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Nueva Técnica de Voladura R. Frank Chiappetta de BAI Artículo publicado en Enero / Febrero 2004 en “Journal of Explosives Engineering”. RESUMEN Voladura Tensional es una nueva técnica desarrollada por International Technologies, LLC. Para eliminar la sobre perforación, disminuir las vibraciones en el terreno, mejorar la fragmentación y reducir el consumo de explosivos. Esta nueva técnica utiliza un accesorio de diseño único, con una cámara de aire en el fondo del pozo y una masa predeterminada de detritus encima del tapón. A esta combinación se le denomina Taponex™. Pruebas a escala total y pozo a pozo fueron realizados por Blasting Analysis International, Inc. (BAI) para determinar como trabaja el sistema, los mecanismos detrás de su éxito y los parámetros del mejor diseño a ser usados para condiciones específicas del material rocoso. Los resultados han mostrado una reducción de la sobre perforación, reducciones en las vibraciones hasta en un 33%, reducción del consumo de explosivos entre 16 y 25%, y mejoramiento de la fragmentación hasta en un 25%. Este informe resume la metodología, las calibraciones de pruebas de campo, los procedimientos de análisis y los resultados para una serie de taladros específicos y pruebas a escala total la cual fue realizada en Pennsylvania, USA. INTRODUCCIÓN En los días actuales tan desafiantes y competitivos para la industria minera mundial, los que dirigen las operaciones mineras están siempre esforzándose en minimizar sus costos en el sistema de minado total y mejorar su línea base. International Technologies, LLC. Ha colaborado con operaciones mineras en alcanzar estos objetivos con el uso del Sistema de Voladura Taponex™. Cuando el Taponex™ es usado correctamente en conjunción con detonadores electrónicos de precisión, ahorros sustanciales pueden ser alcanzados tanto en los costos de perforación como en los de voladura. CONCLUSIONES No se encontraron diferencias significativas con las pruebas de caracterización en taladros específicos en términos de fragmentación, desplazamiento de la pila de material, y rotura de las patas o superficie del siguiente banco. Pero los dos taladros tanto el que tenia un solo deck de aire como el que tenia doble deck de aire, alcanzaron los mismos resultados sin sobre perforación en la perforación y con 17 a 25% menos consumo de explosivos, respectivamente. Esto implica que ambos taladros con decks de aire cargados con menos explosivos y sin sobre perforación fueron considerablemente más eficientes que una columna con más explosivos y con sobre perforación. 1. En referencia a los disparos a escala total tanto Normal como con Taponex™, el disparo con Taponex™ resulto con 33% menos vibraciones en todas las ubicaciones monitoreadas entre 200 a 2,000 pies de distancia. Esta reducción permite a la operación minera mantener un margen de seguridad de alta aceptación o permite grandes cantidades de explosivo por retardo mientras se mantiene el mismo nivel de vibración. En otras partes del mundo, las vibraciones fueron exitosamente reducidas entre 10 a 75%. 2. En referencia a la fragmentación, el disparo con Taponex™ obtuvo entre 21 a 25% de mejoras para las mallas entre P20 a P80 de porcentaje acumulado de pase de material. Esto puede resultar en ahorros sustantivos en los costos, menos desgaste y roturas en el revestimiento de las trituradoras e

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incremento del material procesado. No se encontraron diferencias significativas entre los dos disparos a escala total respecto de los fragmentos mayores a 24 pulgadas, debido a que ellos fueron influenciados por el sistema principal de fracturas estructurales en el macizo rocoso. 3. En referencia al piso de la cantera, no se encontraron diferencias significativas entre los disparos Normal y con Taponex™. Ambos disparos obtuvieron pisos planos equivalentes. Tanto la forma como el máximo desplazamiento de la pila de material para ambos disparos fueron esencialmente los mismos. El hecho de que el disparo con Taponex™ uso 16% menos explosivos en total y sin sobre perforación en al perforación (3 a 4 pies menos por taladro) indica claramente que el disparo con Taponex™ fue considerablemente mas eficiente que el disparo Normal. 4. Para condiciones especificas de resistencia de roca, explosivo y diámetro de taladro, la presión total en el fondo de un taladro con decks de aire puede ser controlada con el sistema Taponex™ para variar de 2 a 7 veces mayor que la presión creada por una columna completamente cargada de explosivos; pero solo cuando la apropiada masa del tapón y la longitud del deck de aire son correctamente calculadas. La Energía Cinética entregada en el fondo de un taladro para las mismas condiciones puede ser variada aproximadamente entre 50 a 100 veces más. Esto permite que el nuevo sistema de voladura pueda ser usado en formaciones de roca desde muy suaves hasta muy duras. 5. Desde que esta serie de pruebas fue completado hace 2 años y medio, operadores de minas alrededor del mundo han obtenido ahorros sustantivos en sus costos y aumentado su productividad. La sobre perforación en la perforación ha sido completamente eliminada o sustancialmente reducida, disminuyendo así los costos de perforación e incrementando la disponibilidad de los equipos de perforación. Otra significativa ventaja cuando eliminamos la sobre perforación es que la superficie del siguiente banco debajo del disparo actual permanece completamente intacta. Dejando la superficie del siguiente banco intacta, el riesgo de flyrock, golpes de aire y polvo es proporcionalmente disminuida o eliminada, permitiendo a los operadores cumplir más fácil y confiadamente con cualquier regulación de protección del medio ambiente. Debido a que la sobre perforación puede ser eliminada, los operadores de mina pueden proyectar la rotura del taladro en el fondo hacia una zona de mineralización especifica (tal como el carbón) sin diluirla ni dañarla. 6. El sistema de voladura Taponex™ ha sido desarrollado por operadores de mina para reducir las vibraciones del terreno, mejorar la fragmentación, eliminar la sobre perforación en la perforación y reducir el consumo de explosivos. En una mina de América del Sur, el consumo de explosivo se ha reducido ahora hasta en un 50% sin ningún significante cambio en los resultados generales de la voladura. Pero el promedio en la reducción de consumo de explosivos esta usualmente entre 10 a 40%. 7. Desde que esta investigación de campo fue completada, el sistema Taponex™ ha sido exitosamente aplicado al fondo, a la mitad de la columna y en la parte alta de un mismo taladro. Las evaluaciones de campo están ahora continuando con el uso de múltiples decks de aire dentro de una misma columna explosiva, detonadores electrónicos de precisión y pequeñas cargas colocadas estratégicamente. Pruebas de Caracterización en Taladros Específicos Diámetro taladros = 6 ¼ pulgadas Profundidades promedio = 48 pies (14.6 metros) Sobre Perforación = 3 pies Taco = 12 pies (3.66 m) de roca triturada (detritus) entre ¼ - ½ pulg Explosivos = combinación consistente de Heavy Anfo y Anfo Burden = 14 a 18 pies (4.27 x 5.48 m)

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Esquema de carguio Normal con columna completa y sobre perforación.

Columna completa de explosivo con una cámara de aire de 3 pies en el fondo del taladro y sin sobre perforación.

Dos cargas de explosivo separado por columna de aire intermedio de 3 pies y una columna de aire en el fondo de 3 pies sin sobre perforación.

Reducción de 17% en cantidad de explosivos

Reducción de 25% en cantidad de explosivos

El aspecto más importante que se monitoreo en los taladros de prueba fue cuantificar la velocidad del Taponex™ y la velocidad de desplazamiento del frente de gas a través de las cámaras de aire en el fondo del taladro. Con el fin de conseguir esto, fue necesario perforar un taladro pequeño de 3 pulgadas de diámetro, desde cerca de la pata de la cara libre hasta intersecar el taladro vertical de 6 ¼ pulg según lo que se muestra en la figura de la derecha. La intención fue tener un pequeño taladro de 3 pulg atravesando el fondo del taladro vertical y por ende el fondo de las cámaras de aire de 1 metro.

Vista en planta del disparo completo y tiempos de secuencia acumulados.

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Sistemas de Instrumentación Usados para el Monitoreo •••Sistema

de cámara de video de alta resolución HRS-1 para inspeccionar el taladro

•••Dos sistemas VODR-1 •••Un sistema de video de

alta velocidad Motion Meter 1000 •••Una cámara de alta velocidad LOCAM •••El sistema de análisis de fragmentación digital SPLITDesktop™ •••Un sistema topográfico láser convencional •••Sismógrafos digitales White Industrial Seismology

Monitoreo de voladuras entre carguío normal y el carguío de taladros con Taponex ••• Dos

disparos de 30 taladros a escala total. ••• Sobre perforación = 1 a 1.3 m ••• Columna explosivos completa.

Resultados Evaluados

••• Taladros

con Taponex™ perforados sin sobre perforación cargados con 16% menos de explosivo ••• Cámara Aire = 1.0 m al fondo ••• Taco superior = 12 pies para ambos disparos. ••• Número de taladros = 30 ••• Número de filas = 2 ••• Malla (B x E) = 14 “ x 16” ••• Profundidad Tal. = 47” – 51” ••• Diámetro taladro = 6 ¼ “

(

••• Nivel

del Piso

••• Fragmentación ••• Vibraciones

del terreno

••• Perfiles

de desplazamiento la pila de mineral roto

Grafico de desplazamiento versus tiempo. Grabación de la señal en el iniciador sobre el Taponex™ (0.0 pies), continua a través de la cámara de aire de 1,0 m en el fondo del taladro continuando por el taladro de 3 pulg. Hasta la cara libre. Resultados de la Fragmentación para Disparo Normal y con Taponex™ Disparo Normal

Numero de Imágenes combinadas

Disparo con Taponex™

Porcentaje de Reducción con Disparo con Taponex™

32

37

Mínimo Tamaño Medido

2.50 pulg

2.10 pulg

––

Tamaño P20

2.86 pulg.

2.17 pulg

24%

Tamaño P50

6.53 pulg

4.90 pulg

25%

Tamaño P80

11.33 pulg.

8.97 pulg

21%

Máximo Tamaño Medido

25.13 pulg 24.86 pulg

––

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Desplazamiento de la Pila de Material

Nivel del Piso de la Cantera Tanto el disparo normal como el disparo con Taponex™ obtuvieron pisos planos con diferencias no significativas. Pero, lo que si fue muy significante es que el disparo con Taponex™ no uso sobre perforación en la perforación (por ejemplo, 3 a 4 pies menos perforación por taladro) y 16% menos explosivo en cada taladro. En suma, el disparo con Taponex™ no altero la superficie del siguiente banco. El Diseño del Sistema Taponex™ y como trabaja

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La figura siguiente nos ilustra lo que sucede con el incremento de Presión en la interfase tubo de choque/detonador para los primeros sistemas de tubos de choque no-eléctricos que se fabricaron. Los mecanismos de falla son similares a los que suceden en el fondo del taladro con cámara de aire.

Reconocimientos El autor esta muy agradecido por la asistencia de campo, cooperación y consejos recibidos de Eastern Industries, Inc. – Ormrod Quarry personal y administración; Maurer & Scott Sales, Inc.; J. Roy, Inc.; Taponex Company; e International Technologies, LLC. Este trabajo fue desarrollado por Blasting Analysis International, Inc. (BAI) bajo un contrato de investigación con International Technologies, LLC. R. Frank Chiappetta es un Ingeniero Especialista en Aplicaciones de Explosivos y Consultor Internacional en Voladura con Blasting Analysis International, Inc., Allentown, PA, USA. © 2003-2004 ISEE Todos los Derechos Reservados

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