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Facultad de Ingeniería de Minas Diseño de mallas de perforación y voladura para optimizar avances y sobre rotura Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. Romani Carhuamaca, Ronal Huancayo 2018 __________________________________________________________________ Romani, R. (2018). Diseño de mallas de perforación y voladura para optimizar avances y sobre rotura Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. (Tesis para optar el Título Profesional de Ingeniero de Minas). Universidad Nacional del Centro del Perú – Facultad de Ingeniería de Minas – Huancayo – Perú. Esta obra está bajo una licencia https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ Repositorio Institucional - UNCP Diseño de mallas de perforación y voladura para optimizar avances y sobre rotura Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS TESIS PRESENTADA POR: Bach. RONAL ROMANI CARHUAMACA PARA OPTAR TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO DE MINAS HUANCAYO – PERÚ 2018 “DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACIÓN Y VOLADURA PARA OPTIMIZAR AVANCES Y SOBRE ROTURA Nv. 1225 - MINA ANDAYCHAGUA - VCM S.A.A” ASESOR: Dr. VÍCTOR ALEJANDRO AMES LARA i DEDICATORIA Con todo respeto y cariño a mis queridos padres. Por su ayuda, comprensión e incentivo para ser un gran profesional en la Ingeniería de Minas. ii AGRADECIMIENTO Mi agradecimiento a los señores Catedráticos de la Facultad de Ingeniería de Minas de la U.N.C.P. por haberme brindado su afecto y enseñanza para poder competir en la industria minera nacional y quien sabe en la minería internacional. Me siento muy agradecido a los Ingenieros de la Mina Andaychagua por haberme encaminado y apoyado en la ejecución del presente trabajo de investigación y llegar a su término de manera satisfactoria. iii RESUMEN En el trabajo de investigación que me servirá para poder obtener el Título de Ingeniero de Minas, se investiga el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar avances y sobre rotura en el Nv. 1225 de la Mina Andaychagua de Volcan Compañía Minera S.A.A. La justificación del trabajo se basa en que se ha tenido dificultades en los avances (90%) y exceso de sobre rotura (+5%) en las labores subterráneas de la mina por lo que se planteó la interrogante de ¿Cómo influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar los avances y la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. - 2018? Esto no obligó a tener como objetivo en determinar cómo influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar los avances y la sobre rotura en el Nv. 1225 de la Mina Andaychagua. Por lo tanto, se planteó como respuesta que el diseño de las mallas de perforación y voladura influye significativamente en la optimización de los avances y la sobre rotura en el Nv. 1225 de la Mina Andaychagua. Para el desarrollo del trabajo d investigación se usó el método científico, el nivel fue la investigación aplicada, y el tipo de investigación fue el descriptivo. Como población se eligió a las labores del Nv. 1225 y como muestra al Bp. 1225E, de sección 4.5m x 4.5m y al ACC 261, de sección4.0 m x 4.0 m. Realizado los disparos de prueba se han obtenido buenos resultados: Se obtuvo un avance promedio de 3.02 m por disparo, 95% de 3.20m de longitud del taladro, a excepción de un disparo que se obtuvo un avance de 2.20 m porque se llegó al contacto con una falla geológica y también cortamos veta. En sobre rotura de los frentes disparados se obtuvo un promedio de 4.86%. Palabras clave: Diseño de mallas, avances, sobre rotura. iv ABSTRACT In the research work that I will be able to obtain the title of engineer of mines, investigates the design of screens of drilling and blasting to optimize progress and break in the Nv. 1225 of the mine Andaychagua of Volcan Compañia Minera S.A.A. The justification of the work is based on has been difficulties in progress (90%) and envelope excess breakage (+ 5%) in the underground workings of the mine by that raised the question of would influence the meshes of drilling and blasting design for optimizes? advances in r and the above break in Nv. 1225 - mine Andaychagua - VCM S.A.A. - 2018? This forced not to aim to determine how influences the meshes of drilling and blasting design to optimize the advances and the above break into the mine Andaychagua Nv. 1225. It therefore arose as response screens of drilling and blasting design significantly influence the optimization of the advances and the envelope break into the mine Andaychagua Nv. 1225. The scientific method was used for the development of the research work, the level was applied research, and research was the descriptive. As population chose to Nv. 1225 labours and as a sign to the Bp 1225E, of section 4.5 m x 4.5 m and the ACC 261, seccion4.0 m x 4.0 m. Made test shots have been obtained good results: obtained an average advance of 3.02 m per shot 95% 3.20 m length of drill, with the exception of a shot that was obtained an advance of 2.20 m because it was contact with a geological fault and also cut grain. In over break of fronts obtained an average of 4.86%. Key words: mesh design, progress, over break. v INDICE PÁGINA DEDICATORIA i AGRADECIMIENTO ii RESUMEN iii ABASTRACT iv INDICE v INDICE DE FIGURAS vii INDICE DE TABLAS viii INTRODUCCIÓN ix CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Identificación y determinación del Problema 1 1.2 Formulación del Problema 2 1.2.1. Problema general 2 1.2.2. Problemas específicos 3 1.3 Objetivos 3 1.3.1. Objetivo general 3 1.3.2. Objetivos específicos 3 1.4 Justificación 4 1.5 Alcances y Limitaciones 4 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes de la investigación 6 2.2 Bases teóricas 8 2.2.1. Diseño de mallas de perforación y voladura 8 2.2.1.1. Introducción 8 2.2.1.2. Cortes o arranque 10 2.2.1.2.1. Cortes en ángulo 10 2.2.1.2.2. Cortes con taladros paralelos 11 2.2.1.3. Determinación del número de taladros 15 2.2.1.4. Distribución de taladros 16 2.2.2. Fracturamiento de las rocas 18 2.2.2.1. Por trituramiento y agrietamiento 18 2.2.2.2. Por estallido 19 2.2.2.3. Agrietamiento por expansión de los gases 21 2.2.3. Voladura controlada 22 2.2.3.1. Generalidades 22 2.2.3.2. Técnicas de la voladura controlada 24 2.2.3.2.1. Generalidades 24 2.2.3.2.2. Voladura de Pre-Corte o Pre-Spliting 25 2.2.3.2.3. Voladura de Recorte: 26 2.2.4. Mina Andaychagua 26 2.2.4.1. Historia 26 2.2.4.2. Ubicación 26 2.2.4.3. Clima y vegetación 27 2.2.4.4. Geología 28 2.2.4.4.1. Geología Regional 28 2.2.4.4.2. Geología Local 28 vi 2.2.4.4.3. Geología Estructural 29 2.2.4.4.4. Sistema de vetas Andaychagua 30 2.2.4.5. Minería 32 2.2.4.5.1. Método de Explotación Corte y relleno descendente 32 2.2.4.5.1.1. Aplicación del método 32 2.2.4.5.1.2. Procedimiento 32 2.2.4.5.1.3. Relleno cementado 34 2.2.4.5.2. Perforación y voladura en labores Horizontales 35 2.3 Definición de términos 45 2.4 Hipótesis 48 2.4.1. Hipótesis general 48 2.4.2. Hipótesis específicas 48 2.5 Variables e indicadores 48 2.6 Operacionalización de las variables 49 CAPÍTULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1 Método de Investigación 50 3.2 Nivel de Investigación 50 3.3 Tipo de Investigación 50 3.4 Diseño de Investigación 51 3.5 Población y Muestra 51 3.6 Procedimiento de recolección de datos 53 3.7 Técnicas de Procesamiento de datos 51 CAPÍTULO IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1 Presentación de datos generales 52 4.1.1. Clasificación geomecánica de la masa rocosa de Andaychagua 52 4.1.2. Zonificación geomecánica de la masa rocosa de Andaychagua 54 4.1.3. Explosivos 56 4.2 Análisis e interpretación de datos 58 4.3 Contraste de hipótesis 61 4.4 Discusión de los resultados 69 CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ANEXOS vii INDICE DE FIGURAS PÁGINA Figura 1. Voladura en frente. 9 Figura 2. Voladura en bancos o tajeos. 9 Figura 3. Corte en ángulo. 11 Figura 4. Corte con taladros paralelos. 14 Figura 5. Distribución de taladros en un frente. 18 Figura 6. Plano de ubicación de la Mina Andaychagua. 27 Figura 7. Método de Corte Explotación Corte y Relleno. 33 Figura 8. Axera 5-126 jumbo electro – hidráulico. 36 Figura 9. Emulsión usada en Mina Andaychagua. 36 Figura 10. Fases de la emulsión. 37 Figura 11. Sensibilización de la emulsión. 38 Figura 12. Trabajo en frentes con emulsión. 41 Figura 13. Fotografía de una mezcla explosiva emulsión. 43 Figura 14. Plano geomecánico del Nivel 1225. (Representa al Nivel 1250) 54 Figura 15. Secciones transversales mostrando la zonificación geomecánica. 55 Figura 16. Malla de perforación y voladura, sección 4.0m x 4.0 m. 60 Figura 17 Malla de perforación y voladura, sección 4.5m x 4.5 m. 61 Figura 18. Acta de asistencia a la capacitación sobre Famecorte E-20 63 Figura 19. Marcado de gradiente y dirección de la labor. 64 Figura 20. Pintado de malla de perforación. 64 Figura 21. Carguío con Famecorte E-20. 65 Figura 22. Evaluación de los resultados. 65 Figura 23. Cañas y buen contorneo de la labor. 66 Figura 24. Avances (metros/disparo) 67 Figura 25. Factor de avance (Kilogramos/m) 67 Figura 26. Sobre Rotura (%) 68 viii INDICE DE TABLAS PÁGINA Tabla 1. Composición típica de emulsión 37 Tabla 2. Composición de las emulsiones explosivas 44 Tabla 3. Criterio para la clasificación de la masa rocosa 53 Tabla 4. Dominios estructurales – Mina Andaychagua. 56 Tabla 5. Características de las emulsiones. 57 Tabla 6. Presentación del Emulnor 57 Tabla 7. Parámetros de perforación y voladura, sección 4.0 m x 4.0 m. 59 Tabla 8. Parámetros de perforación y voladura, sección 4.5 m x 4.5 m. 60 Tabla 9. Ratios de voladura obtenidos. 66 ix INTRODUCCIÓN El presente trabajo de investigación se refiere al diseño de las mallas de perforación y voladura con la finalidad de optimizar los avances y la sobre rotura en las labores subterráneas en la Mina Andaychagua de Volcan Compañía Minera S.A.A. Es decir, que el diseño de las mallas perforación son importantes para realizar voladuras que permitan avanzar lo más posible por cada disparo, así como evitar la caída excesiva de material de la corona y los hastiales de las labores provocando inestabilidad y requerimiento de sostenimiento, aumentando los costos de producción. Se entiende por diseño de la malla a la tarea de determinar el número de taladros requeridos por cada frente de acuerdo a la naturaleza o calidad de la masa rocosa -para lo cual se realizó la clasificación geomecánica de la masa rocosa y la zonificación geomecánica dividiendo a la mina en tres secciones- y luego distribuirlo adecuadamente como taladros cortes, ayudas, etc. teniendo una consideración especial en los taladros llamados hastiales y los taladros de la corona. Luego, es necesario distribuir adecuadamente la cantidad de explosivos por cada tipo de taladro, y nuevamente se tiene cuidado en los hastiales y la corona. Estos criterios se aplicaron en las labores Bp. 1225E de sección 4.5m x 4.5m, el acceso ACC 261 de sección 4.0m x 4.0m, ambos ubicadas en el Nivel 1225 de la Mina Andaychagua. En ambas labores se realizaron dos disparos y un disparo respectivamente, siendo una limitación los costos para la realización de pruebas y que los trabajos deben continuar de manera ininterrumpida de acuerdo a lo programado por la empresa. El trabajo de investigación consta de cuatro capítulos, a saber: Capítulo I, Planteamiento del Problema; Capítulo II, Marco Teórico; Capítulo III, Metodología del Estudio y Capítulo IV, Resultados y Discusión. CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 Identificación y determinación del Problema El avance tecnológico y las disposiciones legales hacen que las unidades mineras se preocupen en mejorar la producción; pero, sin afectar la seguridad de los trabajadores y de los equipos. En la ejecución de labores subterráneas con fines de desarrollo es importante el avance que se obtiene por cada disparo; además, es imprescindible tener labores que no presenten daño en la roca y la menor cantidad posible de sobre rotura. Esto tiene, como ya se dijo, una justificación técnica y otra con fines de seguridad. 2 En la Mina Andaychagua, Nv. 1225 de la Compañía Minera Volcan S.A.A. utiliza la minería mecanizada en su U.P. Andaychagua, se ha identificado que los avances por cada disparo con taladros de longitud de 3.20 metros son aproximadamente de 80%, es decir 2.60 metros. Esto se traduce en mayor costo por avance. De Igual manera al realizar el análisis de la sobre rotura por cada disparo se ha encontrado que es aproximadamente del 8% al 10% del volumen total. Esto ha sido motivo para que en la Mina Andaychagua se realice un trabajo de investigación para poder optimizar los avances por cada disparo, pero sin crear excesiva sobre rotura ya que afectara a la seguridad de los trabajadores y los equipos, así como demandará el incremento de sostenimiento. Por esa razón se realizará los análisis correspondientes de las mallas de perforación y voladura para modificarlas y elegir los más convenientes. 1.2 Formulación del Problema 1.2.1. Problema general ¿Cómo influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar los avances y la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. - 2018? 3 1.2.2. Problemas específicos a) ¿Cómo influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar los avances en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A.? b) ¿De qué manera influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A.? 1.3 Objetivos 1.3.1. Objetivo general Determinar cómo influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar los avances y la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. - 2018. 1.3.2. Objetivos específicos a) Determinar cómo influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar los avances en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. b) Determinar de qué manera influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. 4 1.4 Justificación El presente trabajo de investigación se justifica en primer lugar desde el punto de vista científico y técnico porque la tecnología avanza y se puede corregir o enmendar operaciones inadecuadas con el uso de nuevos criterios como por ejemplo en el diseño de las mallas de perforación y voladura para que puedan mejorar los avances en desmonte y aumentar la producción en mineral. En segundo lugar, éstos mismos con criterios adecuados pueden ser diseñados para evitar la sobre rotura que ocurre después de cada disparo tanto en el techo como en los hastiales y generar labores seguras en cumplimento a las normas de seguridad y la normatividad vigente. La importancia del proyecto de investigación es que se va realizar en el Nv. 1225 de la Mina Andaychagua de Volcan Compañía Minera S.A.A. con la intención de generalizar los buenos resultados en los demás niveles, que tengan características similares. 1.5 Alcances y Limitaciones La investigación se realizó en la Mina Andaychagua, en el nivel Nv. 1225, de Volcan Compañía Minera S.A.A. 5 Los resultados sirven como estándar para los demás niveles de la Mina Andaychagua y posteriormente a otras minas que se encuentran cercanas a la misma, siendo de alcance regional. El tiempo empleado para el presente trabajo de investigación fue de agosto a la fecha. 6 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes de la investigación Ames, L. (2008), en su Tesis para optar el grado de Maestro en la Universidad Nacional de Ingeniería: Diseño de las mallas de perforación y voladura utilizando la energía producida por las mezclas explosivas, resume que: “La tendencia a utilizar explosivos de gran energía hace que también sea una necesidad la aplicación de nuevas técnicas para el diseño de mallas de perforación y voladura, por lo que en este trabajo se da a conocer la utilización de la potencia relativa por volumen (RBS). Esta teoría tiene el sustento en que la energía de un explosivo comparado con la de otro explosivo es muy diferente, en el mismo volumen de un taladro, por lo que, al cambiar en una mina en operación, un explosivo en uso por otro de mayor energía se tiene que tener en cuenta la diferencia en el contenido de energía 7 de cada explosivo. Este criterio también implica que el uso del factor de energía debe ser una herramienta cotidiana en vez del uso del factor de carga o factor de potencia, el cual a la fecha es utilizada en todas las unidades mineras de nuestro país a pesar que el factor de energía tiene muchos años de vigencia en los países desarrollados porque permite cuantificar correctamente el rendimiento de la energía del explosivo. La potencia relativa por volumen (RBS) permite modificar rápidamente las dimensiones originales del burden y espaciamiento y de esta manera permite ahorrar tiempo y costo en los ensayos de prueba y error para la implementación de las nuevas dimensiones en las operaciones de perforación y voladura. En el presente trabajo se realiza un cambio de ANFO a Anfo pesado 50/50 y se determinó que se puede reducir los costos de perforación y voladura con un explosivo más energético, así como también se mejoró la fragmentación obtenida usando ANFO.”1 Castro, J. Y Rodríguez, J., (2016), en su Tesis “Reducción de la Sobrerotura en el Crucero 3910 del Nivel 2360 de la Mina “Pec” de la Cía. Consorcio Minero Horizonte”, indican que: “En la mina Proyecto Especial Compartido del Consorcio Minero Horizonte se viene realizando labores de preparación y desarrollo, como son el caso de cruceros y/o bypass. Los costos unitarios 1 Ames, V. (2008). “Diseño de las mallas de perforación y voladura utilizando la energía producida por las mezclas explosivas”. Tesis para optar grado de Maestro en Ingeniería de Minas. Lima, Perú: Universidad Nacional de Ingeniería. 8 de estas labores suelen incrementarse debido a la sobrerotura, la cual obliga a gastar tiempo extra en limpieza del frente de la labor, transporte en interior e exterior de la mina y mayor sostenimiento. La sobrerotura disminuyó en un 17.44% al usar la voladura controlada de precorte en la corona de la malla de perforación usando de explosivo cartuchos de exsablock de 7/8“x7”. Para ello se aplicó la técnica de tubos de PVC ensamblados para tener mejor control al desacoplar en cuarenta centímetros de los cartuchos de explosivo y espaciando los taladros a una menor distancia de cuarenta centímetros. Los resultados fueron provechosos, al reducirse la sobrerotura en 17.44%, generando un ahorro por disparo es de 115.57 dólares, que puede significar un ahorro de 40.16 dólares americanos / metro de avance.”2 2.2 Bases teóricas 2.2.1. Diseño de mallas de perforación y voladura 2.2.1.1. Introducción En minería subterránea tiene dos clases de voladura de rocas: 1. Voladuras en una sola cara libre; es decir, en chimeneas, frentes, galerías o cruceros. 2 Castro, J. Y Rodríguez, J., (2016). “Reducción de la Sobrerotura en el Crucero 3910 del Nivel 2360 de la Mina “Pec” de la Cía. Consorcio Minero Horizonte”. Trujillo, Perú: Universidad Nacional de Trujillo. 9 Figura 1. Voladura en una cara libre. 2. Voladuras en bancos o tajos, en esta existen dos o más caras libres aparte de la cara libre en que se ejecuta la perforación. Figura 2. Voladura en bancos o tajos. En el presente trabajo de investigación se dará mayor énfasis a la voladura de la categoría 1. 10 2.2.1.2. Cortes o arranque El arranque es la parte más importante en la voladura de un frente. Su fin es proporcionar caras libres adicionales hacia donde irá la roca arrancada. Aunque hay muchos tipos específicos de cortes, y la terminología puede ser confusa, todos los cortes pueden ser clasificados en: cortes en ángulo y cortes con taladros paralelos. 2.2.1.2.1. Cortes en ángulo Los cortes en ángulo pueden ser el corte en V, el corte pirámide, el corte en cuña de arrastre, etc., arranca una cuña de roca para crear una abertura al cual los taladros restantes pueden desplazar sus burdenes. Los cortes en ángulo son difíciles de perforar exactamente. Los extremos de cada par de taladros del corte deberían estar los más cercano posible. Si ellos se cruzan, la profundidad del disparo será menor que el diseñado. Si los extremos están apartados más de un pie o demasiado alejados, el disparo no podría alcanzar la profundidad apropiada. El ángulo entre los taladros del corte debería ser 11 60° o más, para minimizar embotellamientos. La selección del tipo específico de los cortes en ángulo es una función del tipo de roca, el tipo del equipo de perforación, la filosofía de la administración de la mina, y el perforista. En aberturas pequeñas es imposible posicionar apropiadamente a la perforadora para perforar un corte en ángulo. En este caso es un corte con taladros en paralelo debe ser usado. Figura 3. Corte en ángulo. 2.2.1.2.2. Cortes con taladros paralelos Los cortes con taladros paralelos, los cuales también pueden ser llamados cortes Michigan, cortes Cornish, cortes quemados, cortes Coromant, etc., son básicamente una serie de 12 taladros espaciados muy cercanamente, algunos cargados y otros no cargados, los cuales cuando son iniciados pulverizan y expulsan un cilindro de roca para crear una abertura hacia los burdenes de los taladros restantes pueden ser arrancados. Debido a que ellos requieren altos factores de potencia y más perforación por volumen de roca volada, el uso de los cortes con taladros paralelos está restringido usualmente a aberturas angostas, donde no hay suficiente espacio para perforar un corte en ángulo. Los cortes en paralelo involucran más perforación que los cortes en ángulo debido a que los taladros espaciados muy cercanamente rompen pequeños volúmenes de roca. Sin embargo, ellos son muy fáciles para perforar porque los taladros son paralelos. Al igual que los cortes en ángulo, los cortes con taladros paralelos exactamente perforados son indispensables si la tanda de taladros debe romper la roca apropiadamente. Actualmente las 13 perforadoras tipo jumbo tienen controles automáticos para asegurar que los taladros son perforados paralelamente. Unidades de este tipo son una buena inversión para minas que rutinariamente perforan cortes con taladros paralelos. La selección del tipo de corte con taladros paralelos depende de la roca, el tipo del equipo de perforación, la filosofía de la administración de la mina, y el perforista. Para todos los tipos de cortes es importante que el corte arranque a la profundidad planeada, porque los taladros restantes del disparo no arrancarán más profundamente que el corte. En la voladura con cortes quemados se debe tener cuidado para no sobrecargar los taladros quemados porque ésto puede causar que el corte se congele o no arranque apropiadamente. La carga apropiada del corte depende del diseño del corte y el tipo de roca a ser volada y frecuentemente debe ser determinado por 14 ensayo y error. El espaciamiento entre los taladros varía generalmente de 15 a 25 cm. También se puede realizar cortes quemados con uno o más taladros centrales más grandes que los otros del frente. La ventaja del taladro grande es que este proporciona un espacio más seguro hacia el cual los taladros subsiguientes pueden romper la roca. Esto asegura un arranque más seguro y más profundo del disparo. Las desventajas del taladro central grande son el requerimiento de una pieza adicional y mayor tiempo para la perforación. Figura 4. Corte con taladros paralelos. 15 2.2.1.3. Determinación del número de taladros Existen dos ecuaciones empíricas que nos permiten determinar la cantidad de taladros que se requiere en cada frente. El primer modelo matemático es el siguiente: NT AxH x 10 Donde: NT = Número de taladros. A = Ancho de la labor, m. H = Altura de la labor, m. El segundo modelo matemático es aquel donde se considera la distancia de los taladros dependiendo de la dureza de la roca y además, considera un coeficiente de roca de acuerdo también a la dureza de la roca. NT P dt C S ( / ) Donde: NT = Número de taladros 16 P = (S)1/2 x 4 S = Sección, m2. dt = Distancia de taladros. 0,5 para roca dura. 0,6 para roca intermedia. 0,7 para roca suave. C = Coeficiente de roca. 2,0 para roca dura. 1,5 para roca intermedia. 1,0 para roca suave. 2.2.1.4. Distribución de taladros Una vez que el corte de la apertura ha generado la cara libre necesaria, los taladros restantes deben ser distribuidos de manera que ellos rompan sucesivamente sus burdenes hacia el espacio vacío. Esto es importante para visualizar la progresión de la voladura de a medida que cada taladro, a su tiempo de iniciación, tenga una cara libre apropiada paralela o casi paralela al mismo. En la figura 5, se muestra la nomenclatura típica de los taladros en un frente. Los taladros encendidos inmediatamente después de los taladros del corte son llamados ayudas. Los burdenes de 17 estos taladros deben ser planificados cuidadosamente. Si los burdenes son muy pequeños las cargas no arrancarán su parte de la voladura. Si los burdenes son muy grandes podría congelarse debido a un espacio insuficiente en la cual la roca puede expandirse. Después que varias ayudas han sido iniciadas, la abertura es usualmente suficientemente grande para permitir el diseño de los taladros restantes de la voladura de acuerdo a algunos principios de la voladura de superficie. En voladuras de frentes grandes, las relaciones burden y espaciamiento son usualmente levemente menores que aquellos para voladuras en superficie. En frentes pequeños, donde el espacio es limitado, las relaciones de burden y espaciamiento serán aún más pequeñas. Los últimos taladros a ser iniciados en una voladura subterránea son los taladros del techo, los cuadradores en los lados, y los arrastres en la parte inferior del frente. A menos que una técnica de voladura controlada es usada el espaciamiento entre estos taladros del perímetro es de 20 a 25 veces el diámetro del taladro. 18 Figura 5. Distribución de taladros en un frente. 2.2.2. Fracturamiento de las rocas 2.2.2.1. Por trituramiento y agrietamiento Se debe mencionar que una zona anular del material triturado o constantemente comprimido, es generalmente formada inmediatamente alrededor de las paredes de los taladros. Esto ocurrirá donde la máxima onda compresiva radial que se encuentra expandiéndose en forma cilíndrica, logra exceder la deformación de fracturamiento compresiva dinámica o el limite plástico aparente de la roca. Cuando las ondas de deformación, atraviesan una cavidad cilíndrica de la roca, que se encuentra ubicada alrededor de 19 los taladros, esta tendrá que soportar un desarrollo muy intenso de deformaciones compresivas tangenciales. Si estas deformaciones exceden la deformación tensional dinámica de la roca, una zona de fracturas radiales muy pronunciadas, será formada, la cual terminara rápidamente a una distancia radial donde la deformación tangencial de las ondas, serán atenuadas a un valor, el cual ya no es capaz de generar nuevos fracturamientos. 2.2.2.2. Por estallido Cuando una onda de deformación compresiva choca contra una cara libre efectiva, se crea una onda tensional reflejada. Si esta onda tensional reflejada, es lo suficientemente fuerte progresivamente ocurrirá un estallido o desplazamiento, desde la cara libre efectiva hacia la parte posterior donde se encuentran los taladros. Si los esfuerzos producidos por la detonación de la mezcla explosiva comercial, sobrepasan la resistencia tensional dinámica de la roca, entonces el nivel de vibraciones producido por dicha detonación podría también provocar el fracturamiento de las rocas por estallido. 20 Matemáticamente se puede expresar mediante la siguiente relación: Donde: σ = Esfuerzo V = Velocidad pico de partícula VPP. E = Modulo de elasticidad de Young. LW = Velocidad de la Onda longitudinal o velocidad sísmica. ρr = Densidad de la roca. La influencia del tipo de relleno en los contactos y en los planos de discontinuidades, deben ser tomadas en cuenta, de tal manera que se puedan establecer los valores de deformación de la onda, la cual es trasmitida y reflejada, por lo tanto, matemáticamente se puede escribir la siguiente relación: rxVxLW LW E zN zN SS zN S S ir i t 1 1 1 2 21 Donde: St = Resistencia tensional de la onda trasmitida. Si = Resistencia tensional de la onda incidente. N′z = Relación de la impedancia de la roca y del relleno. Sr = Resistencia tensional de la onda reflejada Por otro lado, para calcular la velocidad pico de partícula se puede emplear la siguiente expresión matemática: Donde: Vc = Velocidad critica (PPV) Std = Resistencia tensional dinámica de la roca (Mpa) ρr = Densidad de la roca (g/cc). WLv = Velocidad de onda longitudinal (m/s). 2.2.2.3. Agrietamiento por expansión de los gases Los gases producidos por la detonación de las mezclas explosivas comerciales, y que se encuentran a altas Vr t c WLx S V 22 presiones y temperaturas, actúan para aperturar aún más las fracturas pre-existentes y las que fueron creadas por la onda de deformación, las cuales pueden afectar decididamente el control del sobre-fracturamiento, lo cual significa que en rocas suaves y muy fracturadas las MEC usadas deben producir un pequeño volumen de gases, para no fracturar a dichas rocas en demasía. 2.2.3. Voladura controlada 2.2.3.1. Generalidades Con la finalidad de tener mayor producción se llega al error de obviar los posibles daños que puede generar a la masa rocosa después de la voladura y en el costo adicional de los materiales de sostenimiento. Muchas veces es importante el uso de modelos que permitan controlar la voladura y evitar daños posteriores a la labor y a la roca que permanece. En galerías, cruceros, etc., muchas veces después de la voladura se tienen perfiles irregulares que siguen a las familias de las discontinuidades. Se dice que la afectación es hasta 2 m de profundidad, creando inestabilidad y desprendimientos, creando inseguridad en el trabajo. 23 Entonces, tomando como premisa los daños causados por un disparo primario de producción se incrementarán en la misma proporción que el peso de las mezclas explosivas usadas en dicho disparo, lo que conllevaría a decir que cualquier reducción en el consumo de las mezcla explosivas comerciales significaría una reducción en los daños producidos a la roca remanente y circundante al disparo primario. Desde que los daños se encuentran detrás de la última fila de los taladros del disparo primario de producción conllevaran a problemas de estabilidad de los taludes en la cara libre del nuevo banco, es lógico que la optimización del disparo primario de producción es el paso más importante para controlar los daños a la roca remanente y circundante al disparo primario. Por lo tanto, cuando se va diseñar un disparo primario de producción es vital importancia controlar el sobre-fracturamiento y los daños que se puedan causar al macizo rocoso remanente. 24 Para controlar el sobre - fracturamiento del macizo rocoso circundante a cualquier excavación se debe tener en cuenta lo siguiente: Se deben usar mezclas explosivas comerciales adecuadamente seleccionadas para el tipo de roca donde se va a llevar a cabo la voladura, de tal manera de evitar la abertura de fisuras provocadas por el gran volumen de gases generados en el momento de la detonación. Se debe tratar de mantener a un nivel de vibraciones dentro del macizo rocoso, que no genere fragmentación por estallamiento. La resistencia compresiva dinámicas de las rocas (Scd), que circunda a la MEC, no debe ser excedida, etc. 2.2.3.2. Técnicas de la voladura controlada 2.2.3.2.1. Generalidades Algunas de las técnicas de voladura controlada se utilizan con el propósito de obtener límites finales de apariencia atractiva y sin tener en cuenta la estabilidad del macizo rocoso 25 remanente. Otras de estas técnicas de voladura controlada son utilizadas para obtener límites finales estables, y esto se consigue mediante la formación de un plano de falla antes de comenzar los disparos de producción. Todas las técnicas de voladura controlada tienen un objetivo común, que es el de mejorar la distribución de la energía producida por las MEC, la cual es trasmitida dentro del macizo rocoso y cuyos efectos tienen como resultados la acción de la presión de los gases actuando sobre las paredes de los taladros. Las técnicas de voladura controlada que más se usan en la minería nacional e internacional, son las de precorte y recorte. 2.2.3.2.2. Voladura de Pre-Corte El disparo del corte de contorno es anterior a la voladura principal. 26 2.2.3.2.3. Voladura de Recorte El disparo del corte de contorno es posterior a la voladura principal. 2.2.4. Mina Andaychagua 2.2.4.1. Historia La Mina Andaychagua, inició su operación en 1987 para explotar la veta Andaychagua principalmente. La Mina Andaychagua está formada por la mina central y la concentradora Andaychagua. 2.2.4.2. Ubicación La mina Andaychagua, está ubicada en la sierra central del país aproximadamente a 181 kilómetros de Lima, Se ubica a altitud aproximada de 4550 m.s.n.m. Sus coordenadas geográficas de localización son: 76°05’ longitud oeste. 11°43’ latitud sur. 27 Figura 6. Plano de ubicación de la Mina Andaychagua. 2.2.4.3. Clima y vegetación En esta zona el clima es frio y seco ya que se encuentra dentro de la región geográfica denominada puna. La estación lluviosa es entre los meses de noviembre a marzo con precipitaciones solidas como nevadas y granizadas, las temperaturas varían entre 15 °C y 0°C, entre el día y la noche. La estación seca se da entre abril y octubre, es la etapa del año que soporta las menores temperaturas, llegando hasta bajo 0°c, durante las primeras horas del día. 28 Por estar ubicado, este lugar por encima de 4000 m de altitud y por, las inclemencias del clima, la vegetación que se desarrolla en abundancia es el Ichu que alcanzan hasta un metro de altura. 2.2.4.4. Geología 2.2.4.4.1. Geología Regional El distrito minero de Andaychagua está localizado en la parte sur –este de una amplia estructura regional de naturaleza domatica que abarca casi íntegramente los distritos de Morococha, San Cristóbal y Andaychagua. Esta estructura inicialmente fue denominada “complejo Domal de Yauli” (J.V. Harrison. 1943) y en el presente trabajo se le denomina “domo de Yauli”. El domo es un Intrusivo de composición acida, intermedia y básica, han cortado o son paralelos a la secuencia estratigráfica del anticlinal Chumpe. 29 2.2.4.4.2. Geología Local La secuencia estratigráfica del distrito de Andaychagua muestra rocas sedimentarias y volcánicas, cuya edades varias desde el devónico hasta el cuaternario. Estas rocas han sido intensamente plegadas, constituyendo diversas estructuras entre las cuales se distinguen el anticlinal de Chumpe, cuyo eje se orienta en forma paralela a la estructura general de los andes. La mineralización se presenta en vetas rellenando fracturas, las cuales atraviesan casi enteramente las filitas, volcánicos y calizas. Mantos y cuerpos mineralizados se emplazan principalmente en las calizas de la formación pucara. 2.2.4.4.3. Geología Estructural La estructura regional dominante es el Domo de Yauli. Está ubicado en el segmento central de la cordillera occidental de los andes peruanos; 30 aparece como una estructura Domal tectónica que comprende, por el norte, desde el paso de Atincona en la zona de Ticlio; pasando por el distrito minero de Morococha, el distrito minero Carahuacra - San Cristóbal - Andaychagua, por el sur se extiende hasta la quebrada de Suitucancha y las proximidades de la laguna Cuancocha la longitud de acuerdo al rumbo del eje del domo es de 35 a 60 km aproximadamente y el ancho es de 10 a 15 km y su orientación mantiene la dirección andina NNW-SSE. Su flanco E buza entre 30 y 40 ° mientras su flanco W buza entre 60 y 80 °, en el núcleo del domo se superponen las tectónicas Hercinicas y andinas que afectan a las rocas desde el Excélsior hasta el Casapalca. 2.2.4.4.4. Sistema de vetas Andaychagua El sistema de vetas Andaychagua se encuentra al sur oeste del intrusivo de Chumpe y en el flanco Este del anticlinal del mismo nombre. Está conformado por las vetas: principal 31 Andaychagua, ramal norte, Puca Urco, Prosperidad I, Prosperidad II, Esther, Marty, Rosie, Clara, Martha y Milagros. Todas están emplazadas en los volcánicos Catalina y solo las más persistentes como la veta principal y Prosperidad II se extienden hasta las filitas en el extremo sur oeste. La veta de mayor importancia es la denominada Andaychagua, actualmente en explotación. La Veta Andaychagua es la segunda estructura en orden de extensión conocida en el área. La longitud de la fractura es casi 5 km de los cuales cerca de 3 km han sido mineralizados. La estructura mineralizada tiene una dirección de N30°E y el buzamiento de la misma es de 72°- 90° NW. 32 2.2.4.5. Minería 2.2.4.5.1. Minado por Corte y relleno descendente 2.2.4.5.1.1. Aplicación del método Para la aplicación del método de corte y relleno se tiene que cumplir con ciertas condiciones. Las principales se enumeran a continuación: 1. Se aplica en cuerpos mineralizados o vetas con sistema mecanizado de limpieza. 2. Se explota cuerpos irregulares. 3. Se explota zonas de material mineral poco consistente. Con en la Mina Andaychagua con RMR de 25-30 en vetas y RMR > 50 en las rocas encajonantes. 2.2.4.5.1.2. Procedimiento En la Mina Andaychagua se utiliza el método de explotación corte y relleno descendente con perforación vertical. En el mencionado método, el minado se ejecuta de arriba hacia abajo en los diferentes horizontes; luego, re rellena con el relleno hidráulico cementado. 33 Figura 7. Método de Corte Explotación Corte y Relleno. El sistema consiste en la extracción del mineral por medio de frentes pilotos (galerías en mineral) de 5 m de altura por el ancho de la mineralización por 115 m de longitud de tajeo (un ala). A continuación de hace una perforación vertical hacia debajo de 8 metros a todo el largo del tajeo (banqueo vertical), y se realiza la voladura. Posteriormente se extrae el mineral en una altura de 3 m quedando un espacio libre entre la losa y el piso de mineral de 8 m. por último se hace el relleno sementado en dos etapas hasta alcanzar rellenar 7 m de altura; se espera el tiempo de fragua de 7 días y se procede a extraer los 5 m de mineral que quedan rotos debajo de la loza 34 rellenada por el slot que es la cara libre del banco y se reinicia el ciclo de trabajo. Está probado que las eficiencias aumentan con este método a pesar de los costos elevados. Esto es superado con la velocidad de minado. 2.2.4.5.1.3. Relleno cementado Concluido el corte en un tajeo se prepara para relleno. Esta preparación consiste en construir varias represas o paños de relleno de unos 12 metros de longitud aproximadamente. Con esta primera represa se rellena la losa de 3 m de altura con una mezcla de cemento en una proporción ya estandarizada para obtener resistencias de 140 – 160 kg/cm2. Apenas fragua este relleno, se prepara una segunda represa, sobre este nuevo piso, que en este caso alcanza los 4 m del tajeo, con una mezcla menos rica, y luego se espera 7 días para reiniciar el siguiente ciclo de producción. 35 La construcción de las represas escalonadas permiten ciertas ventajas, como: controlar que el relleno alcance la parte más alta abierta del tajeo, recuperar tuberías de relleno, etc. Las barreras se construyen empleando: redondos de madera de 8 pulgadas de diámetro por 12 pies, tabla, poli yute o tela arpillera, etc. (más adelante se trata el método de encofrado). 2.2.4.5.2. Perforación y voladura en labores horizontales En la perforación de labores horizontales tales como en galerías y cruceros principalmente se realiza con jumbo Axera 5-126, el cual es un jumbo electro - hidráulico y que es usado en el desarrollo de la mina y permite hacer túneles hasta de 38 m2 de sección. 36 Figura 8. Axera 5-126 jumbo electro – hidráulico. Para la voladura de la roca en la mina Andaychagua en el Nivel 1225 se utiliza las emulsiones. En este caso de usa el Emulnor 3000 1 ¼” x 12” para carguío en frentes, el Emulnor 1000 en los hastiales y en la corona el Famecorte E-20. Figura 9. Emulsión usada en Mina Andaychagua. 37 Figura 10. Fases de la emulsión. Tabla 1. Composición de una de emulsión Fase Ingrediente Porcentaje Discontínua Agua 10 – 22% Sales inorgánicas 65 – 85% Vacíos 1 - 2% Contínua Combustible 3,5 – 8% Emulsificador 0.8 – 1,2 Fuente: Elaboración propia. 38 Figura 11. Sensibilización de la emulsión. La función del gas o del material que atrapa el gas es reducir la densidad de la emulsión. Cualquier gas puede ser usado para tal propósito. Sin embargo, si un gas combustible o un material que atrapa material combustible es usado, se debería incluir en el cálculo para el combustible total. El tamaño usual de las micro esferas de gas es de 60-70 um. La distribución de su tamaño está entre 40 y 100 um. Micro esferas muy pequeñas no actúan como puntos calientes., durante la 39 detonación, sino como ingredientes sólidos. De igual manera micro esferas de paredes gruesas son más difíciles de colapsar y no son eficientes como aquellos de paredes delgadas. Las micro esferas pueden ser usadas en explosivos emulsiones; pero, no en un proceso continuo. La razón para eso es que un proceso continuo requiere un mezclador con acción de corte el cual destruye las microesferas plásticas, Recientemente, se han realizado esfuerzos para reemplazar las micro esferas de vidrio con micro esferas de perlita, las cuales son más baratas. Sin embargo, los explosivos tipo emulsión contienen micro esferas de perlita proveídos para ser menos sensibles que aquellos que contienen esferas de vidrio. La razón para eso es que las burbujas de perlita no son esferas, sus vacíos están conectados unos con otros y algunas veces ellos no proveen una cavidad sellada para actuar como un punto caliente. 40 Debido al tipo de mezcla en las emulsiones, la fase acuosa oxidante es protegida mediante una fase continua de petróleo. Po lo tanto la evaporación del agua durante el almacenamiento es prevenida y la penetración del agua desde la parte extema en la emulsión básica es inhibida. De acuerdo a Wade el proceso es tan efectivo que las emulsiones tienen excelente resistencia al agua y no dependen de un empaque por su habilidad para funcionar en taladros que contienen agua. Debido a su estructura la consistencia física de las emulsiones está relacionada principalmente a las propiedades de la fase continua. Los combustibles inmiscibles con agua pueden ser seleccionados de modo que las emulsiones pueden ser fabricadas en una variedad de formas. Composiciones duras como masilla adecuadas para productos empaquetados o emulsiones casi fluidos, bombeables, adecuados para el carguío al granel, pueden ser fabricados. 41 Figura 12. Trabajo en frentes con emulsión. Performance de los explosivos emulsión Las velocidades de detonación de los explosivos emulsión, se aproxima a aquellos cálculos termo hidrodinámicos aun cuando la carga de ensayo es de un diámetro relativamente pequeño. Esto indica un performance cercano al ideal aún en diámetros pequeños. 42 En pruebas realizadas las curvas velocidad de detonación - diámetro de carga para una emulsión típica de diámetro pequeño y un slurry típico también de diámetro pequeño se tiene que la emulsión tiene una velocidad de detonación mayor. Esto es debido a la relación íntima de la mezcla la cual es lograda mediante el proceso de emulsificación. Esto reduce el tamaño efectivo de la partícula del producto y el tiempo para reaccionar en el frente de detonación. De otro lado los slurries son una mezcla tosca de una fase de solución oxidante, las gotas de combustible y oxidante sólido y componentes combustibles. En la Figura 13, se muestra una fotografía de microscopio electrónico que fue capturado en Changsha Institute of Mining and Metallurgy, en la Provincia de Hunan, China. Muestra gotas que varían desde 960 nanometros hasta 3,44 micrometros, esta emulsión matriz contiene una 43 muy eficiente e íntima disposición de combustibles y oxidantes. Figura 13. Fotografía de una mezcla explosiva emulsión. Debido a que las emulsiones alcanzan performances ideales en diámetros pequeños, ellos son ideales para usar en voladura secundaria, para voladura de formaciones de roca dura y para uso como iniciadores. Fases de las emulsiones Las emulsiones constan en general de dos fases: fase interna y fase externa. Fase Interna 44 Está compuesta de una solución de sales oxidantes (agua-nitrato de amonio), suspendidas como burbujas microscópicamente finas. Fase Externa Es aquella fase continua de combustible (petróleo), que rodea a las burbujas de la fase interna. Tabla 2. Composición de las emulsiones explosivas OXIDANTES EMULSIFICANTES Nitrato de amonio Emulsificantes no iónicos Nitrato de sodio Emulsificantes iónicos Nitrato de potasio Co-emulsificantes polímeros sensibilizantes Nitrato de calcio Microesferas Perclorato de amonio Perlita Perclorato de sodio Agente espumante químico Agua-combustible Sensibilizante químico Cera Catalizadores de composición Procedimiento de almacenamiento Polvorines: Cuenta con 4 ambientes subterráneos. Tiene ventilación y seguridad adecuada. El acceso al área es restringido mediante el uso de llave, el mismo que 45 está a cargo del Responsable de Supervisión. También cuenta con equipos de emergencias como: extintores, botiquín, grifos de agua. 2.3 Definición de términos Diseño “El concepto de diseño suele utilizarse en el contexto de las artes, la arquitectura, la ingeniería y otras disciplinas. El momento del diseño implica una representación mental y la posterior plasmación de dicha idea en algún formato gráfico (visual) para exhibir cómo será la obra que se planea realizar. El diseño, por lo tanto, puede incluir un dibujo o trazado que anticipe las características de la obra.”3 Malla (plantilla) “Una plantilla puede servir como muestra base de una diversidad sobre la que comparten elementos comunes (patrón).”4 Perforación 3 https://definicion.de/diseno/ 4 https://es.wikipedia.org/wiki/Plantilla https://definicion.de/arte https://definicion.de/disciplina 46 “La perforación de las rocas en el campo de la voladura es la primera operación unitaria que se realiza en la actividad minera; tiene como propósito abrir unos huecos (taladros), en una distribución geométrica adecuada en los macizos rocosos para su posterior arranque, aquí se alojará el explosivo y los accesorios de los sistemas de iniciación a usar.”5 Voladura “Voladura (llamada además tronadura en algunos países de América del Sur o barreno en algunas zonas de España), es la acción de fracturar o fragmentar la roca, el suelo duro, el hormigón o de desprender algún elemento metálico, mediante el empleo de explosivos. Las mismas se realizan para lograr un objetivo predeterminado, pueden ser controladas, o no, puede ser a cielo abierto, en galerías, tunes o debajo del agua.”6 Voladura controlada “Consiste en el empleo de cargas explosivas lineales de baja energía colocadas en taladros muy cercanos entre sí, que se disparan en forma simultánea. Busca crear y controlar la formación de una grieta o plano de rotura continua, que limite la superficie final de un corte o excavación.”7 5 https://es.wikipedia.org/wiki/Perforación 6 https://es.wikipedia.org/wiki/Voladura 7 EXSA. Departamento de asistencia técnica. https://es.wikipedia.org/wiki/Pa%C3%ADs https://es.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9rica_del_Sur https://es.wikipedia.org/wiki/Am%C3%A9rica_del_Sur https://es.wikipedia.org/wiki/Espa%C3%B1a https://es.wikipedia.org/wiki/Roca https://es.wikipedia.org/wiki/Suelo https://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n https://es.wikipedia.org/wiki/Explosivo https://es.wikipedia.org/wiki/Planeamiento 47 Avance Mover o prolongar algo hacia delante.8 Sobrerotura “La sobrerotura (over break) y la sobre rotura hacia atrás (back break) en bancos, afectan la estabilidad de la nueva cara libre de voladura y a los taladros que hayan sido perforados a continuación de la última fila disparada. Generalmente indica exceso de carga explosiva en la última fila de taladros. En túneles y labores subterráneas debilita y agrieta a la roca remanente en toda la periferia, afectándola a profundidad, con el riesgo de colapso del techo o paredes. Aparte de condiciones geológicas de incompetencia, debilidad estructural y alto grado de fracturamiento, tienen responsabilidad en este problema el exceso de carga explosiva y/o el encendido instantáneo o con tiempos muy cortos entre taladros, debido al fuerte golpe que producen.”9 8 http://www.wordreference.com/definicion/avance. 9http://www.revistaseguridadminera.com/operaciones-mineras/parametros-en-la-voladura-de-rocas/ 48 2.4 Hipótesis 2.4.1. Hipótesis general El diseño de las mallas de perforación y voladura influye significativamente en la optimización de los avances y la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. – 2018. 2.4.2. Hipótesis específicas a) El diseño de las mallas de perforación y voladura influyen significativamente en los avances en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. b) El diseño de las mallas de perforación y voladura influyen significativamente en la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. 2.5 Variables e indicadores Variable X: Diseño de las mallas de perforación y voladura. Variable Y: Avances y sobre rotura. 49 2.6 Operacionalización de las variables VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES Variable X: Diseño de mallas de perforación y voladura - Cantidad de explosivo - Carga por taladro, Kg/tal - Factor de carga Kg/m3 - Número de taladros con carga. - Número de taladros de alivio - Unidades. - Unidades Variable Y: Avances y Sobre ro tura - Avance - m/disparo - Sobre rotura - % de volumen total 50 CAPÍTULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1 Método de Investigación El método de investigación empleado fue el método científico. 3.2 Nivel de Investigación El tipo de investigación fue la aplicada. 3.3 Tipo de Investigación El nivel de investigación fue el descriptivo. 51 3.4 Diseño de Investigación El diseño de la investigación fue la investigación descriptiva simple. M O M: Muestra. O: Observación. 3.5 Población y Muestra Población La población fueron las labores del Nv. 1225 de la Mina Andaychagua de Volcan Compañía Minera S.A.A. Muestra La muestra fueron las labores del Nv. 1225, Bp. 1225E y ACC 261. 3.6 Procedimiento de recolección de datos La técnica de recolección de datos fue la observación directa. El instrumento fue la libreta de notas o de apuntes para anotar las observaciones de campo. 3.7 Técnicas de Procesamiento de datos Los datos de campo obtenidos fueron tabulados y posteriormente descritos usando las principales medidas de tendencia central. Estos servirán para el análisis del caso. 52 CAPÍTULO IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1 Presentación de datos generales 4.1.1. Clasificación geomecánica de la masa rocosa de Andaychagua Para clasificar geomecánicamente a la masa rocosa se utilizó el criterio de clasificación geomecánica de Bieniawski (índice RMR, 1989). Los valores de resistencia compresiva de la roca intacta, fueron obtenidos en los ensayos de Resistencia de la roca intacta. Por otro lado, se obtuvieron valores de RQD a partir de la información consignada en el logueo geotécnico de los testigos de las perforaciones diamantinas realizadas en la mina Andaychagua. 53 El criterio utilizado para clasificar al macizo rocoso presenta a continuación en la siguiente Tabla. Tabla 3. Criterio para la calidad de masa rocosa Tipo de roca Rango RMR Calidad según RMR II > 60 Buena IIIA 51 – 60 Regular A IIIB 41 – 50 Regular B IVA 31 – 40 Mala A IVB 21 – 30 Mala B V < 21 Muy Mala Fuente: Elaboración propia. Los resultados de la clasificación geomecánica se encuentran en los formatos de mapeo geomecánico y logueo geotécnico de testigos rocosos, así como también en los planos geomecánicos de los Niveles 1150, 1200 y 1225. A partir de esta información se puede concluir que la mayor del macizo rocoso alrededor de la veta Andaychagua es de calidad Mala A y en menor porcentaje Mala B y Regular B. 54 Figura 14. Plano geomecánico del Nivel 1225. (Representa al Nivel 1250) 4.1.2. Zonificación geomecánica de la masa rocosa de Andaychagua Para la aplicación racional de los diferentes métodos de cálculo de la mecánica de rocas, es necesario que la masa rocosa bajo estudio esté dividida en áreas de características estructurales y mecánicas similares, debido a que los criterios de diseño y el análisis de los resultados serán válidos solo dentro de masas rocosas que presenten propiedades físicas y mecánicas similares. A consecuencia de ello, es práctica común en el diseño de excavaciones subterráneas delimitar el área de estudio en zonas geomecánicas o dominios estructurales. Para la zonificación geomecánica de la masa rocosa se deben considerar los aspectos litológicos, geoestructurales y calidad del 55 macizo rocoso. Desde que los aspectos geoestructurales son similares en todos los tipos de rocas presentes en el área de estudio, se toma aquí en consideración la litología y calidad de la masa rocosa para establecer los dominios estructurales. Para el caso de la zona en estudio, la litología presente es básicamente la filita, el mineral y la roca metavolcánica. La zonificación geomecánica, considerando los aspectos litológicos y de calidad de la masa rocosa prácticamente ha sido definida para cada litología y sus características geomecánicas son similares a la misma litología ubicada en los niveles superiores. La Mina Andaychagua se ha dividido en tres secciones geoemecánicas típicas para representar la zonificación de calidades de la masa rocosa en la zona inferior de la veta Andaychagua. Figura 15. Secciones transversales mostrando la zonificación geomecánica. 56 Tabla 4. Dominios estructurales – Mina Andaychagua. Sección Litología Dominio Estructural RMR Promedio Calidad SECC-01 Metavolcánico CT DE-IVB 25 Mala B Metavolcánico CT inmed. DE-IVA 35 Mala A Mineral DE-IIIB 45 Regular B Metavolcánico CP inmed. DE-IIIA 55 Regular A Metavolcánico CP DE-IVB 25 Mala B SECC-02 Metavolcánico CT DE-IVA 35 Mala A Metavolcánico CT inmed. DE-IIIB 45 Regular B Mineral DE-IVB 25 Mala B Filita CP inmed. DE-IIIA 55 Regular A Filita CP DE-IVA 35 Mala A Filita CP DE-IVB 25 Mala B Filita CP DE-IIIB 45 Regular B SECC-03 Filita CT DE-IVA 35 Mala A Filita CT inmed. DE-IVB 25 Mala B Mineral DE-IVB 25 Mala B Filita CP inmed. DE-IIIA 55 Regular A Filita CP DE-IVA 35 Mala A Filita CP DE-IIIB 45 Regular B 4.1.3. Explosivos En el nivel 1225 de la Mina Andaychuagua de Volcan Compañía Minera S.A. se utilizan como mezclas explosivas a las emulsiones, porque se acomodan a los requerimientos de la masa rocosa y a la presencia de agua en interior mina. 57 Tabla 5. Características de las emulsiones. Fuente: http://www.famesa.com.pe/wp-content/uploads/2017/07/FT-29.-Emulnor.pdf Tabla 6. Presentación del Emulnor Fuente: http://www.famesa.com.pe/wp-content/uploads/2017/07/FT-29.-Emulnor.pdf http://www.famesa.com.pe/wp-content/uploads/2017/07/FT-29.-Emulnor.pdf 58 4.2 Análisis e interpretación de datos De acuerdo a los datos presentados anteriormente, se puede tener como resultados del análisis y la interpretación de los mismos los siguientes: 1. Respecto a la clasificación de la masa rocosa que se ha utilizado el índice de calidad RMR (clasificación geomecánica de Bieniawski – 1989), por ser el más versátil y más aplicable en lo relacionado a la minería subterránea. Con esta clasificación se ha determinado que la masa rocosa entorno a la veta Andaychagua es de calidad Mala A y en menor porcentaje Mala B y Regular B. Estas características tienen que ser tomadas en cuenta para el diseño de la malla de perforación y voladura. Los taladros de los hastiales y la corona tendrán una menor cantidad de carga explosiva. 2. En lo que concierne a la zonificación geomecánica se observa en la Figura 15, que la Mina Andaychagua ha sido dividida en tres secciones geoemecánicas típicas. En dicha figura se puede observar que en el nivel en estudio las rocas predominantes son la de calidad Regular B, IIIB y roca Mala IVA; de igual manera éstas características se tiene que tomar en cuenta para el diseño de las mallas de perforación y voladura. 59 3. Teniendo en cuenta que los explosivos usados son las emulsiones (Emulnor) y para la voladura controlada Famercorte E-20, se ha determinado en número de taladros para cada sección y tipo de terreno. Estos son mostrados en la Tabla 7 y Figura 16 para una sección de 4.0m x 4.0m y en la Tabla 8 y Figura 17 para una sección de 4.5m x 4.5m. Tabla 7. Parámetros de perforación y voladura, sección 4.0 m x 4.0 m. Fuente: Elaboración propia 60 Figura 16. Malla de perforación y voladura, sección 4.0m x 4.0 m. Tabla 8. Parámetros de perforación y voladura, sección 4.5 m x 4.5 m. Fuente: Elaboración propia 61 Figura 17 Malla de perforación y voladura, sección 4.5m x 4.5 m. 4.3 Contraste de hipótesis Para la demostración de las hipótesis se realizaron trabajos de pruebas de acuerdo a lo diseñado en la Tablas 7 y la Figura 16 para las labores de 4.0m x 4.0m y en las Tabla 8 y la Figura 17 para sección de 4.5m x 4.5m. En estas labores se usó Famecorte E-20 para voladura controlada en secciones de 4.5 x 4.5 m (bypass) y 4.0 x 4.0 m (accesos), estas labores fueron detalladas, para realizar el seguimiento al proceso de Perforación y Voladura, lo cual nos brindó información necesaria para ver en qué situación nos encontramos, y si encontrábamos anomalías corregirlas en el debido 62 momento para alcanzar los objetivos planteados (mejorar el avance y reducir la sobre rotura) Las labores programadas fueron: Bypass y Accesos: en Bypass 1225E, Acc 261, en el Nv. 1225, en roca de desmonte. Las voladuras se realizaron con presencia de los encargados de la perforación y voladura para constatar los trabajos realizados y verificar los resultados obtenidos. Los trabajos realizados fueron hacer cumplir las mallas de perforación, marcando la gradiente y dirección de la labor, controlar la longitud de perforación que sean iguales los taladros, controlar el paralelismo y la buena distribución de taladros. En cuanto al carguío se usó voladura controlada en la corona utilizando Famecorte E-20 y en los hastiales se usó cañas. Es necesario señalar que se tuvo que capacitar a los cargadores de la empresa en voladura controlada en la corona y hastiales utilizando Famecorte E-20, para controlar el daño que se pueda causar a la roca circundante de los frentes, de esta manera llegar al objetivo que fue la sobre rotura sea menor que 5%. A continuación, se observan algunas imágenes de los trabajos realizados y resultados: 63 Figura 18. Acta de asistencia a la capacitación sobre Famecorte E-20 64 Figura 19. Marcado de gradiente y dirección de la labor. Figura 20. Pintado de malla de perforación. 65 Figura 21. Carguío con Famecorte E-20. Figura 22. Evaluación de los resultados. 66 Figura 23. Cañas y buen contorneo de la labor. Después haber realizado los disparos se evaluaron los resultados. Estos son mostrados en la tabla 9. Tabla 9. Ratios de voladura obtenidos. Fuente: Elaboración propia. 67 Teniendo como base los resultados mostrado en la Tabla 8, se tienen las diferentes figuras realizadas en el tratamiento estadístico con una hoja electrónica. Figura 24. Avances (metros/disparo) Figura 25. Factor de avance (Kilogramos/m) 68 Figura 26. Sobre Rotura (%) De todo los mostrado se puede deducir que los resultados obtenidos fueron buenos: 1. Se obtuvo un avance promedio de 3.02 m por disparo, 95% de 3.20m de longitud del taladro, a excepción de un disparo que se obtuvo un avance de 2.20 m porque se llegó al contacto con una falla geológica y también cortamos veta. 2. En sobre rotura de los frentes disparados se obtuvo un promedio de 4.86%. 3. En factor de avance se obtuvo un promedio de 31.3 Kg/m. 69 De tal manera, al realizar el contraste de la hipótesis se puede decir con toda certeza que: “El diseño de las mallas de perforación y voladura influye significativamente en la optimización de los avances y la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. – 2018”. 4.4 Discusión de los resultados De los resultados obtenidos se tiene un promedio de avance de 3.02 m por disparo que representa el 95% aproximadamente, cuyo porcentaje propone la SVEDEFO, en particular en el modelo matemático de Roger Holmberg. Se alcanzó estos resultados favorables haciendo capacitaciones in-situ a los perforistas en marcado de malla, llevar un buen paralelismo de taladros durante la perforación. Otro de los objetivos del presente trabajo de investigación fue reducir la sobre rotura de los frentes disparados planteándose como objetivo que el porcentaje de sobre rotura debe ser 5%, realizado los disparos y con el tratamiento estadístico correspondiente, se obtuvo un promedio de 4.86%, que representa el 97,2% de lo planteado. Estos resultados se obtuvieron realizando voladura controlada en el que se usó el Famecorte E-20 y cañas en los hastiales obteniéndose un buen contorneo de la labor. 70 Respecto al consumo de explosivo por metro lineal de avance, llamado también factor de avance, se obtuvo un promedio de 31.3 Kilogramos/metro lineal de avance, estando por debajo del objetivo de Volcán que es de 32 Kg/m. CONCLUSIONES 1. El diseño de las mallas de perforación y voladura influye significativamente en la optimización de los avances y la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. – 2018. 2. En la clasificación geomecánica de la masa rocosa se puede concluir que la mayor extensión de dicha masa rocosa, entorno a la veta Andaychagua, es de calidad Mala A y en menor porcentaje Mala B y Regular B. 3. Se obtuvo un avance promedio de 3.02 m por disparo, 95% de 3.20m de longitud del taladro perforado. 4. En sobre rotura se obtuvieron buenos resultados, al usar voladura controlada mediante el armado de cañas para los hastiales y Famecorte E- 20 para la corona, llegando a obtener un promedio de 4.86% estando por debajo del objetivo de Volcán que es 5%; es decir se alcanzó 97,2% de lo planteado. 5. El consumo de explosivo por metro lineal de avance, llamado también factor de avance, se obtuvo un promedio de 31.3 Kilogramos/metro lineal de avance, estando por debajo del objetivo de Volcán que es de 32 Kg/m. RECOMENDACIONES 1. Se recomienda seguir utilizando cañas y Famecorte E-20, para la voladura controlada, de estamanera deñaremos lo más mínimo al macizo rocoso y tendremos bajos porcentajes de sobrerotura. 2. Se recomienda capacitar a los cargadores de la empresa en voladura controlada en la corona y hastiales utilizando Famecorte E-20, para controlar el daño que se pueda causar a la roca circundante de los frentes 3. Se recomienda hacer pedidos y usar Emulnor® de 1 ¼” x24” para el carguío de frentes, el cual nos facilitará el tiempo de carguío y se mejorará la simpatía del explosivo teniendo menos puntos de posible discontinuidad en la columna explosiva a cargar. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. MC KENZIE, (1994), Estado del arte de la Tronadura. Chile: ENAEX. 2. EXSA (2009), Manual Práctico de Voladura de Rocas. Lima, Perú: Edición anual. 3. LÓPEZ, C., LÓPEZ, E., PERNIA, J., y ORTIZ, P. (1987), Manual de Perforación y Voladura de Rocas. Madrid, España: Ediciones Instituto Geológico y Minero de España. 4. SCHERPENISSE, C. (2006), Diseño y Evaluación de Voladuras Controladas y Precorte. Lima, Perú: EXSA. 5. Ames, V. (2008). Diseño de las mallas de perforación y voladura utilizando la energía producida por las mezclas explosivas. Tesis para optar grado de Maestro en Ingeniería de Minas. Lima, Perú: Universidad Nacional de Ingeniería. 6. Castro, J. Y Rodríguez, J. (2016), Reducción de la Sobrerotura en el Crucero 3910 del Nivel 2360 de la Mina “Pec” de la Cía. Consorcio Minero Horizonte. Trujillo, Perú: Universidad Nacional de Trujillo. 7. https://es.wikipedia.org/wiki/Voladura 8. https://definicion.de/diseno/ 9. https://es.wikipedia.org/wiki/Plantilla 10. EXSA. Departamento de asistencia técnica. 11. http://www.revistaseguridadminera.com/operaciones- mineras/parametros-en-la-voladura-de-rocas/ 12. Hernández Sampieri,R., Fernández Collado,C. y Baptista Lucio,P. (2006). Metodología de la Investigación. 3ra Edición. Mèxico,DF: McGraw-Hill. Interamericana Editores. ANEXOS ANEXO 1. MATRIZ DE CONSISTENCIA TITULO: “DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACIÓN Y VOLADURA PARA OPTIMIZAR AVANCES Y SOBRE ROTURA Nv. 1225 - MINA ANDAYCHAGUA - VCM S.A.A” PROBLEMA OBJETIVO HIPOTESIS VARIABLES METODOLOGÍA POBLACION GENERAL ¿Cómo influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar los avances y la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. - 2018? Determinar cómo influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar los avances y la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. - 2018. El diseño de las mallas de perforación y voladura influye significativamente en la optimización de los avances y la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. – 2018. Variable X: Diseño de las mallas de perforación y voladura. Variable Y: Avances y sobre rotura. Tipo de Investigación: Aplicada. Nivel de investigación: Descriptivo. Diseño de la Investigación: Descriptivo simple. Población: La población son las labores del Nv. 1225 de la Mina Andaychagua de Volcan Compañía Minera S.A.A. Muestra: La muestra serán las únicas labores del Nv. 1225. Bp. 1225E, ACC 261. ESPECÍFICOS a) ¿Cómo influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar los avances en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A.? a) Determinar cómo influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar los avances en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. a) El diseño de las mallas de perforación y voladura influyen significativamente en los avances en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. b) ¿De qué manera influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A.? b) Determinar de qué manera influye el diseño de las mallas de perforación y voladura para optimizar la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. b) El diseño de las mallas de perforación y voladura influyen significativamente en la sobre rotura en el Nv. 1225 - Mina Andaychagua - VCM S.A.A. Anexo 2. Capacitaciones en Mina Andaychagua Anexo 3. Almacenamiento de explosivos Ambiente N° 1: Almacenamiento de Emulsión encartuchada Ambiente N° 2: Almacenamiento de Emulsión encartuchada Ambiente N° 3: Almacenamiento de Emulsión encartuchada y Cordón detonante Ambiente N° 4: Accesorios de voladura (Fanel, Mecha Rápida y Carmex) 2.2.4. Mina Andaychagua 26 2.2.4.2. Ubicación 26 2.2.4.4.1. Geología Regional 28 2.2.4.4.2. Geología Local 28 2.2.4.4.3. Geología Estructural 29 2.2.4.4.4. Sistema de vetas Andaychagua 30 2.2.4.5. Minería 32 2.2.4. Mina Andaychagua 2.2.4.2. Ubicación 2.2.4.4.1. Geología Regional 2.2.4.4.2. Geología Local 2.2.4.4.3. Geología Estructural 2.2.4.4.4. Sistema de vetas Andaychagua 2.2.4.5. Minería