Informe de Medición de Vibraciones Enaex

OCTUBRE DE 2019 INFORME TÉCNICO: MODELAMIENTO DE VIBRACIONES PARA LA Z O N A TA L L E R DE CA M I O N E S – R E C O

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OCTUBRE DE 2019

INFORME TÉCNICO: MODELAMIENTO

DE

VIBRACIONES PARA LA Z O N A TA L L E R

DE CA M I O N E S – R E C O M E N D A C I O N E S CUIDADO DE TALUDES

PARA

EL

PROYECTO QUELLAVECO - SMI REGIÓN Moquegua - PERÚ ENAEX MINING TECHNICAL SOLUTIONS EMTS CALLE AMADOR MERINO REYNA 281, SAN ISIDRO, LIMA – PERÚ 1

Documento Número

:

EP.EMTS.AAQ.2019.09.30-01

Documento elaborado por Fecha

: :

Jonathan Alvis Cjuro Octubre de 2019

Firma

Documento revisado por Fecha

: :

Martin Mendoza Juarez Octubre de 2019

Firma

Documento aprobado por Fecha

: :

Martin Mendoza Juarez Octubre de 2019

Firma

2

INDICE 1.

RESUMEN ...................................................................................................................................... 4

2.

INTRODUCCION ............................................................................................................................. 5

3.

OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 5

4.

ALCANCE ....................................................................................................................................... 5

5.

MODELAMIENTO DE VIBRACIONES ............................................................................................... 6

6.

CALCULO DE LA VELOCIDAD DE ONDE P Y VELOCIDAD PICO PARTICULA ....................................... 6

7.

CONTROL DE DAÑO EN LAS PAREDES ............................................................................................ 7

8.

MODELO DE ATENUACIÓN DE VIBRACIONES EN CAMPO CERCANO............................................... 7

9.

AMPLITUD DE LA VIBRACION Y DETERMINACION DE LA ONDA P .................................................. 8

10.

IMPLEMENTACION DE LA PRUEBA DE CROSS HOLE EN LA ZONA TALLER DE CAMIONES.......... 10

11.

REGISTRO DE VIBRACIÓN E CAMPO CERCANO EN LA ZONA TALLER DE CAMIONES ................. 12

12.

MODELO DE ATENUACIÓN DE VIBRACIONES EN LA ZONA TALLER DE CAMIONES ................... 16

13.

ANALISIS DE RESULTADOS ....................................................................................................... 20

14.

RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 25

14.1. 14.2. 14.3. 15.

DISEÑO DE PRECORTES ................................................................................................................... 25 DISEÑO DE CARGA DE BUFFER ......................................................................................................... 30 DISEÑO DE PERFORACIÓN Y SIMULACIÓN .......................................................................................... 34 CONSIDERACIONES FINALES .................................................................................................... 37

3

1. RESUMEN El propósito del Grupo Enaex Mining Technical Solutions (EMTS), parte del grupo Enaex, es desarrollar y entregar soluciones técnicas que generen valor en el proceso. Intentando siempre optimizar la operación y resultados de perforación y voladura (P&V) a través del desarrollo de ingeniería avanzada; basándose en la medición, análisis e investigación de los fenómenos que son de atención y/o interés dentro del proceso global operativo. Sobre este escenario, EMTS desarrolló un estudio con el objetivo de poder confeccionar un modelo de atenuación de vibraciones en campo cercano y conocer los parámetros dinámicos de la roca, determinando así los valores admisibles de Velocidad de Pico Partícula Crítico (VPPcrítico) para la zona en estudio. Este presente informe tiene el propósito de determinar el modelamiento de vibraciones en campo cercano y la obtención de la Velocidad de Onda P (Vp) para la litología Riolita – Granodiorita, a partir de estos datos y los entregados por el consorcio Cosapi-Epsa es posible obtener de forma teórica la Velocidad de Pico Partícula Crítico (VPPcrítico) y los niveles de perturbación asociados a ésta. De los resultados de la prueba de Cross Hole desprendimos el modelamiento en campo cercano, según el criterio de Holmberg y Persson, dando como resultados un valor de: para la progresiva 0+520 a 0+540: Vpp(77%) = 1177 (HP)^0.55, para la progresiva 0+540 a 0+560: Vpp(80%) = 263 (HP)^0.11. El valor de velocidad de onda P tienen un valor mínimo de 1024.033 y 2048.066 m/s, dichos valor servirán para estimar la velocidad de pico partícula crítica (VPPcrítico) en conjunto con los parámetros geotécnicos específicos de dicha unidad litológica estudiada (Riolita) entrega por Consorcio Cosapi Epsa. Dicho cálculo dio como valores representativos de VPPcrítico de 450.1 y 800.9 mm/s, valores con el que definiremos los niveles de perturbación descritos en el contenido del informe. Estos niveles nos permitirán analizar el impacto que genera la voladura a la generación del talud y al banco inferior. Ahora es bueno acotar que este es un primer paso para la caracterización del macizo y que podrá ser complementado con estudios de campo lejano si se empieza a reconocer que la vibración impacta a distancias lejanas debido a la interacción de ondas. En las simulaciones se demostró que el nivel de vibración (pulverización) en el talud llega hasta 2.44 metros del taladro y 0.94 metros debajo del nivel de la banqueta. Para estos niveles de daño se simuló la alternativa de poder realizar la perforación del Buffer por encima del nivel de diseño en 0.6 metros, y a 0.7 metros del talud. Tener en cuenta que en estas simulaciones no se consideró el filtro del precorte. También se rediseño el precorte con cargas desacopladas, con un factor de carga de 0.21 Kg/m2 con un espaciamiento de 1 metro entre taladro. También se rediseño el factor de carga del Buffer a 0.18 Kg/m3.

4

2. INTRODUCCION Este estudio surge a partir del compromiso adquirido por ENAEX con SMI-Quellaveco referido a la búsqueda de soluciones en torno al cuidado de taludes a fin de confeccionar un modelo de atenuación de vibraciones para la zona Taller de Camiones Litología Riolita. Con este propósito, se hizo la prueba de campo cercano estipulado en el Protocolo Prueba de Cross Hole realizada el 23 de septiembre del presente año, a su vez han sido actualizadas empíricamente las constantes de atenuación del macizo rocoso que permiten realizar una adecuada estimación de la vibración en niveles cercanos a la línea buffer y taladros de producción. Una vez ajustado el modelo con las propiedades y características propias de la zona evaluada; fue establecido, para diferentes longitudes de carga y tiempos y el efecto que esta causa en los niveles inferiores de los pozos y cercanía a los taludes. El presente documento expone la metodología y principales actividades desarrolladas en el estudio referido para generar herramientas que permitan, en la zona Taller de Camiones, simular, estimar resultados y cuantificar el impacto de distintas configuraciones de voladura detonadas en diferentes condiciones. Esta evaluación es confeccionada mediante parámetros, configuraciones y modelos determinados en base a la prueba de Cross Hole.

3. OBJETIVOS El objetivo del estudio está definido por el cumplimiento de tres actividades o tareas principales: Modelamiento de vibraciones para la Zona Taller de Camiones (Riolita). Cálculo de la Velocidad de onda P de la roca. Determinación de la Velocidad de Pico Partícula Crítico (VPPCRITICO) y niveles de perturbación asociados. Estimación de vibraciones en taludes y banco inferior.

4. ALCANCE La descripción expuesta en el presente documento siempre debe considerarse como solución viable en terreno para la Unidad Geológica - Geotécnica particular estudiada en función de la configuración de P&V implementada. Cualquier extrapolación a Unidades Geológicas Geotécnicas diferentes y/o configuraciones o productos sin evaluar considerará un alto riesgo de generar eventos de sobre generación de vibración que será perjudicial para la estabilidad de taludes. El cálculo de la velocidad de la onda P fue determinada por el promedio de las distintas cargas explosivas con una configuración adecuada y detonadas a un tiempo definido en el macizo rocoso caracterizado y con propiedades de roca intacta específicas; es importante señalar que, la representatividad en el valor de estas propiedades es determinante para establecer dicho espaciamiento de manera representativa y precisa. El cálculo de dicha velocidad de onda P es determinante para calcular el VPPcrítico para la zona de interés y poder elaborar los criterios de daño en la zona del estudio, señalar que como todo modelo es una herramienta predictiva que permite estimar los criterios máximos de vibración generada en la malla y talud.

5

5. MODELAMIENTO DE VIBRACIONES El modelamiento de vibraciones es de crucial importancia dentro de la estimación de VPP admisibles de la voladura para poder controlar los efectos que este pueda tener a estructuras de gran importancia, control de taludes, etc. Por tal hecho un pilar importante dentro del estudio es poder estimar correctamente los parámetros influyentes y ajustar el modelo a la zona referida del estudio. En este sentido, el Equipo EMTS Enaex, entendiendo la necesidad de SMI-Quellaveco, entiende que el control de vibraciones repercute de directamente en la estabilidad de las paredes del talud, por tanto, es de vital importancia lograr beneficios generados por los resultados de la voladura y su efecto vibracional. El modelo desarrollado está sustentado con base en los postulados de Holmberg & Persson (1994). Para lograr dicho objetivo, antes de la prueba de campo cercano, el equipo EMTS Enaex hizo llegar a las personas encargadas de la coordinación el protocolo respectivo llamado: “Protocolo: Prueba sísmica de Cross Hole Para Mitigar Impactos al Talud en Campo Cercano”; en el que exponemos las consideraciones para desarrollar la prueba, la configuración de taladros, cargas asociadas y tiempos específicos respectivos para validar la prueba. El éxito del ensayo queda reflejado en los resultados obtenidos y la nitidez de las ondas obtenidas. El encargado de realizar la implementación de la prueba fue el equipo EMTS Enaex.

6. CALCULO DE LA VELOCIDAD DE ONDE P Y VELOCIDAD PICO PARTICULA PICO Para lograr dicho objetivo, antes de la prueba de campo cercano, el equipo EMTS Enaex hizo llegar a las personas encargadas de la coordinación el protocolo respectivo llamado: “Protocolo: Prueba sísmica de Cross Hole Para Mitigar Impactos al Talud en Campo Cercano”; en el que exponemos las consideraciones para desarrollar la prueba, la configuración de taladros, cargas asociadas y tiempos específicos respectivos para validar la prueba. El éxito del ensayo queda reflejado en los resultados obtenidos y la nitidez de las ondas obtenidas. El encargado de realizar la implementación de la prueba fue el equipo EMTS Enaex. Tal como se mencionó en el apartado anterior, este valor es obtenido de la prueba de Cross Hole desarrollada bajo especificaciones del área de EMTS y es presentado como el promedio de las diferentes velocidades halladas por los pulsos de vibraciones generadas por las cargas explosivas. Los niveles de daño asociados se basan en criterios ampliamente usados en voladura y definidos como relaciones de vibración – impacto o daño. Estas relaciones permiten definir niveles de criticidad de vibración y el efecto provocado por éstas en el medio de transmisión, es decir, en la roca. Un ejemplo claro del impacto o efecto es la generación de fracturas en contorno de los taladros de perforación.

6

7. CONTROL DE DAÑO EN LAS PAREDES El equipo EMTS orienta las recomendaciones técnicas de voladura a la protección de paredes del banco y talud final, reduciendo el grado de perturbación generado por constantes sometimientos del macizo rocoso a niveles excesivos de vibración. El desafío, por tanto, para el equipo EMTS es apoyar al área de P&V SMI - Quellaveco para volar el macizo rocoso y cuidar la integridad de las caras de cada banco y la estabilidad del talud. Por ende, el éxito del cuidado está en estrecha relación al trabajo común que se deba hacer entre Enaex y las áreas involucradas de Consorcio Cosapi Epsa y Perforación & Voladura - SMI.

8. MODELO DE ATENUACIÓN DE VIBRACIONES EN CAMPO CERCANO El estudio realizado contempló como actividad principal el desarrollo de una prueba de campo cercano para construir un modelo de estimación de velocidad de partícula (VPP) según los postulados de Holmberg & Persson (1994). El ensayo fue implementado en la Plataforma Taller de Camiones entre las progresivas 0+525 y 0+555, mediante un arreglo de 02 geófonos triaxiales y la detonación secuenciada de cargas explosivas. Como se mencionó anteriormente, la zona destinado al estudio corresponde a tipo de roca Riolita – Granodiorita, parámetros entregados por Consorcio Cosapi Epsa.

7

9. AMPLITUD DE LA VIBRACION Y DETERMINACION DE LA ONDA P Para confeccionar el modelo de atenuación de vibraciones inducidas al macizo, ha sido utilizado el postulado de Holmberg & Persson (H&P). La Ecuación 1. Modelo de vibraciones H&P en campo cercano, indica la relación de la amplitud de vibraciones para campo cercano considerando el factor de H&P en función de la distancia y ubicación del punto estimado respecto de la fuente explosiva.

𝑣 = 𝐾(𝐻𝑃)∝

𝑞 𝑍 𝑧−ℎ ∝ 𝑣 = 𝐾( )∝ [𝑡𝑎𝑛−1 ∗ − 𝑡𝑎𝑛−1 ∗ ] 𝑅0 𝑅0 𝑅0 Donde: v = Velocidad Pico Partícula (m/s). q = Carga Lineal (kg/m) h= Carga total en el Taladro (m) x = Posición de la carga elemental desde el piso del taladro (m) R0 = Distancia horizontal desde el taladro hasta el punto de monitoreo (m) Z = Distancia Vertical desde el punto de monitoreo hasta el nivel del piso del taladro (m) K y α = Son constantes propias del macizo rocoso.

8

Mediante la lectura de las señales de vibración generadas por cargas las explosivas es posible determinar la velocidad de la onda p del macizo rocoso según indica la Ecuación 2. Cálculo de velocidad de propagación.

𝑉𝑝 =

𝑇𝐺2 − 𝑇𝐺1 𝑑

Donde: Vp = Velocidad de Propagación de la onda P (m/s). 𝑇𝐺2 = Tiempo de arribo de señal de onda sísmica en el Geófono 2. 𝑇𝐺1 = Tiempo de arribo de señal de onda sísmica en el Geófono 1. d = Distancia entre sismógrafos (m).

Para poder estimar un rango de Velocidad de Pico Partícula Crítico (VPPcrítico) fueron usados los parámetros geotécnicos de roca intacta. Cabe señalar que, el VPPcrítico asume rotura antes que ocurra el fallamiento por tensión. Como puede observarse en la Ecuación 3, la velocidad límite es una función directamente proporcional a la resistencia a la tracción de la roca e inversamente proporcional al módulo de Young; y, debido a que el macizo roco se presenta como un medio anisotrópico, las propiedades geotécnicas de la roca varían generando un rango de valores a trabajar. Por lo que, para trabajar en el rango antes mencionado, el escenario más desfavorable corresponderá a un menor valor de resistencia a la tracción y un mayor valor del módulo de Young. Análogamente, el caso más favorable, corresponde al mayor valor de resistencia a la tracción y menor valor del módulo de Young.

𝑉𝑃𝑃𝐶𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑜 =

𝜎𝑇 ∗ 𝑉𝑝 𝐸

Donde: VPPcrítico = Velocidad de partícula crítica (mm/s) E = Módulo de Young (Gpa). Vp = Velocidad de onda P (m/s). σT = Resistencia a la Tracción (Mpa)

Los niveles de daño están asociados al VPPcrítico, por lo que, determinar su rango de acción es definido haciendo uso del mejor y peor escenario del VPPcrítico. Los criterios de daño (Tabla 2) son utilizados teóricamente, en base a ensayos de laboratorio, para relacionar el umbral de PPV con el impacto generado en la roca. La relación considera cuatro niveles; desde el grado de pulverización del macizo a la dilatación de las fracturas preexistentes y generadas por causa de la energía liberada por la detonación. 9

Nivel de Perturbación Pulverización Fracturamiento Intenso Aparición de Nuevas grietas Dilatación de Fracturas

Relación VPP 8 * VPPc 4 * VPPc VPPc ¼ * VPPc

10. IMPLEMENTACION DE LA PRUEBA DE CROSS HOLE EN LA ZONA TALLER DE CAMIONES La prueba fue desarrollada en la zona taller de Camiones. En específico, el ensayo consideró un arreglo de 06 cargas explosivas de aproximadamente 9.56 y 14.34 (kg) de Anfo Premium en un diámetro de perforación de 3.5’. Estas cargas fueron detonadas secuencialmente mediante el sistema de iniciación electrónico DAVEYTRONIC® (cada 300 ms). La señal de cada onda sísmica generada por cada carga fue registrada por dos geófonos triaxiales ubicados linealmente al centro de la secuencia explosiva. Además, los 2 geófonos y el piso de los taladros están alineados a un mismo nivel.

Taladro tapado

9.6 Kg.

9.6 Kg.

9.6 Kg.

9.6 Kg.

9.6 Kg.

9.6 Kg.

9.6 Kg.

9.6 Kg.

14.3 Kg.

14.3 Kg.

10

14.3 Kg.

Posición espacial de cargas y geófonos, resume la configuración implementada en campo para el desarrollo del ensayo. Las desviaciones levantadas en la operación son menores, pudiendo calificarse el proceso de perforación dentro de estándares aceptables. Profundidad Este

Norte

Elevación

Largo Pozo

H

Masa Carga (kg) -

Geófono (m)

8108490.4

326222.5

3528.7

-

8108490.3 8108490.3 8108490.2 8108490.1 8108490 8108490 8108489.9 8108493.1 8108494.1 8108498.2 8108499.1 8108502.1 8108496.2

326225.4 326228.5 326231.4 326237.4 326241.4 326245.5 326249.4 326237.2 326231 326230.6 326237.1 326230.3 326237.2

3528.7 3528.7 3528.7 3528.6 3528.5 3528.5 3528.5 3528.5 3528.6 3528.6 3528.6 3528.4 3528.6

-

10.1 10.0 -

11

(m)

(m)

Taladro Tapado

-

10.1 10.1 10.1 10.0 9.9 9.9 9.9 9.9 10.0 10.0 10.0 9.8 10.0

2 2 2 2 3 2 2 2 3 3 2

9.6 9.6 9.6 9.6 14.3 9.6 9.6 9.6 14.3 14.3 9.6

Secuencia (ms)

1300 1600 1900 2200 2500 2800 3100 3400 3700 4000 4300 4600

11. REGISTRO DE VIBRACIÓN E CAMPO CERCANO EN LA ZONA TALLER DE CAMIONES La prueba realizada y las señales de vibración registradas están dentro del umbral esperado e indican que la implementación del proceso de P&V, junto con la instalación de equipos de medición, fue apropiada para desarrollar un modelo representativo del macizo rocoso. La Figura 5 presenta el registro obtenido en ambos geófonos en su componente longitudinal; en éstas, se puede observar los 11 pulsos que fueron generados por las cargas explosivas.

12

Δt

En la imagen anterior se presenta el método de cálculo de la ∆tiempo y a continuación calcularemos la Velocidad de Onda P.

𝑉𝑝 =

𝑇𝐺2 − 𝑇𝐺1 𝑑

Donde:

Vp = Velocidad de Propagación de la onda P (m/s). 𝑇𝐺2 = Tiempo de arribo de señal de onda sísmica en el Geófono 2. 𝑇𝐺1 = Tiempo de arribo de señal de onda sísmica en el Geófono 1. d = Distancia entre sismógrafos (m). Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla:

DISTACIA ENTRE GEOFONOS TIEMPO INICIAL TIEMPO FINAL DIFERENCIA 6.000833275 0.14941 0.15527 0.00586 6.000833275 0.44727 0.45117 0.0039 6.000833275 0.89943 0.90230 0.00287 6.000833275 1.19920 1.20210 0.0029 6.000833275 1.49902 1.50195 0.00293

Vp 1024.033 1538.675 2090.883 2069.253 2048.066

Los 02 primero corresponden a los taladros entre las progresivas 0+540 a 0+560 y los 03 restantes a las progresivas 0+520 a 0+540. 13

0+520 a 0+540

0+540 a 0+560

En la imagen se logra diferenciar 02 dominios geotécnicos (que coinciden con los parámetros geotécnicos entregados), por lo que calcularemos la Vp para cada dominio. De acuerdo a las Vp obtenidas, para tener un mejor ajuste de masa rocosa, trabajaremos con el menor valor (Vp=1024.033 m/s), para la zona 0+520 a 0+540. Con respecto a los parámetros geotécnicos, aplicaremos la relación de Serafín y Pereira:

1 − 𝐷⁄2 𝐸 = 100000 ∗ ( ) 1 + 𝑒 ((75+25𝐷−𝐺𝑆𝐼)/11)

Donde:

D: Factor de Disturbancia (D=0.7) GSI: Índice de Resistencia Geológica – Hoek y Marinos (2000) (GSI=45) Obteniendo un módulo de la roca intacta (E) de: 27.4 Gpa.

14

Luego usando la Ley de Hoek y Forsyth para determinar el valor máximo de la Velocidad de Partícula Critica (VPPcrítica).

𝑉𝑃𝑃𝐶𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑜 =

𝜎𝑇 ∗ 𝑉𝑝 𝐸

Donde: VPPcrítico = Velocidad de partícula crítica (mm/s) E = Módulo de Young (27.4 Gpa). Vp = Velocidad de onda P (1024.033 m/s). σT = Resistencia a la Tracción (4.8 Mpa)

Obteniendo los siguientes resultados:

0+520 a 0+540

Cantidad

Unidades

Vp

1024.033

m/s

Nivel de Perturbación

Relación VPP

Vibración (mm/s)

Pulverización

8 * VPPC

3600.59

Fracturamiento Intenso

4 * VPPC

1800.3

Aparición de Nuevas grietas

VPPC

450.1

Dilatación de Fracturas

¼ * VPPC

112.5

Los mismos cálculos se realizarán para la zona 0+540 a 0+560 de acuerdo a las Vp obtenidas, para tener un mejor ajuste de masa rocosa, trabajaremos con el menor valor (Vp=2048.066 m/s), con respecto a los parámetros geotécnicos, aplicaremos la relación de Serafín y Pereira: 1 − 𝐷⁄2 𝐸 = 100000 ∗ ( ) 1 + 𝑒 ((75+25𝐷−𝐺𝑆𝐼)/11) Donde: D: Factor de Disturbancia (D=0.7) GSI: Índice de Resistencia Geológica – Hoek y Marinos (2000) (GSI=30) Obteniendo un módulo de la roca intacta (E) de: 20.2 Gpa.

15

Luego usando la Ley de Hoek y Forsyth; se determina el valor máximo de la Velocidad de Partícula Critica (VPPcrítica).

𝑉𝑃𝑃𝐶𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑜 =

𝜎𝑇 ∗ 𝑉𝑝 𝐸

Donde: VPPcrítico = Velocidad de partícula crítica (mm/s) E = Módulo de Young (6.1 Gpa). Vp = Velocidad de onda P (2048.066 m/s). σT = Resistencia a la Tracción (2.4 Mpa)

Obteniendo los siguientes resultados:

0+540 a 0+560

Cantidad

Unidades

Vp

2048.066

mm/s

Nivel de Perturbación

Relación VPP

Vibración (mm/s)

Pulverización

8 * VPPC

6406.93

Fracturamiento Intenso

4 * VPPC

3203.5

Aparición de Nuevas grietas

VPPC

800.9

Dilatación de Fracturas

¼ * VPPC

200.2

12. MODELO DE ATENUACIÓN DE VIBRACIONES EN LA ZONA TALLER DE CAMIONES El análisis de las ondas generadas por la detonación de los pozos de prueba, nos permiten generar un modelo matemático predictivo de las velocidades de partícula propias de la litología y alteración seleccionada. De la prueba se puede desprender un total de 11 datos por geófono para generar una regresión que represente adecuadamente las relaciones consideradas. En la Tabla, se muestran los valores de los pozos que fueron considerados dentro del modelamiento mostrando sus distancias, factor H&P y VPP suma respectivamente. Cabe señalar que, las señales o pulsos de onda descartados muestran un comportamiento anómalo de la distribución normal.

16

Aplicando la Ecuación de Holmberg-Persson calcularemos el factor H&P para cada Taladro y/o Geófono.

𝑣 = 𝐾(𝐻𝑃)∝

𝑞 𝑍 𝑧−ℎ ∝ 𝑣 = 𝐾( )∝ [𝑡𝑎𝑛−1 ∗ − 𝑡𝑎𝑛−1 ∗ ] 𝑅0 𝑅0 𝑅0 Donde: v = Velocidad Pico Partícula (m/s). q = Carga Lineal (kg/m) h= Carga total en el Taladro (m) x = Posición de la carga elemental desde el piso del taladro (m) R0 = Distancia horizontal desde el taladro hasta el punto de monitoreo (m) Z = Distancia Vertical desde el punto de monitoreo hasta el nivel del piso del taladro (m) K y α = Son constantes propias del macizo rocoso.

Obteniendo los siguientes resultados para la zona 0+520 a 0+540 0+540 a 0+560 G1 ID Pozo

P01 P02 P03 P10 P11 P13

Ro (m)

G2 Factor H&P

6.00083328 2.90172363 3.92045916 8.0399005 11.9507322

0.148 0.631 0.346 0.082 0.042

VPP Suma (mm/s)

ID Pozo

P01 P02 P03 P10 P11 P13

189 1154 650 258 199

Ro (m)

Factor H&P

12.0016666 4.0012498 10.575916 9.00499861 6.10327781

0.037 0.332 0.048 0.066 0.107

VPP Suma (mm/s)

52.76 92.49 528.25 350.43 234.49

Y para la zona 0+540 a 0+560 0+520 a 0+540 G1 ID Pozo

P06 P07 P08 P09 P12 P14

Ro (m)

10.0019998 14.1014184 18.0024998 6.48459713 10.5688221 8.34505842

G2 Factor H&P

0.053 0.027 0.012 0.126 0.053 0.076

VPP Suma (mm/s)

ID Pozo

136 94 69 98 84 56

P06 P07 P08 P09 P12 P14

17

Ro (m)

8.10061726 12.0016666 3.00665928 7.54718491 13.9430987 4.0012498

Factor H&P

0.081 0.037 0.659 0.093 0.031 0.332

VPP Suma (mm/s)

716.49 286.59 102.91 237.74 110.08 232.53

Luego realizaremos la regresión lineal para cada zona entre la VPPcritica y el Factor H&P, además eliminaremos datos irregulares para un mejor ajuste. Gráfica y constantes de Material k y α del modelo para la zona 0+520 al 0+540.

VPP mm/s

H&P

18

Gráfica y constantes de Material k y α del modelo para la zona 0+540 al 0+560.

VPP mm/s

H&P

Por lo tanto Para la progresiva 0+520 a 0+540: Vpp(77%) = 1177 (HP)^0.55. Para la progresiva 0+540 a 0+560: Vpp(80%) = 263 (HP)^0.11.

Con todos estos parámetros evaluados y mediante el apoyo del software especializado utilizado por EMTS; se puede simular la condición de vibración generada por la configuración de perforación y voladura aplicada en la zona Taller de Camiones, enfocándose en los niveles de vibración que llegan al talud de diseño y la cota inferior del banco. Cabe mencionar que dicha simulación es una aproximación estática de lo que ocurre realmente, ya que deja de considerar fallas principales, estratificaciones del macizo rocoso y otras consideraciones geológicas estructurales; así mismo, es calculada con parámetros de roca intacta y considera la secuencia miento de los pozos. A pesar de lo mencionado, es una muy buena aproximación que permite definir un valor o nivel de aceptabilidad de vibración para poder empezar a tomar decisiones que permitan mitigar dicha energía entregada por el explosivo en la detonación. Los factores a los cuales se somete el VPPC puede variar a partir de este primer cálculo que se realiza y que debe ser confirmada con datos de campo o el ajuste necesario que requiera.

19

13. ANALISIS DE RESULTADOS Para realizar la evaluación de los niveles de vibración se hizo uso del software especializado, en el que fue cargado el modelamiento de campo cercano, parámetros geotécnicos, Vp, VPPcrítico, consantes K y α del modelamiento de Holmberg & Persson realizados anteriormente. De acuerdo a los parámetros obtenidos, se realizó la simulación de los halos de vibraciones, con el diseño de perforación y de carga que encontramos tanto para el Buffer como para taladros de producción: BUFFER 3.5" PARAMETROS DE PERFORACIÓN Diámetro de taladro Burden Espaciamiento Altura de banco Sobreperforación Longitud total de taladro Inclinación Volumen

Pulg m m m m m ° m3

PARAMETROS DE PRIMADO Tipo Peso Cantidad Peso Total

kg pza kg

Tipo de iniciador Cantidad

Conector Dual 17/800ms x 12m pza 1.00

3.50 3.50 4.00 13.36 13.36 187.06

0.0889 m Diseño de carga Producción 16.00

14.00

Booster 225 gr. 0.225 1.00 0.225

Taco final

12.00

4.00 10.00 -

Cámara de aire

8.00

PARAMETROS DE COLUMNA Tipo de Explosivo Densidad de Explosivo Densidad Lineal Carga Columna

gr./m3 kg/m m

Cámara de aire Taco final Total Longitud de Carga Total Carga

m m m kg/tal

ANFO 770.00 5.00 9.36

4.00 9.36 47.03

6.00

100% 70% 0% 0% 0% 30% 70%

9.36 4.00

2.00

Carga Columna 1

Factor de Carga

gr./m3

0.251

20

PRODUCCIÓN 3.5" 1 PARAMETROS DE PERFORACIÓN D Diámetro de taladro B Burden E Espaciamiento HB Altura de banco J Sobreperforación L Longitud total de taladro promedio I Inclinación Volumen

Pulg m m m m m ° m3

3.50 3.50 4.00 12.89 12.89 180.45

0.0889 m Diseño de carga Producción 14.00

12.00

2 PARAMETROS DE PRIMADO Tipo Peso Cantidad Peso Total Tipo de iniciador Cantidad

kg pza kg

3.00 Taco final

Booster 225 gr. 0.225 1.00 0.225

10.00

Cámara de aire

Conector Dual 17/800ms x 12m pza 1.00

8.00

6.00

2 PARAMETROS DE COLUMNA Tipo de Explosivo Densidad de Explosivo Densidad Lineal C1 Carga Columna

gr./m3 kg/m m

ANFO 770.00 5.00 9.89

Cámara de aire T2 Taco final Total Longitud de Carga Total Carga

m m m kg/tal

3.00 9.89 49.672

9.89

100% 77% 0% 0% 0% 23% 77%

4.00

Carga Columna

2.00

1

Factor de Carga

gr./m3

0.275

El análisis de vibraciones y las recomendaciones lo realizaremos para la zona más crítica (0+520 a 0+540) para obtener mejores resultados.

Pulverización Fracturamiento Intenso Aparicion de nuevas grietas Dilatacion de Fracturas

3600.59 1800.30 450.10 112.50

La vibración generada al pie de los taladros corresponde a un nivel de fracturamiento intenso, con dichos niveles de vibración no deberíamos tener problemas con la presencia de gibas en el banco inferior, pero también es importante no sobre perforar el nivel del diseño ya que podríamos afectar al collar del banco inferior. 21

Pulverización Fracturamiento Intenso Aparicion de nuevas grietas Dilatacion de Fracturas

3600.59 1800.30 450.10 112.50

Como se observa en las imágenes se genera una intersección de los halos de vibraciones de los taladros en la zona de producción, por lo que no deberíamos tener problemas con la fragmentación.

Pulverización Fracturamiento Intenso Aparicion de nuevas grietas Dilatacion de Fracturas

3600.59 1800.30 450.10 112.50

Como se mencionó anteriormente analizaremos las vibraciones generadas en los límites del talud y los efectos provocados, considerando los niveles de perturbación descritos y los valores de VPPcritica para las características geotécnicas otorgadas por Cosapi Epsa.

22

Pulverización Fracturamiento Intenso Aparicion de nuevas grietas Dilatacion de Fracturas

3600.59 1800.30 450.10 112.50

La vibración generada al pie de la banqueta y hacia el talud corresponde a un nivel de pulverización.

Pulverización Fracturamiento Intenso Aparicion de nuevas grietas Dilatacion de Fracturas

3600.59 1800.30 450.10 112.50

La siguiente grafica nos indica el efecto de la vibración que se produce tanto a una distancia horizontal hacia la cara del talud, además nos indica la distancia máxima a la que el talud es afectado.

23

Como se observa la distancia de daño hacia el talud es de 2.44 metros, por lo que con este dato modificaremos la perforación. Al igual que la estimación al talud, también debemos calcular la distancia de perturbación hacia el piso de la banqueta.

24

Como se observa en la gráfica la distancia de daño infringido al piso de la banqueta es de 0.93 metros. Por lo que también ajustaremos la profundidad del taladro.

14. RECOMENDACIONES 14.1.

Diseño de precortes

Como primera medida se ajustó el diseño de carga y perforación de precortes, para generar una línea de debilidad, la cual minimiza o elimina la sobre rotura de la voladura primaria subsiguiente Se realizaron los siguientes cálculos:

De la formula general de presión de detonación:

1

𝑅∗𝑈𝐶𝑆

𝐷ℎ

𝐻

N = [110∗𝛿𝑒∗𝑉𝑂𝐷2 ]𝑛 ∗ (𝐷𝑒 )2 ∗ 𝐿

N: Numero de cartuchos de Enaline R: Relación entre Presión de Detonación (Pd) y Resistencia a la compresión Uniaxial (UCS). δe: Densidad del explosivo (gr/cc). VOD: Velocidad de Detonación (km/s). Dh: Diámetro del Taladros (Pulg.). De: Diámetro del Explosivo (Pulg.). H: Altura de taladro (m) L: Longitud del taladro cargado ( H – Altura del collar). n: Índice de Acoplamiento Valores: R: 1 δe: 1.11 gr/cc VOD: 5.0 km/m Dh: 3.5” De: 1.25” H: 10 m L: 8.4 m UCS: 35.4 Mpa

25

n: 1.25 (valor para taladros secos) Calculando: N = 6 Cartuchos de Enaline. Calculando el espaciamiento entre cartuchos de Enaline:

𝑒=

𝐿 − 𝑁 ∗ 𝑙𝑐 𝑁∗𝐿

e : Distancia entre cartuchos de Enaline (m) L : Longitud de carga del taladro. N : Numero de cartuchos de Enaline . lc : Longitud de cartuchos de Enaline. Valores L = 8.4 metros. N = 8 cartuchos de Enaline. lc= 0.4 metros. Calculando: 𝑒=

8.4−6∗0.4 6∗8.4

e = 1.2 metros.

Calculo de espaciamiento entre taladros:

𝑅∗𝑈𝐶𝑆+𝑇 )]*0.0254 𝑇

𝑆 = [𝐷ℎ ∗ (

S : Espaciamiento (Metros) R : Relación Pd/UCS UCS : Resistencia a la Compresión Uniaxial (Mpa). T: Resistencia a la Tracción (Mpa). Dh : Diametro del Taladro (Pulg.)

26

Valores Dh = 3.5” R=1 UCS = 35.4 Mpa. T = 3.5 Mpa. Calculando 1∗35.4+3.5 )]*0.0254 3.5

𝑆 = [3.5 ∗ (

S = 1.0 metros.

Calculo de Factor de Carga (Kg/𝑚2 ): 𝜸=

𝑪𝑳 ∗ 𝑵 ∗ 𝒍𝒄 𝑺∗𝑯

𝛾 : Factor de Carga (Kg/𝑚2 ). N : Numero de Cartuchos de Enaline. lc : Longitud de Cartuchos de Enaline (m). S: Espaciamiento entre taladros (m). H: Altura de taladro (m). CL: Carga lineal (Kg/m) 𝐶𝐿 = 𝛿𝑒 ∗ 𝐷𝑒 2 *0.507 δe : Densidad del Explosivo (g/cc). De : Diámetro del explosivo (Pulg.). Valores δe = 1.11 g/cc De = 1.25”

CL = 0.8714 kg/m N =6 S=1m H = 10 m lc = 0.4 m

27

Calculando 𝜸 = 0.21 Kg/𝒎𝟐 Obteniendo los siguientes resultados para el diseño.

28

Además, realizamos la medición del filtro de este diseño del precorte pre corte.

29

Obteniendo un porcentaje de filtro de: % Filtro = (PPV1 – PPV2)/(PPV1) % Filtro = (151.8-50.12)/(151.8) % Filtro = 67.01 %

Además, recomendamos: Se recomienda que los taladros de pre corte sean inclinados, ya que se obtienen mejores resultados, evitando que la fila Buffer en la zona del pie del banco, quede demasiado cerca del taladro del pre corte. Se recomienda que la perforación mantenga un paralelismo entre los taladros, ya que, de lo contrario, pueden causar perfiles irregulares. Se recomienda disparar en una voladura solo precortes y en otra buffer y producción. Con respecto a los intervalos de tiempo entre taladros de pre corte, la teoría de formar grietas de tensión entre taladros implica una detonación simultanea de ellos, pero como medida precautoria en relación a las vibraciones y Air Blast, cuando se tiene una gran cantidad de taladros, éstos deberán ser detonados en paquetes de 10 taladros disparados cada 100 ms.

14.2.

Diseño de Carga de Buffer

Antes de simular los taladros con los nuevos diseños primero debemos recalcular el factor de carga de los taladros Buffer ya que su objetivo principal es lograr la transición de una masa rocosa bien fragmentada a un talud no dañado en la distancia más corta posible.

30

Calculando la presión de detonación para los taladros de producción:

𝑃𝑃𝑅 = 110 ∗ 𝛿𝑒 ∗ 𝑉𝑂𝐷2

𝑃𝑃𝑅 : Presión de taladros producción 𝛿𝑒 : Densidad del Explosivo VOD : Velocidad de Detonación (4.1 Km/seg.).

Calculando: 𝑃𝑃𝑅 = 1271.77 𝑀𝑝𝑎

Calculando la presión de detonación para los taladros Buffer reduciendo a un 60% de la presión de taladros de Producción:

𝑃𝐵𝐹 =

0.6 ∗ 𝑃𝑃𝑅 ∗ 𝑅𝐵𝐹 ∗ 𝑆𝐵𝐹 ∗ 𝐵𝐵𝐹 𝑅𝑃𝑅 ∗ 𝑆𝑃𝑅 ∗ 𝐵𝑃𝑅

Donde:

𝑃𝐵𝐹 : Presión de taladros en Buffer (Mpa.) 𝑃𝑃𝑅 : Presión de taladros Producción (1271.77 Mpa.) 𝑅𝐵𝐹 : Radio del taladro Buffer (3.5 Pulg.) 𝑅𝑃𝑅 : Radio del taladro Producción (3.5 Pulg.) 𝑆𝐵𝐹 : Espaciamiento Buffer (4.0 m.) 𝑆𝑃𝑅 : Espaciamiento Producción (4.0 m.) 𝐵𝐵𝐹 : Burden Buffer(3.5 m) 𝐵𝑃𝑅 : Burden Producción (3.5 m.)

31

Calculando: 𝑃𝐵𝐹 = 763.06 𝑀𝑝𝑎

Calculando el factor de desacople del explosivo en el taladro:

𝑃𝐵𝐹 = 𝑃𝑃𝑅 ∗ (𝐶. 𝑅. )2∗𝑛

𝑃𝑃𝑅 : Presión de taladros producción (1271.77 Mpa.) 𝑃𝐵𝐹 : Presión de taladros Buffer (763.06 Mpa.) n : Índice de acoplamiento (1.25 para taladros secos) C.R. : Factor de desacople.

Calculando: 𝐶. 𝑅. = 0.8151

Calculando el porcentaje de la columna del explosivo cargada:

𝐶. 𝑅. = √𝐶 ∗

𝑟𝑐 𝑟ℎ

C.R. : Factor de desacople (0.8151). 𝑟𝑐 : Radio de la carga explosiva (3.5 Pulg.) 𝑟ℎ : Radio del taladro Buffer (3.5 Pulg.) C : Porcentaje de la Columna del explosivo cargada.

Calculando: 𝐶 = 0.664

Calculando el peso del taladro de Producción:

𝑊𝑃𝑅 = 𝐵𝑃𝑅 ∗ 𝑆𝑃𝑅 ∗ 𝐻 ∗ 𝐹𝐶𝑃𝑅

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𝐵𝑃𝑅 : Burden Producción (3.5 m.). 𝑆𝑃𝑅 : Espaciamiento Producción (4.0 m.). H : Altura de Banco (13.36 Metros). 𝐹𝐶𝑃𝑅 : Factor de carga producción (0.275 Kg/𝑚3 ). 𝑊𝑃𝑅 : Peso del explosivo Producción (Kg).

Calculando: 𝑊𝑃𝑅 = 51.44 𝐾𝑔.

Calculando el Factor de Carga del Taladro Buffer:

𝐹𝐶𝐵𝐹 = (𝑊𝑃𝑅 ∗ 𝐶)/(𝐵𝐵𝐹 ∗ 𝑆𝐵𝐹 ∗ 𝐻)

𝑊𝑃𝑅 : Peso del explosivo (Kg). C : Porcentaje de la columna de producción cargada (0.664). 𝐵𝐵𝐹 : Burden en Buffer (3.5 m.). 𝑆𝐵𝐹 : Espaciamiento en Buffer (4.0 m.). H : Altura de Banco (13.36 m.). 𝐹𝐶𝑃𝑅 : Factor de carga en Producción (0.275 Kg/𝑚3 ).

Calculando: 𝑭𝑪𝑩𝑭 = 𝟎. 𝟏𝟖𝟑 𝐊𝐠/𝒎𝟑

De acuerdo a los resultados obtenemos los siguientes parámetros de carguío:

33

BUFFER 3.5" PARAMETROS DE PERFORACIÓN Diámetro de taladro Burden Espaciamiento Altura de banco Sobreperforación Longitud total de taladro Inclinación Volumen

Pulg m m m m m ° m3

PARAMETROS DE PRIMADO Tipo Peso Cantidad Peso Total

kg pza kg

3.50 3.50 4.00 7.62 7.62 106.66

0.0889 m Diseño de carga Producción 8.00

7.00

Booster 225 gr. 0.225 1.00 0.225

Taco final

6.00 3.80

5.00

Tipo de iniciador Cantidad

Cámara de aire

Conector Dual 17/800ms x 12m pza 1.00 4.00

PARAMETROS DE COLUMNA Tipo de Explosivo Densidad de Explosivo Densidad Lineal Carga Columna

Cámara de aire Taco final Total Longitud de Carga Total Carga

gr./m3 kg/m m

m m m kg/tal

ANFO 770.00 5.00 3.82

3.80 3.82 19.32

-

3.00

100% 50% 0% 0% 0% 50% 50%

2.00

3.82

1.00 Carga Columna -

1

Factor de Carga

14.3.

gr./m3

0.181

Diseño de Perforación y Simulación

Tomando como base el factor de carga obtenido por reducción de presión de detonación al 60% realizamos la simulación de los halos de vibraciones.

34

Pulverización Fracturamiento Intenso Aparicion de nuevas grietas Dilatacion de Fracturas

3600.59 1800.30 450.10 112.50

Para este diseño se ha modificado el diseño de perforación levantando el taladro en 60 cm. desde el nivel de la banqueta.

Pulverización Fracturamiento Intenso Aparicion de nuevas grietas Dilatacion de Fracturas

35

3600.59 1800.30 450.10 112.50

A su vez alejar el fondo del taladro del talud 70cm. para evitar también la intersección del precortes con el fondo del taladro Buffer.

Pulverización Fracturamiento Intenso Aparicion de nuevas grietas Dilatacion de Fracturas

3600.59 1800.30 450.10 112.50

Tener en cuenta que la presente simulación no considera el filtro de los precortes que reduce las vibraciones en un 67.1%. También debemos tener cuidado con la cresta del talud inferior, por lo que alejaremos el primer taladro de producción desde la fila de Buffer en 3.8 metros, sin sobreperforación.

Pulverización Fracturamiento Intenso Aparicion de nuevas grietas Dilatacion de Fracturas

36

3600.59 1800.30 450.10 112.50

15. CONSIDERACIONES FINALES EMTS enfoca el informe en las características de roca intacta del macizo rocos y la calidad de implementación de perforación y voladura (P&V). Entendiendo que, en la optimización de cualquier proceso primero deben identificarse las principales desviaciones y/o fuentes de error para luego generar una operación o sistema controlado, de mejor calidad y reducida variabilidad que permita aplicar fidedignamente diseños de P&V según factores propios y característicos del medio evaluado. Es así que el primer comentario a considerar es realizar una reevaluación de la calidad de perforación en mina para poder cuantificarla y si éste a lo largo de la operación, bajó o se mantiene en su calidad. El estudio de Cross Hole permitió obtener el modelamiento de vibraciones, obteniendo como valores de K = 1932 y Alpha = 0.415 a un nivel de confianza del 90%, K=509 y Alpha = 0.130 el cual es requerido por el software especializado, para poder obtener las simulaciones. Los niveles de perturbación asociados al VPPcrítico que están asociados, como su nombre lo dice, al VPPC de la roca y que muestra los diferentes niveles de perturbación teóricos más utilizados en operaciones mineras mundialmente. Cabe señalar que, todo el análisis es una estimación que obedece a los datos proporcionados por mina y, en este sentido, el éxito y exactitud de las estimaciones está en la representatividad de estos parámetros y que mientras los ensayos de laboratorio de roca intacta sean los más actuales posibles, serán mucho más representativos de la litología evaluada y llevándolo siempre a un nivel práctico que permita ajustar dichos valores. El daño al talud por la voladura no solo considera el efecto del campo cercano, sino que influye también el que se presenta por campo lejano. Por lo que la medida de control también ha de depender de los tiempos de retardo designados; definir dichos retardos críticos pueden ayudar a recudir el impacto negativo hacia las paredes sin afectar la distribución granulométrica requerida por los procesos posteriores. Considerando el informe referido a la Riolita entre las progresivas 0+520-0+540 y 0+540-0+560 en la zona Taller de Camiones, se pudo observar que poseen un comportamiento bastante similar, las diferencias entre estas estará basada en el nivel de fracturamiento que pueda entre estas zonas, en donde el efecto vibracional puede recurrir en zonas de desprendimiento de rocas y generando fallas planares, en cuña y por vuelco. Es por eso que para este tipo de zonas que se debe tener un control más exhaustivo sería ideal poder realizar un estudio de campo lejano, el objetivo de un estudio de campo lejano es poder mitigar en cierta medida las vibraciones generadas por voladuras lejanas, ya que este tipo de voladuras generan niveles de frecuencias bajas asociadas a desplazamientos de tener estructuras en cresta que pudieron haber sido activadas en voladuras en campo cercano y con este impulso puede ocasionar la caída de éste. Al realizar el campo cercano, podemos simular diferentes escenarios en el cual tomamos la onda elemental en campo lejano en los tres ejes de medición que son importados en el software especializado, junto con el modelamiento en campo lejano, para las simulaciones y optar por la que genere menor daño. Tener en cuenta que el presente estudio son modelos que nos acercan a la realidad y nos dan una base para poder aplicar los modelos matemáticos, y en función de los resultados y al ser la Voladura un proceso de mejora continua, en función de los resultados ajustaremos los parámetros para mejorar los resultados. Cabe recalcar que el presente diseño es una recomendación por parte de ENAEX, ya que la decisión final es responsabilidad de la empresa COSAPI EPSA. 37