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“TAPONEX, UNA ALTERNATIVA PARA TRONADURAS DE PRODUCCION” Luis Mercado Macaya, Jefe Perforación y Tronadura, Minera Mantos Blancos S.A.. Leonardo Mercado Zamorano, Representante Técnico, Enaex S.A. Luis Farías Calderón, Memorista Universidad de Antofagasta, Enaex S.A. RESUMEN Cuando se produce una variabilidad en el precio del cobre producto de crisis internacionales las empresas mineras buscan reducir al máximo el costo global de sus operaciones, entonces, es en el área de perforación y tronadura donde deben realizarse los ajustes necesarios que permitan en el corto plazo reducir este costo. La alternativa de bajar el consumo de explosivo por pozo es la primera medida que el área de perforación y tronadura piensa en realizar, lo anterior se traduce a reducir en forma significativa los factores de carga, pero no es la más recomendada por el efecto que esta reducción podría tener en los índices operacionales de los equipos de carguío y transporte. Actualmente existen alternativas que permiten reducir los costos del área de perforación y tronadura sin tener que considerar esta primera medida, tal es el caso del accesorio Taponex, el cual fue creado por International Technologies - USA para poder controlar los pisos en las minas de carbón debido a los problemas que presentaban estas en la recuperación del mineral. Entre los problemas más importantes podemos destacar el excesivo sobrepiso entre la veta de carbón y material tronado (implicando realizar tronaduras secundarias) y, una transmisión excesiva de energía explosiva al manto de carbón. Entonces, la solución a estos problemas fue la creación de un tapón que permitiera formar una cámara de aire en el fondo del pozo de perforación con el objeto de eliminar la pasadura y disminuir el consumo de explosivo para minimizar los problemas indicados más arriba. En minería metálica la aplicación de este accesorio es variada, por que permite ser utilizado para reducir la pasadura, formar cámaras de aire en el fondo, en el medio y parte superior del pozo de perforación y, reducir la longitud de la carga en rocas donde su resistencia a la compresión lo permita. En función de estos antecedentes se evaluó la Factibilidad Técnica de la utilización de este accesorio en la Empresa Minera Mantos Blancos S.A., división Mantos Blancos, en rocas cuya resistencia a la compresión promedió los 207 Mpa. Las evaluaciones, resultados, conclusiones y recomendaciones se describen en este trabajo. 1. INTRODUCCION Un elemento importante dentro de un proceso de evaluación y optimización de las operaciones de perforación y tronadura, es poder predecir a través de ciertas

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herramientas, las consecuencias y beneficios de introducir cambios en los parámetros de diseño usados en una tronadura, sin dejar de lado los índices de los equipos de operación que participan. Una de estas herramientas es el software de diseño y análisis de tronadura QED el cual esta compuesto por tres módulos básicos, diseño de tronadura, análisis de tronadura y generación de informes. En la Factibilidad Técnica del uso del Taponex en Minera Mantos Blancos utilizamos el módulo análisis de tronadura, específicamente, el módulo de energía y el módulo de fragmentación. El módulo de energía se utilizo para comparar y visualizar los posibles problemas que podrían existir entre la configuración de carguío actual y las alternativas a probar. Por otro lado, el módulo de fragmentación permitió predecir las curvas granulométricas para la situación actual y alternativas, de estos análisis se pudo definir la utilización del accesorio Taponex en ciertos sectores del rajo Santa Barbara. Lograr el objetivo de poder utilizar el accesorio Taponex en la forma más eficiente en las tronaduras de Minera Mantos Blancos fue una tarea complicada, por tal razón, se describe a continuación la metodología utilizada que permitió recomendar que el accesorio Taponex fuera utilizado para crear una cámara de aire entre el explosivo y el taco, implicando esta utilización reducir el costo del ítem de explosivo en un 9% aproximadamente por pozo y, probablemente la posibilidad de reducir la pasadura en 0.5 metros basados en el estudio de altura óptima de primado. 2. DESARROLLO DEL TRABAJO 2.1. Metodología Para lograr el objetivo planteado fue necesario realizar la siguiente metodología de trabajo: a) Definir el sector, litología y las alternativas a probar. El sector del rajo asignado fue

Barbara Central Superior y Barbara Oeste, la litología asociada a estos sectores fue la roca Andesita Superior y las alternativas a probar fueron tres, la primera consistió en reducir la pasadura a cero metro y formar una cámara de aire en el fondo del pozo, la segunda consistió en mantener la actual pasadura y formar una cámara de aire en el fondo del pozo y la tercera consistió en mantener la actual pasadura y formar una cámara de aire entre el explosivo y el taco.

b) Recopilar información sobre Taponex, las características geoestructurales de la

litología Andesita Superior, diseños de perforación y tronadura, curvas granulométricas para cada tipo de material y velocidades de excavación de los equipos de carguío, con el objeto de crear una base de dato para ser usada en la comparación de los resultados de las pruebas realizadas.

c) Basados en estos antecedentes, se calculo la distribución de energía según la

teoría de Lilly con el objeto de poder cuantificar en función de las propiedades

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geoestructurales de la roca el nivel de energía necesario para fracturar la roca Andesita Superior.

d) Simular en el software QED las alternativas a probar para obtener la distribución de

energía y predecir las posibles curvas granulométricas. Con el objeto de poder tener la distribución espacial de energía del explosivo en función del volumen de roca a tronar y las características del explosivo y, determinar los tamaños d50, d80, característicos y coeficientes de uniformidad de cada alternativa.

e) Se probo y evaluó cada alternativa. Las evaluaciones consistieron en obtener

información de las curvas granulométricas, niveles de piso y velocidad de excavación.

f) Finalmente del análisis realizado se propone la alternativa que permite lograr el

objetivo planteado. 2.2. Antecedentes Generales Antes de iniciar el análisis fue necesario recopilar todos los antecedentes respecto al Taponex, las características geoestructurales del macizo rocoso, parámetros de diseño, curvas granulométricas y velocidades de excavación de los equipos de carguío y transporte con el objeto de que estos fueran la base de comparación de las futuras pruebas a realizar. 2.2.1. Taponex El Taponex fue creado por International Technologies- USA para poder controlar los pisos en las minas de carbón debido a los problemas que presentaban estas en la recuperación del mineral. Entre los problemas más importantes podemos destacar el excesivo sobrepiso entre la veta de carbón y material tronado (implicando realizar tronaduras secundarias) y, una transmisión excesiva de energía explosiva a la veta de material. Entonces, para solucionar estos problemas se creo un tapón que permitiera reducir la pasadura y crear una cámara de aire en el fondo del pozo con el objeto de minimizar los problemas indicados más arriba, ver figura1.

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Figura 1: Ubicación de Taponex en pozos secos y con agua La versatilidad del Taponex en la minería a cielo abierto permite que este pueda ser usado para formar cámaras de aire en pozos secos y con agua, evitar la eyección de tacos, reducir la longitud del taco, reducir el nivel de ruido y vibraciones, minimizar la contaminación del explosivo con el material del taco y reducir el factor de carga. En Chile el fabricante de Taponex propuso en ciertas mineras la utilización de este producto para crear una cámara de aire en el fondo de los pozos de perforación y eliminar la longitud de la pasadura, asegurando el rompimiento de la roca a nivel del piso. Las tronaduras con Taponex según sus fabricantes permiten, una reducción entre 10% a 25 % en consumo de explosivos, no efectar negativamente la fragmentación, reducir la longitud del taco y mejorar la distribución de la energía explosiva en el pozo. La cámara de aire en el pozo de perforación puede ocupar hasta un 40% del total de la longitud de la carga explosiva original y, las alternativas de ubicación son la parte superior, media o inferior del pozo. Las cámaras de aire incrementan la duración de la acción de la onda de choque sobre el medio que la rodea debido a una serie de pulsos causados por las reflexiones de las ondas de presión después de la detonación dentro de un pozo. 2.2.2. Características Geoestructurales – Andesita Superior El sector definido para realizar este estudio fue el sector Barbara Central Superior y Barbara Oeste donde la litología de la roca correspondía a Andesita Superior, las características más importantes de esta se resumen en la tabla 1.

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TABLA N° 1

PROPIEDADES GEOESTRUCTURALES Tipo Roca ANDESITA SUPERIOR

Geología Roca típicamente de color morado a pardo rojizo, textura porfídica con masa fundamental microfanerítica. Presenta, localmente clastos angulosos a subángulosos de riodacita con tamaños variables entre 1 y 15 mm, en algunos casos textura fluidal. La matriz, de color morado claro, está constituida por albita, cuarzo y en menor proporción feldespato potásico, contiene, además, abundante hematita metálica, diseminada y en vetillas.

Descripción Masa Rocosa Fracturada

Grado Fracturamiento 0.5 - 1 (FF/m) Mecanismos de Falla Saliendo Cara Banco

Densidad (gr/cc) 2.60

UCS (Mpa) 207

2.2.3. Parámetros de Diseño Los parámetros de diseño de perforación y tronadura son estándar para toda la mina, no existe diferencia entre tronaduras realizadas en mineral y lastre, las características más importantes del diseño de perforación y tronadura se resumen en la tabla 2:

TABLA N° 2 PARAMETROS DE DISEÑO

U C S Mpa 207D e n s i d a d d e r o c a ( g r / c c ) 2.6D i á m e t r o (pu lg ) 9 1/2A l tu ra Banco ( m ) 12 B u r d e n ( m ) 8E s p a c i a m i e n t o ( m ) 1 0T a c o ( m ) 6P a s a d u r a ( m ) 2.2A l t u r a P o z o ( m ) 14.2T o n e l a d a s p o r P o z o 2496 L o n g i t u d d e C a r g a F o n d o ( m ) 8 E x p l o s i v o C a r g a F o n d o B lendex 950K i l o s E x p l o s i v o s C a r g a F o n d o ( K g ) 476F a c t o r d e C a r g a (g r /Ton ) 190

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2.2.4. Distribución de Energía La distribución del explosivo dentro del macizo rocoso afecta el grado de fragmentación esperado, ya que la distribución de la energía desarrollada por el explosivo depende de la geométrica de este al interior del macizo. Existen varias metodologías que permiten realizar un acercamiento a los requerimientos energéticos para fragmentar un macizo rocoso determinado. Entre las más conocidos están la metodología de Lilly, W. Hustrulid, y Bond. Las dos primeras están basadas en las propiedades geoestructurales de la roca y la última es una correlación efectuada a través del Work Index del material. En nuestro caso utilizaremos la metodología de Lilly para determinar el factor de energía necesario para fracturar la roca en el sector de Andesita Superior. 2.2.4.1. Indice Tronabilidad de LILLY Lilly (1986) desarrolló un índice de tronabilidad (BI) basado en una combinación de propiedades físicas y estructurales de la masa rocosa a ser tronada. Este índice tiene una base similar al sistema de clasificación de la roca desarrollado por Bieniawski, Barton y Hansagi, y que se usó con el modelo de Kuz-Ram desarrollado por Cunningham (1983). Estos factores, y su ranking, se muestran en la Tabla 3. Se puede apreciar que los parámetros de mayor influencia en este índice, son la naturaleza y orientación de los planos de debilidad de la masa rocosa.

( )HSGIJPOJPSRMDBI ++++×= 5.0 El índice de tronabilidad ha sido correlacionado con un factor de energía para determinar la cantidad y potencia del explosivo que mejor se adecue al tipo de roca que debe ser tronado:

BIEnergíadeFactor ×= 015.0 (MJ/Ton)

También se puede expresar esta energía en términos de cantidad de explosivo, ANFO, que es necesaria para tronar una tonelada de material.

BIEnergíadeFactor ×= 004.0 (Kg. Anfo/ Ton.)

Una vez calculado los requerimientos de energía apropiados, se seleccionan las longitudes de carga y las potencias de los explosivos para proporcionar la máxima altura de columna de explosivo sujeta a la restricción de un mínimo largo de taco y un diámetro de pozo fijo. De la Tabla 3 indicada más abajo, podemos apreciar la baja importancia que se le da a la resistencia a la compresión de la roca, esto implica que, la resistencia a la compresión de la roca no juega un papel importante en determinar el índice de

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tronabilidad. El valor del parámetro H, es un indicador de la influencia de la resistencia de la roca (RC).

TABLA N° 3

VALORES PARA LOS PARAMETROS DEL INDICE DE TRONABILIDAD (BI)

PARAMETRO RATING

Descripción de la Masa rocosa (RMD)

Quebradizo/Desmenuzable 10

Se fractura en bloques 20

Totalmente masivo 50

Espaciamiento de los Planos de Diaclasas (JPS)

Cercano (<0.1 m) 10

Intermedio (0.1 a 1m) 20

Amplio (>1 m) 50

Orientación de los Planos de Diaclasas (JPO)

Horizontal 10

Inclinación hacia fuera de la cara del banco 20

Rumbo normal a la cara del banco 30

Inclinación hacia dentro de la cara del banco 40

Influencia de la Gravedad Específica (SGI) SGI = 25 * SG – 50

Donde SG es la densidad del macizo y está en (ton/m3)

Dureza (H = 0.05 x RC) 1 – 10

2.2.4.2. Indice Tronabilidad - Sector Andesita Superior Para determinar el índice de tronabilidad, geología nos entregó los parámetros indicados en la tabla 1 los cuales fueron resumidos en la tabla 4 para determinar el BI.

TABLA N° 4 PARAMETROS INDICE DE TRONABILIDAD DE LILLY - ANDESITA SUPERIOR

PARAMETRO DESCRIPCION VALOR

Descripción de la Masa Rocosa (RMD) Se fractura en bloques 20

Espaciamiento de los Planos de Diaclasas (JPS) Intermedio (0.1 a 1 m) 20

Orientación de los Planos de Diaclasas (JPO) Rumbo normal a la cara 30

Influencia de la Gravedad Específica (SGI) SG = 2.6 (Ton/m3) 15

Dureza (H=0.05 x RC) RC = 207 Mpa 10.35

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El requerimiento energético para Andesita Superior será: BI = 0.5 x (20 + 20 + 30 + 15 + 10.35) = 47.675 FE = 0.015 * 47.675 = 0.715 (MJ/Ton) FE = 0.715 * 2.6 = 1.86 (MJ/m3) = ?2 (MJ/m3) FE = 0.004 * 47.675 =191(Kg. Anfo/Ton)= 168(Kg. B950/Ton). 2.2.4.3 Determinación de Energía Disponible en Tronaduras del

Sector Andesita Superior La energía disponible en las tronaduras será calculada con el módulo de energía del software QED. El módulo de energía permite obtener curvas de iso-energía a ciertas distancias de un pozo de perforación, este módulo está diseñado para analizar situaciones en que se consideran cambio de explosivo y parámetros de tronadura sin considerar el tipo de roca involucrado; Es decir, solamente considera las propiedades del explosivo: potencia, densidad y velocidad de detonación, el volumen de roca a tronar y no las características de las mismas. De acuerdo a las estimaciones teóricas del factor de energía (índice de tronabilidad) de terminado por Lilly, se deduce que, la energía necesaria para fragmentar la roca Andesita Superior es de 2 (MJ/m3). Recopilada la información indicada en la tabla 2 se procedió a simular en el software QED la situación actual con el objeto de poder determinar el área de incidencia de la configuración de carguío, esta se ilustra en la figura 2.

Figura 2: Perfil de Distribución de Energía - Carguío Actual

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Al observar el perfil de distribución de energía visualizamos que la curva de 2 (MJ/m3) envuelve completamente el pozo y el radio de influencia de esta curva medido desde el nivel de piso es de 4 metros para la configuración de carguío normal, es decir, la roca estaría influenciada por el explosivo 2 metros más abajo del nivel de pasadura. 2.2.5. Niveles de Piso Con el apoyo de topografía se realizo un seguimiento a los pisos de los bancos 804 y 924 con el objeto de poder determinar la diferencia operacional de estos respecto al de diseño. El nivel de piso actual presenta una diferencia de ± 0.5 metros como promedio respecto al teórico. 2.2.6. Curvas Granulométricas El grado de fragmentación es un término genérico que se utiliza para definir la distribución granulométrica del material tronado. Sobre la fragmentación influyen un gran número de variables controlables, así como las propias características de los macizos rocosos. No existe un método o fórmula de predicción exacta, pero en los últimos años un gran número de investigadores ha trabajado en dicho campo llegando a modelos que van desde las simples fórmulas empíricas a complejas simulaciones con procesadores. Por lo anterior, Enaex S.A.. cuenta con el Software Wipfrag el cual permite obtener las curvas granulométricas en la pila de material tronado, estas curvas se obtienen a través de fotografías las cuales son procesadas y convertidas en redes. Estas redes, identifican los fragmentos para ser medidos y luego determinar su distribución en función de los tamaños, ver figura 3.

Figura 3: Pantalla Wipfrag.

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2.2.6.1. Curvas Granulométricas con Wipfrag A principios de este año se inicio una campaña fuerte de tomas de fotografías con el objeto de definir las curvas granulométricas para los diferentes materiales existentes en la mina, específicamente, lastre, oxido y sulfuro. Para lograr este objetivo, se realizo entre los meses de Enero y Marzo un seguimiento a los frentes de carguío a través de filmaciones sucesivas a las pilas de roca tronada las cuales alcanzaron un total de 500 filmaciones. Posteriormente, estas imágenes fueron digitalizadas y analizadas a través del software Wipfrag el cual nos entregó las curvas para cada tipo de material las cuales están relacionadas a los parámetros de diseño de perforación y tronadura, estas se observan en el gráfico 1.

Gráfico 1: CURVAS GRANULOMETRICAS POR TIPO DE MATERIAL Notas: D50 : Tamaño Medio de los Fragmentos. D80 : Indica que el 80% de los tamaños esta bajo este porcentaje. Xc : Tamaño Característico. N : Coeficiente de Uniformidad. 2.2.7. Velocidad de Excavación de los Equipos de Carguío Basados en la estadística comprendida entre los meses de Enero y Mayo, se obtuvieron de Dispatch las velocidades de excavación históricas para los cargadores frontales 994D que Mantos Blancos posee, estos se resumen en el gráfico 2:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 100 1000

Diámetro Equivalente a una Esfera (mm)

% P

AS

AN

TE

OXIDO SULFURO LASTRE

PARAMETRO OXIDO SULFURO LASTRED50 (mm) 107,7 104,2 114,7D80 (mm) 194,3 195,7 217,7

N 2,74 3,18 2,68Xc (R) (mm) 138,6 132,3 150,5

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Gráfico 2: VELOCIDAD DE EXCAVACION - HISTORICO POR CARGADOR Nota: Promedio de la Estadística de Dispatch Enero - Mayo 2.2.8. Bases de Datos Una vez finalizada la recopilación de antecedentes se creo un base de datos con el objeto de poder utilizarla como herramienta de evaluación de las pruebas a realizar, la tabla 5 resume esta base de datos.

TABLA N° 5 BASE DE DATOS

La información y valores indicados en la tabla anterior permitirán definir la aplicación de una de las alternativas evaluadas.

PARAMETRO

D50 (mm) D80 (mm) Xc (mm) N107,7 194,3 138,6 2,74

D50 (mm) D80 (mm) Xc (mm) N104,2 195,7 132,3 3,18

D50 (mm) D80 (mm) Xc (mm) N114,7 217,7 150,5 2,68

RENDIMIENTO EFECTIVO(Ton/Hrs)

VELOCIDAD DE EXCAVACION(Min/Carga)

El nivel de piso obtenido debe ser +/- 0,5 m.

3,56

BASE DE DATOLa curva de 2 (MJ/m3) debe permitir un radio de influencia similar a los 4

m medido desde el nivel de piso a esta curva.DISTRIBUCION DE ENERGIA

NIVELES DE PISO

CURVAS GRANULOMETRICASSULFURO

LASTRE

OXIDO

1710

VELOCIDAD DE EXCAVACION (Min/Carga)

3,613,42

3,61

3,683,603,46

2,00

3,00

4,00

5,00

8701 8702 8703 8704 8705 8706

CARGADORES

Ve

(Min

/Car

ga)

(T

on

/Hr)

Vexcavación

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3. FACTIBILIDAD TECNICA USO TAPONEX Antes de desarrollar las pruebas se realizo el análisis de factibilidad técnica de la aplicación del accesorio Taponex, para lo cual fue necesario analizar la distribución de energía, los factores de carga y las curvas granulométricas de cada una de las alternativas a probar para definir cual de las tres alternativas era técnicamente factible utilizar. La distribución de energía permitió determinar el radio de influencia de la curva de 2 (MJ/m3) en cada una de las alternativas con el objeto de compararlo respecto a la distribución de energía del carguío actual, y las curvas granulométricas permitieron predecir los posibles tamaños d50, d80 y coeficiente de uniformidad a obtener en el material tronado. 3.1. Alternativas de Pruebas - Carguío Se definieron tres alternativas a probar, con el objeto de buscar la utilización más óptima y rentable del accesorio Taponex. Los parámetros más relevantes se resumen a continuación:

Figura 4: ESQUEMA DE CARGUIO DE POZOS

CARGUIO ACTUAL CARGUIO SIN PASADURA

Carga Columna8 m

476 Kg B950

6 mTaco

12 m

NP

NJ

2 m

0,5 m - Detritus

Carga Columna 4,5 m

267 Kg B950

6 m Taco

12 m

1m – Deck Aire

Taponex

NP

NJ

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Figura 4.1: ESQUEMA DE CARGUIO DE POZOS CARGUIO CON PASADURA CARGUIO CAMARA DE AIRE

1m - Deck Aire

Carga Columna 6,5 m

386 Kg B950

6 mTaco

12 m

NP

NJ

2 m Taponex0,5 m - Detritus

1,5 m - Deck Aire

Carga Columna 6,5 m

386 Kg B950

6 mTaco

12 m

NP

NJ

2 m

Taponex

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TABLA N° 6

FACTORES DE CARGA POR ALTERNATIVA

PARAMETRO ACTUAL ALTERNATIVA 1

ALTERNATIVA 2

ALTERNATIVA 3

Densidad de roca (gr/cc) 2.6 2.6 2.6 2.6 Diámetro (pulg) 9 ½ 9 ½ 9 1/2 9 1/2 Altura Banco (m) 12 12 12 12 Burden (m) 8 8 8 8 Espaciamiento (m) 10 10 10 10 Taco (m) 6 6 6 6 Pasadura (m) 2 0 2 2 Altura Pozo (m) 14 12 14 14 Toneladas/ Pozo 2496 2496 2496 2496 Taponex Desde Fondo (m) 0 1 1 0 Taponex Desde el Collar (m) 0 0 0 6 Deck Aire (m) 0 0 0 1,5 Taco Ditritus (m) 0 0,5 0,5 0 Longitud Carga Fondo (m) 8.00 4.5 6.5 6.5 Explosivo Carga Fondo B950 B950 B950 B950 Total Explosivos (Kg) 476 268 387 387 Factor de Carga (gr/Ton) 191 107 155 155 AHORRO (US$) 0 96.84 29.21 29.21 PORCENTAJE (%) 0 29 9 9

Gráfico 3: FACTOR DE CARGA Y AHORRO POR ALTERNATIVA

155 155

107

191 29

9 950

70

90

110

130

150

170

190

210

ACTUAL ALTERNATIVA 1 ALTERNATIVA 2 ALTERNATIVA 3

FC

(g

r/T

on

)

5

10

15

20

25

30

35

% A

HO

RR

O

FACTOR DE CARGA (gr/ton) AHORRO (%)

15

De esta gráfica podemos apreciar que la alternativa 1 presenta las mejores ventajas respecto a las otras, debido al ahorro en los ítems de perforación y explosivo, esto es 29% respecto al actual. 3.2. Distribución de Energía Cada alternativa fue simulada siguiendo el mismo procedimiento indicado en el punto 2.2.4, con el objeto de poder determinar el radio de influencia de la curva de 2 (MJ/m3) y así poder visualizar la posibilidad de tener problemas de piso una vez extraído el material tronado, los perfiles de más abajo ilustran el área de influencia de esta curva por alternativa, ver figura 5.

Figura 5: Perfiles de Distribución de Energía Al observar los perfiles anteriores apreciamos que el radio de influencia de la curva de 2 (MJ/m3), medida desde el nivel del piso hasta esta curva, alcanza 1.7 metros para el perfil 1; 3.8 metros para el perfil 2 y 5.5 metros para el perfil 3. Ahora si consideramos la distribución de energía del carguío actual la cual nos entrega un radio de influencia de la curva de 2 (MJ/m3) igual a 4 metros, podríamos decir que el perfil 1 presentaría resultados negativos respecto al nivel de piso, lo cual debería reflejarse en el

Perfil 1: Sin Pasadura Perfil 2: Con Pasadura Perfil 3: Cámara de Aire

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levantamiento de estos. Los perfiles 2 y 3, no presentarían mayores problemas ya que el radio de influencia alcanzado es similar al original. 3.3. Curvas Granulométricas con QED El software QED posee dentro de sus distintos módulos uno capaz de realizar predicciones de fragmentación en función de los parámetros de tronadura y las propiedades geoestructurales del macizo rocoso, basándose en el modelo de KUZ-RAM. Este modelo fue desarrollado a partir de la curva de distribución granulométrica de Rosin Rammbler y la fórmula empírica del tamaño medio de los fragmentos dada por V.M Kuznetsov 3.3.1. Antecedentes Teóricos del Modelo Kuz-Ram.

v Formula de Kuznetsov T50 = Fr x (V/Q)0.8 x Q1.6

v Formula de Rosin - Rammbler Pc = ( 1 – e)-(t/Tc)n Donde : T50 : Tamaño medio de los fragmentos de la tronadura (cm) Fr : Factor de roca (depende de los parámetros) Fr = 0.06 (RMD +JPS + JPO + SGI + HD) RMD : Descripción de la roca (10 a 50) JPS : Espaciamiento entre fracturas (10 a 50) JPO : Orientación de las fracturas (20 a 40) SGI : Densidad (gr/cc) HD : Dureza (1 a 10) V : Volumen de roca fragmentada por pozo (m3) Q : Cantidad de TNT equiv. a la cantidad de expl. por pozo (Kg). Pc : Porcentaje de material bajo el tamaño T (%) Tc : Tamaño característico n : Indice de uniformidad La curva de distribución de Rosin-Rammbler es una de las curvas que mejor representa la fragmentación, ya que ha sido validada varias veces mediante muestreos. 3.3.2. Influencia del Diseño de la Tronadura sobre “n” El valor de “n” determina la forma de la curva granulométrica (pendiente). Un valor alto indica una fragmentación uniforme, mientras que los valores pequeños reflejan

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cantidades importantes de fino como de tamaño grueso. El algoritmo de cálculo de “n” según Cumminghan (1987) es el siguiente:

n = (2.2 - 14 B/D) x (( 1 + E/B)/2)0.5 x (1-Dp/B) x ((Lf - Lc)/Lt + 0.1)0.1 x Lt/H Donde : D : Diámetro del pozo (mm) B : Burden (m) E : Espaciamiento (m) Dp : Desviación de perforación (m) Lt : Longitud carga total (m) Lf : Longitud carga fondo (m) Lc : Longitud carga columna (m) H : Altura de banco (m) La influencia que tienen las diferentes variables de diseño de la tronadura sobre el valor “n”, se muestra en la tabla 8:

TABLA N° 8 INFLUENCIAS DE LAS VARIABLES DE DISEÑO SOBRE “n”

VARIABLE DE DISEÑO "n" AUMENTA SI LA VARIABLE

B/D Disminuye L/H Aumenta E/B Aumenta

Esquema trabado Aumenta Precisión de la perforación Aumenta

Las limitaciones del modelo son: Ø La relación E/B está aplicada al esquema de perforación y no a la secuencia de

salida (no debe exceder de 2). Ø La secuencia de salida y los tiempos de retardos, debe ser tales que proporcione

una buena fragmentación sin producir cortes y fallas en los accesorios de tronadura.

Ø El explosivo debe desarrollar una energía próxima a la potencia relativa en peso calculado.

Ø La fracturación y la homogeneidad del macizo requieren un estudio cuidadoso, especialmente, cuando el espaciamiento entre continuidades es más pequeño que la distancia entre pozos.

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Una vez finalizada la recopilación de la información indicada en las tablas 1 y 2 se procedió a obtener las curvas granulométricas con el software QED, para la simulación y predicción de esta se consideró una tronadura de 4 filas, de 130 m de largo, 32 m de ancho y 130.000 toneladas aproximadamente. Las curvas granulométricas obtenidas se encuentran resumidas en el gráfico 4:

Gráfico 4: CURVAS GRANULOMETRICAS- QED

Del gráfico anterior podemos observar que existe una variación entre la curva actual y sin pasadura, específicamente, en los tamaños d50 y d80 como también en el coeficiente de uniformidad (N). Esta variación permite establecer la posibilidad que la alternativa de uso de Taponex sin pasadura presente mayores problemas respecto a la fragmentación esperada, para las otras alternativas no se presentarían problemas. 3.4. Comentarios Los análisis de distribución de energía y curvas granulométricas desarrollados han permitido observar que la alternativa de eliminar la pasadura en el fondo del pozo y crear una cámara de aire no es la más conveniente debido a los posibles problemas de sobrepiso y fragmentación que esta puede crear, pero debemos recordar que el accesorio Taponex se creó como alternativa para eliminar la pasadura y usar una cámara de aire en pozos de la minería del carbón. Por tal razón, es necesario realizar pruebas para demostrar lo indicado en estos análisis. Para las otras alternativas creemos que la utilización del Taponex no debería presentar problemas en los resultados, lo que implicaría definir cual de estas alternativas sería la más conveniente.

0

20

40

60

80

100

120

10 100 1000 10000

Tamaño (mm)

% P

AS

AN

TE

ACTUAL SIN PASADURA CON PASADURA CAMARA AIRE

PARAMETRO ACTUAL SIN PASADURA CON PASADURA CAMARA AIRED50 (mm) 593,1 831,8 660,8 666,3D80 (mm) 1426,7 2687,1 1561,1 2079,3

N 0,95 0,73 0,98 0,73

Xc (mm) 872,5 1374,7 960,7 1101,1

19

4. DESARROLLO DE LAS PRUEBAS Entre los meses de Mayo y Septiembre se desarrollaron las pruebas, estas sumaron un total de 18 pruebas, de las cuales 6 se realizaron sin pasadura y con cámara de aire en el fondo del pozo, 8 se realizaron con pasadura y con cámara de aire en el fondo del pozo y, 4 se realizaron con cámara de aire entre el explosivo y taco, las características principales de cada prueba se resumen en la siguiente tabla.

TABLA N° 9 RESUMEN DE PRUEBAS – SIN PASADURA

PARAMETRO ACTUAL 804-134 804-135 924-137 924-139 924-136 924-141

Mineralogía _ OXIDO OXIDO LASTRE LASTRE LASTRE LASTRE Número Pozos 72 71 35 24 76 70 72 Densidad de Roca (gr/cc) 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 Diámetro (pulgada) 9 1/2 9 1/2 9 1/2 9 1/2 9 1/2 9 1/2 9 1/2 Altura Banco (m) 12 12 12 12 12 12 12 Burden (m) 8 8 8 8 8 8 8 Espaciamiento (m) 10 10 10 10 10 10 10 Taco (m) 6 6 6 6 6 6 6 Pasadura (m) 2 0 0 0 0 0 1 Longitud del pozo (m) 14 12 12 12 12 12 13 Metros Perforados (m) 1000 877.1 439.2 299.2 1004.8 926.5 953.3 Tonelaje 179912 155450 72625 66660 204245 181940 194065 Taponex Desde Fondo Pozo

(m) 0 1 1 1 1 1 1

Taco Detritus (m) 0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Explosivo Carga Fondo B950 B950 B950 B950 B950 B950 B950 Kilos Carga Fondo (Kg) 34090 19252 10962 7647 26193 26822 24942 Factor de Carga (gr/Ton) 189 124 151 115 128 147 129

TABLA N° 10 RESUMEN DE PRUEBAS – CON PASADURA

PARAMETRO 912-164 792-136 900-129 936-147 780-133 912-170 912-171 912-172 Mineralogía LASTRE OXIDO LASTRE LASTRE OXIDO LASTRE LASTRE LASTRE Número Pozos 74 37 83 35 20 41 26 17 Densidad de Roca (gr/cc) 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 Diámetro (pulg) 9 1/2 9 1/2 9 1/2 9 1/2 9 1/2 9 1/2 9 1/2 9 1/2 Altura Banco (m) 12 12 12 12 12 12 12 12 Burden (m) 8 8 8 8 8 8 8 8 Espaciamiento (m) 10 10 10 10 10 10 10 10 Taco (m) 6 6 6 6 6 6 6 6 Pasadura (m) 2 2 2 2 2 2 2 2 Longitud del pozo (m) 14 14 14 14 14 14 14 14 Metros Perforados (m) 100.5 561.7 1239.1 462.8 316.4 599.7 385.2 258.2 Tonelaje 167130 104860 189915 93305 55745 88440 74000 40140 Taponex Desde Fondo Pozo (m) 1 1 1 1 1 1 1 1 Taco Detritus (m) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Explosivo Carga Fondo B950 B950 B950 B950 B950 B950 B950 B950 Kilos Carga Fondo (Kg) 29026 16279 35120 12811 7541 18299 11693 6942 Factor de Carga (gr/Ton) 174 155 185 137 135 207 158 173

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TABLA N° 11 RESUMEN DE PRUEBAS – CON DECK DE AIRE

PARAMETRO 900-132 924-150 744-64 900-131

Mineralogía LASTRE LASTRE OXIDO LASTRE Número Pozos 40 41 23 88 Densidad de Roca (gr/cc) 2.6 2.6 2.6 2.6 Diámetro (pulg) 9 1/2 9 1/2 9 1/2 9 1/2 Altura Banco (m) 12 12 12 12 Burden (m) 8 8 8 8 Espaciamiento (m) 10 10 10 10 Taco (m) 6 6 6 6 Pasadura (m) 2 2 2 2 Longitud del pozo (m) 14 14 14 14 Metros Perforados (m) 557.9 565.8 327.8 1255 Tonelaje 100450 100440 46800 213740 Taponex Desde el Collar (m) 1 1 1 1 Taco Detritus (m) 0.5 0.5 0.5 0.5 Explosivo Carga Fondo B950 B950 B950 B950 Kilos Carga Fondo (Kg) 14701 14320 8645 34366

Factor de Carga (gr/Ton) 146 143 185 161

Las evaluaciones de cada prueba contemplaron el seguimiento de tres ítem, niveles de piso, velocidad de excavación de los equipos de carguío, y curvas granulométricas. A continuación se resumen los resultados de cada ítem. 4.1. Niveles de Piso Con la ayuda de topografía se replantearon las coordenadas de cada pozo involucrado en cada prueba y se registró la cota del piso. Para obtener el perfil tipo de la prueba, se consideraron perfiles longitudinales para luego determinar el promedio de cada perfil el cual fue comparado con el nivel de piso teórico y cuantificar su diferencia con el objeto de determinar si se encontraba dentro del rango establecido (± 0,5 metros).

Figura 6: LEVANTAMIENTO DE PISO

9540

9560

9580

9600

10040 10060 10080

ESTE

NO

RTE

A-A’B-B’

C-C’D-D’

21

Figura 7: PERFIL TIPO – PRUEBAS SIN PASADURA El mayor problema que presentaron las tronaduras sin pasadura fue el excesivo sobrepiso que resulto de estas pruebas lo que implico la utilización de equipos auxiliares a medida que el cargador avanzaba en el carguío, y en una ocasión la realización de tronadura secundaria. Este problema se incrementaba en dirección a la cara libre del banco resultante, llegando en algunos casos a tener sobrepiso de ± ?4 metros. Por tal razón, se tomo la decisión de finalizar este tipo de pruebas y realizar las pruebas con las otras alternativas, con pasadura y cámara de aire en el fondo y cámara de aire entre el explosivo y el taco.

Figura 8: PERFIL TIPO – PRUEBAS CON PASADURA

779

780

781

A - A' B - B' C - C' D - D'

Cot

a (s

.n.m

.m)

Perfil Real Perfil Teórico

899

900

901

902

903

904

905

906

907

908

A - A' B - B' C - C'

Co

ta (s

.n.m

.m)

Perfil Real Perfil Teórico

22

Las pruebas con pasadura presentaron una mejora respecto a las anteriores, se aprecio un nivel de piso dentro del margen operacional, pero muy variable ya que también fue necesario la utilización de equipos de apoyo en algunos casos. Para las pruebas con cámaras de aire entre el explosivo y taco no se consideró la evaluación del nivel de piso, ya que estas mantienen la configuración actual de carguío con una pequeña diferencia de la longitud de carga explosiva y, visualmente no se apreciaron diferencias respecto al nivel de piso operacional, es decir, estos niveles se encontraban dentro de los ± 0.5 metros que se manejan operacionalmente y, las curvas granulométricas porque no se observaron bolones en la parte superior del taco. 4.3. Velocidad de Excavación Se obtuvieron de Dispatch los índices operacionales de los cargadores frontales que participaron en la extracción del material de cada prueba, en función de estos índices se determinaron las velocidades de excavación promedio de cada prueba. Las velocidades de excavación se resumen en la gráfica siguiente.

Gráfica 5: VELOCIDAD DE EXCAVACION - PROMEDIO POR PRUEBAS

De todas las pruebas realizadas la que presentó mejores resultados en el ítem de velocidad de excavación fue la alternativa 3, ya que aumento la velocidad de excavación en 3% respecto a la histórica. 4.4. Curvas Granulométricas Se tomaron fotografías de la pila de material tronado con el objeto de poder determinar la curva granulométrica de cada una de las pruebas y comparar los tamaños d50, d80, característico y coeficiente de uniformidad con los indicados en la tabla 5, estas

VELOCIDAD EXCAVACION (Min/Carga)

3,46

3,543,56

3,74

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

ACTUAL SIN PASADURA CON PASADURA CAMARA AIRE

VP

(M

in/C

arg

a)

Ve (Min/Carga)

23

fotografías implicaron un total de 400 fotos las cuales fueron analizadas en el software Wipfrag. El gráfico siguiente resume las curvas por prueba realizada.

Gráfico 6: CURVAS GRANULOMETRICAS POR TIPO PRUEBA Las curvas granulométricas obtenidas no presentan gran diferencia respecto a los tamaños d50, d80 y coeficiente indicados en la base de datos. 4.6. Factores de Carga Promedio Los factores de carga promedios utilizados se ilustran en el gráfico de más abajo, el ahorro en gramos por toneladas posibles al utilizar la alternativa 3 sería de 9 % por pozo respecto al actual.

Gráfico 7: FACTORES DE CARGA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 100 1000

Diámetro Equivalente a una Esfera (mm)

% P

AS

AN

TE

Lastre S/P LASTRE C/P OXIDO S/P OXIDO C/P

SIN PASADURA CON PASADURA

D50 (mm) 128,1 135,9D80 (mm) 233 237,4

N 3,83 3,85

Xc (R) (mm) 162,2 168,3

PARAMETROLASTRE

SIN PASADURA CON PASADURA

D50 (mm) 97.4 133,3D80 (mm) 169.9 231,7

N 3.38 3,52Xc (R) (mm) 124.3 168,4

OXIDOPARAMETRO

166166

190

133

100

150

200

ACTUAL SIN PASADURA CON PASADURA DECK AIRE

FC (

gr/T

on)

Fc (gr/Ton)

24

5. CONCLUSIONES Al finalizar el análisis de factibilidad técnica del uso del accesorio Taponex podemos concluir que: ü Para todas las alternativas la granulométrica del material tronado no fue afectada

negativamente, es decir, tuvo un comportamiento similar. ü Las velocidades de excavación de los equipos de carguío en las alternativas 2 y 3

mantuvieron sus índices operacionales incluso fueron menor que el histórico, ocurriendo lo contrario para la alternativa 1, por que el nivel de piso resultante influyo directamente en este índice.

ü El Taponex no es un retenedor de taco sino es un sujetador de taco, porque al dejar una cámara de aire se reduce la eyección del taco debido a que la onda de choque al viajar en el interior del pozo pasa de un medio sólido al aire, implicando que la energía disminuya en ese sector.

ü La metodología utilizada en el análisis de factibilidad técnica permitió visualizar que las pruebas sin pasadura serían las que presentarían mayores problemas desde el punto de vista de niveles de piso, es decir, el software QED al utilizarlo con información muy cercana a la realidad permitirá obtener resultados que se acerquen a los esperados.

ü La versatilidad del Taponex en la minería a cielo abierto permite que este pueda ser usado para formar cámaras de aire en pozos secos y con agua, reducir el nivel de ruido y vibraciones, minimizar la contaminación del explosivo con el material del taco y permite reducir el factor de carga.

ü El Taponex, permitió ahorrar el 9% del ítem de explosivo lo que implica una reducción en el factor de carga sin tener que alterar los índices operacionales de los equipos de carguío.

6. RECOMENDACIONES Ø Basados en los resultados de las pruebas realizadas se propone utilizar el Taponex

para crear cámaras de aire entre el explosivo y el taco, además esta ubicación tiene ventajas operacionales respecto a la ubicación en el fondo del pozo.

Ø Estas ventajas podrían ser rapidez en la colocación, mayor rendimiento horas

hombre de los trabajadores de Enaex S.A. además permitiría reducir la pasadura en 0,5 metros basados en un estudio de altura óptima de primado.

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Figura 9: Carguío Propuesta REFERENCIAS McKenzie C.K., “State of Art on Blasting Techniques”, Blastronics, Santiago Chile., Abril-1995. Nils A. Heinke, Steve M. Collinsworth & Roger D. Skaggs, Presentación Tapón para tronadura; International Technologies, LLC. Marzo 2001. López Jimeno, “ Manual de Perforación y Voladura” España, 1995.

12 m Deck Aire1,5 m

Carga Columna- 6,5 m 386 Kg B950

14 m

Taco 6 m + TAPONEX

NP

NJ