Clase de Perforación Voladura1

8/18/2019 Clase de Perforación Voladura1

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Perforación y voladura

VII semestre

Ingeniería de Minas


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Msc. Carlos Reátegui Ordoñez

1. Ingeniería de Explosivos.


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1.1 Teoría de explosivos

¿ Que es un Explosivo?

“Los explosivos son mezclas de sustancias solidas,liquidas o gaseosas que mediante procesos químicos deoxido-reducción se transforman en milisegundos, enproductos gaseosos cuyo volumen inicial alcanza altastemperaturas y grandes presiones ”



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“ Un explosivo de uso industrial es una mezcla de unoxidante y un combustible, que dan lugar a una reacciónexotérmica casi instantánea que genera una serie deproductos gaseosos a alta temperatura y presión que sonquímicamente mas estables y que ocupan un volumen deentre 1000 a 10000 veces mayor que los productosoriginales ”



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Los procesos de reacción según su carácter físico químicoy de tiempo se catalogan:

a. Combustión : es una reacción química que genera calor y sutiempo de reacción es relativamente lento.

b. Deflagración : es una reacción térmica que no supera los 1 000m/s.

c. Detonación : Es un proceso físico - químico que tiene una granvelocidad de reacción y produce una gran fuerza expansiva laque ejerce presión en el área circundante “onda de choque”



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“la DEFLAGRACIÓN Y DETONACIÓN son fenómenos deóxido reducción donde la deflagración es de carácter subsónico y la detonación súper sónico”

“En ambos casos se producirá una ONDA DE CHOQUE yla zona donde la presión aumenta rápidamente sedenomina FRENTE DE CHOQUE”



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Los explosivos se pueden clasificar en función a suvelocidad de reacción como:

1. Deflagrantes: velocidad < 1000 m/s.

2. E. Industriales : velocidad entre 1800 m/s- 5000 m/s

3. Altos Explosivos : Velocidad > 5000 m/s



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Proceso de detonación



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Propiedades de los explosivos

• Densidad: es una de las propiedades mas importantesdel explosivo, de define como el peso por unidad devolumen (g/cc, kg/m3).



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• Fuerza o energía : Se puede definir como la capacidaddel explosivo para fragmentar la roca. La energíaexplosiva es el calor termoquímico de la reacción de unexplosivo y se expresa de 4 formas:

1. Po tenc ia Abso lu ta en Peso : calor entregado porcada gramo de explosivo

2. Po tenc ia abso lu ta po r vo lumen : calor de la reaccióndisponible en cada centímetro cúbico de explosivo



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3. Po tenc ia Relat iva po r Peso : calor de reacción porunidad de peso comparado con la energía de un peso

igual de ANFO.

4. Po tenc ia Relat iva po r vo lumen : calor de la reacciónpor volumen de explosivo, comparado con la energíade un volumen igual de ANFO, a una densidad dada.



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• Velocidad de Detonación (VOD), es la velocidad a laque la onda de choque viaja a través de la columnaexplosiva



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• Presión de detonación: Cuando un explosivo detona,se libera una tremenda presión en forma instánea enuna onda de choque que existe solo por una fracción desegundo e un punto dado. La presión repentina asicreada despedazará los objetos en lugar dedesplazarlos a esto se le conoce como “potenciarompedora”



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• Sensibilidad: es la capacidad con la que un explosivopuede ser inducido a detonar.

• Resistencia al agua : es la capacidad del productopara aguantar la penetración de agua.

• Inflamabilidad: esta propiedad se refiere a la facilidad

con la que un explosivo o agente de voladura se puedeencender por calor.



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• Calidad de Humos: los gases de la reacción que

resultan de la detonación consisten en dióxido decarbono, nitrógeno y vapor de agua, estos son notóxicos. sin embargo también se genera monóxido decarbono y óxidos de nitrógeno, estos se conocen como“humos”.



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Generación de Humos en el ANFO



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1.1.1 Química de la explosión

Los explosivos son compuestos químicos que reaccionanviolentamente, esta reacción producen nuevos elementosquímicos.

Así por ejemplo el ANFO cuando reacciona produce lossiguientes productos:

3NH4

NO3

+ 1 CH2

----------> CO2

+ 7H2

O + 3N2

explosivo Productos de reacción



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Cuando los explosivos reaccionan químicamente, liberandos tipos principales de energía.

1. Energía de Choque

2. Energía de Gas

Ambos tipos de energía se liberan durante el proceso dedetonación.



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Energía de Choque



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• Los parámetros termoquímicos mas importantes en lareacción de un explosivo son:

1. Presión de detonación.

2. Presión de explosión.

3. Presión de taladro.

4. Calor de Explosión

5. Volumen de explosión

6. Energía mínima disponible



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Presión de detonación : es la que existe en el planoChapman-Jouguet detrás del frente de detonación, parafines prácticos se cálculo en base a la siguiente formula:

= ∗ ∗ ∗ −

donde:

PD = Presión de detonación en Mpa

de = densidad del explosivo en g/cc

VOD = velocidad de detonación en m/sW = velocidad de particula (productos) en m/s

10^-3= factor de conversión.



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• Sabemos que el plano CJ se mueve a muy alta

velocidad y que el movimiento de los productos de laexplosión (W) solo alcanza 0.25VOD entonces

= ∗

∗ −

donde:PD = Presión de detonación en Mpade = densidad del explosivo en g/ccVOD = velocidad de detonación en m/s10^-3= factor de conversión.



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Presión de explo sión : esta se puede considerar como el50% de la presión de detonación:

= .

Presión de explosión o trabajo : se ha establecido lasiguiente relación en función de una gran cantidad deexplosiones

= ∗ .

Donde: dc es densidad de carga



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Energía de Gas

• Los gases liberados a alta presión en la explosión,ejercen presiones muy altas en las paredes del taladro oen la superficie de contacto que provocan fracturas ydesplazamiento de la roca.

• Los elementos que producen estos gases se denominanelementos básicos o ingredientes, existen muchosingredientes que se usan para fines específicos



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• Los elementos básicos que generan trabajo en lavoladura son aquellos que generan gases como elcarbono, el hidrogeno, el oxigeno y el nitrógeno.

• Para obtener el máximo de energía es necesario queestos elementos se oxiden completamente y formenlos siguiente productos

• El C debe reaccionar para formar CO2

• El H debe reaccionar para formar H2O

• El N debe reaccionar para formar NO2



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Semana 2



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1.1.2 Energía de la explosión

• Estas reacciones producen energía que se mide enfunción a las calorías generadas durante la reacciónquímica.

• En el siguiente cuadro se ve la energía (Qp o Qr)generada por diversos elementos.

– El signo – significa reacciones exotérmicas o que libera energía

– El signo + significa reacciones endotérmicas o consume energía



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• Los elementos que se usan para la fabricación de

explosivos son aquellos que generan reaccionesexotérmicas.

• En una reacción química ideal de los componentes del

explosivo (C,O,H,N), se utilizarán todos los átomos de Onecesarios, es decir no faltará ni sobrará ningún átomode O.

• Esta condición se llama balance al oxigeno

• En una reacción balanceada al oxigeno se libera mayorcantidad de energía



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Perdida de energía por mal balance al oxigeno



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Calculo el calor de explosión

Calor de la explos ión : es el calor liberado por el procesode reacción de un explosivo.

De acuerdo a la primera ley de la termodinámica este,cundo se produce una explosión a presión constante y se

produce un trabaja de expansión o compresión

Qc= Uc+PV)

donde:

Qc = calor liberado por la explosión

Uc = Energia Interna del explosivo

P = Presión

V = Volumen



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Como (Uc + PV) se refiere al calor contenido o entalpia(Hp) entonces la ecuación queda como:

Qc= Hp

De lo anterior se ve que el calor de la explosión a presiónconstante es igual al cambio de entalpia, esto permitecalcular el Qe estableciendo el balance térmico de lareacción:

Qe= Qp-QrQe= calor de explosión

Qp =calor total de formación de productos componentes

Qr = Calor total de formación de productos resultantes



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Problema Propuesto 1:

Determinar la energía liberada por kilo de la dinamita cuyareacción es:

4C3H5N3O9 --------- 6N2+ 12CO2 + O2+ 10H2O



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(Semana 3)



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1.2 Mecánica de rotura de rocas conexplosivos

1. El explosivo detona creando tensión en la roca y altaspresiones de gas en el taladro.

2. Se producen grietas en la roca causadas por la formadel esfuerzo.

3. El gas a alta presión actúa como cuña para expandirlas grietas (tanto en las grietas existentes antes de laVoladura y aquéllas inducidas por la Voladura).

4. La roca es desplazada hacia el lugar de menosresistencia.



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LA FRACTURA DE ROCAS CON EXPLOSIVOS

Cara Libre

El explosivo detonaproduciendo ondas

de tensión

Se producengrietas

de tensión en laroca

La presióndel gas expande

las grietas

El movimientocomienza

haciala cara libre



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Agrietamiento radial del macizo rocoso e intensidad de lasgrietas

• En el proceso de la propagación de la onda de choque,

la roca circundante al taladro es sometida a una intensacompresión radial que induce componentes de tracciónen los planos tangenciales del frente de dicha onda.

• Cuando las tensiones superan la resistencia dinámica atracción de la roca se inicia la formación de una densazona de grietas radiales alrededor de la zona trituradaque rodea el taladro



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Consideremos un caso simple, de un solo taladro con unapequeña carga de explosivo (el largo de la carga es igual aseis veces el diámetro del hoyo, 6d , aproximando a unacarga esférica).

Cuando la carga es detonada, la masa rocosa alrededor dela carga es inmediatamente sometida a compresión por lageneración de gases que actúan sobre las paredes del

taladro Esto produce la componente de compresión delciclo de vibraciones.



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• Después de la fase de compresión, la roca sufre unafase de expansión en un intento a volver a su estadooriginal.

• Ya que todos los materiales se comportan, en mayor omenor medida, como un resorte, una vez que la fuerzade compresión es removida, la roca se relaja y vuelve asu estado original pasando más allá de ésta.

• Como la roca se mueve más allá de su posición original,esto crea una fase de tensión del ciclo de vibraciones.



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Efectos de la compresión en las paredes del taladro



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Zonificación en el proceso de rotura por ladetonación de explosivo al rededor del taladro

1. Cavidad del explosivo. Es la región inicialmente ocupadapor la carga explosiva; por lo tanto aun no es la rocapropiamente dicha.

2. Zona de transición. Es la zona de trituración y fracturacióndel macizo rocoso alrededor del taladro.

3. Zona sísmica o elástica. Las tensiones tangenciales nomasultrapasan la resistencia a la tensión do macizo no

ocurriendo macizo, mas fracturas radiales . Entretanto, lasfrentes de la onda de choque, compresivas, poseen suficienteenergía para alcanzar las superficies libres de los bancos y enlas que se reflejan.



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Zona hidrodinámica y zona plástica

2.a) Zona hidrodinámica ‐ es la primera región de rocaque sufre los efectos de las altas temperaturas y elevadaspresiones resultantes de la explosión.

2.b) Zona plástica ‐ inmediatamente después, la rocacontinúa a sufrir la acción de altas presiones,comportándose como un fluido de baja viscosidad y sinresistencia al corte. Las deformaciones generadas se

pueden explicar con suficiente aproximación, por lavariación de densidad por las elevadas presiones.



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Zona hidrodinámica y zona plástica

2.a) Zona hidrodinámica ‐ es la primera región de rocaque sufre los efectos de las altas temperaturas y elevadaspresionesresultantes de la explosión.

2.b) Zona plástica ‐ inmediatamente después, la rocacontinúa a sufrir la acción de altas presiones,comportándose como un fluido de baja viscosidad y sinresistencia al corte. Las deformaciones generadas se

pueden explicar con suficiente aproximación, por lavariación de densidad por las elevadas presiones.



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Zona fragmentada y zona fracturada

2.c) Zona fragmentada – en esta zona la roca es reducida a,pequeños fragmentos que llegan a alcanzar la dimensión depolvo, sin cualquier consistencia. La extensión de esta área p , qdepende altamente de la capacidad del material para consumirenergía por fragmentación sin embargo, en cualquier caso, esazona es normalmente bien definida, aumentando el calibre delos fragmentos con la distancia desde el origen de la detonación.

2. d) Zona fracturada ‐ con mayor extensión que las anterioresocurre una región de roca atravesada por fracturasesencialmente radiales cortadas por un sistema menosimportante de fracturas concéntricas con el taladro; esta zona escaracterizada por una diminución de densidad de fracturacióncon el aumento da distancia al punto de explosión.



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Zonificación del proceso de rotura porcompresión



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Efectos de la onda de choque o energíade tensión



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Comportamiento sísmico del proceso dedetonación



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• Debido a que la roca actúa como un resorte cuando setransmiten las ondas de vibraciones generadas en ladetonación el modulo de Young representa la rigidez delresorte

• La regularidad a la cual la roca se relaja puede serdiferente a la regularidad a la cual es sometida la roca alos choques de corta duración que se generan por ladetonación. En este caso, no es inusual ver, en rocas

débiles con modulo de Young relativamente bajos, quelas fases de compresión y tensión tienen diferentesamplitudes y diferentes duraciones como se ilustra en laFigura .



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1.2.1 Explosivos, iniciadores y detonadores



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Propiedades de algunos explosivos



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Selección de explosivos

• Para seleccionar un explosivo existen varias variablespara analizar, en términos generales las variables masfrecuentes de analizar son:

– Fractura tipica del macizo rocoso (fractures)

– fuerza del explosivo (Strength) (VOD y densidad)



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– Entrega de energía en Joules/gramo

– % mezcla de agentes Anfo / Emulsion

– Sistema de cargado en taladro (vaciable o bombeable)



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– Presión de detonación en kilo bares (kbar= katm)

– % mezcla de agentes Anfo / Emulsion

– Sistema de cargado en taladro (vaciable o bombeable)



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Clasificación de los explosivos en tajo abierto

Por las características masivas de explotación en tajoabierto se usan explosivos a granel (también llamados tipobulk).

Básicamente estos son ANFO, Emulsión y las mezclas deambos.



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El ANFO, resulta de la combinación de nitrato de amonio(NA) y diesel (FO) en una proporción de:

94% NA + 6% FO .

Baja densidad (0.80- 0.85)

No es resistente al agua

Se puede fabricar en campo (camión fabrica)



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Emulsión: es una mezcla de dos líquidos no solubles entresi. Tiene una fase acuosa (nitrato de amonio diluido) y unafase aceitosa ( diesel + emulsificante).

Alta densidad (1.2 g/cc -1.3 g/cc)

Es altamente resistente al agua

Debe sensibilizarse antes de usar.



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Como la fuerza de la emulsión es mayor a la del ANFOse puede mezclar proporcinalmente en los que llamamosHeavy ANFO (HA)

Es resistente al agua y vaciable (se llena el taladro porgravedad) solo en la combinación 64 (60% emulsión y40% ANFO)



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Proporciones mayores son bombeables (uso de bombapara introducir al taladro)

La emulsión se puede sensibilizar mediante gasificacióno uso de micro balones



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"Q" "A" Potencia Potencia

Energia energía útil util util

Producto Densidad1 Resistencia termoquímica (mj/kg) Relativa por Relativa por VOD

g/cc el agua (mj/kg) @ 1000 atm Peso Volumen

25°C @1000 atm @1000atm

ANFO 0.8 0 3.75 2.03 1.00 1.00 20 4,450.00

HA

Emulsión : ANFO

20:80 1.05 0 3.55 2.19 1.08 1.38 33 4,998.50

25:75 1.13 1 3.50 2.25 1.11 1.52 37 5,151.00

30:70 1.20 2 3.45 2.30 1.13 1.66 42 5,303.30 35:65 1.25 3 3.40 2.32 1.14 1.74 46 5,394.70

40:60 1.30 4 3.35 2.36 1.16 1.85 50 5,516.60

45:55 1.35 5 3.30 2.38 1.17 1.93 54 5,608.00

50:50 1.30 5 3.25 2.30 1.13 1.79 49 5,455.70

55:45 1.30 5 3.20 2.27 1.12 1.77 48 5,394.70

Mezcla

Bombeada

60:40 1.30 5 3.15 2.24 1.10 1.75 47 5,333.70 65:35 1.30 5 3.10 2.21 1.09 1.73 47 5,272.80

70:30 1.30 5 3.05 2.17 1.07 1.69 46 5,211.80

72:25 1.30 5 3.00 2.14 1.05 1.67 46 5,151.00

80:20 1.30 5 2.95 2.11 1.04 1.65 45 5,090.00

Potencia del

taladro (Katm)



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Accesorios

Los accesorios en voladura son elementos que sirvenpara :

1. Encender una malla de voladura

2. Iniciar la detonación en un taladro

3. Dar tiempo entre detonaciones (por filas, por taladros, en el

fondo, etc.)



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Encender la malla: consiste en prender todos los taladroscargados desde un punto, para esto los taladros han sidounidos con cordón detonante, tubo Non El o cable.

Existen tres formas :

1. mecha lenta/ capsula o fulminante /cordón detonante

2. Mediante una línea Nonel con conector (fulminante)

3. Electrónica (blaster)



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Sistema electrónico


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Iniciar detonación : los taladros cargados con explosivosecundario (ANFO, HA, Emulsión) necesitan un iniciadorque normalmente es un booster de Pentolita. Este secoloca en el fondo del taladro y puede estar conectado a

la línea superficial mediante

• Cordón detonante ( el tiempo es 0)

• Non El de profundidad ( Tiempos de 25 ms a 1500 ms)

• Sistema electrónico ( los tiempos son programables)



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T i ió


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Temporización

Dar tiempo: Es la parte mas critica del diseño de unavoladura y consiste en hacer que el disparo ( todos lostaladros de la malla detonados) tengan una secuenciaadecuada de salida .

La secuencia es necesaria para crear nueva cara libre yque la detonación fragmente de forma homogénea la roca,evitar rocas volantes, daños a paredes o instalaciones,etc.



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Para dar tiempo a la voladura se usa retardos y existen delos siguientes tipos

– De superficie tipo Non el para cordón

– De fondo tipo Non el

– Combinados tipo Non el

– Electrónicos



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S l ió d i


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Selección de accesorios

La selección de los accesorios mas adecuados para laoperación esta basada en:

– Seguridad.

– Características técnicas.

– Características operativas.

– Costo/beneficio.



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Seguridad: Este aspecto es determinante en la selección yse debe analizar dos aspectos:

– Manipulación : la manipulación de accesorios es la parte masriesgosa ya que son altos explosivos, siempre deben estar acargo de personal capacitado y autorizado, se debe transportarseparado de los agentes de voladura y cumplir con todas lasnormas existentes (uso de radios, teléfonos celulares,electricidad estática, etc.)

– Almacenamiento: El almacenamiento de los accesorios de hace

cumpliendo con las normas, separados de los agentes devoladura, en lugares secos, bien ventilados, con sistemas depozo a tierra para descarga de electricidad estática, vigilados



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Características técnicas para determinar que accesorios:

– Geometría de la malla (H,E,B) y la facilidad para tender laslíneas de fondo y unir los taladros.

– La energía que se debe entregar para detonar el taladro.

– Los tiempos en superficie y de fondo para lograr la secuenciadeseada.

– Aspectos medio ambientales (ruido, vibraciones, polvo, etc.)



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Características operativas:

– Diseño de la malla y secuencia (manual o Software).

– Numero de Items en el stock de accesorios.

– Cantidad y tipo de accesorios usados por taladro/malla

– Experiencia y pericia de los manipuladores.

– Utilización de equipo auxiliar al momento de cargar taladros o

conectar malla.

– Protocolos de cargado, verificación y disparo.



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Semana 4


Métodos de perforación


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Métodos de perforación

Los métodos de perforación esta referidos al sistema comologramos hacer un hoyo o taladro para colocar elexplosivo.

Estos métodos también se refieren a la forma comoseleccionamos y diseñamos el plan de producción deperforación.

Para poder determinar el método veremos la producciónrequerida.


Determinación de la producción


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Determinación de la producción

Para determinar la producción requerida existen las siguientesformulas empíricas. la mas conocida es la regla de Taylor (1976):

= 6.5 .(1 ± 0.2)

Vida Optima de Explotacin (VOE) en años

Reservas en millones de TM



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De la regla anterior se puede deducir el ritmo óptimo deexplotación (ROP).

= 0.15 .(1 ± 0.2)

ROP en años

Reservas en millones de TM



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En base a antecedentes recopilados en una gran cantidadde proyectos mineros se ha deducido las siguientes VidasÓptimas de Explotación para distintos metales.

Cobre: VOE (años) = 5.35 .

Oro: VOE (años) = 5.08 .

Plomo –Zinc: VOE (años) = 7.61 .



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Las formulas empíricas anteriores determinan el ritmo deproducción del mineral, entonces es necesario sumar elritmo de producción del desmonte o estéril.

Perforación y voladura debe estimar su de trabajo enfunción a:

1. Ritmo óptimo de producción (ROP)

2. Las características de del yacimiento.


Ejemplo


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Ejemplo

Tenemos un yacimiento donde se ha cubicado unas reservas de 100millones de toneladas y el ratio D/M es de 1.5, calcular el VOE, el ROPy la producción total de material.

Solución:

= . .( ± . ) = entre 16.44 y 24.66 años,

= . .( ± .) = entre 3.79 y 5.69 millones de ton/año.

Producción total material= 3.79 +(3.79x1.5) = 9.47 millones ton/año

5.69 +(5.69x1.5) =14.23 millones ton/año


Perforación


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Perforación

La perforación en roca esta referida a realizar un hoyo otaladro con el fin de arrancar material para construir(carreteras, túneles, cámaras, pozos, etc.) o extraer

materiales y minerales económicos (minería)

Existen muchos métodos de perforación que se handesarrollado a lo largo de la historia, en el cuadro siguiente

se ven los métodos usados actualmente



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Método rotación percusión


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Método rotación-percusión

La perforación de rotación y percusión se basa en principiode golpear (percutir) un cincel (broca), empujando ygirando (rotar), para que se produzca la rotura de la rocaen pequeños fragmentos (detritus) que se van limpiando y

se forma el hoyo.



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En la actualidad este trabajo se hace con maquinas queaceleran el proceso de penetración en la roca.



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La transmisión de la energía cinética (Ec) en perforadorasOTH se hace en forma de onda de choque atraves delvarillaje , cuando la onda de choque llega a la broca seconvierte en trabajo que penetra la roca.

En el caso de perforadoras DTH la transmisión de laEnergía cinética es directa, con lo cual se logra mayorpenetración en rocas duras.



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Esta energía cinética de una perforadora RP se puedecalcular con la siguiente fórmula:

Ec= ρm* Ap * IpDonde;

ρm Presión de fluido dentro del cilindro (30% a 40%

menor que la presión de trabajo nominal o delcompresor)

Ap Área de la cara del pistón

lp Carrera del pistón

ng frecuencia de impactos

La potencia CINETICA del martillo o perforadora es

Pc = Ec * ngMsc. Carlos Reátegui Ordoñez


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La rotación, que se produce después de cada golpe o

percusión, tiene la finalidad de girar la broca con elpropósito de que esta actúe en distintos puntos en el fondodel barreno.

La velocidad de rotación esta en función al tipo de roca y al

tipo de broca que se utiliza.

Ejemplo (brocas de 51mm a 89mm)cuando la brocas son de tipo pastilla los rpm están entre80- 150 y se produce un giro de 10- 20° Cuando son brocas de botones los rpm están entre 40-60 y se produce un giro de 5- 7°



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El empuje es necesario para que la broca siempre este encontacto con la superficie de perforación, la falta o excesode empuje produce los siguiente efectos.

MayorconsumoBarrenos.Calentamientode barreno.

Mayor Gasto debrocasVibraciónDesviación detaladros



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El barrido o soplado de barrenos se hace con el fin deevacuar los detritus y mantener siempre libre el fondo detaladro. Este se puede hacer con aire o agua

Si el barrido es incorrecto :

Mayor consumo de energía Atascos de la barra Desgaste prematuro varillaje



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Para hallar el caudal de barrido se usa las siguientesformulas:

= . ∗

+ ∗ .

= ∗

.

Donde:va = veloc idad ascenc ional (m/s)

Q = caudal (m3/m in)

D = diámetro b ro ca (m )d = diámetro bar reno(m )

dr = densid ad de la roca (gr/cm3)

dp= diametro d e detr ito (mm )


Velocidades de barrido con aire


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Velocidades de barrido con aire


Caso Practico 1


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Caso Practico 1

Calcular la Energía cinética (Ec) y Potencia (Pc) de unperforadora hidráulica de que tiene las siguientescaracterísticas:

Presión de trabajo (ρm) = 200 bar

Carrera del pistón (Ip) = 80 mmDiámetro del pistón (Øp) = 60 mm

Frecuencia de impacto(Ng)= 80 Hz

Solucion:Ec= ρm* Ap * Ip

Para solucionar este problema debemos convertir ρm de bar a Kg-f/m², esto porque lp yØp los expresamos en m.



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Ap = = 3.1416 ∗ (

)²= 2827 mm²

1 bar = 10 197.16 kg-f/m² entonces 200 bares = 2 039 432.5 kg-f/m²

Remplazamos en Ec.

Ec = (2 039432.5 kg-f/m² * 0.65) * 0.002827 m² * 0.80 m= 2298.50 kgf- m

Hallamos la energía o potencia de impacto (Pi) en KW Si, 1 kgf-m = 0.009806 KW

Ec = Pi = 29,43 KW.

Potencia cinética

Pc = Ec*ng = 2298.5 *80 = 183 880 kgf-mSi 1 kgf-m = 0.00000272 KW/hr.

Pc= 0.50 KW/hr.


Método rotativo de perforación


116/566

Método rotativo de perforación

Este método utiliza solo la rotación para romper la roca,

para logar esto se necesita que el empuje sea muyconsiderable.

Empuje

El empuje mínimo (lb.) esta en función a la resistencia a lacompresión de la roca (RC en Mpa.) y al diámetro de labroca (D en pulg.).

Em = 28,5 * RC* D

Este gran empuje se puede obtener del peso de laperforadora o un sistema hidráulico capaz de presionar labroca lo suficiente para que escarie la roca.



117/566

Sin embargo el empuje no puede ser ilimitado ya que

podemos enterrar la Broca y no permitir que esta gire.

El empuje máximo (lb.) es dos veces el empuje mínimo

Emax = 2 * Em

El empuje limite esta en función al diámetro de la broca

(tricono) y se calcula:

EL= 810 * D²


Empuje límite de diámetros mas usados


118/566

p j



119/566

Veloc idad de ro taciónLa velocidad de penetración aumenta con la velocidad derotación en una proporción algo menor que la unidad hastaun límite impuesto por la evacuación de los detritus. Es

decir que esta en función a la roca así tenemos que:



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Caudal de aire

Los detritus de roca formados por la perforación en lostaladros, deben ser evacuados para evitar que sean

triturados por los elementos cortadores de la broca, paraello se suministra una circulación de aire adecuada paraevacuar dichos detritus. También se debe suministra aguapara controlar el polvo.


Brocas para perforación rotativa


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p p

La perforación se realiza con brocas diseñadas para cadaaplicación. En minería se usa los triconos, que son unsistema de tres brocas cónicas que actúan (rotan)independientemente generando mejor penetración en la

roca.Brocas paraperforación

rotativa


Caso practico 2


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p

Se quiere determinar el empuje mínimo necesario paraperforar una roca de 210 Mpa de resistencia a lacompresión con una perforadora rotativa con broca de 4pulgadas.

solución:Em = 28,5 * RC* D

Em = 28,5 * 200* 4

Em = 22, 800 Lb.


Selección del método de perforación


123/566

p

El criterio mas usado para definir el método de perforaciónse basa en:

– La Resistencia a la compresión de las rocas

– Diámetro del taladro.

Una aproximación práctica para la selección se ve en elcuadro siguiente.



124/566



125/566

Sin embargo la selección también debe considerar las variables:

– Métodos de explotación

– Capacidad de mecanización de las operaciones.

– Técnicas de perforación y voladura

– Costos

– Capacidad de automatización

– Mantenimiento, etc.


Método de explotación vs. método deperforación


126/566

perforación


2.1.1 Velocidad de penetración


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La velocidad de penetración en roca depende de muchosfactores externos como:

Características de perforación

Mecanización de laperforación

Potencia de laperforadora

Longitud y Diámetro deltaladro

Habilidad delperforista

Propiedades físicas de lasrocas

Distribución de tensiones

Estructura internade la roca.

Características geológicas



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Estos factores hacen que el calculo de la velocidad deperforación sea complicado.

Todos los fabricantes de perforadora elaboran ábacos para

poder tener una aproximación a la velocidad depenetración con ciertos supuestos geológicos.

También se han planteado formulas empíricas, estas

generalmente se usan para el diseño y requerimiento deperforadoras.


Velocidad de perforación para perforadorasRotación Percusión


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Rotación Percusión

Propiedades geológicas

Propiedades de la perforadora

30 KW

40 KW



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La formula empírica para hallar la velocidad de penetraciónen perforadoras R-P es:

VP = ∗ (

.)

Donde :

Pi potencia impacto en KW

D diámetro de taladro en mm


Ejercicio


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Calcular la velocidad de penetración en roca dura y suave de un

martillo hidráulico que tiene las siguientes características(considerar que la potencia efectiva de impacto es el 65%):

Presión de trabajo alcanzada (ρm)= 180 bar para roca suavePresión de trabajo alcanzada (ρm) = 150 bar para roca dura

Carrera del pistón (Ip) = 450 mmDiámetro del pistón (Øp) = 60 mmFrecuencia de impacto(Ng) = 102 HzDiámetros de la broca = 45 mm a 64 mm

Solucion:

Ec=Pi= ρm* Ap * Ip


Roca suave


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Roca suave

Convertimos presión a kgf/m²

= 180 bar * 10 197.16 = 1 835 489.2 kgf/m² Ap = = = 2827 mm² = 0.002827 m²

Remplazamos en Ec.

Ec = (1 835 489.2 kgf/m² * 0.65) * 0.002827m² * 0.450 m

= 1518 kgf.m

Convertimos esta energía cinética por segundo a KW

si, 1 kgf.m = 0.009806 KN.m1518*0.00980 6 = 14.88 KN.m= 14880 N.m *1/s = 14.88 KW

Ec = Pi = 15 KW.


Roca Dura

Convertimos presión a kg-f/m²= 150 bar * 10 197 16


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Convertimos presión a kg-f/m = 150 bar 10 197.16= 1 529 574 kg-f/m²

Ap = = = 2827 mm² = 0.002827 m²

Remplazamos en Ec.

Ec = (1 529 574 kg-f/m² * 0.65) * 0.002827m² * 0.450 m

= 1264 kg-f .m

Convertimos esta energía cinética por segundo a Kw

1 Kkgf-m = 0.009806 KN.m 1264 * 0.009806 =11.41 KN.m

= 11415 N.m * 1/s = 11.42 KW

Ec = Pi = 12 KW



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Remplazamos los valores en la formula y construimos la

gráfica para cada diámetro de broca:

VP = ∗ (

.)

Roca suave Roca Dura

m/min m/min

45 2.25 1.80

48 2.06 1.65

51 1.89 1.51

54 1.75 1.40

57 1.62 1.30

60 1.51 1.21

63 1.41 1.1366 1.32 1.05

Velocidad perforacióndiámetro

de la broca

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

2.20

2.40

45 48 51 54 57 60 63 66

v e l o c i d a d p e r f o r a c i ó n e n m / m i n .

diametro en mm


Velocidad de penetración en perforadorasrotativas con tríconos


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rotativas con tríconos

La formula empírica para hallar la velocidad de perforacióncon perforadoras rotativas es

VP =(. ∗´ ∗

∗ .)

Donde:

E’ = Empuje en kg

N = la velocidad de rotación en rpm

RC= resistencia a la compresión de la roca en Mpa

D diámetro de la broca en mm



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El empuje E se calcula en base a:

=( )

Donde

Em = 28,5*RC* D

EMax = 2 *Em

E en lb. D en pulg. y RC en Mpa.

Una regla practica cuando las perforadoras utilizan su peso bruto (PB) para

aplicar el empuje ( o pull down):

E = 0 65 PB


Ejercicio


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• Determinar la velocidad de penetración de unaperforadora rotativa que usa una broca triconica de 100mm para las siguientes rocas:

Tipo de roca Resistencia a lacompresión (Mpa) Velocidad derotación (RPM)

Suave 140 100

Media 180 60

Dura 210 40


• Solución


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DATOS

diametro 228.6 mm

diametro 9.00 pulgadas

tipo de roca Mpa RPM

suave 140 100

medio 180 60

dura 210 40

determinamos E

tipo de roca Em Emax. E (lb.) E (kg.)

suave 35910 71820 53865 24433

medio 46170 92340 69255 31414

dura 53865 107730 80798 36650

Determinamos Velocidad de Perforación

suave 60.0 m/hr.

medio 28.0 m/hr.

dura 16.0 m/hr.


S


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Sin embargo esta VP es cuando no existe tiempos muertosy la disponibilidad de la perforadora es 100%, en larealidad esto no es así, entonces si la disponibilidad es80% tenemos la velocidad media de perforación:

= .

VP VM

suave 60.0 m/hr. 28.63 m/hr

medio 28.0 m/hr. 17.44 m/hr

dura 16.0 m/hr. 12.12 m/hr


2.1.2 ciclo de perforación


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En perforación subterránea se puede distinguir dos tipos

de tiempos o ciclos:

1. Ciclo especifico de perforación: este es el tiempoque se demora la perforadora en realizar los taladros

en el frente y se puede definir como:

Ce = T posic io nar +T penetrar + T camb io de barras+ T penetrar

Este tiempo de ciclo se usa en producción cuando la perforaciónes independiente a las otras labores unitarias.


Ciclo especifico Perforación


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Posicionar

Penetrar

Cambiar barra

Penetar



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• Video



143/566

2. Tiempo de ciclo en labores con un frente: En este tipode labor la perforación debe esperar que todas lasoperaciones unitarias siguientes sean realizadas paravolver a perforar.

Las labores de este tipo son:

» Túneles

» Galerías

» Rampas

» Cruceros

» Sub niveles


Ciclo de perforación en frentes


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Perforación Carga de taladros

Voladura

Ventilación

Acarreo y transporte“desatado de roca”

sostenimiento

Marcar puntos


Ciclo de perforación en Open Pit


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Se debe conocer el ciclo de perforación que puede sermedido en campo u obtenido de datos históricos.

Este incluye el tiempo de traslado/ ubicación, cambio debarras y penetración /barrido



146/566


TIEMPO EFECTIVO DE PERFORACIÓN DURANTE LAJORNADA DE TRABAJO


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n

Tef = (tóa + tńp ) x Σ Li

i=1

n Número de taladros perforados durante el turno.

Li Longitud de taladro de los distintos pozos (i)

Tóa Tiempo en operaciones auxiliares requeridos en 1 metro de taladro

Tńp tiempo neto de perforación en 1 metro de taladro.



148/566

Semana 5


2.1.3 Minería Subterránea


149/566

En minería subterránea se usa todos los tipos deperforadoras que existen, sin embargo están son maslivianas que en minería superficial.

También se utilizan sistemas constructivos basados enperforación- voladura y perforación continua.


BAJO PERFIL


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Perforaciónmecanizada para

minería subterránea

FRONTEO

TALADROSLARGOS

EMPERNADORES

TUNELERIAMsc. Carlos Reátegui Ordoñez

Perforadoras Ligeras


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Son aquellas maquinas que tienen un peso tal, quepuede ser operadas por una sola persona,generalmente usan aire comprimido para funcionar, esdecir son neumáticas.

Son de fácil operación y mantenimiento, permitenperforar en zonas estrechas o de difícil acceso.

Debido a su bajo requerimiento de energía permitenuna buena relación de costo por metro perforado.


Partes principales de una perforadoraNeumática


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Porta barreno

grapa

Válvula reguladora paso de aire

mango


Barreno integral


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Perforadoras de avance o desarrollo


154/566

La necesidad operativa de incrementar las secciones,velocidad de producción e incremento de diámetrosllevaron a que se mecanice la perforación, es decir, a quese introduzcan perforadoras montadas sobre vehículos osistemas de perforación.

Los sistemas constructivos de perforación involucranperforadoras diseñadas para construir labores verticalescomo piques y chimeneas, y tiene un alto grado de

mecanización.


Perforadoras hidráulicas


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La diferencia principal con las neumáticas es que usan unaserie de bombas para introducir un caudal de aceite lograrel movimiento del pistón y la rotación del varillaje, esto

permite mayor potencia de trabajo.

Existen muchos modelos y están fabricadas de acuerdo aluso, las partes principales se ven en la siguiente

diapositiva


Partes principales de perforadora hidráulica


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Pistón b o c i n a

Válvula de fluidos

Sistema detransmisión

potencia

Sellos

Culata

Motorhidráulico



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La perforación hidráulica supone un avance tecnológicocon respecto a la neumática porque:

o Se logra mayor presión con menor perdida de potenciaen el trabajo, con esto se reduce el consumo de energía

a 1/3 en comparación de los sistemas neumáticos.

o Menor costo de accesorios de perforación (aceros),debido a que se usan pistones mas largos y de menorsección, se estima que la vida útil de los aceros se puedeelevar hasta en 20%


o Se incrementa la velocidad de penetración entre 50%


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a 100% con respecto a las perforadoras neumáticas

o Mejores condiciones ambientales y de seguridad, segenera menor ruido debido a que no existe escapede aire.

o Mayor versatilidad en la perforación debido a que sepuede regular la presión y velocidad de la maquina.

o Mayor facilidad de mecanización de las operaciones

de perforación (cambio automático de varillaje,perforación con múltiples martillo y un solo operador,operaciones remotas, etc.)


Características principales Perforadoras.hidráulicas


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• Especificaciones

Presión de Trabajo 75 a 250 bares

Frecuencia de impacto 2000 a 6000 golpes/min

Potencia de impacto 6 a 80 KW

Frecuencia 60 a 180 Hz.


Varillaje de para perforadoras hidráulicas


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Sistemas de montaje de perforadoras


161/566

Los sistemas de montaje de perforadoras en mineríasubterránea están directamente relacionados con los usosy necesidades de perforación.

Se utilizan vehículos de ruedas, de orugas y sobre ríeles,plataformas, sky´s y otros montajes especiales.

Se puede clasificar el montaje de la siguiente manera:


Sistema de Montaje dePerforadoras


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Móviles

Sobre Ruedas

Neumáticos

Rieles

Sobre Orugas

Fijos

Sobre Plataformas

Montajes Especiales


Métodos de perforación en minería subterránea


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Perforación Subterránea

ENERGIA MECANICA

Rotativos

Escareo (perforacióncontinua)

Raise BORING

BIND HOLE

TBM

Triconos

Taladros largos

Rotación Percusión

Martillo en la cabeza (OTH)

Perf. Neumáticas

Perf. Hdraulicas

Martillo en el fondo (DTH)

Perforadoras hidráulicas


Clasificación de equipos


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• Perforación horizontal o inclinada

• Perforación vertical hacia arriba• Perforación vertical hacia abajo

Perforadoras ligeras

• Perforación de frontones y túneles• Sistemas de perforación de piques y chimeneas (Raise Boring,

Blind hole, Alimak)Perforadoras de avance o desarrollo

• Perforación de tajos horizontales• Perforadoras de tajos verticales• Perforadoras radiales• Perforadoras taladros largos (DTH)

Perforadoras de producción

• Empernadoras• Perforadoras continuas de túneles• Perforadoras diamantinas

Perforadoras para trabajos específicos


Tipos de perforadoras livianas


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JACK HAMMER

JACK LEG

STOPER


Jack Hammer

Utili d l f ió ti l i li d h i


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• Utilizada para la perforación vertical o inclinada hacia

abajo.• Avance mediante el peso propio de la perforadora.

• CONSUMO DE AIRE: 50 – 100 l/s

• DIAMETRO PERFORACION: 22 – 45 mm

• LONGITUDES: 400 – 640 mm


Características principales


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• Peso: 17kg a 23 kg• Frecuencia: 2040 a 2100 golpes por minuto

• Rotación: 130 a 170 rpm

VENTAJAS:

Para rocas duras no muy permeables



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Desventajas

Alto nivel sonoro

Desvió de la perforación por la flexibilidad delvarillaje


Jackleg

P f d t d d d


169/566

• Perforadora con pata de avance que puede ser usada

para realizar taladros horizontales e inclinados, se usamayormente para la construcción de galerías,subniveles, rampas




170/566

• Especificaciones Longitud de la perforadora 686.00 mmPeso de la perforadora 33.00 kgCarrera del pistón 73.25 mm

Carrera útil del pistón 66.70 mmFrecuencia de impacto 2250.00 golpes/minPeso de la Pata 15.00 kgCarrera de la pata de avance 270.00 mm

Ø interior del cilindro de avance 67.00 mmConsumo de aire (620 kPa/90 psi) 4.90 m3



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• Fácil de usar• Útil para perforación de tiros cortos• Rápida mantención• Bajo precio

• Adaptable a cualquier tipo de roca• Se adopta a cualquier tipo de terreno

Ventajas:

• Peligro al no controlar bien la válvula de circuito de aire• No recomendable para tiros largos• perforación ruidosa, contacto directo con el polvo y agua• Limitante con la altura de la sección

Desventajas:


Stopper


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• Perforadora que se emplea para la construcción dechimeneas y tajeo en labores de explotación(perforación vertical hacia arriba).




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• Especificaciones

Diámetro del cilindro 79.40 mm

Carrera del pistón 73.25 mm

Carrera útil del pistón 66.70 mmFrecuencia de impacto 2250.00 gol/min

Longitud de la perforadora 1549.00 mm

Peso incluyendo la pata de avance 40.80 kg

Diámetro interior del cilindro avance 69.80 mmConsumo de aire (620 kPa/90 psi) 4.90 m3


Tipos de perforadora avance y desarrollo


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JUMBO

RAISE BORING

ALIMAK

BLIND HOLE


JUMBOS


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• Son vehículos donde se colocan 1 o mas perforadoras

hidráulicas que pueden ser operadas por una solapersona en la cabina o a control remoto.

• Estos están diseñados para perforar horizontalmente

tanto en frontones como en tajeo.

• El accionamiento de las bombas hidráulicas de lasperforadoras puede ser mediante energía eléctrica o

generada por un motor diesel.



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• Pueden estar montados sobre rieles o sobre ruedas.

• La sección de trabajo va desde los 6 a 210 metroscuadrados dependiendo de la cantidad de perforadoras

instaladas sobre la unidad móvíl.


Jumbos para trabajos específicos


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Jumbos de avance y tajeo horizontal:

Estas maquinas se usan en:

o Desarrollo de galerías, cruceros, rampas.o Tajos donde se perfora horizontalmente

Se deben diseñar las labores de acuerdo a las

dimensiones y área de cobertura de la máquina



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altura

Longitud del Jumbo

Largo del brazo

Longitud delbarreno



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Jumbos para túneles:

Son máquinas de mayores dimensiones que están equipadas convarias perforadoras hidráulicas, además suelen ser articuladas,con los que se logra mayor movilidad dentro del túnel



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Jumbos de bajo perfil

Estas maquinas son de menor altura que los

convencionales y se usan en labores donde no se puedenexcavar secciones mayores a 20 m2



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Perforadoras de Producción


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La perforación de producción esta ligada al método deexplotación del yacimiento. Los equipos y el grado demecanización de estos están en función directa al diseñogeométrico de las labores de extracción de los minerales.

En los yacimientos estrechos (vetas), se usan perforadorasmanuales, en los tajos donde el banqueo se haceperforando horizontalmente se usan Jumbos, en otrosmétodos donde las dimensiones del yacimiento lo permiten

se usan perforadoras radiales, rock drill o perforadoras tipoDTH.


Jumbos radiales


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• Son perforadoras que pueden realizar taladros largosdesde un galería en forma radial o paralela, algunascaracterísticas básicas

Para galerías pequeñas a medianas diámetros de perforación en el

rango de 48 a 127 mm. Carruseles con capacidad de 17+1 barraspara perforación mecanizada de hasta 32 m.

Para galerías medianas a grandes en el rango de diámetros deperforación de 89 a 165 mm, adaptado para equipar martillos en fondoy carrusel con capacidad de 35+1 barras para perforación mecanizadade hasta 63 m.



187/566



188/566



189/566


Perforadoras para taladros largos


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• Son perforadoras montadas sobre orugas generalmentetipo rock drill (con martillos hidráulicos) o track drill(martillos neumáticos).

• Estas están diseñadas para perforar horizontal o conuna leve inclinación (menor a 30°) en bancos haciaabajo.

• Se usan en producción y pueden tener sistema DTH oOTH


Sistema de perforación


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Capacidad de excavación con múltiplesperforadoras


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Sistemas constructivos con perforación


193/566



194/566


Raise Boring


195/566

Es un procedimiento constructivo para la ejecuciónmecanizada de piques o chimeneas entre dos nivelesdentro de una mina o en un proyecto de ingeniería civil.

El procedimiento, desarrollado en la década de los 50 enEstados Unidos, consiste básicamente en perforar unbarreno piloto y luego ensanchar la perforación haciaarriba mediante una cabeza escariadora.



196/566

Se perfora con diámetros habituales entre 2 y 3 m, a unasprofundidades de 100 a 200 m, aunque se han llegado a 6m de diámetro y más de 1000 m de profundidad.

Características de

operación

Rendimientos

• Diámetro piloto desde 121/4 “ a15”.

• Diámetro chimenea desde

1.5 a 6.0 m.

• Empuje escariado 1920 kN.

• Nominal 12 – 20 m/día.

• Operacional 4 -6 m/turno(depende de la roca)



197/566

Entre las ventajas de este sistema

o Alta seguridad y buenas condiciones de trabajo

o Productividad mayor que con con explosivos (porejemplo, método VCR o Alimak),

o El perfil liso de las paredes, la sobre excavacióninexistente

o Posibilidad de realizar excavaciones inclinadas.



198/566

En cuanto a los inconvenientes,

o Inversión elevada

o El costo de excavación unitario es alto

o Poca flexibilidad en dimensiones y cambios dedirección.

o Dificultades en rocas en malas condiciones y lanecesidad de personal especializado.



199/566


Sistema ALIMAK


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Se emplea, desde 1957, en la perforación de chimeneasdonde no es posible el acceso superior necesitando unnivel de trabajo en el subsuelo.

Es un método flexible y económico. Consta de lossiguientes elementos:

• jaula

• plataforma de trabajo

• motores de accionamiento• carril guía y elementos auxiliares.



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• La elevación de la plataforma se realiza a través, de un carril guíacurvado empleando motores de aire comprimido, eléctricos o diesel.

• La fijación del carril a la roca se lleva a cabo con pernos de anclaje,y tanto las tuberías de aire como de agua necesarias para laperforación, ventilación y el riego se sitúan en el lado interno delcarril guía para su protección.


L f l t ió d l hi l


202/566

Las fases en la construcción de la chimenea son lassiguientes:

1. perforación y carga de los barrenos (operación realizadacon perforadora neumática)

2. descenso de la plataforma y voladura (cada vez que hayuna voladura, hay que retirar la plataforma)

3. ventilación y riego

4. elevación de la plataforma y “desatar” el techo



203/566


Blind Hole

E t ét d i t l d á i


204/566

• Este método consiste en el uso de máquinaselectrohidráulicas para la excavación de chimeneasmineras en forma ascendente.

• Lo que se hace para la realización de las chimeneas esperforar el tiro guía y se realiza el ensanchamiento de lachimenea al diámetro que se necesite.

• El material excavado cae por gravedad al nivel de lamáquina y será guiado por un colector para prevenirriesgos.



205/566

• El empuje se obtiene de los sistemas hidráulicos debombas de alta presión y la rotación de un motoreléctrico de unos 250 HP que va con la transmisióninmediatamente bajo el escariador.

• Para alcanzar la altura de excavación se adicionan en elcuerpo de la máquina, a nivel de piso barras especiales,estabilizadas, que permiten ir avanzando en altura conel desarrollo de la chimenea.



206/566


El equipo perforador de la maquina contienetres elementos principales:


207/566

• Set de barras: Está compuesto por tubos de perforación y estabilizadores, ambosconstruidos con acero fundido. Las barras poseen centros huecos quepermiten que un fluido (por lo general agua), sea encaminado desde lamaquina a la broca piloto para remover la roca triturada durante laoperación.

El estabilizador tiene como función disminuir al mínimo la desviacióndel orificio piloto y así mantener el diámetro total del orificio piloto.

• Cortador de rocas:

Está compuesto por las unidades de brocas tricónicas. que tienen la

función de cortar la roca mediante compresión la cual es ejercidadesde el set de barras.


• El tricono guía.

– Está compuesto por un conjunto de tres brocas pequeñas queestán unidos en una misma barra cuya función es realizar elorificio piloto de la perforación


208/566

orificio piloto de la perforación

Tricono guía

Cortador de Rocas

Set de barras


• La excavación de chimeneas con equipos Blind Hole serealiza siguiendo rigurosos procedimientos de trabajo ycomo la operación de los equipos se realiza a distancia,


209/566

como la operación de los equipos se realiza a distancia,

desde un panel de control, lo transforma en un métodoaltamente seguro, ya que el personal siempre estaráfuera de la línea de excavación.



210/566

• Con este método se perfora chimeneas desde 0,5 mhasta 1.5 m.

Características de

operación

Rendimientos

• Diámetro piloto desde 9 a97/8 ”.

• Diámetro chimeneadesde 0.6 a 1,5 m.

• Empuje escariado 1285kN.

• Nominal 7 m/día.

• Operacional 0,49 m/hora(9 m/día).


Tipos de perforadora Producción


211/566

Perforadoras Horizontales

Perforadoras Radiales

Perforadoras Taladros Largos.


Perforadoras Horizontales

En producción los jumbos permiten la mecanización de las


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En producción los jumbos permiten la mecanización de lasoperaciones de perforación y tienen la capacidad deposesionar perforadoras de avance para perforar barrenossegún las órdenes del operario


Perforadoras radiales

Jumbo Radial


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Jumbo Radial

o Pueden tener Perforadoras Neumáticas o Hidráulicas tipomartillo en la cabeza (OTH) o perforadoras tipo Down theHole (DTH)

o Están montadas sobre vehículos o son estacionarios,tienen carruseles que permiten el cambio de barrenos.

o

Rendimiento en condiciones optimas es de 6000 a 8000mts. mensuales barrenados.


Utilizado principalmente en minería subterránea pararealizar taladros largos en forma radial, generalmentedesde una galería o labor inferior


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desde una galería o labor inferior


Perforadoras de taladros largos

Este tipo de perforadoras se usan para realizar taladros


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Este tipo de perforadoras se usan para realizar taladrosverticales hacia abajo y pueden ser del Martillo en lacabeza OTH o DTH.

La perforadora DTH permite la perforación de barrenosmucho más largos que las perforadoras con martillo encabeza.

Existen perforadoras neúmaticas tipo track drill ehidráulicas tipo rock drill


Tipos de perforador taladros largos


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Perforadoras con Martillo en Cabeza (OTH)

Perforadora DTH.


Perforadoras OTH

• Están montados sobre vehículos de orugas


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• Están montados sobre vehículos de orugas

• Pueden tener martillos neumáticos o hidráulicos

• Perforan diámetros entre 64-102 mm.

• Contienen carruseles para barrenos y logran perforarhasta 50 m

• Máxima inclinación de trabajo: 30°



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Perforadoras DTH

• Se usan en minería subterránea en el área de


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producción.• Diámetro de perforación entre 50 y 210 mm.

• Montado sobre orugas , tienen una velocidad de trasladoentre 1 y 3.8 km/hr

• Capacidad de trabajar en zonas irregulares y vencerpendientes.

• Barrido del barreno (agua o aire).

• Poseen martillo en fondo . Este método de perforaciónestá indicado para rocas duras y diámetros superiores alos 150 mm.



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Wagon drill


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Diseñada para perforar con martillo defondo de 2”, 3” y 4”, en diametro de 2 ¾ “ (70 mm) hasta 5” (127 mm).


Perforadoras para trabajos específicos

Son perforadoras altamente especializadas que sirven


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Son perforadoras altamente especializadas que sirvenpara para realizar tareas especificas en construcción.

Veremos 2 tipos:

I. Empernadoras (bulonadoras), que son aquellas que sirvenpara sostenimiento mediante pernos de anclaje

II. Tuneleras continuas, son maquinas de construcción continuade túneles


Longitudes de bulón de 1,5 a 1,8 metros yalturas de techo de hasta 2 5 metros

Empernadoras


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alturas de techo de hasta 2,5 metros.

SISTEMA DE PERFORACIONLub. air consumo. (at 3 bar): 6 l/s

Water consumption : 1.25 l/s

Weight: 75 kg


Longitudes de bulón de 1,5 a 3,5 metros yalturas de techo de hasta 9,5 metros.


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SISTEMA DE PERFORACION• Lub. air consump. (at 3 bar): 6 l/s

• Water consumption: 1.25 l/s• Weight: 75 kg


Minería continua construcción de túnelessin perforación y tronadura (TBM)


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TUNEL BORING MACHINE (TBM)


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• Aéreas máximas : 70-300 m2 aprox.

• Profundidad :mayores a 25 km

• Diámetro : 1 - 19.5 mts

• trabajo en menor tiempo y de mayor calidad a fin de cuentassale mas barato que hacerlo por perforación y voladura

• Producen una pared de los túneles Lisa

-


2.1.5 minería superficial y construcción

El tamaño de las perforadoras en minería superficial esta


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p prelacionado al rango del diámetro de taladro que sepueden perforar, al yacimiento y el sistema de perforaciónusado.

Las perforadoras pueden ser:rotativas

rotativas o DTH

DTHOTH o martillo en cabeza



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Criterios de selección de equipos


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Producción Requerida.

Parámetros geométricos del diseño del tajo.

Información geológica y geotécnica



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Costo de equipo (incluido costo financiero y de seguros)

Costo de mantenimiento (repuestos, grasas)

Costos de los aceros de perforación (brocas, barras,acoples, etc.).



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En el tipo de energía que usa el martillo de la perforadora(neumáticas o hidráulica).

Tecnología (adecuación a los sistemas de control enmina)

Diseño, ergonomía y versatilidad



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Criterios Mecánicos : potencia de motor, capacidad decompresor, tren portante (orugas, ruedas).

Características del martillo y ubicación : rotación,percusión o ambos, Encima del barreno (drifters) o en elfondo (down the hole),

Características de las barras y brocas (aceros deperforación)



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Hidráulicas Neumáticas


Perforadora rotativa


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Semana 6


2.2 Efectos geológicos en perforación


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El rompimiento de la roca con un explosivo es unainteracción entre el explosivo y la roca

Los resultados en términos de fragmentación, daño ydesplazamiento, de la pila volada están determinadas porlas propiedades de los dos componentes.


Para obtener una adecuada fragmentación como resultado


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de una voladura de rocas, se dice que el macizo rocoso tieneuna influencia determinante por ser una variable totalmente

aleatoria.

Para conocer mejor esta variable aleatoria “macizo rocoso” es importante determinar:

• Las propiedades físico-mecánicas.

• Las diversas teorías de fallas, y• La caracterización geomecánica.

Las p rop iedades físicas se deben investigar:

I. Densidad


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II. Gravedad especifica (G)III. Peso especifico ().IV. Porosidad (n).V. Permeabilidad, etc.


Las p rop iedades Mecánicas :

I. Ensayo de Compresión Uniaxial.


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II. Ensayo de Carga Puntual.

III. Ensayo de Corte Directo.

IV. Ensayo para la determinación delas Constantes Elásticas.

V. Ensayo de Compresión Triaxial.

VI. Ensayo de Tracción Indirecta –

Brasilero.

VII. Velocidad de la onda longitudinal oprincipal (onda P)


Teoría de fal las

i. Criterio de falla de Mohr (roca sin cohesión).


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ii. Criterio de falla de Coulomb.

iii. Criterio de falla de Mohr-Coulomb.

iv. Criterio de falla de Griffith.

v. Criterio de falla de Griffith, modificado.

vi. Criterio de falla de Hoek & Brown, etc.

Cabe enfatizar que la teoría mas usada y moderna es lade Hoek & Brown.


Caracterización geomecánica del macizo rocoso

Los investigadores tales como Deere, Bieniawski, Barton, etc., hanrealizado estudios a cerca de la caracterización del macizo rocoso, y

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han postulado lo siguiente:

El RQD El RMR El Q de Barton

El RMI, etc.


100.10 x

cmtestigosdetotal Longitud RQD

Rock Quality Designation RQD


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total Longitud

RQD (%) Calidad de la roca

100 – 90 Muy buena

90 – 75 Buena

75 – 50 Mediana

50 – 25 Mala

25 - 0 Muy mala


En caso que no se cuente con testigos adecuados, Palmström(1982) Propone el RQD que puede ser calculado, definiendo unRQD superficial según la siguiente expresión matemática:


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(%)3.3115 v J x RQD Donde:Jv = Numero de contactos por m3

Jv = Jx + Jy + JzPara Jv < 5 → RQD = 100

Priest and Hudson (1976), proponen el RQD, el cual puedeser calculado usando la siguiente expresión matemática:

11.01.0100

e RQD

m

idadesdiscontinu N Dond

º:


Z. T. Bieniaswki

RMR = + + + + +1 2 3 4 5 6 /-


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Valor de un parámetro individual.

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

RMR Clase Nº Clasificación

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

1. Resistencia compresiva uniaxial del macizo rocoso (RC).2. Designación de calidad de roca (RQD)3. Espaciamiento de las discontinuidades.4. Condición de las discontinuidades.5. Condición de agua subterránea.6. Orientación de las discontinuidades.


El sistema propuesto, considera seis parámetros para definir lacalidad de un macizo rocoso, que son los siguientes:

N. Barton.


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RQD: Parámetro definido por Deere (1964)Jn : Número de contactos.Jr : Numero de rugosidades.Ja : Numero de alteraciónJw : Condición de agua subterránea

SRF: Factor de reducción del esfuerzo (stress reduction factor).

Para calcular el ín

Clase de Perforación Voladura1

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