgaste de la broca

Cuando se utilizan triconos la velocidad de penetracindisminuye considerablemente conforme aumenta eldesgaste de la broca.

4. Dimetro de perforacin

La Figura refleja cmo la velocidad de penetracinobtenida con empuje y velocidad de rotacin constanteses proporcional al inverso del dimetro de perforacin alcuadrado.


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5. Caudal de aire.Cuando la perforacin se efecta con menos aire que elnecesario para limpiar con efectividad el barreno, seproducen los siguientes efectos negativos:

Disminucin de la velocidad de penetracin. Aumento del empuje necesario para perforar.

Incremento de las averas de la perforadora, debido almayor par necesario para hacer girar el tricono.

Aumento del desgaste en el estabilizador, en la barra yen el tricono.


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B. COLUMNA DE PERFORACIN

La columna deperforacinest formada

por elacoplamientode rotacin, lasbarras, el

estabilizador yel tricono.


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1. Acoplamiento de rotacin.- Este elemento transmiteel par de rotacin desde la cabeza hasta la sarta que seencuentra debajo.2. Barra.- La longitud de las barras depende de lalongitud del barreno. Sirven para transmitir el empujesobre la broca y para canalizar por su interior el aire

comprimido necesario para la limpieza del barreno yenfriamiento de los cojinetes. Suelen estar construidasde acero con un espesor de 1" (25 mm) y en ocasionesde hasta 11/2" (38 mm). Las roscas ms usadas en losacoplamientos son del tipo API, BECO, etc.3. Estabilizador.- Va colocado encima de la broca de

perforacin, y tiene la misin de hacer que el tricono girecorrectamente segn el eje del barreno e impida que seproduzca una oscilacin y pandeo del varillaje deperforacin.


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4. Brocas.- El tipo de brocas

usadas a nivel mundial, paraperforacin en minas a Tajo

Abierto, es la broca tricnica conconos dispuestosexcntricamente para tener una

mayor accin trituradora.La broca es el componenteprincipal, aplicador de la energadurante la perforacin. Su

funcin es triturar o desagregarla roca en el proceso deperforacin.

La broca tricnica es de accintrituradora y hendedora.


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4.1 Tipos de triconos

Existen dos tipos de triconos: de dientes y de insertos.Los triconos de dientes tienen la ventaja de su bajo coste,pues valen la quinta parte que uno de insertos.Sin embargo, las ventajas de los de insertos son:

Mantienen la velocidad de penetracin durante la vida

del tricono. Requieren menos empuje para conseguir una velocidadde penetracin.

Precisan menos par, y as disminuyen las tensionessobre los motores de rotacin.

Reducen las vibraciones, produciendo menos fatigas en

la perforadora y en el varillaje. Disminuye el desgaste sobre el estabilizador y la barraporque los insertos de carburo mantienen el dimetrodel tricono mejor que los de dientes.

Producen menos prdidas de tiempo por cambio debrocas y menores daos a las roscas.


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4.2 Parmetros para la seleccin de triconos

En una explotacin se desea perforar con un dimetrode 9" (229 mm) una roca con una resistencia a lacompresin de 30 000 Ib/

pulg(206.8 MPa).

a. El empuje mximo sobre un tricono de 9" viene dadopor la expresin:

= 810 = 810 9 = 65 610 = = /.


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b.- El empuje por unidad de dimetro multiplicado por 5

indica la resistencia a compresin mxima que puedeser perforada por la broca al empuje mximo. En estecaso se tiene:

= . / (, )c.- El empuje que debe proporcionar la perforadora secalcula a partir de la resistencia de la roca y deldimetro:

= d.- El tipo de tricono viene indicado por el valor de laresistencia a compresin de la roca en MPa, o sea:206.8 MPa


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En este ejemplo deben ser del tipo III, es decir coninsertos de carburo de forma cnica, como se muestraen la siguiente tabla.

CL SES DE ROC

TIPO

HUGHE

S

REE

D

SMIT

H

TOO

L

V REL

SECURIT

Y

TL S

COPC

O

Formaciones blandas

Baja resistencia a

compresin (40 MPa)

y alta perforabilidad

(talco, pizarra,

arcillas, yesos, etc.)I

HH33M51

M52

Q4JLQMC

9

S8M

CS25

1

CS31

1

CS38

1

Formaciones medias

y medioduras


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Formaciones medias

y medioduras

Las primeras con

resistencias entre 40 y

90 MPa (calizas,

mrmoles, esquistos,

fluoritas, etc.). Las

segundas, con RC

entre 90 y170 MPa

(dolomas,

grauwacas,

feldespatos,granitos, gneis, etc.)

II

(1)

II

(2)

HH44

HH55

M62

M70Q5JL

QMC

7

QMC

77

QMC

6

M8M

CM25

1

CM31

1

CM38

1

Formaciones duras

Con RC entre 170y

230

MPa (cuarcitas,

piritas, basaltos,

taconitas).

Mayor abrasividad

IIIHH77

HH88

M73

M80Q7JL

QMCS

QMC

H

H8M

H10M

CH25

1

CH31

1

Formaciones muy

duras

Con resistencias

superiores a los 320

MPa

(lava, topacio,

corindn,

etc.)

IV HH99M83

M84Q9JL

H10M3

H10M4

CH38

1


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C.- EVACUACIN DE DETRITUS

Para una eficiente perforacin,el detritus de roca formados por laperforacin, que se encuentrandentro de los taladros, deben ser

inmediatamente evacuados. Para ello, debe suministrar una

adecuada circulacin de aire paraevacuar dichos detritus hacia laparte superior de los taladros;tambin se debe suministrarsuficiente agua para controlar elpolvo. Fig. Evacuacin de los detritus.


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Para mantener suspendida una partcula de roca detamao d (pulg), la velocidad mnima del balance deaire Vm en pies/min est dada por la siguiente formulapostulada por Stokes.

= (1)Donde:: Velocidad mnima (pies/min)

: Densidad de la partcula de la roca (lb/

pie)

d : Dimetro de la partcula (pulg.)

Se han obtenido buenos resultados con las velocidadesanulares mayores o iguales a 5 000 pies/min.


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El volumen de aire requerido para estospropsitos est dado por la siguiente formula:

=

= . (2)

Donde:Q: Capacidad de aire del compresor (CFM)V : Volumen de aire (FPM)D : Dimetro del taladro (pulg)d : Dimetro del barreno (pulg)


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Adems se tiene que considerar la correccin poraltura, como se muestra en la siguiente tabla:


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Ejemplo de aplicacinSe tiene la siguiente informacin de una perforadora quetrabaja a una altitud de 1220 msnm.

Perforadora BE 40R Volumen suministrado por la compresora: Q = 1310

cfm Dimetro del taladro: D = 11

Dimetro del barreno: d = 9 Correccin por altura: C = 1.14


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a. Correccin de la cantidad de aire sumistrado, seutiliza la siguiente frmula: = 0 . 2 7 = 1310 1.14 0.27 = 403

b. El aire neto suministrado por la compresora es:

=1310403 = c. Clculo de la velocidad de aire suministrado.

=

185.18

= 185.18(907)11 9.25 = .


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El resultado obtenido de 4739.56 FPM es muy cercano ala velocidad requerida de 5000 FPM, por tanto esadecuado para la eficiente evacuacin de los detritus deperforacin.


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D.- DIMENSIONES DELTALADRO


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E.- ROCA


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2.2.2. ANLISIS DE RENDIMIENTO DE UNA

PERFORADORALos siguientes son empleados casi exclusivamente paraevaluar el rendimiento de un sistema de perforacindado o para comparar los resultados de varios sistemas

de perforacin. Energa

Rango de penetracin

Desgaste de la broca

Costos


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A. Energa

La energa especfica es la energa consumida por elvolumen unitario, explicada en la siguiente expresinmatemtica.

e = EV = PA(PR)Donde:e : energa especificaE : energa de soplo (BPM)V : volumen de roca fracturada (pies3)

A : rea del taladro (pies2)PR: rango de penetracin (pie/min)

P : presin (psi)


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B. Rango de penetracin (PR)

Se expresa como un avance lineal:

PR =dv dt

A Donde:

dv/dt: razn de cambio de volumen de roca fracturadaEs una relacin importante para un tamao de brocadado, entonces se perforara ms eficientemente unaroca, si se aplica mayor energa sobre la broca. Parauna relacin general para varios sistemas deperforacin, se tiene lo siguiente:

PR = PAeEn conclusin, se dice que "una roca se perforara ms

rpidamente, si se le aplica mayor energa".


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C. Desgaste de la broca

D. Costos


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2.2.3. CLCULO DE NMERO DEPERFORADORAS

A continuacin se realizar el clculo teniendo en cuenta

datos asumidos de la operacin de minas a tajo abiertoen Per. Este diseo se basa en el fundamento tericopresentado sobre las operaciones unitarias deperforacin y voladura antes expuestas.


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A. Parmetros de operacin Mineral : 50 000 ton/da Resistencia compresiva : 40 000 lbs/pulg F.P. : 1 kg/ton

Desmonte : 40 000 Ton/da Resistencia compresiva : 20 000 lbs/pulg F.P. : 0.6 kg/ton Dimetro del taladro : 9 7/8"Altura de banco : 15 m Sobre perforacin : 1.5 m Densidad del ANFO : 1.2 gr/cc 1200 kg/m


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B. Equipo de perforacin

Perforadora rotativa: BE 60R

Son mquinas hidrulicas de rotacin - trituracin. Estas

perforadoras hacen taladros circulares con el uso debrocas tricnicas que varan de 9 7/8" hasta 12 "segn el modelo de perforadora.

Las caractersticas tcnicas de las perforadoras BE 60R

son las siguientes:


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PERFORMANCE BE 60R

Portador (traslacin) Oruga

Fuerza motriz (traslacin) ElctricoVelocidad de traslacin (Km/h) 1

Capacidad de gradiente (%) 51

Capacidad de Produccin

Presin de perforacin (KN) 547

Torque mximo (N-M) 15551

Velocidad de rotacin (RPM) 90

Velocidad de penetracin (m/h) 146

Capacidad del compresor (CFM) 37

Presin del compresor (bar) 2.8

Dimetro del taladro (mm) 311/381

Longitud del barreno (m) 15.2/19.8

Capacidad de barrenos (unid.) 3

Mxima profundidad del taladro (m) 50.3

ngulo de perforacin (grados) 0/30

Dimensiones

Longitud con mstil vertical (m) 13

Longitud con mstil horizontal (m) 22.8-27.3

Altura con mstil vertical (m) 23.2-27.7

Altura con mstil horizontal (m) 7.1

Ancho (m) 6.2

Peso de perforacin (TN) 118/122

Tamao de la broca (pulg.) 12 1/4

Peso de la perforadora (lb) 90000

Carga hidrulica (lb) 125000

Elevacin hidrulica (lb) 96000


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C. Clculo del nmero de perforadoras

Se est trabajando con una perforadora rotativaBuceyrus Erie 60R. A continuacin mostraremos elprocedimiento para calcular el nmero de perforadorasnecesarias.1.-Clculo del rendimiento de perforacin para laperforadora BE 60R

= .

Para desmon te

PR=(6128Log20) 90 0001 000 x 0.659.875 90300 = . / . /


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Para m ineral

PR=(6128Log40) 90 0001 000 x 0.659.875 90300 = . / . /

Clcu lo del rendim iento de perforac in prom edio(m ineral y desmon te)

SR = 40 000 ton/mineral50 000 ton/desmonte =0.8

PR = (28.69 pies/hr)(1) (43.67 pies/hr)(0.8)1 0 . 8 = . / . /


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2. Clculo de la cantidad de explosivo por taladro

Densidad de la carga lineal = (1200 /) 4 (0.250825 ) = . /Cantidad de explosivo por taladro = (59.29 /)(12 /)

=. 3. Clculo de tonelaje disparado por taladroToneladas de mineral obtenidas de un taladro

/ =1

1 711.48 /

/ = . /Toneladas de desmonte obtenido de un taladro

/ = 1 0.6 711.48 /

/=. /


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4. Clculo de tonelaje producido por daConsiderando 6 horas de perforacin efectiva porguardia tenemos:

Toneladas de mineral obtenidas por da

/= (711.48 1 )(

1 16.5 )(

52.44 1 )(

2 1 )

/ = . /


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Toneladas de desmonte obtenidas por da

/= (1185.8 1 )(1

16.5 )(79.86

1 )(2

1 ) / = . /5. Clculo de nmero de perforadoras

=50 000 . ./ 40 000 . ./

4 522.43 . / 11 478.54 . ./

=


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2.2.4. CLCULO DE LA MALLA DE

PERFORACIN Para determinar el tonelaje, se deben usar modelos

matemticos para calcular las mallas de perforacin yvoladura. Para lo cual se deben conocer tambin las

propiedades fsicas y mecnicas de las rocas. Actualmente se tiene varios modelos matemticos

para el diseo de las mallas de perforacin, losmodelos matemticos tradicionales y los nuevosmodelos matemticos que toman en consideracinms parmetros para el diseo de las mallas que lostradicionales. A continuacin describiremos algunosmodelos matemticos usados en la minera.


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A. Mtodos tradicionales

Modelo de Ash (1963)

Ash propone el siguiente modelo para el clculo delburden (B).

= Donde:

B : burden (pies)

D : dimetro del taladro (pulg)

K: constante que depender del tipo de roca y delexplosivo usado


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Valores de

para algunos tipos de roca y explosivos

usados en el modelo de Ash.


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Modelo de Pearse

En este modelo matemtico, el burden est basado en lainteraccin de la energa proporcionada por la mezclaexplosiva, representada por la presin de detonacin, y laresistencia a la tensin dinmica de la roca.

Este modelo matemtico fue formulado mediante la

siguiente expresin matemtica:

=

Donde:

B : burden en piesD : dimetro del taladro (pulg)

P : presin de detonacin de la carga explosiva (psi)


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S: resistencia a la tension dinamica de la roca (psi)

K : factor de volabilidad

K= 1.96-0.27 In (ERQD)

ERQD: ndice de calidad de roca equivalente (%)

ERQD = RQD x JSFRQD: ndice de calidad de roca (rock qualitydesignation)

JSF: joint strength correction factor

Factores de correccin para estimar JSF


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B. Modelos matemticos

Modelo matemtico de reas de influenciaEste modelo matemtico se utiliza para el diseo demallas de perforacin teniendo en cuenta el clculo delrea de influencia en la voladura de un taladro, donde se

calcula el espesor fracturado por el explosivo, como semuestra en la siguiente figura:

Donde la zona 1; es el dimetro del

taladro, la zona 2 es la zonapulverizada por el explosivo y lazona 3 es el rea de influencia deltaladro despus de una voladura.


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Para realizar el diseo de la malla teniendo en cuentaeste modelo matemtico se debe usar los criterios deresistencia de materiales, mecnica de rocas yparmetros del explosivo y perforacin.

1. Formulacin del modelo matemticoLa formulacin se realiza para la utilizacin de cargas defondo y de columna de un taladro, en donde el rea deinfluencia es calculada usando dos tipos de explosivo de

fondo y de columna.


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Resolviendo el equilibrio defuerzas se tiene: = 021 2 = 0

= (1)

Descomponiendo el vector en sus dos ejes cartesianos: = Se sabe que la Presin (P)

sobre un rea muy reducida es:=/


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El diferencial de (

2) depende de la presin de

detonacin, el factor de carguio (Fc) del explosivo y undiferencial del rea, del D.C.L.

2 = =

La diferencial de rea (dA) esta en funcin a la longitudde taladro y un diferencial de arco (ds) que forma eldimetro del taladro.

= La diferencial de arco (ds) esta en funcin al radio delexplosivo () y un diferencial de ngulo alpha (d) =

=


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Reemplazando se tiene un2 dF = L 2 send

L 2 cosd

= (2)

La Fuerza 1, depende de la resistencia a la compresin dela roca o mineral (r),R.Q.D. y el rea de rotura (A).

= El rea de rotura es: =

= (3)Reemplazando ecuacin (3), (2) en (1) y simplificando: =

=

(4)


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Luego tenemos que:

= (5)

Reemplazando la ec. (4) en (5) y simplificando,obtenemos un Burden Nominal

=


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Finalmente considerando la desviacin que se produce

durante la perforacin del taladro obtenemos un BurdenIdeal. = Dnde:

Burden nominal (m) :BDimetro del taladro (m) : Presin de detonacin en el taladro( Kg/cm2) : PoDndice de calidad de la roca :RQD

Resistencia a la compresin de la roca o mineral,(Kg/cm2) : Factor de seguridad : F


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2. Determinacin de variables independientes

Dimetro del taladro ()El dimetro de taladro es el dimetro de la broca, quepuede seleccionarse desde 1 pulg a 18pulg, segn suaplicacin.

Presin de detonacin del explosivo ()La presin de detonacin vara segn el tipo deexplosivo a utilizarse en la voladura que varia desde los30 Kbar a 202 Kbar.

= . Donde: Densidad del explosivo : Velocidad de detonacin :


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Factor de carguo ()El factor de carguio esta en funcin volumen del taladro y volumen delexplosivo dentro del taladro, donde: 1

= =

=

Acoplamiento del explosivo ()

= Determinacin del taco mnimo ()Para determinar el taco mnimo , donde el taco esta en funcin alespesor ede rotura por efecto de la voladura y un factor de seguridad F

=

Donde:

= 2

= 2

El puede variar hasta que


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ndice de calidad de roca (RQD)

Est en funcin a su clasificacin del macizo rocoso.

= 115 3 .3 Donde:

Jv = N de fracturas/ m


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Resistencia a la comresin simple ()Las resistencias de los ensayos de compresin simplevaran de 0.25 Mpa a > de 250 Mpa, segn el tipo deroca o mineral, como se muestra en las siguientestablas:


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Factor de seguridad (

)

Para determinar las constantes del factor de seguridad,se realizan pruebas de campo segn su aplicacin envoladura superficial y subterrnea, de estas pruebas sedetermin que:

=

= 1.5 (para tajo abierto) Desviacin de perforacin ()Las desviaciones de perforacin afectan mucho en eldiseo de mallas de perforacin, porque varan el

burden de diseo dentro de la perforacin y afectanmucho en la fragmentacin, porque la eficiencia devoladura esta relacionada con la desviacin porque amayor desviacin menor ser la eficiencia de voladura oviceversa.


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Factores que influyen en la desviacin de lostaladros

Factores originados fuera del taladro Error de posicionamiento del equipo.

Error en la seleccin y lectura de ngulos. Error en la fijacin de viga de avance.

Factores durante la perforacin Fuerza de avance.

Rotacin. Barrido de detritus.


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Factores dentro del taladro Tipo de roca. Tamao de grano. Fracturamiento.

Plegamiento.Factores relacionados con el equipo

Condicin mecnica de la perforadora.

Regulacin de la perforadora.

Seleccin adecuada del varillaje de perforacin.

Afilador correcto y oportuno de las brocas.


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Adems se debe tener en cuenta que la desviacin

depende de la columna de perforacin que se estausando en el caso de perforacin de taladros degrandes longitudes, asi tenemos:


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2.2.5. ANALISIS DE FRAGMENTACIN

El anlisis granulomtrico es una operacin a escalalaboratorio que determina el tamao de las partculas y sudistribucin es una muestra de mineral conformada porgranos mineralizados de diversos tamaos, las distintasproporciones separadas indican el grado de finura de dicha

muestra tal grado esta expresado en porcentaje en pesoretenido en determinada malla.

El modelo Kuz-RamLa mayor parte de esta informacin ha sido adaptada delas publicaciones hechas por Cunningham (1983, 1987).

Una relacin entre el tamao medio del fragmento y laenerga aplicada a la voladura por unidad de volumen dela roca (carga especfica) ha sido desarrollada porKuznetsov (1973) en funcin del tipo de roca.


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Su ecuacin es la siguiente:

= . (1)Donde:

: tamao medio de los fragmentos, cm.A : factor de roca (ndice de Volabilidad) = 7 pararocas medias, 10 para rocas

duras, altamente fracturadas, 13 para rocas durasdbilmente fracturadas

: volumen de roca (m3) a romper : masa del explosivo utilizado (kilogramo) : fuerza relativa por peso del explosivo ANFO(ANFO = 100)


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Ya que:

=

La ecuacin (1) se puede escribir como:

= .

(2)

La ecuacin (2) se puede utilizar ahora, para calcular lafragmentacin media () para un factor triturante dado.Solucionando la ecuacin (2) para K tenemos:

=

. (3)

Uno puede calcular el factor triturante (carga especifica)requerido para obtener la fragmentacin media deseada.


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Cunningham indica que en su experiencia el lmite msbajo para A, que es el Factor de Roca, incluso en tiposde roca muy dbiles es A=8 y el lmite superior es A = 12

En una tentativa de cuantificar mejor la seleccin de "A",el ndice de Volabilidad propuesto inicialmente por Lilly

(1986) se ha adaptado para esta aplicacin(Cunningham. 1987). La ecuacin es:

= . ( ) (4)

Donde los diversos factores se definen en la tablasiguiente.


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A continuacin mostraremos un ejemplo para el clculo

del Factor Roca (A)Clcu lo en una roca vo lcnica masiva

En este caso el UCS es 400 MPa, el mdulo de Younges 80 GPa y la densidad es 2.9 ton/m. Existenpequeas junturas cerradas.RMD = 50

JF = 0

RDI = 25 x 2.9 = 50

HF = 80

FACTOR DE ROCA= 0.06 x (50 + 2.5 + 80) = 9.15


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Es importante, conocer la distribucin de lafragmentacin como tambin el tamao medio de lafragmentacin. Aplicando la frmula de la Rosin-Rammler

= (5)

Donde:

X : tamao de la malla

: tamao caractersticon : ndice de uniformidadR :


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R : proporcin de material

retenido en la malla, nos da unadescripcin razonable de lafragmentacin en la voladura derocas. El tamao caracterstico() es simplemente un factor deescala. Es el tamao a travsdel cual el 63.2% de laspartculas pasaron. Siconocemos el tamaocaracterstico () y el ndice deuniformidad (n) entonces una

curva tpica de fragmentacin talcomo esta graficado puede sertrazada.

Curva d e Fragmentacin tpica d ond e se p uede

observar el porcentaje pasante com o func in de la

abertura de la malla


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La ecuacin (5) puede ser reacomodada para obtener lasiguiente expresin para el tamao caracterstico

= (6)

Ya que la frmula de Kuznetsov permite hallar el tamao de la malla por el cual el 50% del material pasa,sustituimos estos valores de

= = .

En la ecuacin (6), tenemos: = . (7)


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La expresin para n desarrollada por Cunningham

(1987) a partir de pruebas de campo es:

= . +

.

(8)

B : burden (m)S : espaciamiento (m)D : dimetro del taladro (mm)

W : desviacin de perforacin (m)L : longitud total de la carga (m)H : longitud del taladro (m)


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Los valores del burden (B) y el espaciamiento utilizados en la

ecuacin (8) pertenecen al modelo de perforacin. Cuandohay dos diferentes explosivos en el taladro (carga de fondo ycarga de columna) la ecuacin (8) se modifican a:

= .

.

. .

Donde:

BCL : longitud de carga de fondo (m).

CCL : longitud de la carga de columna (m).

El valor de n determina la forma de la curva de Rosin-Rammler. Valores altos indican tamaos uniformes. Porotra parte valores bajos sugieren un amplio rango detamaos incluyendo fragmentos grandes y finos.


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Normalmente se desea tener la fragmentacin uniforme

por eso es que altos valores de n son preferidos. Laexperiencia de Cunningham (1987) ha sugerido losiguiente:1. El rango normal de "n" para la fragmentacin de lavoladura en un terreno razonablemente competente es

de 0.75 a 1.5, siendo el promedio alrededor 1.0. Enrocas competentes tiene valores ms altos.2. Valores de n debajo de 0.75 representan unasituacin de finos y de rocas grandes, cuando estoocurre en una escala amplia en la prctica, indica que

las condiciones de la roca no permiten el control de lafragmentacin a travs de cambios en la voladura.Tpicamente esto se origina cuando se descubre unasobrecarga en un terreno alterado.


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3. Para valores debajo 1 las variaciones en el ndice dela uniformidad n son ms propensas presentarfragmentos grandes y finos. Para valores de n = 1.5 ysuperiores, la textura del material fragmentado nocambia mucho.

Esta combinacin de las ecuaciones de Kuznetsov y deRossin-Rammler el llamado modelo de la fragmentacindel Kuz-Ram.


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Aplicacin del modelo de Kuz-Ram

Existen diferentes escenarios de voladura que puedenevaluarse usando el modelo de fragmentacin de Kuz-Ram. La informacin usada para este ejemplo es lasiguiente:D : dimetro del taladro = 50, 75, 115, 165, 200, 250y 310 mmS/B : relacin espaciamiento-burden = 1.30J : taco = 20 x dimetro del taladro (m)W : desviacin del taladro = 0.45 m.

A : constante de roca = 10 : densidad del ANFO = 900 Kg/m3H : altura de banco = 12 m.


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En este ejemplo, los diseos para cada uno de los 7diferentes dimetros de taladros deben ser determinados bajola restriccin de que la fragmentacin media para cada unodebe ser constante en = 30 cm. Este es el mismo tipo deproblema que se tiene cuando el mineral debe pasar a travsde una trituradora pequea. La distribucin de lafragmentacin y el tamao mximo de bancos tambin debenser calculados.

Paso 1:La cantidad de explosivo () que debe contenercada taladro, sobre el nivel del pie del banco, se calcula conla siguiente frmula: =

Donde:D : dimetro del taladro (m)L : longitud de carga (m) = H-20DH : altura de banco


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Paso 2:El Factor Triturante (K) requerida para obtener

el tamao medio de la fragmentacin = 30 cm en unaroca con una constante A = 10 se calcula usando:

=

.

Para el ANFO, SNO= 100, se tiene:

= 1030 115

100 .


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Los valores obtenidos son mostrados en la siguiente

tabla.

D (m) L (m) Qe (Kg/tal) K (Kg/m3)

50 11.0 19.4 0.525

75 10.5 41.8 0.616

115 9.7 90.7 0.723

165 8.7 167.4 0.822

200 8.0 226.2 0.875

250 7.0 309.6 0.934

310 5.8 394.0 0.983


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Paso 3:Utilizamos los valores conocidos de Ky paradeterminar el volumen de la roca () que puede romperse. = Ya que la altura de banco (H = 12 m) y la relacin deespaciamiento-burden es mantenido constante (S/B = 1.30),

los valores de B y S se hallan usando las ecuaciones antesmostradas.

=

= 1.30

En la siguiente tabla mostramos los resultados obtenidos deB, S y .


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D (mm) V0(m3) B*S (m2) B (m) S (m)

50 36.95 3.08 1.54 2

75 67.86 5.65 2.08 1.71

115 125.45 10.45 2.84 3.69

165 203.65 16.67 3.61 4.7

200 258.21 21.54 4.07 5.29

250 331.48 27.62 4.61 5.99

310 400.81 33.40 5.07 6.59


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Paso 4:Ahora se calcular los valores de n usando la

ecuacin siguiente:

= .

.

D (mm) n

50 1.230

75 1.332

115 1.352

165 1.288

200 1.217

250 1.096

310 0.931


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Paso 5:El tamao caracterstico () se determinaaplicando la ecuacin: =

Para el caso de = = 30 , entonces tenemos: R =0.5 = 302 Los valores resueltos para, son mostrados en latabla.

D (mm) n Xc (cm)

50 1.230 40.4

75 1.332 39.5

115 1.352 39.3

165 1.288 39.9

200 1.217 40.5

250 1.096 41.9

310 0.931 44.5


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Paso 6:Utilizamos la ecuacin la siguiente para calcular

valores de R (la fraccin retenida) para diferentestamaos (Xc), en estos casos los tamaosseleccionados son 5 cm, 30 cm, 50 cm y 100 cm.

=

Usando los valores de n y de Xc para un dimetro detaladro = 200 mm encontramos lo siguiente:

= ..

Sustituyendo valores enXobtenemos la siguiente tabla.

X (cm) R

5 0.925

30 0.500

50 0.275

100 0.050


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Que quiere decir que 5% (R = 0.05) del material sera

retenido en una malla con una abertura de 100 cm. Talcomo esperar que el 50% (R = 0.50) del material searetenido en una malla con 30cm de abertura. Losvalores, para los otros dimetros de taladro se dan en lasiguiente tabla.

Dimetro del taladro

(mm)

Porcentaje Retenido (R)

X = 5 cm X = 30 cm X = 50 cm X = 100 cm

50 0.926 0.500 0.273 0.047

75 0.938 0.500 0.254 0.032

115 0.940 0.500 0.250 0.029

165 0.933 0.500 0.263 0.038

200 0.925 0.500 0.275 0.050

250 0.907 0.500 0.297 0.075

310 0.878 0.500 0.328 0.119


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Conclusiones

Se puede ver que cuando el dimetro del taladroaumenta: La carga especfica requerida aumenta muy

abruptamente.

el tamao mximo de los bancos aumentadrsticamente cuando el dimetro del taladro esmayor de 115mm. Esto es debido a resultadoscontradictorios de la relativa precisin deperforacin y la igualdad de distribucin de los

explosivos. Lo anterior mejora y lo posteriorempeora con el aumento del dimetro del taladro.Aunque la fragmentacin media es constante, la

proporcin de ambos finos y gruesos aumenta.

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