Trabajo Final me Peroracion y Voladuras Mina La Francia
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UBICACIÓN
La mina La Francia se ubica en el Departamento del Cesar, en el
municipio del Paso, Corregimiento de la Loma. La Concesión 5160,
está ubicada 6 Km. al oriente del Corregimiento La Loma, y comprendeuna extensión de 1.000 hectáreas.
El polígono de la concesión se encuentra limitado por las siguientes
coordenadas planas geográficas origen Bogotá:
Vértice X Y
A 1’558.000 1’061.000
B 1’558.000 1’056.000C 1’560.000 1’056.000
D 1’560.000 1’061.000
Tabla 1: Puntos de área de concesión Compañía Carbones delCesar
Se puede acceder al área, por vía terrestre, desde la carretera troncal de
oriente que comunica las ciudades de Santa Marta y Valledupar con el
interior del país o por la vía, destapada, que comunica a La Loma con el
municipio La Jagua de Ibirico.
TOPOGRAFÍA
El área de estudio, comprende una extensa llanura de la cuenca del Río
Cesar, bordeada al oriente por la Serranía del Perijá que se extiende de
sur a norte y hace parte del ramal sedimentario de la cordillera Oriental,
que constituye además el límite con Venezuela. Esta llanura esaproximadamente plana con ligeras ondulaciones y con alturas que
oscilan entre los 40 y los 65 metros sobre el nivel del mar. En las cotas
más altas se observa una cadena de cerros de poca altura que hacen
parte la formación Cuesta.
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Hacia el Norte y Noroeste, el terreno es más plano, con pendientes del
terreno que no superan el 1 % (en promedio).
GEOLOGÍA
• Geología Regional
Desde el punto de vista de la geología regional el área de la concesión
5160 está representada por formaciones que van desde el paleozoico
hasta el terciario. La formación más antigua que encontramos es la
Catatumbo la cual data del Cretáceo medio y está compuesta por
interestratificaciones de areniscas, lutitas, arcillolitas y capas delgadas
de carbón en su parte superior.
También encontramos la formación Barco la cual reposa
inconformemente sobre la formación Catatumbo y está compuesta por
areniscas, arcillolitas, lodolitas y calizas. Esta formación Data del
Cretáceo superior y infrayace a la Formación Cuervos.
La formación Cuervos data del terciario temprano y finales del Cretáceo
se compone principalmente por areniscas, arcillolitas, limolitas y mantosde carbón. De los cuales veinticuatro mantos de carbón son
económicamente explotables y tienen una calidad apta para la
exportación.
Por otra parte encontramos la formación Cuestas la cual data del
terciario medio a superior y está compuesta por areniscas con alto
contenido de óxidos de hierro, conglomerados muy ferruginosos y en la
parte superior costras de mineral de hierro.
• Geología Estructural
Estructuralmente el área de La Loma está representada por una serie de
anticlinales y sinclinales de dirección noreste, con cabeceo hacia el
suroeste y ocasionalmente afectados por fallas. Los pliegues son el
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resultado de movimientos orogénicos andinos ocurridos principalmente
durante el Mioceno y en un periodo de menor intensidad del Plioceno al
Pleistoceno. Los principales rasgos estructurales dentro del proyecto de
“La Loma” son de este a oeste el Sinclinal de La Loma, el Anticlinal de La
Loma y el Sinclinal de “El Boquerón”. Los buzamientos observados
varían desde un mínimo de 30 a 50 a lo largo del eje del Sinclinal de
Boquerón hasta un máximo de 300 a 450 a lo largo del flanco Oeste del
Sinclinal de La Loma. Estos pliegues son afectados regionalmente por las
fallas inversas “El Hatillo” y “El Tigre” que tienen una orientación
Noreste- Suroeste. Dentro de los sinclinales se presentan Fallas Locales
de tipo inverso, con dirección Noreste-Sureste, como son las fallas
Delgas, Descanso, La Loma, Calenturitas, Norte, La Envidia y Rosario.
El área de la concesión 5160 está ubicada en el flanco oeste del sinclinal
La Loma y presenta buzamientos que varían entre 30º y 40º con rumboque van de N60ºE hasta N70ºE. El depósito está cruzado por una serie
de fallas paralelas con rumbo que va de N10ºE a N10ºW y buzamiento
entre 60º-70º al W. Estas fallas se interpretan como motivadas por la
liberación de esfuerzos que producen las fallas La Loma y El Hatillo que
limitan del depósito al NE y al NW respectivamente.
MÉTODO DE EXPLOTACIÓN
La explotación de la mina se desarrolla por el método de Pala – Camión
con distancias de acarreo promedio de centro de gravedad del Pit a
centro de gravedad del botadero de 3 a 3.5 kilómetros y diferencias de
cota de 100 – 120 metros en promedio.
El método fue diseñado para explotar el carbón de pared alta a pared
baja avanzando en niveles desde el manto 3150 hasta el manto 700, y
con bancos longitudinales y transversales que permiten controlar las
aguas en todo momento con el sumidero pegado contra la pared alta. Se
han diseñado bancos de trabajo de 7.5 y 10m de acuerdo al alcance de
los equipos de cargue, dejando bermas de seguridad cada 30m.
La mina es explotada por intermedio de la empresa operadora (CMC)
que ejecuta el plan de minería desarrollado por Carbones del Cesar S.A,
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quien a su vez realiza la interventoría de los trabajos para verificar la
ejecución de acuerdo con lo planeado.
DESCAPOTE
Se realiza el arranque y cargue de los diferentes materiales que se
encuentran sobre los mantos de carbón. En la operación no se hace
distinción entre aluvión, roca meteorizada y roca fresca.
ARRANQUE
Se considera que debido a la baja compactación y poco espesor del
aluvión este puede arrancarse con pala, sin necesidad de voladura. Para
la roca fresca se emplean voladuras bajo manto, en las que se protege el
carbón y se fractura la roca. De esta forma, se carga el material estéril,
se limpia el manto con una retroexcavadora de cuchillas y luego se
extrae el carbón.
CARGUE
El cargue del material estéril se hace con palas hidráulicas O&K y
retroexcavadoras 365,345 CAT. El cargue del carbón se hace con
retroexcavadoras 330 CAT con el fin de lograr mayor selección.
TRANSPORTE
El estéril es transportado en camiones mineros: TEREX 100, TEREX 60,
777D CAT y en camiones doble troque hacia el botadero que
actualmente se encuentra en el nivel 100. El carbón es transportado en
camiones doble troque hacia la trituradora y el patio de acopio, donde
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será clasificado de acuerdo a su calidad para ser despachado en mula a
puerto en Santa Marta.
RETROLLENADO
Una vez se llegue al nivel -120 y haya una distancia de mínimo 50m
entre el ultimo nivel de explotación y lo que ya se exploto, se dará
comienzo al retrollenado, de esta manera se garantizara la
maniobrabilidad de la maquinaria.
VOLADURA BAJO MANTO (VBM)
ANTECEDENTES DE LA VOLADURA BAJO MANTO
Es muy pertinente resaltar que la técnica de voladuras bajo mantos se
introdujo en nuestro país en la operación minera del Cerrejón a partir de
1988, ya estaba siendo utilizada con éxito en operaciones mineras a
gran escala, como Fording Coal Ltd y Byron Creek Collieries en Canadá.
El proceso de evaluación, implementación y desarrollo de la técnica de
VBM de carbón se basa en cuatro pilares fundamentales que son:
• Seguridad en la operación
• Recuperabilidad y calidad del recurso carbón
• Productividad de los equipos de remoción de estéril y minado
de carbón
• Optimización de los costos totales de las operaciones mineras
operación minera.
MÉTODO CONVENCIONAL Y VBM
En el método convencional de voladura en condiciones de multimantos
buzantes de separación variable, se vuela el estéril por encima del
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manto de carbón deteniendo la perforación al alcanzar el mismo, luego
de perforados los barrenos se cargan con explosivos y el material es
fragmentado para su posterior remoción. Después de que el carbón es
minado, se debe perforar y volar su respaldo inferior, lo cual genera
atrasos en el avance, ineficiencias en la operación de perforación y
voladura y altos riesgos en la seguridad de la operación. El método debe
repetirse hasta minar el último manto de carbón.
Figura 1: Método de Perforación Convencional
En la voladura bajo mantos de carbón, los pozos se perforan
atravesando los mismos hasta el nivel deseado de avance y se procura
la fragmentación simultánea del material estéril localizado por encima y
por debajo del manto de carbón.
Las cargas se colocan por debajo y por encima del manto con un
retacado intermedio de roca triturada en los pozos para protegerlo. Este
proceso de perforación y voladura simplifica el proceso de mineríacuando la excavación se mueve a través de un banco en las secuencias
de estéril/carbón/estéril/carbón hasta llegar al manto de la pared baja,
minimiza la perforación y el cargue de barrenos en taludes, y en general
reduce la gran mayoría de inconvenientes que presenta el método
convencional de voladura aplicado en depósitos multimantos buzantes
de carbón.
Figura 2: Método de Perforación Bajo Manto
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El diseño de las variables de voladura y la localización de los explosivos
es crítico si se
desea mantener el manto de carbón lo mas intacto posible, sin
disminución en su calidad en banco o cantidad de material a recuperar
para su posterior venta.
Figura 3: Proceso de Minería de Carbón para Mantos Inclinados
Es necesario entonces, un conocimiento preciso de la localización de
cada pozo, de la profundidad a la que se encuentran el techo y el piso
del manto de carbón en cada barreno, ubicación de las cargas del
mismo, así como una iniciación en la secuencia de disparo que minimice
el movimiento vertical de las masas de estéril y carbón.
Son entonces niveles altos de control de calidad a tomar en cada una de
las etapas del proceso que deben ejercitarse, para la exitosa aplicación
de la técnica. La forma más efectiva de tener bajo control todas las
variables consideradas en este proceso es utilizando sistemas
computarizados tanto para el diseño y localización de las perforacionescomo para el diseño de cargues de los barrenos que atraviesan los
mantos de carbón a minar para no afectar la recuperación del recurso
en calidad y cantidad.
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VARIABLES DE DISEÑO DE PERFORACIÓN
Las variables que influyen en la escogencia de un patrón o plantilla de
perforación en un área a volar son principalmente las características del
material a volar, su separación entre mantos de carbón, el tipo de
explosivo a utilizar, las condiciones de nivel freático y el diámetro de
perforación.
Se consideran los tipos de materiales a fragmentar por su dureza o
resistencia a ser fragmentados. Por ejemplo, rocas de dureza blanda
como lutitas, rocas de dureza
media las limolitas y de dureza mayor areniscas. Durante las primeras
etapas de la minería de carbón también se presenta material
meteorizado de consistencia muy débil pero que eventualmente podría
presentar intercalaciones de algunas rocas por lo que es considerado
como material susceptible de voladura.
VOLUMENES A VOLAR
En la minería a gran escala, se hace gran énfasis en proveer material de
manera oportuna optimizando su costo-efectividad, todo esto
considerando la operación minera en su totalidad. Por esto es clave el
uso tanto de personal entrenado como de equipos que eviten el crear
contaminación del carbón con el material estéril durante el proceso de
voladura.
REGISTROS GEOFÍSICOS
El correcto diseño del cargue de explosivos en el barreno, se basa
fundamentalmente en la precisa localización del carbón a lo largo de la
profundidad del pozo perforado.La técnica de registros geofísicos de los barrenos con sondas de
medición de rayos gamma de la roca, permite la identificación precisa
del tipo de roca que se encuentra en el techo y piso del manto. La
densidad de registro depende en gran medida de la cantidad de mantos
presentes en el área, la complejidad geológica en la localidad del área
perforada y la experiencia tanto del registrador como del geólogo a
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cargo. Para un área a volar se registran los pozos que generan
incertidumbre, en la secuencia de los mantos de carbón.
DISEÑO DE CARGUES
El modulo de cálculo de explosivo permite hacer la determinación de las
columnas de explosivo respetando la presencia del carbón en las zonas
con manto asociado.
Las etapas básicas del proceso de Diseño de Cargue son:
• Identificación de las líneas bajo manto a aplicar y tablas de
cargue según el tipo de material estéril o interburden.
• Cargue de explosivo de los pozos y verificación del mismo.
• Generación de reportes electrónicos e impresión de perfiles decampo.
En resumen, con la técnica de voladura bajo manto se busca:
• Buena fragmentación del material estéril tanto por encima
como por debajo del manto de carbón.
• Mantener los mantos de carbón lo mas intacto posible, sin
disminución de su calidad en banco o cantidad de material a
recuperar para su posterior venta.• Mayor precisión de las dimensiones en campo tanto del patrón
de perforación como en la profundidad de los barrenos respecto
de los valores diseñados.
• Menor costo operacional al utilizar los niveles necesarias tanto
de metros perforados como de explosivo a colocar en los
barrenos.
RESISTENCIA A LA COMPRESION DE LAS ROCAS
De acuerdo con la geología regional de nuestra área de estudio en la
mina la Francia encontramos diversos tipos de roca como son;
areniscas, lutitas, arcillolitas, lodolitas, calizas y limolitas.
Las areniscas presentan una resistencia a la compresión muy dura de
160-255 Mpa.
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La caliza tiene una resistencia a la compresión dura de 120 Mpa.
Las lutitas tienen una dureza y una resistencia a la compresión blanda
es decir entre 10-30 Mpa.
Las limolitas tienen una dureza y una resistencia a la compresión media
se encuentra entre 60-120 Mpa.
Basados en estos criterios y en la geología regional de nuestra área de
estudio nosotros utilizaremos el método de perforación rotativa con
triconos porque este es muy versátil ya que abarca una amplia gama de
rocas desde muy blandas hasta muy duras.
VOLADURA BAJO MANTO EN LA MINA LA FRANCIA
El cálculo de la voladura bajo manto en la mina La Francia esta
fundamentado en valores empíricos obtenidos de resultados prácticos,
ya que se cuenta con la experiencia de Ingenieros que trabajaron en elCerrejón haciendo este tipo de voladuras.
PROCESO DE PERFORACIÓN
En el proceso de perforación primeramente lo que se hará será preparar el area que vamosa perforar es decir que una vez que se extraiga todo el material estéril que nonecesita voladura, se nivela la plaza y empieza la delimitación,señalización y marcación topográfica del área a perforar. El objetivo deesto es lograr la máxima eficiencia de los taladros, al perforar un áreacompletamente dura ya que de otra forma pueden generarseatascamientos de la tubería que disminuyen el rendimiento de laperforación.
Esquema de Área Perforada
El patrón de perforación utilizado es el triangular o tres bolillos, que
proporciona una mejor distribución de la energía del explosivo en la roca
y permite obtener mayor flexibilidad en el diseño de la secuencia de
encendido y dirección de salida de la voladura, de esta forma se obtiene
mejor fragmentación.
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Esquema de Perforación Triangular
Cabe resaltar que el área de la perforación es rectangular, porque con
esto se logra un mejor trabajo de la cara libre en la voladura.
PERFORACION
Este proceso es llevado a cabo con la utilización de taladros con un
sistema de perforación rotativa sin percusión debido a las características
y dureza de la roca, estos perforadores son taladros Ingersoll Rand DM30 los
cuales tienen un diámetro de perforación de 6 ¾” y penetran la roca por trituración usando
brocas con tricono.
Como apoyo a estos taladros se puede usar taladros Ingersoll Rand ECM-635
en zonas de difícil acceso y precorte debido a la ventaja de perforar en
distintos ángulos. Estos taladros usan brocas de botones de 4 ½” de diámetro.
Durante la perforación el auxiliar de taladro le indica al operador la profundidad de cada
barrero, mientras va registrando el techo y piso de los mantos que se tocan y la
profundidad con que quedó el barreno
DISEÑO DE LA VOLADURA
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Cálculo de la carga
Para los barrenos con carbón los cálculos de la longitud de retacado (L) y de la carga de
explosivo (q) se hacen con las siguientes formulas
( )[ ]
)2.27()(
57.0
x L pq
h xh p L
−=
+−=
Donde: p: Profundidad del barreno; h: Altura del piso del manto
Mientras que para los pozos libres se calcula de la siguiente forma
2.27*
)(
LE AkgH
L pe
=−
−=
Donde: e: Columna de explosivo; Densidad de H-A*
1.18g/cm3 ó 27.2 kg/m* Heavy ANFO.
Debido a la presencia de agua el cargue se hace con Heavy-ANFO (emulsión) ya
que este posee la energía necesaria para romper las rocas presentes en la secuencia.
Diseño del amarre
Los sistemas de retardos que se utilizan en la mina son muy variables dependiendo de la
roca y de las características de la voladura, teniendo en cuenta la proyección que se
quiere y la facilidad de revisar la detonación completa de la voladura una vez realizado el
disparo. Como accesorios de voladura se usa pentofex, Conectores EZTL diferentes
tiempos, NONEL 500 ms, Línea de tiro, Cordón detonante y Retardos de superficie (en
precortes). A continuación se muestra el Esquema de Amarre VBM 450 (CMC)
DISEÑO DE PERFORACIÓN Y VOLADURA EN LA MINA “LA
FRANCIA”
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FABIO ANDRES ALEMAN MACHADO
VICTOR ALFONSO GONZALEZ MARTINEZ
MANUEL EDUARDO LUNA NONTIEN
PRESENTADO A:
OMAR GIRALDO VILLADA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE MINAS
MEDELLIN2009