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OTRA VISIÓN DE LAS OPERACIONES DE
VOLADURA DE ROCAS
Omar Giraldo
Cementos Argos S. A.
Gerencia procesos productivos - Regional Colombia
Septiembre 2010 Montego Bay
Video voladura electrónicos
Contenido
1. Introducción
2. Consideraciones
3. Objetivos
4. Metodología
5. Implementación
6. Estadística asociada a los tiempos de retardo
7. Innovación Tecnológica: Detonadores electrónicos
8. Resultados
9. Conclusiones
1. Introducción
INTRODUCCIÓN
De acuerdo a la dureza de las rocas en las minas es
necesario o no la utilización de explosivos para extraerlas
La cultura del mejoramiento continúo apropiada para todos
los grupos de profesionales en las minas debe identificar
las operaciones de voladuras como un punto crítico en la
cadena de reducción de tamaño de la roca
Todas estas variables a nivel de tipo de roca y fracturas
generan gran cantidad de sobretamaños, que a su vez
generan bajos rendimientos en los equipos de cargue,
transporte, trituración y molienda, altos costos en la
extracción
Esta es la visión técnica para la que normalmente somos
educados y para la cual nos preparan en nuestras
universidades, pero resulta que hay un aspecto
fundamental cuando un profesional de voladuras se
encuentra en el campo y son los niveles de vibración y ruido
que se generan en cada voladura y que tienen 2
consecuencias:
Las quejas que se pueden generar en la comunidades cercanas a
las minas
* El daño que se le genera al macizo rocoso donde se encuentra la
operación
*
2. Consideraciones
Campo Lejano: No hay norma regulatoria en Colombia y
muchos países de latinoamerica
Campo Cercano: Fragmentación, control de daño de
taludes y pisos eliminación o prevención de proyección
de rocas (flyrock)
Estamos en zonas de alta actividad sísmica, la cual
puede causar daños a las estructuras que pueden ser
atribuidos a las voladuras
Relaciones para la velocidad de vibración por voladuras y la escala sísmica
Rango de vibración
Por voladuras según
Normas internacionales
El nivel de velocidad de vibración por un sismo de M=6 sería mayor hasta una distancia de 100 km que
cualquier voladura que cumpla con Norma
Fuente: S. Akkar, J. J. Bommer. Empirical Prediction Equations for Peak Ground Velocity Derived from Strong-Motion Records from Europe and
the Middle East. BSSA, Vol. 97, No. 2, 2007.
3. Objetivos
Minimizar el nivel de vibración y ruido en las voladuras
mediante la utilización de la innovación tecnológica con
los sistemas de iniciación electrónico en las plantas
Rioclaro, Toluviejo y Yumbo
Reducir el costo del metro cúbico volado
Disminuir la granulometría del material volado para
reducir el consumo de energía en los procesos de
trituración y molienda de crudo
4. Metodología
Paso 1: Investigar, describir y entender el proceso actual
de perforación y voladura en términos cuantitativos, noambiguos y tangibles en cuanto a la medición de la
vibración y el ruido. (Geología estructural, parámetros
geomecánicos, variables geométricas de la voladura,
calidad explosivos, etc)
Paso 2: por cada evento de voladura disponible se realiza
la cuantificación del impacto físico (vibración y onda
expansiva) en el campo cercano (dentro de la mina)
PROPUESTA METODOLÓGICA
Paso 3: Por cada evento de voladura registrada como parte
del Paso 1, se procede a medir el efecto físico (vibración y
onda expansiva) causado en uno o más puntos
identificados dentro del pueblo vecino (campo lejano)
Paso 4: Analizar las mediciones de tal forma que se puede
sugerir e implementar cambios ya sea de diseño o
solamente ejecución para alterar los impactos, mediante
innovación tecnológica
5. Implementación: Análisis de las Voladuras
Análisis de las Voladuras
PASO 1: Clasificación geológica de la roca: Estructural y Geomecánica
Capacidad
de
soportar
esfuerzos que se conoce
como Esfuerzo Dinámico
Máximo.
ε = PPV / Vp
ε = σ/ E
σ = ( E x PPV ) / Vp
Análisis de las Voladuras
PASO 1: Implementación del diseño
• Controlar los parámetros geométricos de
la voladura con Topografía
1010.00
1005.00
1141.00
1140.03
1140.02
1140.02
1140.01
1140.01
1140.00
1139.99
1139.99
1139.98
1139.98
1139.97
1139.97
1139.96
1139.96
1139.95
1139.95
1139.94
1139.94
1139.94
1000.00
995.00
990.00
985.00
980.00
975.00
-410.00
-405.00
-400.00
Análisis de las Voladuras
PASO 1: Calidad de los explosivos
• Medición de la eficiencia de los
explosivos de acuerdo a su VOD
Penetración de Retacado por
Gases
ANFO
INDUGEL
Análisis de las Voladuras
PASO 1: Verificación de los niveles de vibración
Evaluación de los sistemas de Iniciación Nonel ó
pirotécnicos
Análisis de las Voladuras
PASO 1: Verificación
de los niveles de ruido
Análisis del material de Retacado
5
4
3
2
1
Análisis de las Voladuras
PASO 2: Filmación con cámara alta velocidad
Video Cámara alta velocidad
Análisis de las Voladuras
PASO 2: Medición del daño inducido en el macizo rocoso
• Modelo de H&P para campo cercano
Como se efectúan las mediciones sísmicas y parámetros
involucrados
Voladura
Transductor
(geófonos y
sismógrafos )
Sismogramas
Análisis de las Voladuras
PASO 3: Medición del daño inducido en pueblos cercanos
• Modelo de predicción de
Devine en el campo lejano
Serie Full Data
10
Puntos
mensurados
Linea Según
Modelo
Obtenido
mm/s
1
Linea Cuisine
0.1
0.01
1.00
10.00
100.00
DS
1000.00
6. Estadística asociada a los tiempos de Retardo:
Detonadores Pirotécnicos ó Nonel
PRECISIÓN: Corresponde al concepto que define cuán dispersos
están respecto de la media, los tiempos de retardo de una serie de
detonadores del mismo tiempo muestreados.
Dicho de otra forma, qué tan acotada o dispersa está la nube de
datos de una muestra respecto de la media obtenida.
Estadísticamente, la precisión está dada por la desviación
standard.
1.-Desviación standard poblacional (n > 30)
σ = Desviación standard
X = Media
√
√
σn =
∑x2 - (∑x2 )
n
n-1
2.-Desviación standard muestral (n ≤ 30)
σ
σn-1
x
=
∑ x2 - (∑ x2)
n
n
La desviación standard es pues un indicador estadístico de la
dispersión de los datos respecto de la media, lo que corresponde a
la precisión.
De este concepto se desprende el de DISPERSIÓN, que no es otra
cosa que la desviación Estandard presentada en términos
porcentuales y que representa a la Precisión.
Se puede decir entonces que la dispersión es un indicador de
precisión.
Dispersión: También es llamada coeficiente de dispersión o CD%, el que
se expresa por:
Cd% =
σ
X
* 100
La EXACTITUD es un concepto distinto al anterior y dice relación
con la lejanía que tienen la media de una muestra respecto del
tiempo nominal de retardo del detonador.
Cm%
x
Exactitud = Cm%: coeficiente
de las medias
Cm% = X - N * 100 , con N = Tiempo
N
Nominal
El RANGO no es otra cosa que el intervalo de tiempos entre los
cuales deben estar todos los tiempos de una muestra,
independientemente de su precisión y exactitud.
El que esto ocurra impide que existan traslapes entre números
correlativos de una serie de retardos.
Este concepto es muy importante a la hora de diseñar una voladura,
por cuanto lo que el diseñador tiene son rangos de tiempos y no
números nominales.
Ejemplo 1:
2 Números correlativos son muy exactos pero poco precisos
(alta dispersión cd%). Hay traslape
Media
Dispersión
Media
Dispersión
N
Número 1
N
Número 2
Ejemplo 2:
2 Números correlativos son muy precisos pero poco exactos
(alto cm%). Hay traslape
Media 1
N
Número 1
Media 2
N
Número 2
Ejemplo 3:
Sólo la combinación de estos tres conceptos permite trabajar
con rangos confiables.
Media 1
Media 2
Dispersión
Dispersión
N
Número 1
N
Número 2
Intervalo
Intervalo
7. Innovación Tecnológica: Detonadores Electrónicos
Tiempos de retardo noneles
Retardo entre barrenos = 17 – 42 ms
Retardo entre filas = 65 – 109 ms
Nuevos tiempos de
retardo con detonadores
electrónicos
Tiempo entre barrenos = 1 – 3 ms
Tiempo entre filas = 100 – 300 ms
Tiempos retardo – Llegadas Vp & Vs
Vp
Vs
0 ms
Vp
Vs
2 ms
4 ms
Tiempos de
retardo nonel
0 ms
0 ms
25 ms
2 ms
50 ms
4 ms
Cálculo tiempos cortos de retardo entre barenos
T = 0.6 (S/Vp) x 1000
Donde:
T = Tiempos de retardo entre barrenos en una fila (ms)
S = Distancia entre barrenos en una fila (m)
Vp = Velocidad de onda P ó sonica de la roca (m/s)
Ejemplo de cálculo
Asumiendo un espaciamiento entre barrenos S = 6 m
y Vp = 2400 m/s.
T = 0.6 (S/Vp) x 1000
T = 0.6 (6 m/2400 m/s) x 1000
T = 1.5 ms
Video explicación funcionamiento electrónicos
7. Innovación Tecnológica: Prueba comparativa entre
detonadores pirotécnicos y electrónicos
Video explica la precisión de los electrónicos
8. Resultados
Campo Cercano: Excelente desplazamiento en la parte de atrás de
la voladura que nos garantiza un macizo rocoso más sano
12m
3m
Campo lejano: Todas las voladuras realizadas están bajo norma
Vibración Máxima Permitida
Española
Grupo 2 Norma
Grupo 3
Grupo 1
20
20
100
100
100
1000
mm/s
100
0,1
2
10 15
75
100
1000
9
9
45
45
45
Curva Límite
Datos monitoreados
4
4
20
20
20
4
4
4
20
20
20
1
0,1
0,1
1
10
Frecuencia (Hz)
100
1000
Planta Yumbo
Curvas Granulometricas Exel Vs UT500
d120 =
Reducción
0,12 m
0,33m
d100 =
% Pasante
d80 =
0,45m
Exel
d60 =
Electrónico
Logarítmica (Exel)
d40 =
Logarítmica (Electrónico)
d20 =
d=
0
0.2
0.4
0.6
Tamaño (m)
0.8
1
1.2
Planta Tolú Viejo
Curvas Granulometricas Exel Vs UT500
d120 =
0,27m
Reducción
0,2 m
d100 =
% Pasante
d80 =
Exel
0,47m
d60 =
Electrónico
Logarítmica (Exel)
d40 =
Logarítmica (Electrónico)
d20 =
d=
0
0.2
0.4
0.6
Tamaño (m)
0.8
1
1.2
Planta Río Claro
Curvas Granulometricas Exel Vs UT500
Reducción
0,16 m
d100 =
0,41 m
d90 =
d80 =
% Pasante
d70 =
0,57 m
d60 =
Exel
12m
d50 =
Electrónico
Logarítmica (Exel)
d40 =
Logarítmica (Electrónico)
d30 =
d20 =
d10 =
d=
0
0,2
0,4
0,6
Tamaño (m)
0,8
1
Ahorros logrados por la Innovación Tecnológica
Plantas
Río Claro
Tolú Viejo
Yumbo
Beneficios
Mejoras
Volumen
Ahorros/Año
D(80)
16cm
Ampliación de malla
15%
Sobretamaños
3%
94,500 USD
D(80)
20cm
70,000 USD
Ampliación de malla
15%
Sobretamaños
4%
42,000 USD
D(80)
12cm
230,000 USD
Ampliación de malla
15%
Sobretamaños
2%
150,000 USD
2’000.000
700.000
2’100.000
210,000 USD
76,115 USD
151,212 USD
53,550 USD
TOTAL
1,077,377 USD
9. Conclusiones
* Los niveles de vibración y ruido que se perciben en las cercanías a
las voladuras electrónicas cumplen con los estándares
internacionales.
* Los resultados de los estudios granulométricos realizados en las
plantas de Argos, permiten visualizar una mejora contundente en la
fragmentación, representada en la reducción del D(80), generando
un ahorro al año de usd $450,000 por menores consumos de
energía en la trituración y la molienda
* Logramos una disminución del 50% en los sobretamaños
generados lo que nos representa un ahorro al año de usd $200,000
* Con la ampliación de la malla en un 15% logramos un ahorro en el
metro cúbico volado de usd $430,000 al año
* Dados los ahorros generados, la migración al 100% a detonadores
electrónicos, asegura la continuidad de los beneficios dados en el
tiempo.
* Seguiremos con el proceso de mejoramiento, identificando las
necesidades y opciones de mejoras y desarrollándolas en un plan
para el 2011
Video con voladuras Argos donde se observan mejoras
GRACIAS