Perforacin y Tronadura en labores mineras subterrneas

Ronald Guzmn V.Profesor IMM 2500 Perforacin y TronaduraCentro de Minera UCEmail: rguzman@ing.puc.cl

22-04-2009

Lo primeroUn rayado de cancha

Qu es la Perforacin y Tronadura

Porqu se realiza P&T?

Por cultura general minera, deben saber qu es la P&T

Como estudiantes se preocuparan de estudiarla y mejorarla!!!

En su vida profesional, les tocar vivirla

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Qu es la Perforacin y Tronadura?

En el mbito Tcnico:La transformacin del recurso (roca/mineral) (se Fragmenta)

En el mbito Productivo:La primera operacin en el ciclo productivo de una mina

Como Proceso la Perforacin:Cavidad donde sern alojadas las cargas explosivas y accesorios de iniciacin

Como Proceso la TronaduraLa liberacin de energa mediante una

reaccin qumica (explosivos) que permite fragmentar la roca y desplazarla

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Porqu se hace la P&T?

Necesidad de hacer la primera separacin del mineralSeparar la paja del trigo

Necesidad de Cargarlo y Transportarlo:A buen entendedor.pocas palabras!

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Teora General de la Perforacin

En general podemos considerar la perforacin de rocas como una combinacin de las siguientes acciones:

Percusin: Impactos producidos por los golpes del pistn originan ondas de choque que se transmiten a la broca a travs del varillaje.

Rotacin: Con este movimiento se hace girar la broca para que los impactos se produzcan sobre la roca en distintas posiciones.

Empuje: Para mantener en contacto la broca con la roca.

Barrido: Fluido de barrido que permite extraer el detritodel fondo de la perforacin

Algo Parecido a esto..Preguntas?

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Porqu Importa la Perforacin?? Por ser la primera

operacin dentro del ciclo de operacin mina.

Ciclo de operacin mina bsico (Cielo Abierto)

Perforacin Tronadura CarguoTransporte

Cavidad donde sern alojadas las cargas explosivas y accesorios de iniciacin

Cmo es el ciclo de operacin en un Mina Subterrnea???

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Componentes principales de un sistema de perforacin

Perforadora, fuente de energa mecnica.

Varillaje, medio de transmisin de dicha energa.

Broca o bit, til que ejerce sobre la roca la energa.

Barrido, efecta la limpieza y evacuacin del detrito producido.

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Diferentes Clasificaciones(Segn Maquinaria)

Perforacin manual: Equipos ligeros operados por perforistas. Utilizados en trabajos de pequea envergadura donde principalmente por dimensiones no es posible utilizar otras mquinas o no est justificado econmicamente su empleo.

Perforacin mecanizada: Los equipos de perforacin van montados sobre unas estructuras (orugas), donde el operador controla en forma cmoda todos los parmetros de perforacin.

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Diferentes Clasificaciones(Segn el tipo de trabajo )

Perforacin de banqueo: Perforaciones verticales o inclinadas utilizadas preferentemente en proyectos a cielo abierto y minera subterrnea (L.B.H.).

Perforacin de avance de galeras y tneles: Perforaciones preferentemente horizontales llevadas a cabo en forma manual o en forma mecanizada (jumbos).

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Diferentes Clasificaciones(Segn el tipo de trabajo )

Perforacin de produccin: Trmino utilizado en las explotaciones mineras a trabajos de extraccin de mineral (estril). Los equipos y mtodos varan segn el sistema de explotacin.

Perforacin de chimeneas: Labores verticales muy utilizadas en minera subterrnea y obras civiles. Se utilizan mtodos de perforacin especiales, entre los cuales destacan el mtodo Raise Boring y la jaula trepadora Alimak.

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Diferentes Clasificaciones(Segn el tipo de trabajo )

Perforacin con recubrimiento:Utilizado en materiales poco consolidados, en perforacin de pozos de captacin de aguas y perforaciones submarinas.

Sostenimiento de rocas: Utilizado para la colocacin de pernos de anclaje en labores subterrneas principalmente.

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Diferentes Clasificaciones(Segn el mtodo mecnico de perforacin)

Rotopercutivos: Muy utilizados en labores subterrneas y trabajos menores en minera a cielo abierto (precorte), tanto si el martillo se sita en cabeza como en el fondo del barreno.

Rotativos: Se subdividen en dos grupos, segn la penetracin se realice por trituracin (triconos) o por corte (brocas especiales). El primer sistema se aplica en rocas de dureza media a alta y el segundo en rocas blandas.

Desarrollo de la perforacin en minera

En sntesis.

Porqu se perfora? Confinamiento al explosivo Salida (botada) a la energa del

explosivo

Una vez que se perfora, se coloca el explosivo(s) y se hace la tronadura a travs de una secuencia.

La definicin: La Tronadura tiene como propsito fundamental maximizar la energa liberada por el explosivo para fragmentar lo mejor posible una parte del macizo rocoso, mientras que por el lado contrario, el deseo es a su vez minimizar la energa del mismo hacia la otra parte del macizo rocoso (remanente) para as producir el menor dao posible.

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Palabras claves para entender la operacin

Explosivos: Combustible + oxidante

Energa: Gases y onda de choque (vibraciones) que generan trabajo

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Palabras claves para entender la operacin

Fragmentacin: tamao y distribucin

Dao: Minimizar la alteracin en su entorno

Conociendo un poco lo que es perforacin, explosivos y tronadura.

Podemos entrar en lo que se llama tuneleria a travs de perforacin y tronadura.

Mtodos para la construccin de tneles

TunelerTuneleraaMinerMineraa

La utilizacin de los equipos es una prioridad secundaria.

Asegurar una alta utilizacin de los equipos.

Cumplir con las regulaciones de seguridad y medio ambiente.

Cumplir con las regulaciones de seguridad y medio ambiente.

Tiempo y costos estn fuertemente relacionados.

Minimizar la dilucin del mineral.

Consideraciones detalladas de requerimientos en el diseo.

Extraer las toneladas a un costo ms bajo como sea posible.

Para los mineros las metas de produccin productiva son medidas en Toneladas o m3.

Hacer el frente de avance del tnel tan rpido como sea posible.

Tipos de tneles (secciones)

CICLO MINERO PARA LA CONSTRUCCIN DE UN TNEL

La seccin depende de:

Mecanizada 2 brazos> 3038 - 51

Mecanizada 1 brazo10 - 3035 - 45

Manual< 1027 - 40

Tipo de perforacinSeccin (m2)Dimetro de perf. (mm)

Cmo se hace un tnel?

Primero: Distinguir las zonas en un tnel para perforar y cargar los tiros

04 4

1 1

2 2

5 5

3 3

Zona 3: Coronas o contornoZona 4: AuxiliaresZona 5: Auxiliares

Zona 0: RainuraZona 1: ZapaterasZona 2: Cajas o contorno

As se conoce en Chile en el mundo minero

Segundo: Perforar los tiros de acuerdo a un diseo de disparo (RAINURA)

Esa lnea tiene un nombre.GRADIENTE

GRADIENTE

Tercero: Preocuparse de la rainura Rainura (cuele): Conjunto de tiros cargados y

huecos (maricn), que permiten en su profundidad, crear la cara libre necesaria para que el resto de los tiros puedan ir saliendo (secuencia de disparo)

04 4

1 1

2 2

5 5

3 3

Si la rainura sale bien..tiene la mitad de la pega bien hecha!

Identificando la rainura

Tiros huecos: Maricon (pueden ser 1 o ms)

Se disean tiros con carga de acuerdo a cuadrantes (IMM 2500)

La rainura se puede perforar ya sea con tiros paralelos o en V (depende de cmo se quiera quede la botada o marina.. (trminos mineros)

Rainura en V.bien en la conceptual, mal en la operacional.

Rainura en tiros paralelos

Problema de la V cut! (operacional)

Una vez diseada la rainura, se procede a determinar el resto del disparo

Importante: Esto es una propuesta inicial. Ud debe ir viendo como se comporta su tronadura, en las condiciones de cerro (geomecnicas, agua, turnos, etc).

Usted debe y puede (ojala quiera) considerar lo siguiente..como ejemplo

Segunda parte: Una vez perforado.hay que colocar los explosivos y definir una secuencia de encendido

Factores que influyen en la seleccin del explosivos

Variables controlablesDimetro de perforacin Altura de perforacinPasadura Inclinacin de la perforacinAltura del taco Material del tacoBurdenEspaciamientoTamao de la tronadura Direccin de la tronaduraSistema de iniciacin Nmero de caras libresTipo de explosivo Mtodo de carguoAgua Otros.

Variables No controlablesGeologa Propiedades geomecnicasFrecuencia de fracturas Orientacin de estructuras Condiciones de Agua Otros.

El mensaje es

De acuerdo a las condiciones del cerro y variables de operacin..decido Tipo de explosivo que funciona en forma segura,

ambientalmente factible y econmicamente conveniente

DINAMITAS ANFOEMULSIONES

CORDON DETONANTEDETONADOR

Una vez seleccionado, se realiza el siguiente procedimiento

Se lleva a la frente los explosivos y accesorios.

Se realiza la carga de explosivos de acuerdo al diseo, considerando Cebo Carga de columna Taco Amarre y secuencia de encendido

As ud. puede amarrarlo

Se debe lorear la mina antes, durante y despus del disparo o quemada

Loro Vivo: Toda persona con conocimientos de las

operaciones de la Mina y que por orden directa del

encargado de la operacin con explosivos, tiene la

responsabilidad de impedir el ingreso de personas o equipos

a un sector amagado.

Loro Metlico: Es todo letrero de prohibicin combinado con smbolo NO PASAR, mediante

la leyenda PELIGRO NO PASAR DISPARO u otra

relativa al peligro que resguarda, impide el paso a un

sector amagado.

NO PASAR DISPARO

LOROS:

Se realiza la tronadura de acuerdo a un procedimiento

Y se analiza (visual y computacionalmente)

Y se mandan el carril

No olvidarse del ciclo..(donde estamos)

Ejemplo: PROYECTO LOS PELAMBRES

Excavacin de Tnel Largo

PROYECTO MINERO LOS PELAMBRES

Tnel N 1 : 5.815 m con pendiente de 9,2% Tnel N2 : 5.090 m con pendiente de 10,8% Tnel N3 : 545 m con pendiente de 11,0% 3 Ventanas : 913 m con pendiente variable

Mayor longitud excavada: 3.670 m con pendiente de + 9,2%

PROYECTO MINERO LOS PELAMBRES

ANTECEDENTES

Explotacin de yacimiento mediante un rajo abierto

Extraccin y beneficio de mineral con capacidad de 85.000 TPD.

Provisiones de espacio para llegar a futuro a 120.000 TPD.

Tnel para traspaso de mineral desde mina a planta

PROYECTO MINERO LOS PELAMBRES

DIAGRAMAS DE PERFORACINDim. de Perforacin : 45 mm

Barrenos Huecos : 102 mm

Salida Espiral, Avance > 95%

Roca Tipo I a II Roca Tipo IV a V (*)

(*) Clasificacin segn Barton

Barrenos : 4,0 m Barrenos : 2,0 m a 2,6 m

EQUIPOS PRINCIPALESFrente 3.677 m

Perforacin (1) : Boomer 282-38 con 1 x BMHT 1312

Cargadora (1) : Shaeff - ITC 312 (*)

Transporte (5) : Wagner MT -426

Ventiladores(3) : Tipo Axial 2 x 90 KW

(*) ST 6C en tneles cortos

COMBINACION DE TRANSPORTE PARA MANTENER CICLO DE MARINA

Nichos de maniobra cada500 mts

Tramo : 0,0 a 1.500 mts : 2 x MT-426

Tramo : 1.500 a 2000 mts : 3 x MT-426

Tramo : 2.000 a 2.860 mts : 4 x MT-426

Tramo : 2.860 a 3.670 mts : 5 x MT-426

CICLO Y AVANCE PROMEDIO

Perforacin, traslado y marcado de frente : 122 min Carguo de explosivos y tronadura : 40 min

Ventilacin : 45 min

Extraccin de marina : 130 min

Fortificacin : 115 min DURACION TOTAL DEL CICLO : 452 min (7,53 horas)

Das tiles por mes, promedio : 26

Horas tiles por da : 20 Ciclos por da, promedio : 2,65

Avance por da, promedio : 9,42 m

AVANCE PROMEDIO : 245 m/mes

TIEMPO DE EXCAVACION : 15 meses

RESULTADOS DE FRENTE MAS LARGA (3.670 m)

Avance promedio : 245,0 m por mes

Tiempo de excavacin : 15,0 meses

- Roca Tipo I : 6%

- Roca Tipo II : 19%

- Roca Tipo III : 29%

- Roca Tipo IV : 18%

- Roca Tipo V : 28%

Nuevas tendencias para la construccin de tneles en minera y la minera en si.

Baja mecanizacin Intensivo en mano de obra

Pasado: Roca Secundaria

- Granulometra Fina- Baja Dureza

Ley relativamente altaPresente: Inicio de la explotacin de

la roca Primaria- Problemas de Estabilidad- Mineral ms Grueso

Disminucin de la Ley

Mecanizacin Automatizacin Creciente tamao equipos

Futuro: Roca Primaria- Alta Dureza- Granulometra Gruesa

Baja Ley Minas Profundas Duplicacin y triplicacin

Produccin

Nuevos Conceptos de Explotacin

Minera continua (construccin de tneles sin perforacin y tronadura (TBM)

Porqu?

Tasa Extraccin: 0,5 t/m2-da 3-4 t/m2-da

Productividad: 50 t/h-da 200 t/h-da

Costo Operacin: 3,5 US$/Ton 2,0 - 2,2 US$/Ton

Produccin: 200.000 t/day 400.000 t/day

Minera Convencional Continua

En tneles significa incorporar TBM

Se debe ir mas rpido, en roca ms competente (tnel de 9 x 9 m @ 10 km)

La regla del dedo gordo.Tunnel length [m]

Tunnel dia [m] X (Strength [Pa])^1/3> 1,5

If the equation is satisfiedTBM will be an option for the excavation

Length 8,000 m, Dia 4 m, UCS strength 150 MPa

8000/(4x(150,000,000)^1/3)=3,5

Length 2,000 m, Dia 8 m, UCS strength 120 MPa

2,000/(8x(120,000,000)^1/3)=0,5

Baja mecanizacin Intensivo en mano de obra

Pasado: Roca Secundaria

- Granulometra Fina- Baja Dureza

Ley relativamente alta

Presente: Inicio de la explotacin de

la roca Primaria- Problemas de Estabilidad- Mineral ms Grueso

Disminucin de la Ley

Mecanizacin Automatizacin Creciente tamao equipos

Futuro: Roca Primaria- Alta Dureza- Granulometra Gruesa

Baja Ley Minas Profundas Duplicacin y triplicacin

Produccin

Nuevos Conceptos de Explotacin

TENDENCIAS EN MINERA SUBTERRNEA

Minera continua.algo as:Preacondicionamiento Macizo Rocoso Manejo de Materiales Continuo y

Automtico

Fracturamiento Fracturamiento

HidrHidrulicoulico

Explosivos Explosivos IndustrialesIndustriales

y Detonaciy Detonacin n PrecisaPrecisa

y / oy / o

Alimentadores Continuos en cada

Punto de ExtraccinTransportador

Sin-fin

Mineral Preacondicionado

Cmo se realiza el trabajo con TBM?

Comentarios

Si bien hoy esta ampliamente usado los mtodos de P&T para avances y produccin. La intencin de no usar explosivos est.

En la minera se instalo el concepto de Minera profunda, desarrollo rpido y minera continua.

Si no se imponen estas tendencias, no ser posible realizar minera subterrnea a gran escala (cobre), de manera rentable.

En resumen: Todo lo que vimos no sirve de nada, ya que la minera que viene ser otra

Gracias!