OTRA VISIÓN DE LAS OPERACIONES DE VOLADURA DE ROCAS Omar Giraldo Cementos Argos S. A. Gerencia procesos productivos - Regional Colombia Septiembre 2010 Montego Bay
Video voladura electrónicos
Contenido
1. Introducción 2. Consideraciones 3. Objetivos 4. Metodología 5. Implementación 6. Estadística asociada a los tiempos de retardo 7. Innovación Tecnológica: Detonadores electrónicos 8. Resultados 9. Conclusiones
1. Introducción
INTRODUCCIÓN De acuerdo a la dureza de las rocas en las minas es necesario o no la utilización de explosivos para extraerlas La cultura del mejoramiento continúo apropiada para todos los grupos de profesionales en las minas debe identificar las operaciones de voladuras como un punto crítico en la cadena de reducción de tamaño de la roca Todas estas variables a nivel de tipo de roca y fracturas generan gran cantidad de sobretamaños, que a su vez generan bajos rendimientos en los equipos de cargue, transporte, trituración y molienda, altos costos en la extracción
Esta es la visión técnica para la que normalmente somos educados y para la cual nos preparan en nuestras universidades, pero resulta que hay un aspecto fundamental cuando un profesional de voladuras se encuentra en el campo y son los niveles de vibración y ruido que se generan en cada voladura y que tienen 2 consecuencias: * Las quejas que se pueden generar en la comunidades cercanas a las minas * El daño que se le genera al macizo rocoso donde se encuentra la operación
2. Consideraciones
Campo Lejano: No hay norma regulatoria en Colombia y muchos países de latinoamerica Campo Cercano: Fragmentación, control de daño de taludes y pisos eliminación o prevención de proyección de rocas (flyrock) Estamos en zonas de alta actividad sísmica, la cual puede causar daños a las estructuras que pueden ser atribuidos a las voladuras
Relaciones para la velocidad de vibración por voladuras y la escala sísmica Rango de vibración Por voladuras según Normas internacionales El nivel de velocidad de vibración por un sismo de M=6 sería mayor hasta una distancia de 100 km que cualquier voladura que cumpla con Norma Fuente: S. Akkar, J. J. Bommer. Empirical Prediction Equations for Peak Ground Velocity Derived from Strong-Motion Records from Europe and the Middle East. BSSA, Vol. 97, No. 2, 2007.
3. Objetivos
Minimizar el nivel de vibración y ruido en las voladuras mediante la utilización de la innovación tecnológica con los sistemas de iniciación electrónico en las plantas Rioclaro, Toluviejo y Yumbo Reducir el costo del metro cúbico volado Disminuir la granulometría del material volado para reducir el consumo de energía en los procesos de trituración y molienda de crudo
4. Metodología
Paso 1: Investigar, describir y entender el proceso actual de perforación y voladura en términos cuantitativos, noambiguos y tangibles en cuanto a la medición de la vibración y el ruido. (Geología estructural, parámetros geomecánicos, variables geométricas de la voladura, calidad explosivos, etc) Paso 2: por cada evento de voladura disponible se realiza la cuantificación del impacto físico (vibración y onda expansiva) en el campo cercano (dentro de la mina)
PROPUESTA METODOLÓGICA Paso 3: Por cada evento de voladura registrada como parte del Paso 1, se procede a medir el efecto físico (vibración y onda expansiva) causado en uno o más puntos identificados dentro del pueblo vecino (campo lejano) Paso 4: Analizar las mediciones de tal forma que se puede sugerir e implementar cambios ya sea de diseño o solamente ejecución para alterar los impactos, mediante innovación tecnológica
5. Implementación: Análisis de las Voladuras
Análisis de las Voladuras PASO 1: Clasificación geol n geológica gica de la roca: Estructural y Geomecánica Capacidad de soportar esfuerzos que se conoce como Esfuerzo Dinámico Máximo. ε = PPV / Vp ε = σ / E σ = ( E x PPV ) / Vp
Análisis de las Voladuras PASO 1: Implementación del diseño Controlar los parámetros geométricos de la voladura con Topografía 1010.00 1005.00 1000.00 995.00 990.00 985.00 980.00 1141.00 1140.03 1140.02 1140.02 1140.01 1140.01 1140.00 1139.99 1139.99 1139.98 1139.98 1139.97 1139.97 1139.96 1139.96 1139.95 1139.95 1139.94 1139.94 1139.94 975.00-410.00-405.00-400.00
Análisis de las Voladuras PASO 1: Calidad de los explosivos Medición de la eficiencia de los explosivos de acuerdo a su VOD Penetración de Retacado por Gases ANFO INDUGEL
Análisis de las Voladuras PASO 1: Verificaci Verificación n de los niveles de vibración Evaluación de los sistemas de Iniciación Nonel ó pirotécnicos
Análisis de las Voladuras PASO 1: Verificación de los niveles de ruido Análisis del material de Retacado 5 4 3 2 1
Análisis de las Voladuras PASO 2: Filmación con cámara alta velocidad Video Cámara alta velocidad
Análisis de las Voladuras PASO 2: Medición del daño inducido en el macizo rocoso Modelo de H&P para campo cercano
Como se efectúan las mediciones sísmicas y parámetros involucrados Voladura Transductor (geófonos y sismógrafos ) Sismogramas
Análisis de las Voladuras PASO 3: Medición del da n del daño o inducido en pueblos cercanos Modelo de predicción de Devine en el campo lejano Serie Full Data 10 Puntos mensurados mm/s 1 Linea Según Modelo Obtenido Linea Cuisine 0.1 0.01 1.00 10.00 100.00 1000.00 DS
6. Estadística asociada a los tiempos de Retardo: Detonadores Pirotécnicos ó Nonel
PRECISIÓN: Corresponde al concepto que define cuán dispersos están respecto de la media, los tiempos de retardo de una serie de detonadores del mismo tiempo muestreados. Dicho de otra forma, qué tan acotada o dispersa está la nube de datos de una muestra respecto de la media obtenida. Estadísticamente, la precisión está dada por la desviación standard. σ = Desviación standard X = Media 1.-Desviación standard poblacional (n > 30) σn = x2- ( x2 ) n n-1 σ x 2.-Desviación standard muestral (n 30) σ n-1 = x2 - ( x2) n n
La desviación standard es pues un indicador estadístico de la dispersión de los datos respecto de la media, lo que corresponde a la precisión. De este concepto se desprende el de DISPERSIÓN, que no es otra cosa que la desviación Estandard presentada en términos porcentuales y que representa a la Precisión. Se puede decir entonces que la dispersión es un indicador de precisión. Dispersión: También es llamada coeficiente de dispersión o CD%, el que se expresa por: Cd% = σ X * 100
La EXACTITUD es un concepto distinto al anterior y dice relación con la lejanía que tienen la media de una muestra respecto del tiempo nominal de retardo del detonador. Cm% Exactitud = Cm%: coeficiente de las medias x X - N Cm% = * 100 N, con N = Tiempo Nominal
El RANGO no es otra cosa que el intervalo de tiempos entre los cuales deben estar todos los tiempos de una muestra, independientemente de su precisión y exactitud. El que esto ocurra impide que existan traslapes entre números correlativos de una serie de retardos. Este concepto es muy importante a la hora de diseñar una voladura, por cuanto lo que el diseñador tiene son rangos de tiempos y no números nominales.
Ejemplo 1: 2 Números correlativos son muy exactos pero poco precisos (alta dispersión cd%). Hay traslape Media Dispersión Media Dispersión N Número 1 N Número 2
Ejemplo 2: 2 Números correlativos son muy precisos pero poco exactos (alto cm%). Hay traslape Media 1 Media 2 N Número 1 N Número 2
Ejemplo 3: Sólo la combinación de estos tres conceptos permite trabajar con rangos confiables. Media 1 Dispersión Media 2 Dispersión N Número 1 Intervalo N Número 2 Intervalo
7. Innovación Tecnológica: Detonadores Electrónicos
Tiempos de retardo noneles Retardo entre barrenos = 17 42 ms Retardo entre filas = 65 109 ms
Nuevos tiempos de retardo con detonadores electrónicos Tiempo entre barrenos = 1 3 ms Tiempo entre filas = 100 300 ms
Tiempos retardo Llegadas Vp & Vs Vs Vp Vp Vs 0 ms 2 ms 4 ms
Tiempos de retardo nonel 0 ms 25 ms 50 ms 0 ms 2 ms 4 ms
Cálculo tiempos cortos de retardo entre barenos T = 0.6 (S/Vp) x 1000 Donde: T = Tiempos de retardo entre barrenos en una fila (ms) S = Distancia entre barrenos en una fila (m) Vp = Velocidad de onda P ó sonica de la roca (m/s)
Ejemplo de cálculo Asumiendo un espaciamiento entre barrenos S = 6 m y Vp = 2400 m/s. T = 0.6 (S/Vp) x 1000 T = 0.6 (6 m/2400 m/s) x 1000 T = 1.5 ms
Video explicación funcionamiento electrónicos
7. Innovación Tecnológica: Prueba comparativa entre detonadores pirotécnicos y electrónicos
Video explica la precisión de los electrónicos
8. Resultados
Campo Cercano: Excelente desplazamiento en la parte de atrás de la voladura que nos garantiza un macizo rocoso más sano 12m 3m
Campo lejano: Todas las voladuras realizadas están n bajo norma Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Vibración Máxima Permitida Norma Española Curva Límite Datos monitoreados mm/s 1000 100 10 0,1 4 2 4 15 4 75 20 100 20 1000 20 1 20 9 4 20 9 4 100 45 20 100 45 20 100 45 20 0,1 0,1 1 10 100 1000 Frecuencia (Hz)
Planta Yumbo Curvas Granulometricas Exel Vs UT500 d120 = d100 = 0,33m Reducción 0,12 m d80 = % Pasante d60 = 0,45m Exel Electrónico Logarítmica (Exel) d40 = Logarítmica (Electrónico) d20 = d = 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Tamaño (m)
Planta Tolú Viejo Curvas Granulometricas Exel Vs UT500 d120 = d100 = 0,27m Reducción 0,2 m d80 = % Pasante d60 = 0,47m Exel Electrónico Logarítmica (Exel) d40 = Logarítmica (Electrónico) d20 = d = 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Tamaño (m)
Planta Río Claro Curvas Granulometricas Exel Vs UT500 d100 = d90 = d80 = 0,41 m Reducción 0,16 m % Pasante d70 = d60 = d50 = d40 = 12m 0,57 m Exel Electrónico Logarítmica (Exel) d30 = Logarítmica (Electrónico) d20 = d10 = d = 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Tamaño (m)
Ahorros logrados por la Innovación n Tecnológica Plantas Beneficios Mejoras Volumen Ahorros/Año D(80) 16cm 150,000 USD Río Claro Ampliación de malla 15% 2 000.000 210,000 USD Sobretamaños 3% 94,500 USD D(80) 20cm 70,000 USD Tolú Viejo Ampliación de malla 15% 700.000 76,115 USD Sobretamaños 4% 42,000 USD D(80) 12cm 230,000 USD Yumbo Ampliación de malla 15% 2 100.000 151,212 USD Sobretamaños 2% 53,550 USD TOTAL 1,077,377 USD
9. Conclusiones
* Los niveles de vibración y ruido que se perciben en las cercanías a las voladuras electrónicas cumplen con los estándares internacionales. * Los resultados de los estudios granulométricos realizados en las plantas de Argos, permiten visualizar una mejora contundente en la fragmentación, representada en la reducción del D(80), generando un ahorro al año de usd $450,000 por menores consumos de energía en la trituración y la molienda * Logramos una disminución del 50% en los sobretamaños generados lo que nos representa un ahorro al año de usd $200,000
* Con la ampliación de la malla en un 15% logramos un ahorro en el metro cúbico volado de usd $430,000 al año * Dados los ahorros generados, la migración al 100% a detonadores electrónicos, asegura la continuidad de los beneficios dados en el tiempo. * Seguiremos con el proceso de mejoramiento, identificando las necesidades y opciones de mejoras y desarrollándolas en un plan para el 2011
Video con voladuras Argos donde se observan mejoras
GRACIAS