Material de Estudio - Parte II

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INTERCADECONSULTANCY & TRAINING

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NORMAS DE SEGURIDAD EN PERFORACION Y VOLADURA

Introducción

Al inicio de la minería, a nivel mundial no existía ley quela regía, mucho menos en el Perú.Así como la ciencia y la tecnología avanza, también fuereglamentándose la industria minera, obteniendo laevolución de las leyes en seguridad.

L b biló i Códi d H bi

P h.D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade

Ley babilónica: Código de HammurabiLey inglesa (1982 y 1875): Ley de los explosivosLey alemana (1880)Ley norteamericana (1887)

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Con la Revolución industrial y la lucha de la clase obrera,

se establecieron los Reglamentos de Seguridad Minera y,

últimamente, el 21 de agosto 2010 se aprobó el Decreto

Supremo 055 2010 EMSupremo 055-2010-EM.

Las operaciones mineras unitarias binomiales de

perforación y voladura son las que dan inicio a toda la

explotación minero-metalúrgica.


La industria minero-metalúrgica es una actividad que por

su naturaleza y complejidad representa un alto riesgo para

todos los inmersos en esta actividad extractiva.

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Por lo que a nivel mundial, se han instituido una serie de

normas de seguridad; en este caso para las personas que

trabajan en perforación y voladura de rocas.

En el Perú el MEM (Ministerio de Energía y Minas) es elEn el Perú, el MEM (Ministerio de Energía y Minas) es el

encargado de regular y hacer cumplir todas la

normatividad y reglamentación referente a esta materia.

También, se puede mencionar a la DICSCAMEC que

regula y norma todas las actividades concernientes al


regula y norma todas las actividades concernientes al

almacenamiento, manipuleo, transporte y uso de todas las

MEC y los accesorios de voladura.

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Cabe enfatizar que a partir del año 2003, profesionales de

la fabricación de explosivos, de la industria minera, de

universidades, etc. se han venido reuniendo en la

Sociedad Nacional de Industrias formado el denominadoSociedad Nacional de Industrias, formado el denominado

Comité Técnico de Normalización de los Accesorios de

Voladura y MEC; quienes han trabajado en este tema,

material que se encuentra disponible en el Indecopi.

Lo mismo otro equipo de profesionales también se


Lo mismo, otro equipo de profesionales también se

encargaron de regular y controlar el almacenaje,

manipuleo, transporte y uso de los productos pirotécnicos.

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80

Por otro lado, como ya se sabe, cada compañía mineratiene su departamento de seguridad e higiene minera, elcual se encarga de cumplir y hacer cumplir todas lasnormas y regulaciones vigentes, entre las cuales se puedemencionar las siguientes:g

Capacitar permanentemente a todo el personal Charlas de 5 minutos antes de comenzar las labores Vestimenta e implementos de seguridad Examen psicológico, etc.


Se reitera que el 21 de agosto de 2010, en el capítulo VIdesde el art. 243º al 269º, se especifica la normatividad encuanto a perforación y voladura de rocas.

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PERFORACION


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Como se sabe, la cadena de valor de la industria minero-

PERFORACION

Introducción

metalúrgica comienza con las operaciones unitariasbinomiales de perforación y voladura, terminando con laobtención de los metales y/o concentrados.

Por otro lado, muchos investigadores a nivel mundial handemostrado que la fragmentación obtenida como resultadode las operaciones mineras unitarias de perforación y


de las operaciones mineras unitarias de perforación yvoladura tienen un impacto hasta del 70% del costo total(US$/Tm) en las operaciones minero-metalúrgicas.

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Es decir, se debe efectuar un profundo análisis endonde se debe invertir más.

1../($)exp FLtmlosivokg ../($)e p g

2$

moliendahkW

US

O


Obviamente, que se ha demostrado a nivel mundial quees mucho más rentable invertir en (1) que en (2), porquelos (kW - h) tienen un costo mayor.

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En el planeamiento de minado, el encargado de estedepartamento determina la cantidad, la capacidad y lasespecificaciones técnicas de las perforadoras.

Para una adecuada perforación y evacuación de losdetritus, se aplica los modelos matemáticos de losinvestigadores, entre ellos el Dr. Alan Bauer.

Conocida la caracterización geomecánica y mecánica derocas de macizo rocoso y el adecuado diseño del disparo


y pprimario, en especial el parámetro de Burden y lascaracterísticas de la MEC, se obtendrá una buenafragmentación.

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La variable que determina la productividad y los costos

de todas las operaciones mineras subsiguientes a la

perforación y voladura es la fragmentación.

Conocer en forma genérica los modernos conceptos y

modelos matemáticos de perforación.

Revisar la tecnología más moderna existente a nivel

mundial en perforación.

Determinar las mallas de perforación para lograr una


Determinar las mallas de perforación para lograr una

adecuada penetración a la roca, formando los taladros

que posteriormente serán llenados con MEC.

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CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE PENETRACION A UNA ROCA

Se efectúa tomando en cuenta lo siguiente:Dimensiones del taladroMét d d t jMétodo de montajeTipo de energía a usarse

Los mecanismos de penetración a una roca según elmétodo de ataque a esta son los siguientes:PercusiónRotación


Roto-percusión

El sistema de penetración a una roca usando el ataquemecánico es el más usado a nivel mundial en lasoperaciones mineras.

90

COMPONENTES OPERACIONALES DE UN SISTEMA DE PERFORACION

Perforadora: fuente Perforadora: fuentegeneradora de laenergía.

Barrenos: trasmisor dela energía.

Broca: aplicador de laenergía


energía. Circulación del fluido:

enfriamiento y limpieza.

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PRINCIPALES FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERFORACION

PerforadoraBarrenosBrocaCirculación del fluidoDimensiones del taladroRoca

Los factores anteriores son los componentes del sistema


Los factores anteriores son los componentes del sistemade perforación variables operacionales, los cuales secontrolan dentro de ciertos límites y ellas deben serseleccionadas para adecuarse al tipo de roca.

92

El dimensionamiento del taladro comprende tamaño,profundidad e inclinación de este.Son dictados principalmente por requerimientos externos yellos son variables independientes durante el proceso deellos son variables independientes durante el proceso deperforación.Los factores de la roca mencionados anteriormente sonambientalmente determinados. Estos factores son tambiénvariables independientes durante el proceso de laperforación y, de acuerdo a Tandanand (1973), incluyen


los siguientes parámetros: Propiedades de la roca: resistencia compresiva,

porosidad, contenido de humedad, cohesión, etc.

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Condiciones geológicas: petrología y condiciones

estructurales, fracturas, contactos, fallas, etc.

Estado del esfuerzo: presión in situ, etc.Estado del esfuerzo: presión in situ, etc.


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Aunque algunos criterios más sofisticados han sido

ANALISIS DE RENDIMIENTO DE UNA PERFORADORA

propuestos, los siguientes son empleados casiexclusivamente para evaluar el rendimiento de unsistema de perforación dado o para comparar losresultados de varios sistemas de perforación.

Energía o fuerza R d t ió


Rango de penetración Desgaste de la broca Costos

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PERFORACION

Definición

Es el proceso depenetrar a la roca parala formación detaladros.


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Clasificación de la perforación

Rotativa Percusiva


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La perforadora, el barreno y la broca constituyen elsistema de perforación y son considerados como variablesde diseño.

El tamaño y la profundidad del taladro dependen de losdi ñ d l d d l i i t d ldiseños de voladura y de los requerimientos de laproducción.

Es importanteenfatizar que elmacizo rocoso es unavariable totalmente


variable totalmentealeatoria.

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PARAMETROS DE RENDIMIENTO

Energía

Rango de penetración

Desgaste de la broca

Costos


Se considera que la medida de la eficiencia de laperforadora es la energía específica “e” o la energíaconsumida por unidad de volumen de roca fracturada.

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EFICIENCIA DE LA PERFORACION

Teale (1965) y Bayley (1967) dedujeron que una medida( ) y y y ( ) j q

muy útil de la eficiencia de la perforación para una

maquina perforadora dada es la energía específica.

La energía específica es la energía consumida por el

volumen unitario explicada en la siguiente expresión


volumen unitario, explicada en la siguiente expresión

matemática.

100

PRAP

VE

e

Lo dicho anteriormente, se expresa matemáticamentede la siguiente manera:

e: energía específica

E: energía de soplo (BPM)

V: volumen de roca fracturada (pies3)

A: área del taladro (pies2)


PR: rango de penetración (pie/min)

P: presión (psi)

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101

RANGO DE PENETRACION (PR)

Se expresa como un avance lineal: )1(

/

A

dtdvPR

dv/dt: razón de cambio de volumen de roca fracturada

La dependencia de la razón de remoción con la energíaaplicada ha sido determinada por la siguienteproporcionalidad:

)2(EV

P h.D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade10

No tomando en cuenta la energía empleada para iniciar lapenetración y tomando la derivada respecto al tiempo, dela ecuación (2) se obtiene lo siguiente:

)3(dtdE

dtdv

102

De la ecuación (1), se tiene )4(. dtdv

APR

De las ecuaciones (3) y (4), se tienedE

APR .( ) y ( ),dt

.

Por tanto, A

dtdEPR

/


Por definición, se tiene PA

dtdE

/

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103

De (1) y (3), se obtiene lo siguiente:

PPR Es una relación importante para un tamaño de broca dado,entonces se perforará más eficientemente una roca, si seaplica mayor energía sobre la broca.

Para una relación general para varios sistemas deperforación, se tiene lo siguiente:

PPR


AePR

En conclusión, se dice que “una roca se perforará másrápidamente, si se le aplica mayor energía”.

104

PERFORACION ROTATIVA


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PERFORACION ROTATIVA

Principios de la energía de operación

Son máquinas diseñadas para operar con gran fuerza deavance (pull down) y un sistema rotacional.avance (pull down) y un sistema rotacional.

Los componentes principales de la perforadora rotativa sonel barreno, la broca y la circulación de flujo de aire para lalimpieza de los taladros.

Para una eficiente perforación, los detritus de roca formadospor la perforación en los taladros deben ser evacuados para


p p pevitar que sean triturados por los elementos cortadores de labroca, para ello debe suministrase una circulación de aire yasí evacuar dichos detritus. También, debe suministrarseagua para controlar el polvo.

106

BROCAS

El tipo de brocas usadas a nivel mundial, en perforaciónrotativa en minas superficiales, es la broca tricónica conconos dispuestos excéntricamente para tener una mayoracción trituradora.


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BROCAS TRICONICAS

La broca es el componenteprincipal, aplicador de la energíadurante la perforación. Su función

t it d l les triturar o desagregar la roca en elproceso de perforación.

La broca tricónica es de accióntrituradora y hendedora. Tiene tresrodillos o conos con elementoscortadores (dientes o insertos), pero


la estructura real del fondo que creala geometría de la broca tricónica esla formación de una pequeñaconvexidad en el centro y algo másprofunda en la periferia.

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TIPOS DE BROCAS TRICONICAS

Existen dos tipos de brocastricónicas:

1. De dientes. Los tipos debrocas con dientes deacero son usados paraterrenos suaves asemiduras que tienen unaresistencia a la compresión< 14 500 psi.


p

La ventaja de las brocas dedientes de acero es su bajocosto, pues valen la quintaparte de uno de insertos.

110


Diagrama conceptual mostrando la vida de las brocasrotativas de dientes de acero vs. el diámetro de estas,perforando en rocas de diferentes Sc.

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111

A (

W/

) (M

ILE

S D

E

Diagrama conceptual mostrando el peso recomendado del empuje haciaabajo (W/) por pulgada de diámetro de broca vs. el diámetro de broca.

AS

DE

DIA

ME

TR

O D

E B

RO

CA

LB

)


PE

SO

PO

R P

UL

GA

DA

112

Vid

a d

e l

a b

roc

a

Diagrama conceptualmostrando la vida de la


(W/)

mostrando la vida de labroca vs. el peso delempuje hacia abajo parauna broca de 9 7/8” dediámetro, perforando enuna roca dura.

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113

La ventaja de estos es querequieren menos empuje para

2. De insertos. Son usados en rocas competentes, con unaSc > 14 500 psi.

requieren menos empuje paraconseguir una velocidad depenetración.

Reducen las vibraciones,produciendo menos fatiga en laperforación.

Disminuyen el desgaste sobre elestabilizador y la barra porque losinsertos de carburo mantienen el


insertos de carburo mantienen eldiámetro de la broca, mejor quelos dientes.

Producen menos pérdidas detiempo por cambio de brocas.

114

Diagrama conceptualt d l b


mostrando las brocasrotativas con insertosvs. el diámetro deestas, perforando enrocas de diferentes Sc.

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PULL DOWN

Se debe aplicar un adecuado pull down balanceado con larotación de acuerdo al tipo de roca. El Dr. Alan Bauerdespués de todas sus investigaciones recomendó lodespués de todas sus investigaciones recomendó losiguiente:

Ø 6 ¾ pulg → 5,500 lb/pulg

Ø 9 7/8 pulg → 6,500 lb/pulg

Ø 12 ¼ pulg → 7 200 lb/pulg


Ø 12 ¼ pulg → 7,200 lb/pulg

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Rotación

Los rangos de rotación más comunes en perforaciónrotativa, en minería superficial, son los siguientes:

De 60 90 RPM para rocas competentesDe 60-90 RPM para rocas competentes

De 90 RMP para rocas suaves

Caballos de fuerza (HP)

Los requerimientos de HP para brocas tricónicasrotativas pueden ser calculados por la siguiente fórmula:


rotativas pueden ser calculados por la siguiente fórmula:

5.15.2 TNKDHP

122

HP: caballos de fuerza

N: velocidad rotativa RPM

K: constante que depende el tipo de roca

D: diámetro de la broca (pulg)

T: empuje en 1000 lb/pulg del diámetro de la broca


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Los valores de K son estimados según el siguiente cuadro:

Tipo de rocaResistencia

compresiva del tipo de roca (Sc)

K x 10-5

Muy suave - 14

Suave - 12

Medianamente suave 2,500 10

Media 8,000 8


,

Competente 30,000 6

Muy competente 68,000 4

124

SELECCION DEL TAMAÑO

Los parámetros a tenerse en cuenta en la selección deltamaño de las perforadoras son la máxima profundidad det l d l í di d f bilid d d l l b d ltaladros, el índice de perforabilidad de la roca, el burden, elespaciamiento, la inclinación y el diámetro de los taladrosrequeridos para la voladura.

P/E (pulg/lb) y con ello se predice el rango de penetracióncon la siguiente relación matemática:


CW

EP

RPMPR 5.112

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Donde

PR: rango de penetración fph

RMP: velocidad rotativa RMP

P/E: índice de perforabilidad (pul/lb)

W: empuje (en 1000 lb)

D ú t t l d di t d l b


D: número total de dientes de la broca

126

El cálculo del rango de penetración relacionando la resistencia decompresión uniaxial, el peso por pulgada de diámetro de broca y la

MODELO MATEMATICO PARA CALCULAR EL RANGO DE PENETRACION (PR) PARA

LA PERFORACION ROTATIVA

velocidad de rotación; realizado por el Dr. A. Bauer; fue plasmado enla siguiente ecuación:

3002861

RPMWScLogPR

PR: rango de penetración (pies/h)

S i t i i i i l 1000 i


Sc: resistencia compresiva uniaxial en 1000 psi

W/Ø: peso por pulgadas del diámetro de la broca en 1000 lb

RMP: velocidad rotativa RMP

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127

Drilling performance of bits set with SYNDAX 3 cubes in pennant sandstone and in a dolomitic limestone.


128

Penetration rate versus depth drilled for an 18 element SYNDAX 3 cube bit in grey marble


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129

Comparative drilling performance of a 30 element SYNDAX 3 triangle bit and an 18 element cube bit in norite granite.


130

Penetratio rate as a function of depth drilled for a 30 element SYNDAX cube bit in paarl granite (250 Mpa)


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S O

F P

SI)

50

PENETRATION RATE VERSUS ROCK COMPRESSIVE STRENGTH FOR 50R. AND HAMMERS

L

PR

ES

SIV

E S

TR

EN

GT

II (T

HO

US

AN

DS

20

30

40

H

B

M

B

K

QTM

J


PENETRATION RATE (FT/HR)

CO

M

10BJ

HC

M

10 20 30 40 50

100 HAMMER7,7½’’

BQ J

50R 9 f’’

132

50 R (9f’’)60

F P

SI)

COMPARISON OF HAMMER DRILL AND 50R COTS/FT. OF HOLE

HAMMER DRILL(9’’)

HAMMER DRILL(7’’)

20

30

40

50

VE

ST

RE

NG

TH

(T

HO

US

AN

DS

O


1 2 3 54

10

DOLLARS / FT OF HOLE

CO

MP

RE

SS

IV

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20 – 25,000 psi compressive strength

x60

70

HR

)

PENETRATION RATE VERSUS HOLE DIAMETER FOR PERCUSSIVE DRILLS

12,000 psi compressive strength

x

x

x30

40

50

ET

RA

TIO

N R

AT

E (

FT

/H


6

x

10

20

2 3 4 5 7HOLE DIAMETER (INS)

PE

N

134

Penetration rate vs. Weight on bit


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135

Penetration rate vs. Rotary speed


136

Air volume vs. Air pressure


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137

Air flow through bearings vs. Nozzle size (pressures in excess of 10 psi)


Percentaje of air flow through bearings for various pressure

138

PROBLEMA DE APLICACION N.º 1

En una operación minera de Cu porfirítico para llevar a cabo

la operación minera unitaria de perforación, se está usando

una perforadora rotativa BE 60R y se cuenta con la

siguiente información:

Perforadora rotativa: BE 60R

Peso de la perforadora: 90,000 lb


p ,

RPM Max 90

Diámetro del taladro 9 7/8”

Resistencia compresiva de la roca Sc = 2,104 kg/cm²

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Se pide calcular lo siguiente:

1. El tiempo neto de perforación (horas).

2 El metraje que se debe perforar por turno para2. El metraje que se debe perforar por turno para

satisfacer la producción programada.

3. Discutir los resultados.


140

ALGORITMO DE SOLUCION

1. Para solucionar este problema, en primer lugar se debe

determinar el tiempo neto de perforación por turno,

para lo cual a las ocho horas que comprende un turnopara lo cual a las ocho horas que comprende un turno,

se le reducirán los tiempos no productivos, tales como

transporte de personal, limpieza y preparación de la

perforadora, mantenimiento preventivo, refrigerio,

necesidades fisiológicas, etc.


Aproximadamente, el tiempo no productivo es dos

horas. Entonces, el tiempo neto será de seis horas, en

el mejor de los casos.

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141

2. Se calculará el rango de penetración.

3002861

RPMWScLogPR

Para reemplazar los datos en la ecuación, primero seconvertirán algunos valores.

2

22

lg/004,30.

lg/004,30/104,2:

pulbaprox

pulbscmkgSc


"8/7965.0000,90

W 65.80

7990

65.0"8/79

000,90x

W

142

Reemplazando valores en la ecuación, se tiene losiguiente:

300

90

79

65.0890004.302861

xxLogPR

78.1004.302861 LogPR

hmPR

hpiesPR

hpiesPR

/5.10

/35

/95.34


Por consiguiente en 6 h de perforación efectiva, seperforará 63 m que corresponden a un turno de trabajo.

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143


En una operación minera trabajada por el método de

open pit, se está elaborando el planeamiento de minado,

el cual se encuentra en la etapa de la selección de

equipo primario. Por lo tanto, se requiere determinar el

número de perforadoras rotativas necesarias para

cumplir con la siguiente producción diaria.


Ore 50,000 Tm/día

Resistencia compresiva Sc = 40,000 psi

Factor de carga: 1 kg/Tm

144

Waste 40,000 Tm/día Resistencia compresiva Sc = 28,000 psi Factor de carga: 0.6 kg/Tm Diámetro del taladro 9 7/8” Altura de banco BH = 50 ft Taco ST = 1.5 ft Sobre perforación S/D = 5 ft

Las especificaciones de las perforadoras en el mercado sonlas siguientes:


las siguientes: Perforadora rotativa: BE 45R Peso de la perforadora: 70,000 lb RPM Max = 70 Costos $ 1 400,000

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145

Perforadora rotativa: BE 60R Peso de la perforadora: 90,000 lb RPM Max = 70 Costos $ 2 000,000 Costos $ 2 000,000

Se pide lo siguiente:

1. El equipo de ingenieros de mina del Dpto. dePlaneamiento de Minado deberá llevar a cabo laselección de las perforadoras.


2. Optimizar la decisión desde un punto de vista técnico-económico-ecológico

3. Discutir los resultados.

146

ALGORITMO DE SOLUCION

a. Cálculo del rango de penetración (PR)

7065070 Para el mineral

30070

875.965.070

)40log2861(orePR

hpiesPRore /35.17

Para el desmonte


30070

875.965.070

)20log2861(desmontePR

hpiesPRdesmonte /02.22

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147

b. Cálculo del rango de penetración promedio PR (Rock

drill BE-45) ore and waste

min/00040 eralTm8.0

/000,50

min/000,40

desmonteTm

eralTmSR

hfthftPR

8018.0/02.221/35.17


hftPR /43.19

8.01

148

Deduciendo de las horas de trabajo, el tiempo no

productivo, aproximadamente, es de 5.5 h/shift.

shiftftPR

shifthhftPR

/87106

/5.5/43.19

Rango de penetración neto


shiftftPR /87.106

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149

c. Cálculo del rango de penetración (Rock drill BE-60),ore and waste

7065090

Para el mineral

30070

875.965.090

)40log2861(orePR

hpiesPRore /31.22

Para el desmonte

7065090


30070

875.965.090

)20log2861(desmontePR

hpiesPRdesmonte /31.28

150

d. Cálculo del rango de penetración promedio PR (Rockdrill BE-45) ore and waste

hfthftPR

8018.0/31.281/31.22

hftPR /98.248.01

Deduciendo de las horas de trabajo, el tiempo noproductivo, aproximadamente, es de 5.5 h/shift.




shiftftPR

shifthhftPR

/39.137

/5.5/98.24

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151

e. Cálculo de la cantidad de MEC por taladro


152

MEC: AL/AN/FO (ore) - AN/FO (waste)

Densidad (confinado): PANFO-ALANFO = 1.2 g/cc.

Densidad (kg/ft³)Densidad (kg/ft )

336

3 101 cmkg

Convirtiendo unidades, se tiene lo siguiente:


3

3

33

/98.33

/3048.01

101000

1/2,1

ftkg

ftmmcm

gkg

cmg

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153

Densidad de carga lineal de la MEC (kg/ft)

i hft

inchftkg12

1875.9

4/98.33

223

ftkg

inch

/07.18

124

Cantidad de MEC en el taladro


./8.722./40/07.18 talkgtalftftkg

154

f. Cálculo del número de perforadoras (BE-45R)

1) Cálculo del número de Tm de mineral disparadas,obtenidas en un taladro

./8.722./8.722exp1

1talTmtalkg

kgTm

Cálculo del número de Tm de mineral/día


dayTm

dayshitftshiftftfttaltalTm

/20.213,4

/3/87.10655/1/8.722

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155

2) Cálculo del número de Tm de desmonte disparadas,obtenidas en un taladro

/6782041/87221

t lTt lkTm

./678.204,1.exp/8.722

6.0talTmtalkg

kg

Cálculo del número de Tm de desmonte/día


dayTm


/35.022,7

/3/87.10655/1/67.204,1

156

3) Cálculo del número de Tm de mineral más desmonte,producidas por una BE-45R

dayTmdayTm /350227/202134 dayTm

dayTmdayTm

/4.235,11

/35.022,7/20.213,4

4) Cálculo del número de perforadoras requeridas

dayTmdayTm /00040/00050


asperforador

perfordayTmdayTmdayTm

8

.//4.235,11/000,40/000,50

79


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157

g. Inversión en perforadoras BE-45R

000,20011$

/$000,40018

perfperf

000,20011$

h. Inversión en perforadoras BE-60R

1) Cálculo del número de Tm de mineral disparadas,obtenidas en un taladro


./8.722./8.722exp1

1talTmtalkg

kgTm

158

Cálculo del número de Tm de mineral/día

dT


/774365

/3/9.13755/1/8.722dayTm /77.436,5

2) Cálculo del número de Tm de desmonte disparadas,obtenidas en un taladro


./678.204,1.exp/8.7226.0

1talTmtalkg

kg

Tm

80


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3) Cálculo del número de Tm de mineral más desmonte

Cálculo del número de Tm de desmonte/día

dayTm


/8.027,9

/3/39.13755/1/67.204,1

3) Cálculo del número de Tm de mineral más desmonte,producidas por una BE-45R

dayTm

dayTmdayTm

/57.464,14

/8.027,9/77.436,5

4) Cálculo del número de perforadoras requeridas


asperforador

perfordayTmdayTmdayTm

6

.//57.464,14/000,40/000,50

160

i. Inversión en perforadoras BE-60R

000,00021$

/$000,00026

perfperf

,$

j. Discusión de resultados

Resumen de los resultado del análisis de estudio

Perforadoras Número de Costo total de las $


perforadoras perforadoras $

BE-45R 8 11209,000

BE-60R 6 12000,000

81


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161

Para esta operación minera, se optará por seleccionar lasperforadoras modelo BE-45R, las cuales generan unahorro de $ 800,000.

ConclusionesEl rango de penetración depende de las características

geomecánicas del macizo rocoso, el pull down, asícomo también, de las horas efectivas trabajadas en laoperación minera.

Se debería optimizar las horas efectivas reduciendo el


Se debería optimizar las horas efectivas, reduciendo eltrabajo no productivo.

Se debería hacer un software con la data de campoperuano.

162

P fi i t f ió l d t it dIntroducción

EVACUACION EFICIENTE DE LOS DETRITUS FORMADOS DURANTE LA

PERFORACION

Para una eficiente perforación, los detritus de rocaformados por la perforación, que se encuentran dentro delos taladros, deben ser inmediatamente evacuados paraevitar que sean triturados por los elementos rotativos-cortadores de la broca.Para ello, debe suministrar una adecuada circulación deaire para evacuar dichos detritus hacia la parte superior de


aire para evacuar dichos detritus hacia la parte superior delos taladros; también se debe suministrar suficiente aguapara controlar el polvo.Las billas y los polines de las brocas son refrigerados porel volumen suficiente de aire que debe proveerse.

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163

Detritus Detritus


164

Para mantener suspendida una partícula de roca detamaño d (pulg), la velocidad mínima del balance de aireVm en pies/min está dada por la siguiente fórmulapostulada por Stokes.postulada por Stokes.

1374 2/1 dVm


Donde: densidad de la partícula de la roca (lb/pie3)

d: diámetro de la partícula (pulg)

83


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165

Por otro lado, después de una serie de pruebas, variosinvestigadores han deducido que se han obtenido buenosresultados con las velocidades anulares mayores o igualesa 5,000 pies/min.El volumen de aire requerido para estos propósitos estáq p p pdado por la siguiente fórmula:

20054.01444

2222

VdDx

VdDQc

Donde


Qc: capacidad de aire del compresor (CFM)V: volumen de aire (FPM)D: diámetro del taladro (pulg)d: diámetro del barreno (pulg)

166

Se tienen otras fórmulas usadas para la evacuacióneficiente de los detritus.

3. AVQ

DondeQ: volumen de aire comprimido (m3/min)V: velocidad de evacuación de los cutting por el espacio

anular (m/min)A: área del espacio anular (m2)


También, se debe tener en cuenta que la velocidadmínima para la evacuación de los detritus en general seusa 1,524 m/min.

84


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167


168

Gray postuló la siguiente fórmula para determinar lavelocidad de la evacuación de los cutting.

8170 dTC 48170

P

dTCV

DondeV: velocidad de deslizamiento (pies/min)C: tamaño de los cutting (pies)T: temperatura de aire para la evacuación de los cutting


T: temperatura de aire para la evacuación de los cuttingen grado Rankie (Fahrenheit más 460)

d: densidad de los cutting (lb/m3)P: presión en el fondo del taladro (lb/pie2)

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169

Nelmark propone las fórmulas (5) y (6) para determinar lavelocidad mínima de aire para la evacuación de loscutting.

60 54.62

54600 6.0

d

cdV

DondeV: velocidad del aire para la evacuación de los detritus en

( i / i )


(pies/min)c: tamaño de los cutting, (diámetro en pies)d: densidad de los cutting de la roca (lb/pie3)

170

6528 2/12/1 ii cdV

Donde

Vi: velocidad del aire para la evacuación de los cutting

(pies/min)

ci: tamaño de los cutting formados (diámetro en pulg)


ci: tamaño de los cutting formados (diámetro en pulg)

d: densidad de los cutting de la roca (lb/pie3)

86


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171

Alan Bauer postuló la siguiente fórmula para laevacuación eficiente de los detritus.

18.185 QBV

22

18.185dDQ

BV

DondeBV: velocidad de barrido (bailing velocity), CFMQ: capacidad de aire comprimido de la compresora CFM


Q: capacidad de aire comprimido de la compresora, CFMD: diámetro del taladro (inches)d: diámetro del barreno (inches)

172

PESOS DEL EMPUJE HACIA ABAJO DE UNA PERFORADORA ROTATIVA QUE SE HAN DETERMINADO SON SATISFACTORIOS

Una velocidad anular de 6000 pies/min es normalmented d d d i d ½ l d d diáadecuada para suspender detritus de ½ pulgada de diámetro.

Para seleccionar el volumen de aire, se tiene en cuenta la altituda la cual la perforadora estará trabajando.

Multiplicadores para el consumo de aire por las perforadoras trabajando a diferentes altitudes

Altitud (ft) 0 1000 2000 3000 5000 6000


Altitud (ft) 0 1000 2000 3000 5000 6000

Altitud (m) 0 305 610 1220 1525 1830

multiplicador 0 1.03 1.07 1.14 1.17 1.21

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173


Se tiene la siguiente información:Perforadora BE-40RVolumen de aire suministrado por la compresora Q:

1310CFM

Al volumen suministrado por la compresora, se le debehacer correcciones por la altura y por la temperatura.Corrección por altura: 0 27


Corrección por altura: 0.27Corrección por temperatura: 1.10Diámetro del taladro D: 11 inchesDiámetro del barreno d: 9 ¼ inches

174

SOLUCION

a. Corrección del volumen de aire suministrado.

CFM3891012701310 CFM38910.127.01310

b. El aire neto suministrado por la compresora será el siguiente:


CFMQ 9213891310

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175

c. Cálculo de la velocidad necesaria para la evacuaciónde los detritus (bailing velocity)

18185 Q

Aplicando la fórmula del Dr. Alan Bauer.

22

18.185dDQ

Q

92118185

Reemplazando valores, se tiene lo siguiente:


FPMQ 4182

49

11

92118.1852

2

176

El resultado obtenido de 4812 FPM es muy cercano al

mínimo requerido (5000 FPM) Por tanto es adecuadomínimo requerido (5000 FPM). Por tanto, es adecuado

para la eficiente evacuación de los detritus formados

en el momento de la perforación.


Material de Estudio - Parte II

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