Voladura y Vibraciones

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURAFACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS

ESCUELA DE INGENIERIA DE MINAS

LA VOLADURA Y LAS VIBRACIONES

Curso:

INGENIERIA DE EXPLOSIVOSDocente:

ING. ALEJANDRO VASQUEZ ARRIETA

Alumno :

RAMOS CHAVEZ WALTER EDINSONPiura, Agosto del 2011

INTRODUCCIONActualmente en la Industria Minera, las Operaciones Unitarias de Perforacin y Voladura, son esenciales realizarlas con una alta eficiencia, porque influye directamente en las Operaciones posteriores y en el dao que pueden ocasionar al Macizo Rocoso.Las diferentes caractersticas de los Macizos Rocosos en las diferentes zonas del Per, hacen que se diseen diversas formas de perforacin y voladura, que se adapten mejor a cada rea especfica.Al realizar la Perforacin y Voladura, se debe controlar los efectos que estos pueden ocasionar al Macizo Rocoso a travs de las Ondas Ssmicas que se producen en la voladura, pudiendo ser estos resultados modificables, a travs de los diferentes parmetros que tienen influencia en ocasionar un mayor efecto de vibraciones, que mediante un anlisis y estudio respectivo, estos se pueden modificar, disminuyendo los efectos al Macizo Rocoso, deseando optimizar la distribucin de la energa de los explosivos.Mediante el control de las vibraciones que se realiza mediante pruebas de campo directamente, que a travs de la interpretacin de los resultados y la obtencin de la Velocidad Pico Partcula, y mediante el conocimiento de los parmetros de voladura, la geologa del lugar, todas estas variables se pueden relacionar en distintas formulas empricas, influenciadas por la Ley de Propagacin de Ondas, logrando as el conocimiento de los efectos y las distancias a la que afecta las vibraciones, pudindose estas variables manejarse modificando algunos parmetros de la voladura o definiendo la distancia mnima de las estructuras mas cercanas que no se desea que sean afectadas, obtenindose as energa ssmica de mayor frecuencia que es absorbida rpidamente que la de menor frecuencia, dependiendo fuertemente de la geologa y de los intervalos de retardo utilizados en la secuencia de detonacin.CAPITULO I: VOLADURA DE ROCAS SUBTERRNEA 1.1. Definicin

Es un proceso tridimensional muy complejo, que a travs de la alta concentracin de energa de los explosivos por las altas presiones en los taladros, generan dos procesos dinmicos: Fragmentacin y Desplazamiento; que pueden ser controlados, por el tamao de los disparos, secuencia de iniciacin, cantidad y tipo de explosivo; para obtener resultados eficientes y econmicos, con el menor dao posible al macizo rocoso, evitando la cada de rocas.1.2 Mecnica de Rotura de la roca

Es aun muy compleja de conocer su verdadero proceso, actualmente existen diversas teoras que manifiestan que sucede en varias etapas, en un tiempo extremadamente corto donde ocurre la detonacin, fragmentacin hasta el desplazamiento del material volado, involucrando una serie de parmetros: confinamiento, cara libre, relacin burden dimetro y condiciones geolgicas; y las etapas son: Detonacin del explosivo y generacin de onda de choque.

Iniciacin del agrietamiento por accin de la onda de choque.

Generacin y expansin de gases a alta presin y temperatura.

Desplazamiento del material volado para formar la pila de escombros.

1.2.1 Energa de Choque y Energa de GasEn el proceso de detonacin de los explosivos se producen dos energas que son la causa de la fragmentacin y desplazamiento de la roca: La energa de choque o presin transitoria, que resulta de la presin de detonacin, quien depende directamente de la densidad del explosivo y de la VOD, es la primera en producirse en la direccin opuesta a la iniciacin de la reaccin, representando el 10% - 15% de la energa total til del explosivo; y ; La energa de gas, que es la principal causa de la fragmentacin y es mas conocida como presin de explosin y generalmente es la mitad de la presin de detonacin, aunque no siempre, como el ANFO, representando el 85% - 90% de la energa restante; y de acuerdo a los resultados que uno desea obtener hace uso de los diferentes tipos de explosivos con sus caractersticas especificas.1.2.2 TrituracinLuego de la detonacin se expande coaxialmente una onda de compresin cilndrica u onda de choque, que al superar la resistencia a compresin dinmica de la roca se producir inmediatamente la trituracin alrededor del taladro, y el espesor de esta zona aumenta con la densidad, VOD y dimetro de la carga.1.2.3 Fracturacin por Agrietamiento RadialLa onda de compresin radial, presenta una componente de traccin tangencial, que al superar la resistencia dinmica a traccin de la roca, se inician grietas radiales en todas las direcciones del taladro, limitndose por la siguiente pared del taladro; esta es la fase ms importante del proceso de voladura.

1.2.4 Rotura por ReflexinCuando la onda de compresin alcanza el taladro de alivio, se producir una nueva onda de traccin, creciendo el volumen afectado repartindose la energa en las ondas reflejadas, una de traccin y otra de cizallamiento, entonces si la onda de traccin es suficientemente intensa se producir el descostramiento de la roca, recordando que la resistencia a la traccin es solo del 5% - 15% de la resistencia a la compresin o cizallamiento de esta, tambin se debe de tener en cuenta una pequea inclinacin en los taladros de alivio, para desaguarlos y as evitar una menor onda de traccin reflejada y la rotura inmediata.1.2.5 Rotura por Flexin

Se presenta entre un taladro cargado y el taladro de alivio o cara libre, por la presin cuasi esttica ejercida por los gases de explosin, hacen que se forme una cua y se abombe o flexe, mantenindose los extremos del taladro como puntos fijos, ocasionando as la fractura por flexin.1.3. Parmetros de Voladura

1.3.1 Parmetros de Geomecnica

Los parmetros de la roca intacta y del macizo rocoso son variables incontrolables, y se debe adecuar los diseos de voladura a cada condicin que se presente, estos parmetros son: propiedades fsicas (dureza, densidad, porosidad, tenacidad, otros), propiedades elsticas (resistencia a la compresin y traccin, cohesin, ngulo de friccin interna y velocidad de propagacin de ondas), propiedades de las discontinuidades (orientacin, persistencia, relleno, apertura y espaciamiento), presencia de agua e impedancia de la roca.

1.3.2 Geometra de la Malla

Realizada con parmetros controlables, y depende de mtodos empricos, matemticos y la experiencia, para obtener buenos resultados; estos parmetros son: burden, espaciamiento, densidad de la carga, dimetro, longitud del taladro, longitud del taco, confinamiento y factor de carga.1.3.3 Sistemas de Iniciacin

El diseo de iniciacin es muy importante para lograr una fragmentacin ptima y no daar al macizo rocoso, siendo los parmetros ms importantes: el intervalo de tiempo de los retardos y la conexin de los mismos.De esta manera se puede tener una prediccin de la granulometra y los efectos al macizo rocoso, adems se tiene que tener en cuenta elegir de forma correcta los tiempos de intervalos para evitar la sinterizacion y el apelmazamiento de la roca en la zona del cuele, y hacer que cada carga disponga despus de un frente libre efectivo.Por otro lado diversos estudios describen que a tiempos cortos producen una mejor fragmentacin, pero reducen el avance por disparo y aumentan el desplazamiento de la pila haciendo la carga ms dificultosa, tambin se debe de tener en cuenta el campo de tensiones in situ, ya que las grietas tendern a seguir la direccin de las tensiones principales de campo.

1.4. Diseos de Voladura y Modelos de Prediccin de la Fragmentacin1.4.1 Diseo de MallasEn la actualidad existen muchos mtodos y teoras que describen como disear una malla de perforacin y voladura, en esta tesis solo describiremos el mtodo que se utilizara en la elaboracin del diseo final y un mtodo emprico, que comnmente se realiza en las minas subterrneas.

1.4.1.1 Mtodo del Modelo Matemtico de reas de Influencia Es un nuevo modelo matemtico para disear mallas de perforacin y voladura, calculando el rea de influencia por taladro y fue desarrollada de la siguiente manera: Esta mtodo de diseo nace del siguiente Figura:Fig. N 1rea de Influencia de un taladro despus de la Voladura

Fuente: E. Hoek / E.T. Browm, Excavaciones subterrneas en roca

En donde la zona 1; es el dimetro del taladro, la zona 2 es la zona pulverizada por el explosivo y la zona 3 es el rea de influencia del taladro despus de una voladura.

En este caso la nueva teora calcula el espesor fracturado por el explosivo y que luego se demostrara el burden.

Esta teora es realizada con los criterios de resistencia de materiales, mecnica de rocas y parmetros del explosivo y perforacin.

1.4.1.2.1 Reformulacin Modelo Matemtico La reformulacin se realiza para la utilizacin de cargas de fondo y de columna de un taladro, en donde el rea de influencia es calculado usando dos tipos de explosivo de fondo y de columna.Fig. N 2Representacin grafica del rea de influencia de un Taladro

Fuente: Nueva Teora para calcular el burden, IV CONEINGEMMET en Huancayo 2003Fig. N 3Diagrama de cuerpo libre del corte A - A`

Fuente: Nueva Teora para calcular el burden, IV CONEINGEMMET en Huancayo 2003

Resolviendo el equilibrio de fuerzas se tiene: Fv = 0

-2F1 +F2 = 0

F2 = 2F1 ... (1)

Donde:

a. Determinando F2; se realizara descomponiendo el vector F2 en sus dos ejes cartesianos:

dF2 = 2dF2sen + 2dF2cosEl diferencial de (F2) depende de la presin de detonacin, el factor de carguo (Fc) del explosivo y un diferencial del rea, del D.C.L.dF2 = PoD*Fc*dAdF2 = PoDtal*dAEl diferencial de rea (dA) esta en funcin a la longit