Curso Básico de Voladura Segunda Parte Ing. Janira Samanez C.

Capitulo 1: Conceptos, Parámetros de Voladura y Diseño de Voladura

1. Mayor Fragmentación y Menor Vibración Energía: Crushing - Trituración(1-2Ф) Shearing – Corte Tensile - Tensión Heat Losses (Pérdidas de Calor) KE - Energía Cinética (Fly Rock, Eyección, MuckPile) Vibración Air Blast (Ruido) Total = 100% 1-2-3 Fragmentación Si aprovechamos la mayor cantidad de energía en fragmentación, entonces quedará una menor energía para ocasionar vibración.

2. Onda P y Onda S Free Face Shock Wave >>> Vp Al detonar el explosivo, se produce una Onda Shock mucho mayor que la Vp, generando dentro de 2 a 4 veces el diámetro una pulverización de la roca; cuando esta Onda Shock se estandariza se le conoce como la onda de compresión Vp, inmediatamente aparece la onda de corte Vs mas o menos a la mitad de la velocidad de la Vp. Crushing Shear Wave Vs = ½ Vp Compression Wave Vp La Vp genera una compresión en la roca creando pequeñas fracturas radiales, esto se verá favorecido cuando existe una cara libre, se reflejaran las ondas de compresión como tensión generando mas fracturas, al encontrase con la Vs se extenderá estas fracturas para que conjuntamente con los gases generados por la detonación produzcan la fragmentación y movimiento del material. Vs Vp Free Face

3. Parámetros de Voladura B = Burden T = Taco H = Altura de Banco 15 m P = Profundidad 17 m LC = Long de Carga Nivel del Piso Sd = Subdrilling 2 m P : Profundidad H : Altura de Banco Sd : Subdrilling LC : Longitud de Carga T : Taco B : Burden E : Espaciamiento

4. Relación de la Altura de Banco con el Diámetro de Perforación

5. Burden y Espaciamiento El Burden “B” es la distancia mínima desde el eje de un taladro a la cara libre. El Espaciamiento “E” es la distancia entre taladros de una misma fila de perforación. Vista de Planta CARA LIBRE E B B

Si el Burden es excesivo, los gases 6. Burden (B) Si el Burden es excesivo, los gases producto de la detonación encuentran mucha resistencia para agrietar y desplazar la roca y parte de la energía se transforma en energía sísmica, aumentando la intensidad de las vibraciones. Si el Burden es reducido, los gases se escapan y expanden a una velocidad muy alta hacia la cara libre, impulsando los fragmentos de roca, proyectándolos en forma incontrolada y provocando, además, un aumento en la sobrepresión aérea y el ruido.

6. Burden (B) 6.1.ASH (1963) B = K (D) K: 20 – 40 D: Diametro (m) B: Burden (m)

B = (0.760)(D)(Fr)(Fe)……D < 9 7/8 6. Burden (B) 6.2.KONYA (1972) B = (0.3048)(3.15)(D)[de/dr]0.33 D: Diametro (pulg) de: Densidad de Explosivo (gr/cm3) dr: Densidad de Roca (gr/cm3) B: Burden (m) 6.3.LOPEZ JIMENO (1980) B = (0.760)(D)(Fr)(Fe)……D < 9 7/8 B = (0.684)(D)(Fr)(Fe)…....D > 9 7/8 Fr = [(2.7)(3500)/(dr)(Vp)]0.33 D: Diametro (pulg) de: Densidad de Explosivo (gr/cm3) dr: Densidad de Roca (gr/cm3) Vp: Velocidad de Onda P (m/s) VOD: Velocidad de Detonación (m/s) B: Burden (m) Fe = [(de)(VOD2)/(1.3)(36602)]0.33

6.Burden (B) 6.4.KONYA (1983) B = (0.3048)(D)(2de/dr + 1.5) D: Diametro (pulg) de: Densidad de Explosivo (gr/cm3) dr: Densidad de Roca (gr/cm3) B: Burden (m) 6.5.RUSTAN (1990) B = (18.1)(D)0.689 D: Diametro (m) B: Burden (m)

6. Burden (B) 6.6 Resumen de Burden de : Densidad de Explosivo = 0.8 gr/cm3 dr : Densidad de Roca = 2.5 gr/cm3 Vp : Velocidad de Onda P = 3600 m/s VOD : Velocidad de Detonación = 4100 m/s

Espaciamientos muy pequeños, producen 7. ESPACIAMIENTO (E) Espaciamientos muy pequeños, producen entre las cargas un exceso de trituración y roturas superficiales. Espaciamientos excesivos, dan lugar a una fracturación inadecuada entre las cargas, acompañadas por problemas de “PATAS”

Ke = 1.0 para taladros secuenciados con retardos largos 7.ESPACIAMIENTO (E) La selección del espaciamiento está generalmente relacionada al burden. E = Ke (B) Donde: Ke = 1.0 para taladros secuenciados con retardos largos Ke = 1.2 a 1.8 para taladros secuenciados con retardos cortos Ke = 2.0 para iniciación simultanea de taladros Es recomendable usar una malla trabada, ya que esta proporciona el rompimiento más efectivo de la roca para un factor de carga fijo. Evidencias teóricas y prácticas sugieren que la relación óptima E/B para voladuras con mallas trabadas está en el rango de 1.1 a 1.4. Lo mejor es E = 1.15 B

8.1.Indice de Rigidez (IR = H/B). 8. Altura de Banco (H) 8.1.Indice de Rigidez (IR = H/B). Se define como la relación entre la altura del banco y la distancia del burden. Si la relación H/B es grande, el desplazamiento y fragmentación de la roca es fácil. B Si H/B = 1 H Si H/B = 2 B H

8.1.Indice de Rigidez (IR = H/B). Si H/B = 3 B H

9.Taco (T) El Taco es la longitud en la parte superior del taladro, rellena con material inerte y tiene por misión confinar y “retener la energía” en el medio rocoso, para permitir que se desarrolle por completo el proceso de fragmentación de la roca. Konya T = 0.7 B T: Taco (m) B: Burden (m) Lopez Jimeno T = (18-20)D T: Taco (m) D: Diametro (m) McKenzie T = (25-30)D T: Taco (m) D: Diametro (m)

9.Taco (T) Taco Corto Taco Largo

9.Taco (T) Taco Optimo

Gravilla mejor que detritus de perforación. 9.Taco (T) Gravilla mejor que detritus de perforación. Gravilla mejor que retenedores cónicos. Características de la Gravilla: Tamaño: entre 1 a 2 pulg….Chiapetta Tamaño: Ø/10 ó Ø/15……..McKenzie Harneado (sin finos) Material anguloso, no redondeado. Escala = 8.6 cm =3.4 pulg P80 = 3.9 cm = 1.6 pulg

10.Tapón Cónico vs Piedra Chancada 2.5 m Detritus de Perforación 5 m 5 m 5 m Tapón Cónico, Taponex, etc. Piedra Chancada Angulosa. 1 – 2 pulg. Piedra Chancada Angulosa. 1 – 2 pulg. 2.5 m No Recomiendo el uso de éstos accesorios, como retenedor de Taco. Resalta su aplicación como un accesorio que evita la contaminación del explosivo. Recomiendo el uso de piedra Chancada Angulosa entre 1 y 2 Pulg. para cualquier diámetro de taladro. Alternativa, usar sólo piedra Chancada Angulosa en los primeros metros (50%- 60% de la longitud del Taco)

11.Sobreperforación (J) La Sobreperforación “J” es la longitud de perforación, por debajo del nivel de piso, que se necesita para romper la roca a la altura del banco y lograr una fragmentación y desplazamiento adecuado que permita al equipo de carguío alcanzar la cota de diseño.

11.Sobreperforación (J) Lopez Jimeno J = 8 x D J: Sopreperforación (m) D: Diametro (m)

13.Selección de Tiempos entre Taladros

14.Selección de Tiempos entre Filas

15.Tiempos entre Taladros para Fragmentar La fragmentación se verá favorecida cuando se aproveche al máximo la interacción de ondas generadas por dos taladros continuos en una misma fila. Para determinar el tiempo óptimo entre taladros en una misma fila y que permita aprovechar la interacción de ondas, se aplicará los siguientes modelos: Chiappeta: Donde: T = S VP X 600 T = Tiempo entre taladros en una misma fila (ms) S = Distancia entre taladros en una misma fila (m) Lagrange: T = S VP X 2500 Vp = Velocidad de la Onda de Compresion (m/s) S = 9.0 m Vp = 2500 m/s Chiapetta: T = 2.2 ms Lagrange : T = 9.0 ms

16.Tiempos Típicos con Sistema Pirotécnico Tiempos entre Taladros = 17 – 42 ms Tiempos entre Filas = 65 – 109 ms 17.Nuevos Tiempos con Sistema Electrónico Tiempos entre Taladros = 2 – 5 ms Tiempos entre Filas = 100 – 300 ms Incrementar según el Nº de filas (100, 150, 200, 250, 300)

18.Mejoramiento de la Fragmentación Mejoramiento de la Fragmentación (Detonadores Electrónicos, Cámaras de Aire, Stem Carga) Columna Explosiva Stem Carga Taco 0 ms

19.Forma de la Pila (material volado) Que Pila Deseas ? 300 ms Pila Baja 150 ms Piso Disparar en forma Instantánea o con un tiempo corto Pila Alta 65 ms 42 ms Piso

Capitulo 2: Objetivos de la Voladura

1.Fragmentación 1.1.Fragmentación gruesa en zona de Taco Stem Charge, 2 ms hole delay & electronic detonators Normal stemming & 42 ms hole delay Copper Mine in Chile

1.2.Fragmentación gruesa en todo el banco Problema

1.2.Fragmentación gruesa en todo el banco Solución

“Se debe disparar a todo lo ancho” 1.3.Fragmentación gruesa en Trim Blasting Pared de Roca, el disparo de 03 filas solo empujará esta roca preformada, generando material grueso. Plataforma para la voladura de 03 filas “Se debe disparar a todo lo ancho”

1.3.Fragmentación gruesa en Trim Blasting 03 filas

2. Daño a la Roca Fracturamiento masivo, en el entorno de la voladura. Creación de nuevas fracturas. Dilatación de fracturas existentes, tanto en espesor como en longitud. Disminución de cohesión de bloques in- situ. Deslizamiento de cuñas.

2.1.Daño del Banco Subyacente Cresta dañada

2.2 Daño a la plataforma adyacente Sobrequiebre

2.3 Deslizamiento ANTES

2.3 Deslizamiento DESPUES

2.4.Vibración Critica El daño es proporcional a la Vibración Crítica

Criterio de Daño (PPV Critico) Dentro de las propiedades de las Rocas, existe su capacidad de soportar esfuerzos, y se conoce como Esfuerzo Dinámico Máximo.  = PPV / Vp  =  / E  = ( E x PPV ) / Vp Predicción de Daño Diseño de voladura Propiedades de la Roca

CRITERIO DE DAÑO  Deformación inducida PPV Velocidad de partícula Critica (mm/s) VP Velocidad de propagación de la onda P (m/s)  T Resistencia a la tracción Dinámica de la roca (Mpa) E Modulo de Young Dinámica de la roca (Mpa)

ONDA P (m/s) 2761.9 PPVcritico = PPVcritico= 1075.44 m/s

Diagrama Modelo de Monte Carlo Salida Simulación de Voladuras Variables de Entrada Onda Elemental Modelo de Vibración Velocidad de Propagación Diseño de Voladura Análisis de Covarianza Modelo de Monte Carlo

Eliminar Subdrilling para no dañar las crestas 3.Precorte y Buffer Eliminar Subdrilling para no dañar las crestas

3.1.Precorte Espaciamiento pequeño Diámetro pequeño Cargas Desacopladas Disparar los taladros simultáneamente

4.Simulación de Onda Elemental Registro de Vibraciones = Suma de Ondas Elementales Consiste en encontrar el tiempo entre taladros “t” de tal manera que al sumar las ondas elementales generadas por los taladros, nos dé un registro de vibraciones con el menor nivel de vibraciones. Taladros con un retardo “t” Menor nivel de vibraciones encontrado con el tiempo entre taladros “t”

Registro de Onda Elemental El registro muestra claramente la onda elemental separada del resto de la voladura en los tres componentes Tran, Vert y Long. Onda Elemental

5. Tiempo entre taladros para disminuir las vibraciones Se construyó una gráfica con los valores del Vector Suma vs Tiempo entre Taladros El menor movimiento se obtiene con un tiempo entre taladros de 19 ms.

6.Secuencia para disminuir las vibraciones Talud Crear filtro de vibraciones Usar tiempos para fragmentar: 04 ms, 05 ms, 06 ms Usar tiempos para disminuir vibraciones: determinados por onda elemental

6.Secuencia para disminuir las vibraciones Al detonar estos taladros encontrarán roto con dirección al talud, filtrando las vibraciones. Talud

7.FLYROCK J. Floyd Causa: burden primera fila muy pequeño Flyrock Burden Reducido J. Floyd

7.FLYROCK Causa: burden muy grande Flyrock taco Burden grande J. Floyd

7.FLYROCK Causa: Taco muy pequeño Flyrock taco Burden J. Floyd

7.1.Profundidad Escalada de Entierro (SD) W1/3 D = Distancia de la superficie al centro de la carga W. D = T + 0.5 L Ø Surface Taco T D W L W = kg de explosivos en la parte superior de la columna explosiva, equivalente a una longitud de 10 veces el diametro del taladro. L = Longitud de la carga W L = 10 Ø

Significance of SD (Scaled Depth of Burial) 0.64 – 0.88 0.92 – 1.40 1.44 – 1.80 1.84 – 2.40 2.40 + Metric Units (m/Kg1/3) Significance of SD (Scaled Depth of Burial) Uncontrolled Energy Violent flyrock, airblast, noise and dust. Very fine fragmentation. Good craters. Controlled Energy Good fragmentation. Maximum volume of broken rock in collar zone. Acceptable vibration/airblast. Good heave and muck pile mound. Larger fragmentation. Reduced volume of broken rock in collar zone. Reduced heave and muck pile mound. No flyrock. Very Controlled Energy Small surface disturbance Insignificant surface effects Minimal Surface Effects No breakage zone

7.1.Profundidad Escalada de Entierro (SD) Calcular SD con los siguientes datos: Densidad de Explosivo = 1.31 g/cc Diametro del Taladro = 12 1/4 pulg Taco = 6.0 m L = 10 Ø = 10 x 311 mm = 3.11 m DCL = 0.507 x 12 ¼ x 12 ¼ x 1.31 = 99.67 kg/m W = DCL x L = 99.67 x 3.11 = 310.11 W 1/3 = (310.11)1/3 = 6.77 D = T + (0.5 L) = 6.0 + (0.5 x 3.11) = 7.56 m SD = D / W 1/3 = 7.56 / 6.77 = 1.12 SD = 1.12 (Energía Controlada)

7.1.Profundidad Escalada de Entierro (SD) Calcular el Taco para no exista FlyRock: Densidad de Explosivo = 1.31 g/cc Diametro del Taladro = 12 1/4 pulg Definir un SD para que no exista Flyrock : 1.20 L = 10 Ø = 10 x 311 mm = 3.11 m DCL = 0.507 x 12 ¼ x 12 ¼ x 1.31 = 99.67 kg/m W = DCL x L = 99.67 x 3.11 = 310.11 W 1/3 = (310.11)1/3 = 6.77 Alternativa: D = SD x W1/3 D = SD x W1/3 = 1.20 x 6.77 = 8.12 m T = D – (0.5 L) = 8.12 – (0.5 x 3.11) = 6.57 m T = 6.57 m

8.ESPONJAMIENTO Esponjamiento. Corresponde al aumento de volumen que experimenta el material volado a causa de disparo. Se calcula como: E = 100* (Vf– Vi) Vi Donde: E : Esponjamiento (%) Vi : Volumen del banco Insitu (m3) Vf : Volumen de la pila del material volado (m3)