OTRA VISIÓN DE LAS OPERACIONES DE VOLADURA DE ROCAS

Omar GiraldoCementos Argos S. A.Gerencia procesos productivos - Regional Colombia

Septiembre 2010 Montego Bay

Video voladura electrónicos

Contenido

1. Introducción

2. Consideraciones

3. Objetivos

4. Metodología

5. Implementación

6. Estadística asociada a los tiempos de retardo

7. Innovación Tecnológica: Detonadores electrónicos

8. Resultados

9. Conclusiones

1. Introducción

INTRODUCCIÓN� De acuerdo a la dureza de las rocas en las minas es

necesario o no la utilización de explosivos para extraerlas

� La cultura del mejoramiento continúo apropiada para todos los grupos de profesionales en las minas debe identificar las operaciones de voladuras como un punto crítico en la cadena de reducción de tamaño de la roca

� Todas estas variables a nivel de tipo de roca y fracturas generan gran cantidad de sobretamaños, que a su vez generan bajos rendimientos en los equipos de cargue, transporte, trituración y molienda, altos costos en la extracción

� Esta es la visión técnica para la que normalmente somos educados y para la cual nos preparan en nuestras universidades, pero resulta que hay un aspecto fundamental cuando un profesional de voladuras se encuentra en el campo y son los niveles de vibración y ruido que se generan en cada voladura y que tienen 2 consecuencias:

* Las quejas que se pueden generar en la comunidades cercanas a las minas

* El daño que se le genera al macizo rocoso donde se encuentra la operación

2. Consideraciones

� Campo Lejano: No hay norma regulatoria en Colombia y

muchos países de latinoamerica

� Campo Cercano: Fragmentación, control de daño de

taludes y pisos eliminación o prevención de proyección

de rocas (flyrock)

� Estamos en zonas de alta actividad sísmica, la cual

puede causar daños a las estructuras que pueden ser

atribuidos a las voladuras

El nivel de velocidad de vibración por un sismo de M=6 sería mayor hasta una distancia de 100 km que cualquier voladura que cumpla con NormaFuente: S. Akkar, J. J. Bommer. Empirical Prediction Equations for Peak Ground Velocity Derived from Strong-Motion Records from Europe andthe Middle East. BSSA, Vol. 97, No. 2, 2007.

Relaciones para la velocidad de vibración por volad uras y la escala sísmica

Rango de vibraciónPor voladuras segúnNormas internacionales

3. Objetivos

� Minimizar el nivel de vibración y ruido en las voladuras mediante la utilización de la innovación tecnológica con los sistemas de iniciación electrónico en las plantas Rioclaro, Toluviejo y Yumbo

� Reducir el costo del metro cúbico volado

� Disminuir la granulometría del material volado para reducir el consumo de energía en los procesos de trituración y molienda de crudo

4. Metodología

� Paso 1: Investigar, describir y entender el proceso actual de perforación y voladura en términos cuantitativos, no-ambiguos y tangibles en cuanto a la medición de la vibración y el ruido. (Geología estructural, parámetros geomecánicos, variables geométricas de la voladura, calidad explosivos, etc)

� Paso 2: por cada evento de voladura disponible se realiza la cuantificación del impacto físico (vibración y onda expansiva) en el campo cercano (dentro de la mina)

PROPUESTA METODOLÓGICA

� Paso 3: Por cada evento de voladura registrada como parte del Paso 1, se procede a medir el efecto físico (vibración y onda expansiva) causado en uno o más puntos identificados dentro del pueblo vecino (campo lejano)

� Paso 4: Analizar las mediciones de tal forma que se puede sugerir e implementar cambios ya sea de diseño o solamente ejecución para alterar los impactos, mediante innovación tecnológica

5. Implementación: Análisis de las Voladuras

AnAn áálisis de las Voladuraslisis de las VoladurasPASO 1: PASO 1: ClasificaciClasificaci óón geoln geol óógica de la roca: Estructural y Geomecgica de la roca: Estructural y Geomec áánicanica

� Capacidad de soportar

esfuerzos que se conoce

como Esfuerzo Dinámico

Máximo.

� εεεε = PPV / Vp� εεεε = σσσσ / E� σσσσ = ( E x PPV ) / Vp

AnAn áálisis de las Voladuraslisis de las VoladurasPASO 1: PASO 1: Implementación del diseño

• Controlar los parámetros geométricos de la voladura con Topografía

-410.00 -405.00 -400.00

975.00

980.00

985.00

990.00

995.00

1000.00

1005.00

1010.00

1139.941139.941139.941139.951139.951139.961139.961139.971139.971139.981139.981139.991139.991140.001140.011140.011140.021140.021140.031141.00

-410.00 -405.00 -400.00

975.00

980.00

985.00

990.00

995.00

1000.00

1005.00

1010.00

AnAn áálisis de las Voladuraslisis de las VoladurasPASO 1:PASO 1: Calidad de los explosivosCalidad de los explosivos

��������

��������

��������

��������

��������

ANFO

INDUGEL

Penetración de Retacado porGases

• Medición de la eficiencia de los explosivos de acuerdo a su VOD

AnAn áálisis de las Voladuraslisis de las VoladurasPASO 1: PASO 1: VerificaciVerificaci óón de los niveles de vibracin de los niveles de vibraci óónn

Evaluación de los sistemas de Iniciación Nonel ópirotécnicos

AnAn áálisis de las Voladuraslisis de las VoladurasPASO 1: PASO 1: VerificaciVerificaci óónnde los niveles de ruidode los niveles de ruido

1

23

4

5

Análisis del material de Retacado

Análisis de las VoladurasPASO 2: Filmación con cámara alta velocidad

Video Cámara alta velocidad

Análisis de las VoladurasPASO 2: Medición del daño inducido en el macizo rocoso

• Modelo de H&P para campo cercano

Como se efectúan las mediciones sísmicas y parámetros involucrados

Voladura

Transductor(geófonos ysismógrafos )

Sismogramas

AnAn áálisis de las Voladuraslisis de las VoladurasPASO 3: PASO 3: MediciMedici óón del dan del da ñño inducido en pueblos cercanoso inducido en pueblos cercanos

• Modelo de predicción de Devine en el campo lejano

Serie Full Data

0.01

0.1

1

10

1.00 10.00 100.00 1000.00

DS

mm

/s

Puntosmensurados

Linea SegúnModeloObtenido

Linea Cuisine

6. Estadística asociada a los tiempos de Retardo:

Detonadores Pirotécnicos ó Nonel

PRECISIÓN: Corresponde al concepto que define cuán dispersosestán respecto de la media, los tiempos de retardo de una serie de detonadores del mismo tiempo muestreados. Dicho de otra forma, qué tan acotada o dispersa está la nube de datos de una muestra respecto de la media obtenida.Estadísticamente, la precisión está dada por la desviación standard.

σ

x

σ = Desviación standardX = Media

1.-Desviación standard poblacional (n > 30)

√∑x2( )σn = ∑x2- n

n-1

2.-Desviación standard muestral (n 30)

σ √≤

n-1 = ∑x2- ∑x2( )nn

La desviación standard es pues un indicador estadístico de la dispersión de los datos respecto de la media, lo que corresponde a la precisión.

De este concepto se desprende el de DISPERSIÓN, que no es otra cosa que la desviación Estandard presentada en términos porcentuales y que representa a la Precisión.

Se puede decir entonces que la dispersión es un indic ador de precisión.

Dispersión: También es llamada coeficiente de dispersión o CD% , el que se expresa por:

σCd% =

X* 100

La EXACTITUD es un concepto distinto al anterior y dice relación con la lejanía que tienen la media de una muestra respecto del tiempo nominal de retardo del detonador.

x

Cm%

Exactitud = Cm%: coeficiente de las medias

X - NCm% = * 100N

, con N = Tiempo Nominal

El RANGO no es otra cosa que el intervalo de tiempos entre los cuales deben estar todos los tiempos de una muestra, independientemente de su precisión y exactitud.

El que esto ocurra impide que existan traslapes entre números correlativos de una serie de retardos.

Este concepto es muy importante a la hora de diseñar una voladura, por cuanto lo que el diseñador tiene son rangos de tiempos y nonúmeros nominales.

NNúmero 1

Media

Dispersión

NNúmero 2

Media

Dispersión

Ejemplo 1:

2 Números correlativos son muy exactos pero poco precisos (alta dispersión cd%). Hay traslape

NNúmero 1

Media 1

NNúmero 2

Media 2

Ejemplo 2:

2 Números correlativos son muy precisos pero poco exactos (alto cm%). Hay traslape

Ejemplo 3:Sólo la combinación de estos tres conceptos permite trabajar con rangos confiables.

NNúmero 1

Media 1

Dispersión

NNúmero 2

Media 2

Dispersión

Intervalo Intervalo

7. Innovación Tecnológica: Detonadores Electrónicos

Retardo entre barrenos = 17 – 42 ms

Retardo entre filas = 65 – 109 ms

Tiempos de retardo noneles

Tiempo entre barrenos = 1 – 3 ms

Tiempo entre filas = 100 – 300 ms

Nuevos tiempos de retardo con detonadores

electrónicos

0 ms 2 ms 4 ms

Tiempos retardo – Llegadas Vp & Vs

Vp Vp

Vs Vs

0 ms 25 ms 50 ms

0 ms 2 ms 4 ms

Tiempos de retardo nonel

Cálculo tiempos cortos de retardo entre barenos

T = 0.6 (S/Vp) x 1000

Donde:

T = Tiempos de retardo entre barrenos en una fila (ms)

S = Distancia entre barrenos en una fila (m)

Vp = Velocidad de onda P ó sonica de la roca (m/s)

Ejemplo de cálculo

Asumiendo un espaciamiento entre barrenos S = 6 m y Vp = 2400 m/s.

T = 0.6 (S/Vp) x 1000

T = 0.6 (6 m/2400 m/s) x 1000

T = 1.5 ms

Video explicación funcionamiento electrónicos

7. Innovación Tecnológica: Prueba comparativa entre

detonadores pirotécnicos y electrónicos

Video explica la precisión de los electrónicos

8. Resultados

Campo Cercano: Excelente desplazamiento en la parte de atrás de la voladura que nos garantiza un macizo rocoso más sano

3m

12m

Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3

20 9 420 9 4

100 45 20100 45 20100 45 20

0,1 42 415 475 20

100 201000 20

Vibración Máxima PermitidaNorma Española

0,1

1

10

100

1000

0,1 1 10 100 1000Frecuencia (Hz)

mm

/sCurva Límite

Datos monitoreados

Campo lejano: Campo lejano: Todas las voladuras realizadas estTodas las voladuras realizadas estáán bajo norman bajo norma

Planta YumboCurvas Granulometricas Exel Vs UT500

d =

d20 =

d40 =

d60 =

d80 =

d100 =

d120 =

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Tamaño (m)

% P

asan

te Exel

Electrónico

Logarítmica (Exel)

Logarítmica (Electrónico)

0,33m

0,45m

Reducción0,12 m

Planta Tolú Viejo

Curvas Granulometricas Exel Vs UT500

d =

d20 =

d40 =

d60 =

d80 =

d100 =

d120 =

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Tamaño (m)

% P

asan

te Exel

Electrónico

Logarítmica (Exel)

Logarítmica (Electrónico)

0,27m

0,47m

Reducción0,2 m

Planta Río Claro

Curvas Granulometricas Exel Vs UT500

d =

d10 =

d20 =

d30 =

d40 =

d50 =

d60 =

d70 =

d80 =

d90 =

d100 =

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Tamaño (m)

% P

asan

te Exel

Electrónico

Logarítmica (Exel)

Logarítmica (Electrónico)

12m

0,41 m

0,57 m

Reducción 0,16 m

1,077,377 USD1,077,377 USDTOTALTOTAL

53,550 USD2%Sobretamaños

151,212 USD15%Ampliación de malla

230,000 USD

2’100.000

12cmD(80)

Yumbo

42,000 USD4%Sobretamaños

76,115 USD15%Ampliación de malla

70,000 USD

700.000

20cmD(80)

Tolú Viejo

94,500 USD3%Sobretamaños

210,000 USD15%Ampliación de malla

150,000 USD

2’000.000

16cmD(80)

Río Claro

Ahorros/AñoVolumenMejorasBeneficiosPlantas

Ahorros logrados por la InnovaciAhorros logrados por la Innovacióón Tecnoln Tecnolóógicagica

9. Conclusiones

* Los niveles de vibración y ruido que se perciben en las cercanías a las voladuras electrónicas cumplen con los estándares internacionales.

* Los resultados de los estudios granulométricos realizados en las plantas de Argos, permiten visualizar una mejora contundente en la fragmentación, representada en la reducción del D(80), generando un ahorro al año de usd $450,000 por menores consumos de energía en la trituración y la molienda

* Logramos una disminución del 50% en los sobretamañosgenerados lo que nos representa un ahorro al año de usd $200,000

* Con la ampliación de la malla en un 15% logramos un ahorro en el metro cúbico volado de usd $430,000 al año

* Dados los ahorros generados, la migración al 100% a detonadores electrónicos, asegura la continuidad de los beneficios dados en el tiempo.

* Seguiremos con el proceso de mejoramiento, identificando las necesidades y opciones de mejoras y desarrollándolas en un plan para el 2011

Video con voladuras Argos donde se observan mejoras

GRACIASGRACIAS