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CONSULTANCY & TRAINING

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PLANEAMIENTO DE PERFORACION Y VOLADURA EN MINERIA

SUPERFICIAL

Ph.D. Carlos Agreda Turriate Consultor de Camiper

11 Aos Capacitando a la Comunidad Minera Global

2 11 Aos Capacitando a la Comunidad Minera Global

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MINING SOCIETYOF SOUTH AFRICA

ISO

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PLANEAMIENTO DE PERFORACION Y VOLADURA DE ROCAS

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En la actualidad, la industria minero-metalrgica es importante

en el desarrollo del Per; la cual atraviesa una etapa de

constante crecimiento debido a distintos factores, tal es el caso

de la gran demanda internacional de metales que trae consigo

el incremento de sus precios, mejoras tecnolgicas tanto para el

proceso de explotacin como en la etapa de tratamiento

metalrgico.

Introduccin

PLANEAMIENTO DE PERFORACION Y VOLADURA DE ROCAS


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Dentro de este proceso productivo, existen diferentes etapas

antes, durante y despus de la operacin minera en general. Una

de las ms importantes est dentro de la etapa de explotacin: el

ciclo de minado. Es aqu donde se encuentran las operaciones de

perforacin y voladura, siendo estas las primeras que se realizan

en este ciclo.

Teniendo en cuenta que la fragmentacin obtenida como el

producto de las operaciones mineras unitarias binomiales de

perforacin y voladura es la variable aleatoria ms importante en

todo complejo minero-metalrgico; es que varios investigadores a

nivel mundial han dedicado su vida a investigar las operaciones

mineras unitarias mencionadas anteriormente.

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Por otro lado, se sabe que las formas ms frecuentes de atacar al macizo rocoso son las siguientes:

Con la energa mecnica producida por la perforadora.

Con la energa fisicoqumica producida por la detonacin de una MEC.

En este mdulo se describir, analizar y discutir el ataque mecnico al macizo rocoso por la operacin minera unitaria de perforacin.

Se debe mencionar que tambin existen otras metodologas para atacar al macizo rocoso: fuego, energa elctrica e hidrulica; obteniendo mejores resultados de fragmentacin de la roca con la energa fsico-qumica producida por la detonacin de una MEC.


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PLANO TOPOGRAFICO

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Perforacin

Voladura

Carguo y acarreo

Chancadora primaria

Conveyor

Chancadora secundaria

Molienda

Mineral in situ

Siguientes etapas del procesamiento de

minerales

Fragmentacin

Fragmentacin

Transporte

Fragmentacin

Transporte

Fragmentacin

Fragmentacin

DIAGRAMA CONCEPTUAL N. 1

Muestra cmo la variable

aleatoria fragmentacin

interrelaciona a todas las

operaciones de un complejo

minero-metalrgico.


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PLANEAMIENTO DE LA PERFORACION

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Para llevar a cabo el planeamiento de la perforacin, se debe conocer al macizo rocoso en toda su dimensin en los siguientes trminos: Mecnica de rocas. Geomecnica. Geologa estructural, etc.

Como se sabe, el macizo rocoso es totalmente aleatorio; cuanto ms se conozca el macizo rocoso, se obtendr mejores resultados: fragmentacin de la roca.

Introduccin

PLANEAMIENTO DE LA PERFORACION


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Modelo geolgico

Modelo geomecnico

Modelo matemtico

Caractersticas de la muestra de roca intacta

Descripcin de las discontinuidades

Caracterizacin del macizo rocoso

Sondajes

Hidrogeologa

Mtodos geofsicos

Litologa

Meteorizacin

Estructuras geolgicas

Caractersticas geomecnicas de las discontinuidades, etc.

Clasificaciones geomecnicas

Estado de la tensin de los macizos rocosos

Resistencia de los macizos rocosos

Calidad del macizo rocoso

Tensiones naturales

Propiedades mecnicas de las discontinuidades

Propiedades mecnicas de los materiales, etc.

Anlisis de tensiones

Relaciones tenso-deformacionales

Diseo de excavaciones

Diseo de los sistemas sostenimiento

Equilibrio lmite

Modelos continuos

Modelos discontinuos

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Mecnica de rocas

Propiedades fsicas

Propiedades mecnicas

Teora de fallas

Teora de la elasticidad

MECANICA DE ROCAS


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Las caractersticas fsico-mecnicas del macizo rocoso se mencionarn en forma general.

Densidad

Propiedades fsicas

Gravedad especfica (G)

Porosidad (n)

Peso especfico ()

Permeabilidad, etc.

MECANICA DE ROCAS

)/( 3mgDensidadVolumen

naturalPeso

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Ensayo de compresin uniaxial.

Ensayo de carga puntual.

Ensayo de corte directo.

Ensayo para la determinacin de constantes elsticas.

Ensayo de compresin triaxial.

Ensayo de traccin indirecta (brasilero).

PROPIEDADES MECANICAS


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La teora de elasticidad aplicada para el diseo de estructuras rocosas

Para el diseo de estructuras rocosas, se ha venido asumiendo las

propiedades elsticas de la roca y llevar acabo dicho anlisis

matemtico basado en la teora de la elasticidad. Tales diseos a

veces son exitosos, otros parcialmente en caso de taludes y

cimentaciones.

Por lo tanto, es muy importante definir los lmites de aplicabilidad

de la teora de la elasticidad para el diseo en estructuras rocosas.

TEORIA DE LA ELASTICIDAD

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Se ha mostrado por definicin de la elasticidad que las rocas no

son puramente elsticas, pero que algunas tienen propiedades

deformacionales aproximadamente a la forma cuasi-elsticas,

particularmente algunas rocas cohesivas de grano fino y rocas

masivas con bajos niveles de esfuerzos.

Por lo dicho anteriormente, se debe establecer el conocimiento de

que las rocas por naturaleza son normalmente discontinuas,

conteniendo varios tipos de discontinuidades geolgicas

estructurales (diaclasas, fallas, contactos, estratos, etc.) que

adems pueden contener agua en cantidades variables.


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Para la determinacin de los lmites de la teora de la elasticidad,

se debe tener en cuenta algunos factores de las estructuras de la

roca.

Sin embargo, generalmente se debe seguir ciertos lineamientos

ya establecidos.

Las estructuras rocosas cercanas a la superficie no debern ser

tratadas como un medio elstico continuo, no obstante que las

propiedades del material rocoso (muestra) pueden ser

cercanamente elsticos, a menos que est presente un mnimo

de discontinuidades.

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Para el criterio de diseo en un macizo rocoso, se debe tener en

cuenta la friccin y las discontinuidades estructurales.

Las estructuras rocosas con algunas fracturas cercanamente

ubicadas no debern ser tratadas como un medio elstico

continuo.

Las rocas con E < 5 x 105 kg/cm2 no debern ser consideradas

como un medio elstico, excepto tomando ciertas

precauciones.


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E

z

x

3

23

3,

KModulusBulk

El mdulo de elasticidad de Young (E)

E: mdulo de elasticidad o modulo de Young : esfuerzo : deformacin

La relacin Poisson () ndice de bulk o compresibilidad

Modulo de rigidez (G) Constante de Lame ()

)1(2

EG

)21)(1(

E

CONSTANTES ELASTICAS

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Criterio de falla de Mohr (roca sin cohesin). Criterio de falla de Coulomb. Criterio de falla de Mohr-Coulomb. Criterio de falla de Griffith. Criterio de falla de Griffith (modificado). Criterio de falla de Hoek & Brown.

Para el presente curso, solo se mencionarn las teoras de fallas propuestas por los investigadores, porque estas ya han sido estudiadas.

Cabe enfatizar que la teora ms usada es la de Hoek & Brown.

TEORIA DE FALLAS


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An empirical criterion of failure defined by the envelope to a series of Mohrs circles: A. direct tension; B. Brazilian; C. unconfined

compression; D. triaxial compression.

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The Mohr-Coulomb failure criterion with a tension


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Comparison of empirical of envelope and Mohr-Coulomb criterion in the tensile region. Inside the ruled region, the Mohr-Coulomb criterion with tension cutoff overestimates the stength.

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Coloum

b Mohr

envelop

e

Extensinfracture

Hybridfracture

Shearfracture

00


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Las propiedades mecnicas de las rocas son gobernadas por la reaccin de estas a las fuerzas, actuando sobre ellas.

Estos esfuerzos inducen a la roca un estado de fallamiento, una cantidad con la dimensin de fuerza por rea unitaria, y un estado de deformacin, una cantidad adimensional expresando la deformacin en trminos de la dimensin original.

La relacin entre esfuerzo y deformacin en un material idealizado forma la base de las teoras matemticas de elasticidad, viscosidad y reologa; las cuales pueden a su vez ser aplicadas a materiales reales (en este caso las rocas) para estimar los esfuerzos o deformaciones en un campo de fuerzas definido.

El entendimiento de los esfuerzos y deformaciones y, de los principales esfuerzos y el anlisis de las deformaciones es, por lo tanto, muy importante para el ingeniero encargado de disear excavaciones dentro del macizo rocoso.

ANALISIS DE LOS ESFUERZOS Y DEFORMACIONES DEL MACIZO ROCOSO

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Es la fuerza interna por unidad de rea cuando dicha rea

tiende a cero.

Esfuerzo normal (). Es la componente normal del esfuerzo: la

componente perpendicular al plano sobre el cual acta el

esfuerzo.

Esfuerzo tangencial (). Es la componente tangencial del

esfuerzo: la componente paralela al plano sobre el que acta el

esfuerzo.


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Considerando la siguiente figura, se puede escribir lo siguiente:

Esfuerzo axial

Deformacin axial

A

PstreesAxial A :

L

LstrainAxial A

:

ESFUERZOS Y DEFORMACIONES AXIALES

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A

A vs. A para rocas elsticas ideales, las cuales no son isotrpicas.

Cargando

A

Descargando A

ASlope


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Cuando se obtienen taludes muy inclinados, es por que la carga actu muy rpidamente sobre el espcimen.

La mayora de las rocas no son idealmente elsticas.

A

L

L

P

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GEOMECANICA

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ndice de calidad geomecnica del

macizo rocoso

RQD

D. Deere

Palmstrm

Priest and Hudson

RMR Bieniawski

Q

RSR

RMi

GSI Hoek & Marinos

Wikham

N. Barton

Palmstrom


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Segn Bieniawski, es la ciencia e ingeniera que estudia los suelos y los materiales rocosos, lo mismo que a los macizos rocosos. Este es un campo de prctica profesional e investigacin que trata de lo anteriormente mencionado.

La geomecnica contribuye a un nmero de disciplinas tales como Ingeniera de Minas, Civil, Geolgica, Petrolera y de Gas Natural. Estas disciplinas se estudian para disear y construir algunos proyectos, tales como minas, tneles, cimentaciones, estabilidad de taludes, piques, perforaciones en la bsqueda de petrleo y gas, etc.

DEFINICION

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Objetivos

Conocer las caractersticas geomecnicas de las rocas para minimizar y/o evitar el deslizamiento de los taludes.

La geomecnica permite mejorar ambos: el ambiente donde vivimos y la calidad de vida de los habitantes del planeta Tierra.


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Para utilizar el mapeo geolgico y geomecnico de las discontinuidades del macizo rocoso, es necesario clasificar y cuantificar sus efectos en el proceso de excavacin de dicho macizo. A nivel mundial, existen diversos sistemas de clasificacin y caracterizacin del macizo rocoso, pero los ms usados son los siguientes: Rock Quality Designation (RQD-Index). Rock Mass Rating System (RMRs-value). Rock Mass Quality (Q System-value).

CARACTERIZACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO

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Estos sistemas han sido desarrollados principalmente para evaluar la reduccin de la estabilidad de un macizo rocoso interceptado por algunos planos.

Sin embargo, ellos tambin pueden proveer cierta ayuda para estimar la influencia de las caractersticas del macizo rocoso durante el proceso de excavacin.


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El gelogo norteamericano D. Deere, que desarrollaba su trabajo profesional en el mbito de la mecnica de rocas, postul que la calidad estructural de un macizo rocoso puede ser estimada a partir de la informacin dada por la recuperacin de testigos intactos. Sobre esta base propone el ndice cuantitativo RQD (Rock Quality Designation).

El RQD se define como el porcentaje de testigos recuperables con una longitud mayor o igual a 10 cm.

ROCK QUALITY DESIGNATION RQD

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Basndose en los rangos de los valores del RQD, el macizo rocoso puede ser caracterizado segn la valoracin siguiente:

10010

x

totalLongitud

cmtestigosdetotalLongitudRQD

RQD (%) Calidad de la roca

100-90 Muy buena

90-75 Buena

75-50 Mediana

50-25 Mala

25-0 Muy mala


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(%)3.3115 vJxRQD

En caso que no se cuente con testigos adecuados, Palmstrm (1982) propone que el RQD puede ser calculado, definiendo un RQD superficial segn la siguiente expresin matemtica:

Donde Jv: nmero de contactos por m3

Jv: Jx + Jy + Jz Para Jv < 5 RQD = 100


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11.01.0100 eRQD

m

idadesdiscontinuN.

Donde

Priest y Hudson (1976) proponen el RQD, el cual puede ser calculado usando la siguiente expresin matemtica:


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Desarrollado en Sudfrica por Z. T. Bieniawski en 1973 y posteriormente modificado por l mismo en 1976 y en 1979. Tambin es conocido como CSIR (South African Council for Scientific and Industrial Research) (Consejo de frica del Sur para la Investigacin Cientfica e Industrial).

Actualmente, se usa la edicin de 1989 que coincide sustancialmente la con de 1979. Para determinar el ndice RMR de calidad de la roca, se hace uso de los parmetros del macizo rocoso que se mencionan posteriormente.

RMR (ROCK MASS RATING) DE BIENIAWSKI 1979


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Esta caracterizacin ingenieril de los macizos rocosos utiliza los siguientes seis parmetros, los cuales son medibles en el campo y tambin pueden ser obtenidos de la base de datos (laboratorios).

1. Resistencia compresiva uniaxial del macizo rocoso (Sc).

2. Designacin de calidad de roca (RQD).

3. Espaciamiento de las discontinuidades.

4. Condicin de las discontinuidades.

5. Condicin de agua subterrnea.

6. Orientacin de las discontinuidades.

ROCK MASS RATING SYSTEM (RMRS)

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Valores de los cinco parmetros que intervienen 1. Resistencia a la compresin de la roca alterada: Bieniawski

emplea la clasificacin de la resistencia a la compresin uniaxial de la roca que proponen Deere y Miller, como alternativa se podr utilizar la clasificacin de carga de punta para cualquier tipo de roca, excepto la muy frgil.

2. RQD: ndice de calidad de la roca segn Deere y Miller.

3. Espaciamiento de las discontinuidades: es decir, de las fallas, de los planos de estratificacin y otros planos de debilidad.


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4. Condiciones fsicas y geomtricas de las discontinuidades: este parmetro toma en cuenta la separacin o abertura de las fisuras, su continuidad, la rugosidad de su superficie, el estado de las paredes (duras o blandas) y la presencia de relleno en las discontinuidades.

5. Presencia de agua subterrnea: se intenta medir la influencia del flujo de las aguas subterrneas sobre la estabilidad de las excavaciones en funcin del caudal que existe en la excavacin y, de la relacin entre la presin del agua en las discontinuidades y el esfuerzo principal.

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El valor del RMR se calcula de la siguiente manera:

Valor de un parmetro individual

Las siguientes clases de los macizos rocosos son definidos por el valor RMR:

654321 RMR

RMR Clase N. Clasificacin

100-81 I Roca muy buena

81-60 II Roca buena

60-41 III Roca regular

40-21 IV Roca pobre

< 20 V Roca muy pobre


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Ensayo de Carga Puntual

(Mpa)

> 10 4 - 10 2 - 4 1 - 2 Valores bajos, efectuar ensayos compresin

uniaxial

Re

sist

en

cia

ro

ca in

tact

a

Compresin Simple (Mpa)

> 250 100 - 250 50 - 100 25 - 50 5 - 25 1 - 5 < 1

1

Valoracin 15 12 7 4 2 1 0

RQD 90% - 100% 75% - 90% 50% - 75% 25% - 50% < 25% 2

Valoracin 20 17 13 6 3

Separacin entre diaclasas (m) > 2 0.6 - 2 0.2 - 0.6 0.06 - 0.2 < 0.06 3


Estado de las diaclasas

Muy rugosas, discontinuas,

cerradas, bordes sanos y duros

Algo rugosas, separacin < 1

mm, bordes duros

Algo rugosas, separacin < 1

mm, bordes blandos

Espejos de falla, relleno < 5 mm, separacin 1 - 5 mm, diaclasas

continuas

Relleno blando > 5 mm, separacin > 5 mm, diaclasas continuas

4

Valoracin 30 25 20 10 0

Caudal / 10m de tnel (l/min)

Nulo < 10 10 - 25 25 - 125 > 125

Presin de agua 0 0 - 0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.5 > 0.5

Ag

ua

fre

tic

a

Estado general Seco Ligeramente

hmedo Hmedo Goteando Fluyendo

5


TABLA I


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Este sistema es uno de los ms usados en nuestro medio, debido a la interrelacin con el sistema de clasificacin de Bieniawski (RMRs). Primero se calcula el RMRs y luego se determina el valor de Q.

Un sistema estructural de macizos rocosos, orientado tambin a servir en la construccin de tneles, fue desarrollado por Barton, Lien y Lunden; investigadores del NGI (Norwegian Geotechnical Institute) que se basaron en extensivos estudios en macizos rocosos y en un gran nmero de casos de estabilidad de excavaciones subterrneas.

CARACTERIZACION DEL MACIZO ROCOSO POR N. BARTON.

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SRF

Jx

J

Jx

J

RQDQ w

a

r

n

RQD : parmetro definido por Deere (1964) Jn : nmero de contactos Jr : nmero de rugosidades Ja : nmero de alteracin Jw : condicin de agua subterrnea SRF : factor de reduccin del esfuerzo(stress reduction factor)

Para calcular el ndice Q se usa la siguiente expresin matemtica:

El sistema propuesto considera seis parmetros para definir la calidad de un macizo rocoso, que son los siguientes:


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El valor de Q puede variar aproximadamente entre 0,001 y 1000. Dentro de este rango se definen nueve calidades de roca, tal como se muestra en la tabla siguiente:

Calidad de roca Q

Excepcionalmente mala 0.001-0.01

Extremadamente mala 0.01-0.1

Muy mala 0.1-1.0

Mala 1.0-4.0

Regular 4.0-10.0

Buena 10.0-40.0

Muy buena 40.0-100.0

Extremadamente buena 100.0-400.0

Excepcionalmente buena 400.0-1000.0


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Clasificacin

RQD 5

RMR 5

Q 9

100

100

1000 0.001

0

0

Barton

Bieniawski

Deere

Resistencia, rigidez, tamao del bloque, integridad estructural estabilidad, vida til, etc.

CORRELACION ENTRE EL RQD, EL RMRS Y EL Q SYSTEM

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El GSI (geological strength index) se basa en estimaciones cualitativas al igual que el RMR. The Geological Strength Index toma en cuenta del macizo rocoso lo siguiente: a) La estructura del macizo rocoso considera el grado de

fracturamiento o la cantidad de contactos por metro lineal. 1. Roca masiva o levemente fracturada (LF). 2. Roca moderadamente fracturada (F). 3. Roca muy fracturada (MF). 4. Roca intensamente fracturada (IF). 5. Roca triturada o brechada (T).

GEOLOGICAL STRENGTH INDEX DE HOEK & MARINOS (2000)


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b) La condicin superficial del macizo rocoso, tal como la

resistencia de la roca intacta y las propiedades de las

discontinuidades: resistencia, apertura, rugosidad, relleno y

la meteorizacin o alteracin.

1. Roca muy buena (MB).

2. Roca buena (B).

3. Roca regular (R).

4. Roca mala (M).

5. Roca muy mala (MM).

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La caracterizacin del macizo rocoso propuesta por Bieniawski y Barton es de inters especial, puesto que incluye suficiente informacin para poder evaluar los parmetros del macizo rocoso que tienen influencia en la estabilidad de una excavacin subterrnea como en taludes en roca.

Bieniawski da ms importancia a la orientacin y a la inclinacin estructural de la roca y ninguna a los esfuerzos en la roca.

COMPARACION DE LOS METODOS DE BIENIAWSKI VS. BARTON

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Barton no incluye o no considera el factor de la orientacin de los contactos, pero s considera las propiedades de los sistemas de contactos ms desfavorables al evaluar la rugosidad de los contactos y su grado de alteracin. Ambos representan la resistencia al esfuerzo cortante del macizo rocoso.

Estos dos sistemas sealan que la orientacin y la inclinacin de las estructuras son de menos importancia, y la diferencia entre favorable y desfavorable es adecuada para los casos prcticos.

Existen algunos materiales como la pizarra que tiene caractersticas estructurales tan importantes que tienden a dominar el comportamiento de los macizos rocosos.


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En otros casos, grandes bloques quedan aislados por

discontinuidades y causan problemas de inestabilidad durante la

excavacin, para estos casos los sistemas de clasificacin

descritos sern quizs no adecuados y se necesitarn

consideraciones especiales para la relacin entre la geometra

del macizo rocoso y la excavacin.

Cuando se trata de rocas de muy mala calidad, rocas

comprimidas, expansivas o con grandes flujos de agua, la

clasificacin de Bieniawski es poco aplicable.

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Por tanto, en este tipo de rocas extremadamente malas se

recurre al sistema de Barton. Cabe enfatizar que para mayor

seguridad, estas caracterizaciones se deben tomar como guas y,

es mejor aplicar ciencia y tecnologa con modelos matemticos.


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Se sabe que las diferentes caracterizaciones del macizo rocoso que existen a nivel mundial, postuladas por los diversos investigadores, son empricas. Por ello, se deben tomar como tal; es decir, como una gua. Estas caracterizaciones se han realizado en otros pases de diferentes condiciones al Per. Para que estas caracterizaciones dejen de ser empricas debe hacerse uso de los diferentes modelos matemticos de la investigacin de operaciones y darles un cierto grado de confiabilidad.

RECOMENDACIONES

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GEOLOGIA ESTRUCTURAL


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La geologa estructural est directamente relacionada con otras ramas de la geologa.

GEOLOGIA ESTRUCTURAL

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Effcet of topography on bedswich dip downstream at anangle greater than the streamgradient.


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Effcet of topography on bedswich dip downstream at anless the sreteam gradient

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Representacin de un plano inclinado:a) Diagrama de un block mostrando un afloramiento en el punto 0.b) Diagrama mostrando una esfera construida con el centro en el punto 0.


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Buzamiento aparenteBuzamiento real

Sentido del Buzamiento

Direccinde capa

60

60

5630

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Introduccin

Al inicio de la minera, a nivel mundial no exista ley que la rega, mucho menos en el Per. As como la ciencia y la tecnologa avanza, tambin fue reglamentndose la industria minera, obteniendo la evolucin de las leyes en seguridad. Ley babilnica: Cdigo de Hammurabi. Ley inglesa (1982 y 1875): Ley de los explosivos. Ley alemana (1880). Ley norteamericana (1887).

NORMAS DE SEGURIDAD EN PERFORACION Y VOLADURA


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Con la Revolucin industrial y la lucha de la clase obrera, se

establecieron los Reglamentos de Seguridad Minera y,

ltimamente, el 21 de agosto 2010 se aprob el Decreto

Supremo 055-2010-EM.

Las operaciones mineras unitarias binomiales de perforacin y

voladura son las que dan inicio a toda la explotacin minero-

metalrgica.

La industria minero-metalrgica es una actividad que por su

naturaleza y complejidad representa un alto riesgo para todos

los inmersos en esta actividad extractiva.

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Por lo que a nivel mundial, se han instituido una serie de

normas de seguridad; en este caso para las personas que

trabajan en perforacin y voladura de rocas.

En el Per, el MEM (Ministerio de Energa y Minas) es el

encargado de regular y hacer cumplir todas la normatividad y

reglamentacin referente a esta materia.

Tambin, se puede mencionar a la DICSCAMEC que regula y

norma todas las actividades concernientes al almacenamiento,

manipuleo, transporte y uso de todas las MEC y los accesorios

de voladura.


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ACCIDENTE: GASEADONO CUMPLIO CON EL TIEMPOESTABLECIDO PARA INGRESAR ALA LABOR MINERA

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Cabe enfatizar que a partir del ao 2003, profesionales de la

fabricacin de explosivos, de la industria minera, de

universidades, etc. se han venido reuniendo en la Sociedad

Nacional de Industrias, formado el denominado Comit Tcnico

de Normalizacin de los Accesorios de Voladura y MEC; quienes

han trabajado en este tema, material que se encuentra

disponible en el Indecopi.

Lo mismo, otro equipo de profesionales tambin se encargaron

de regular y controlar el almacenaje, manipuleo, transporte y

uso de los productos pirotcnicos.


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Por otro lado, como ya se sabe, cada compaa minera tiene su departamento de seguridad e higiene minera, el cual se encarga de cumplir y hacer cumplir todas las normas y regulaciones vigentes, entre las cuales se puede mencionar las siguientes: Capacitar permanentemente a todo el personal. Charlas de 5 minutos antes de comenzar las labores. Vestimenta e implementos de seguridad. Examen psicolgico, etc.

Se reitera que el 21 de agosto de 2010, en el captulo VI desde el art. 243 al 269, se especifica la normatividad en cuanto a perforacin y voladura de rocas.

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PERFORACION

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Como se sabe, la cadena de valor de la industria minero-metalrgica comienza con las operaciones unitarias binomiales de perforacin y voladura, terminando con la obtencin de los metales y/o concentrados. Por otro lado, muchos investigadores a nivel mundial han demostrado que la fragmentacin obtenida como resultado de las operaciones mineras unitarias de perforacin y voladura tienen un impacto hasta del 70% del costo total (US$/Tm) en las operaciones minero-metalrgicas.

Introduccin

PERFORACION


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Es decir, se debe efectuar un profundo anlisis en donde se debe invertir ms.

1../($)exp FLtmlosivokg

2$

moliendahkW

US

O

Obviamente, que se ha demostrado a nivel mundial que es mucho ms rentable invertir en (1) que en (2), porque los (kW - h) tienen un costo mayor.

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Perforacin Acarreo

Chancadora primaria

Operaciones subsiguientes


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En el planeamiento de minado, el encargado de este departamento determina la cantidad, la capacidad y las especificaciones tcnicas de las perforadoras. Para una adecuada perforacin y evacuacin de los detritus, se aplica los modelos matemticos de los investigadores, entre ellos el Dr. Alan Bauer. Conocida la caracterizacin geomecnica y mecnica de rocas de macizo rocoso y el adecuado diseo del disparo primario, en especial el parmetro de Burden y las caractersticas de la MEC, se obtendr una buena fragmentacin.

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9001

La variable que determina la productividad y los costos de

todas las operaciones mineras subsiguientes a la perforacin y

voladura es la fragmentacin.

Conocer en forma genrica los modernos conceptos y

modelos matemticos de perforacin.

Revisar la tecnologa ms moderna existente a nivel mundial

en perforacin.

Determinar las mallas de perforacin para lograr una

adecuada penetracin a la roca, formando los taladros que

posteriormente sern llenados con MEC.


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Superficie terrestre

Cuerpo mineralizado

Planta

Chancado primarioChancado secundario

ExtraccinCarguo y acarreo

Perforacin y voldaduraFragmentacin

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Se efecta tomando en cuenta lo siguiente: Dimensiones del taladro. Mtodo de montaje. Tipo de energa a usarse.

Los mecanismos de penetracin a una roca segn el mtodo de ataque a esta son los siguientes: Percusin. Rotacin. Roto-percusin.

El sistema de penetracin a una roca usando el ataque mecnico es el ms usado a nivel mundial en las operaciones mineras.

CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE PENETRACION A UNA ROCA


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Perforadora: fuente

generadora de la energa.

Barrenos: trasmisor de la

energa.

Broca: aplicador de la

energa.

Circulacin del fluido:

enfriamiento y limpieza.

Drilling

COMPONENTES OPERACIONALES DE UN SISTEMA DE PERFORACION

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Perforadora. Barrenos. Broca. Circulacin del fluido. Dimensiones del taladro. Roca. Los factores anteriores son los componentes del sistema de perforacin variables operacionales, los cuales se controlan dentro de ciertos lmites y ellas deben ser seleccionadas para adecuarse al tipo de roca.

PRINCIPALES FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERFORACION


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9001

El dimensionamiento del taladro comprende tamao,

profundidad e inclinacin de este.

Son dictados principalmente por requerimientos externos y

ellos son variables independientes durante el proceso de

perforacin.

Los factores de la roca mencionados anteriormente son

ambientalmente determinados. Estos factores son tambin

variables independientes durante el proceso de la perforacin

y, de acuerdo a Tandanand (1973), incluyen los siguientes

parmetros:

Propiedades de la roca: resistencia compresiva, porosidad,

contenido de humedad, cohesin, etc.

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Condiciones geolgicas: petrologa y condiciones

estructurales, fracturas, contactos, fallas, etc.

Estado del esfuerzo: presin in situ, etc.


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9001

Aunque algunos criterios ms sofisticados han sido propuestos, los siguientes son empleados casi exclusivamente para evaluar el rendimiento de un sistema de perforacin dado o para comparar los resultados de varios sistemas de perforacin. Energa o fuerza. Rango de penetracin. Desgaste de la broca. Costos.

ANALISIS DE RENDIMIENTO DE UNA PERFORADORA

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Definicin

Es el proceso de penetrar a la roca para la formacin de taladros.

PERFORACION


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Clasificacin de la perforacin

Rotativa Percusiva

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La perforadora, el barreno y la broca constituyen el sistema de perforacin y son considerados como variables de diseo.

El tamao y la profundidad del taladro dependen de los diseos de voladura y de los requerimientos de la produccin.

Es importante enfatizar que el macizo rocoso es una variable totalmente aleatoria.


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Energa.

Rango de penetracin.

Desgaste de la broca.

Costos.

Se considera que la medida de la eficiencia de la perforadora es la energa especfica e o la energa consumida por unidad de volumen de roca fracturada.

PARAMETROS DE RENDIMIENTO

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Teale (1965) y Bayley (1967) dedujeron que una medida muy

til de la eficiencia de la perforacin para una maquina

perforadora dada es la energa especfica.

La energa especfica es la energa consumida por el volumen

unitario, explicada en la siguiente expresin matemtica.

EFICIENCIA DE LA PERFORACION


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PRAP

V

Ee

Lo dicho anteriormente, se expresa matemticamente de la siguiente manera:

e: energa especfica.

E: energa de soplo (BPM).

V: volumen de roca fracturada (pies3).

A: rea del taladro (pies2).

PR: rango de penetracin (pie/min).

P: presin (psi).

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Se expresa como un avance lineal: )1(/ A

dtdvPR

dv/dt: razn de cambio de volumen de roca fracturada

La dependencia de la razn de remocin con la energa aplicada ha sido determinada por la siguiente proporcionalidad:

)2(EV

No tomando en cuenta la energa empleada para iniciar la penetracin y tomando la derivada respecto al tiempo, de la ecuacin (2) se obtiene lo siguiente:

)3(dt

dE

dt

dv

RANGO DE PENETRACION (PR)


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De la ecuacin (1), se tiene )4(. dt

dvAPR

De las ecuaciones (3) y (4), se tiene dt

dEAPR .

Por tanto, A

dtdEPR

/

Por definicin, se tiene PA

dtdE

/

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PERFORACION ROTATIVA


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Principios de la energa de operacin

Son mquinas diseadas para operar con gran fuerza de avance (pull down) y un sistema rotacional.

Los componentes principales de la perforadora rotativa son el barreno, la broca y la circulacin de flujo de aire para la limpieza de los taladros.

Para una eficiente perforacin, los detritus de roca formados por la perforacin en los taladros deben ser evacuados para evitar que sean triturados por los elementos cortadores de la broca, para ello debe suministrase una circulacin de aire y as evacuar dichos detritus. Tambin, debe suministrarse agua para controlar el polvo.

PERFORACION ROTATIVA

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El tipo de brocas usadas a nivel mundial, en perforacin rotativa en minas superficiales, es la broca tricnica con conos dispuestos excntricamente para tener una mayor accin trituradora.

BROCAS


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La broca es el componente principal, aplicador de la energa durante la perforacin. Su funcin es triturar o desagregar la roca en el proceso de perforacin. La broca tricnica es de accin trituradora y hendedora. Tiene tres rodillos o conos con elementos cortadores (dientes o insertos), pero la estructura real del fondo que crea la geometra de la broca tricnica es la formacin de una pequea convexidad en el centro y algo ms profunda en la periferia.

BROCAS TRICONICAS

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2. MARCAS DE LA CIA.

3. INSERTOS DECARBURO DETUNGSTENO

4. DIENTES DECARBURO DETUNGSTENO

1. SISTEMA DE AIRE


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Existen dos tipos de brocas tricnicas: 1. De dientes. Los tipos de

brocas con dientes de acero son usados para terrenos suaves a semiduras que tienen una resistencia a la compresin < 14 500 psi.

La ventaja de las brocas de dientes de acero es su bajo costo, pues valen la quinta parte de uno de insertos.

TIPOS DE BROCAS TRICONICAS

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Diagrama conceptual mostrando la vida de las brocas rotativas de dientes de acero vs. el dimetro de estas, perforando en rocas de diferentes Sc.

LEYENDA

Roca con una Sc de12,000 Psi.Roca con una Sc de8,000 Psi.

1000 2000 3000 4000 5000

VIDA DE LAS BROCAS (PIES)

0

7

8

9

10

11

12

13

1600

DIA

ME

TR

O (

PU

8L

GA

DA

S)


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PES

O P

OR

PU

LGA

DA

S D

E D

IAM

ETR

O D

E B

RO

CA

(W

/)

(MIL

ES D

E LB

)

Diagrama conceptual mostrando el peso recomendado del empuje hacia abajo (W/) por pulgada de dimetro de broca vs. el dimetro de broca.

DIAMETRO DE LAS BROCAS (PULGADAS)

65

6

7

8

9

10

8 10 12 14 16 17

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Vid

a d

e la

bro

ca

(W/)

Diagrama conceptual mostrando la vida de la broca vs. el peso del empuje hacia abajo para una broca de 9 7/8 de dimetro, perforando en una roca dura.

(FT)

800

800

2000 4000 6000 8000 1000Peso del empuje hacia abajo por pulgadade dimetro de broca

1000

1200

1400

1600


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La ventaja de estos es que requieren menos empuje para conseguir una velocidad de penetracin.

Reducen las vibraciones, produciendo menos fatiga en la perforacin.

Disminuyen el desgaste sobre el estabilizador y la barra porque los insertos de carburo mantienen el dimetro de la broca, mejor que los dientes.

Producen menos prdidas de tiempo por cambio de brocas.

2. De insertos. Son usados en rocas competentes, con una Sc > 14 500 psi.

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Diagrama conceptual mostrando las brocas rotativas con insertos vs. el dimetro de estas, perforando en rocas de diferentes Sc.


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Se debe aplicar un adecuado pull down balanceado con la rotacin de acuerdo al tipo de roca. El Dr. Alan Bauer despus de todas sus investigaciones recomend lo siguiente:

6 pulg 5,500 lb/pulg

9 7/8 pulg 6,500 lb/pulg

12 pulg 7,200 lb/pulg

PULL DOWN

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Rotacin

Los rangos de rotacin ms comunes en perforacin rotativa, en minera superficial, son los siguientes:

De 60-90 RPM para rocas competentes.

De 90 RMP para rocas suaves.

Caballos de fuerza (HP)

Los requerimientos de HP para brocas tricnicas rotativas pueden ser calculados por la siguiente frmula:

5.15.2 TNKDHP

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