ASIGNATURA :PERFORACION Y VOLADURA

Profesor: José Muñoz Villalobos

¿COMO VAMOS A DESARROLLAR UN TUNEL?

CICLO MINERO EN LA

CONSTRUCCION DE UN TUNEL

La forma o el esquema según el cual se ataca lasección de los túneles y galerías depende de diversos factores:

- Equipo de perforación empleado,- Tiempo disponible para la ejecución.- Tipo de roca,- Tipo de sostenimiento, y- Sistema de ventilación.

En rocas competentes los túneles con secciones inferiores a 100 m2 pueden excavarse con perforación yvoladura a sección completa o en un solo paso.

La excavación por fases se utiliza para la apertura degrandes túneles donde la sección resulta demasiadogrande para ser cubierta por el equipo de perforación,o cuando las características geomecánicas de las rocasno permiten la excavación a plena sección.

El sistema usual consiste en dividir el túnel en dos partes,

una superior o bóveda y otra inferior en banqueo. La Bóveda

se excava como si se tratara de una galería y el banqueo,

que irá retrasada con respecto al avance de la bóveda.

El banqueo puede ser horizontal o vertical.

1

2

3

1 12 2

3

DIFERENTES MANERAS DE LOGRAR LA SECCION DEL TUNEL

• Excavar un abertura artificial en la roca para algún objetivo como

exploración, producción, accesos, ventilación, transporte etc., con

requerimientos de máximo avance y mínimo daño

• Por lo tanto, las condiciones críticas de perforación y voladura en

desarrollos o túneles se encuentran los siguientes puntos claves:

i. Burn cut (cuele o rainura)

ii. Tiros de producción o auxiliares (Stripping holes)

iii. Cargas de perímetro

DEFINICIONDEFINICION

TRONADURA DE TUNELESTRONADURA DE TUNELES

OBJETIVOOBJETIVO :: (1) El mayor avance efectivo posible. (2) Una fragmentación adecuada para el carguío y transporte de material. (3) Un buen perfil del túnel. (4) No generar sobre-excavación ni daño al macizo rocoso remanente.

Tiros de alivioTiros de alivio : : Hacen las veces de primera cara libre ya que permite la expansión del material tronado con los primeros tiros. También llamados tiros huecos o maricones.

RainuraRainura : : Debe generar una cavidad tal que permita el desplazamiento sin complicaciones del material que se desplaza a lo largo de la tronadura. En conjunto con los En conjunto con los tiros de alivio conforma el “cuele”.tiros de alivio conforma el “cuele”.

AuxiliaresAuxiliares : : Sirven de apoyo a los tiros de rainura y son los encargados de fragmentar gran parte de la roca a remover.También llamados de descarga o destroza. Contorno Contorno : : Generan un plano de corte que permita una buena calidad en la excavación Zapatera Zapatera : : Limitan la excavación y mueven el material ya tronado con el fin de facilitar el carguío.

NOMENCLATURANOMENCLATURA

ELEMENTOS FUNDAMENTALES ELEMENTOS FUNDAMENTALES PARA LA VOLADURA DE ROCASPARA LA VOLADURA DE ROCAS

1. Conocimiento de la condición y estructura de la roca.

2. Perforación - Diseño de malla.

- Habilidad del perforista.

3. Selección del explosivo adecuado.

4. Secuencia de salidas.

CONDICIONES DE LA ROCA CONDICIONES DE LA ROCA

Diaclasas de tensión en la cresta del pliegue

Diaclasas oblicuas

Diaclasas transversales

Plano de estratificación

Diaclasas longitudinalesen dirección al rumbo

RQDRMRDensidadFrecuencia SísmicaMódulo de elasticidadResistencia a la rotura

EjemploEjemplo

INFLUENCIA DEL GRADO DE FISURAMIENTO Y ALTERACIÓN INFLUENCIA DEL GRADO DE FISURAMIENTO Y ALTERACIÓN

PERFORACION PERFORACION

MÉTODOS DE RAINURAMÉTODOS DE RAINURA

1. Rainuras con Perforación en diagonal o en ángulo.

2. Rainuras con Perforación en paralelo.

Depende de:

• Características físicas de la roca

• Presencia de joints

• Presencia de planos de debilidad

• Habilidad del operador perforista

• Equipo usado

• Tamaño de la frente

• Longitud deseada del round a ser tronado

EJEMPLOS DE RAINURAS PARA TÚNELESEJEMPLOS DE RAINURAS PARA TÚNELES

Tiro de alivio

Tiro cargadoLEYENDA

ERRORES EN PERFORACIÓNERRORES EN PERFORACIÓN

• TIRO DE ALIVIO (DIÁMETRO MUY PEQUEÑO)

• DESVIACIONES EN EL PARALELISMO

AVANCE

• ESPACIAMIENTOS IRREGULARES

• IRREGULAR LONGITUD DE LOS TIROSAVANCE

• INTERSECCION ENTRE TIROS

AVANCE SOBRECARGA

SIN CARGA

• SOBRECARGA (EXCESIVA DENSIDAD DE CARGA)SOBRECARGA

FR

EN

TE

DE

PE

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OR

AC

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TIROS DE ALIVIO

TIROS

INFLUENCIA DE LA LONGITUD Y PARALELISMO DE LOS TIROS EN LA INFLUENCIA DE LA LONGITUD Y PARALELISMO DE LOS TIROS EN LA VOLADURAVOLADURA

SALIDA CON BUEN PARALELISMOSALIDA CON BUEN PARALELISMO

Tiros Alineados

Avance de 95% a 100%de eficiencia

RESULTADOS CON BUEN PARALELISMO RESULTADOS CON BUEN PARALELISMO Y LONGITUD EN LA PERFORACIÓNY LONGITUD EN LA PERFORACIÓN

Longitud de Perforación

Buena Voladura

FR

EN

TE

DE

PE

RF

OR

AC

IÓN

TIROS DE ALIVIO

TIROS

INFLUENCIA DE LA LONGITUD Y PARALELISMO DE LAS PERFORACIONES INFLUENCIA DE LA LONGITUD Y PARALELISMO DE LAS PERFORACIONES EN LA VOLADURAEN LA VOLADURA

SALIDA CON DEFICIENTE PARALELISMOSALIDA CON DEFICIENTE PARALELISMO

Tiros no alineadose inclinados

Menor avance del disparo por desviación de taladros

Longitud de taladro

Resultados con deficiente paralelismoResultados con deficiente paralelismo

Sobre excavación

• CAUSAS DE FALLAS - ESPACIAMIENTO EN RAINURASCAUSAS DE FALLAS - ESPACIAMIENTO EN RAINURAS

¿muy Cerrada?¿muy Cerrada? bienbien ¿más distanciado?¿más distanciado?

DESARROLLOS HORIZONTALESDESARROLLOS HORIZONTALES

• CAUSAS DE FALLAS- Rainura con Roca Fracturada HorizontalmenteCAUSAS DE FALLAS- Rainura con Roca Fracturada Horizontalmente

A

Fracturas

B

DESARROLLOS HORIZONTALESDESARROLLOS HORIZONTALES

SECUENCIA SECUENCIA

EXEL MS EXEL MS EXEL LPEXEL LP

Numero 0 0 [ms] Numero 0 0 [ms]Numero 1 25 [ms]Numero 2 50 [ms]Numero 3 75 [ms]Numero 4 100 [ms]Numero 5 125 [ms]Numero 6 150 [ms]Numero 7 175 [ms]Numero 8 200 [ms] Numero 1 200 [ms]Numero 9 250 [ms]Numero 10 300 [ms]Numero 11 350 [ms]Numero 12 400 [ms] Numero 2 400 [ms]Numero 13 450 [ms]Numero 14 500 [ms]Numero 15 600 [ms] Numero 3 600 [ms]Numero 16 700 [ms]Numero 17 800 [ms]Numero 18 900 [ms]Numero 19 1000 [ms] Numero 4 1000 [ms]Numero 20 1100 [ms]Numero 21 1200 [ms]Numero 22 1300 [ms]Numero 23 1400 [ms] Numero 5 1400 [ms]

Numero 6 1800 [ms]Numero 7 2400 [ms]Numero 8 3000 [ms]Numero 9 3800 [ms]Numero 10 4600 [ms]Numero 11 5500 [ms]Numero 12 6400 [ms]Numero 13 7400 [ms]Numero 14 8500 [ms]Numero 15 9600 [ms]

Serie Exel LP Serie Exel MS

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SECUENCIA SECUENCIA

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HERRAMIENTAS Y TECNICASHERRAMIENTAS Y TECNICASDE EVALUACION DE TRONADURAS DE TUNELESDE EVALUACION DE TRONADURAS DE TUNELES

VELOCIDAD DE DETONACIONVELOCIDAD DE DETONACION

VELOCIDAD DE DETONACIONVELOCIDAD DE DETONACION : Es la razón de avance de la onda de detonación: Es la razón de avance de la onda de detonación a lo largo de la columna explosiva, y por tanto,a lo largo de la columna explosiva, y por tanto, es el parámetro que define el ritmo de liberaciónes el parámetro que define el ritmo de liberación

de la energía.de la energía.

La Medición de VoD nos permite determinar :La Medición de VoD nos permite determinar :

• Rendimiento del explosivo.Rendimiento del explosivo.

• Eficiencia del iniciador.Eficiencia del iniciador.

• Rendimiento de los tacos.Rendimiento de los tacos.

• Dispersión de los retardosDispersión de los retardos

Equipo Micro Trap (MREL)Equipo Micro Trap (MREL)

Modo de InstalaciónModo de Instalación

VIBRACIONESVIBRACIONES : Movimiento generado en el terreno producto de la transferencia de : Movimiento generado en el terreno producto de la transferencia de energía explosiva al macizo rocoso.energía explosiva al macizo rocoso.

La Medición de Vibraciones nos permite determinar :La Medición de Vibraciones nos permite determinar :

• Dispersión de los retardos.Dispersión de los retardos.

• Eficiencias e interacción de cargas.Eficiencias e interacción de cargas.

• Caracterización del Macizo Rocoso. Caracterización del Macizo Rocoso. ( Vp , Modelos Vibracionales y otros).( Vp , Modelos Vibracionales y otros).

• Estimación de Daño. Estimación de Daño. (Aplicación de criterios de Daño).(Aplicación de criterios de Daño).

VIBRACIONESVIBRACIONES

Equipo Data Trap (MREL)Equipo Data Trap (MREL)

Modo de InstalaciónModo de Instalación

PERFIL DE LA EXCAVACIONPERFIL DE LA EXCAVACION

A través de estos es posible determinar la calidad de la excavación desde el punto A través de estos es posible determinar la calidad de la excavación desde el punto de vista de la forma del corte y la sobre-excavación.de vista de la forma del corte y la sobre-excavación.

SOFTWARE DE SIMULACIONSOFTWARE DE SIMULACION

Estimar a través de algoritmos matemáticos la energía y las vibraciones aEstimar a través de algoritmos matemáticos la energía y las vibraciones aproducirse en la tronadura en base a datos teóricos o recolectados en terreno.producirse en la tronadura en base a datos teóricos o recolectados en terreno.

Permite determinar:Permite determinar:

• Zonas de alta y baja concentración de carga.Zonas de alta y baja concentración de carga.• Burden y espaciamiento adecuados.Burden y espaciamiento adecuados.• Explosivo y secuencia optima.Explosivo y secuencia optima.

Simulación Energética (3D)Simulación Energética (3D)

““Un diseño mediocre bien implementadoUn diseño mediocre bien implementadopuede ser mejor que una mediocrepuede ser mejor que una mediocre

implementación de un buen diseño”implementación de un buen diseño”

““No se puede mejorar o controlar unNo se puede mejorar o controlar unproceso que no se puede medir”proceso que no se puede medir”

El diseño de la malla de perforación debe considerar aspectos tales como:

Sección y forma de la labor.Volumen de roca a remover.Profundidad y Diámetro de los tiros (en función del

equipo de perforación).Calidad de la roca y estructuras geológicas presentes.Fragmentación de la roca.Explosivos. Control de daño.Seguridad en la Operación.Secuencia de Iniciación de los tiros.Creación de Cara Libre.

Rainura o cuele

Conjunto de tiros cargados y sin cargar (maricón), cuya secuencia de salida en la tronadura es para ir creando una segunda cara libre y de esta manera permite que el resto de los tiros del disparo puedan ir saliendo en la secuencia programada.

La rainura se puede perforar ya sea con tiros paralelos” o en “V” (depende del tipo de equipo de perforación y de la sección de la labor)

1.- Cueles cilíndricos

Actualmente, es el tipo de cuele que se utiliza con más frecuencia en la excavación de túneles y galerías, con independencia de las dimensiones de éstas. Se considera que es una evolución o perfeccionamiento de los cueles quemados que se comentarán más adelante.

Consta de uno o dos tiros vacíos, hacia los que rompen escalonadamente los tiros cargados. Los tiros vacios son de mayor diámetro (65 a 175 mm) se perforan con brocas escariadoras acopladas al mismo varillaje que es utilizado para perforar los demás tiros.

Todos los tiros dentro del cuele se sitúan muy próximos, alineados y paralelos, por lo que es muy habitual usar jumbos dotados con paralelismo automático. El tipo de cuele cilíndrico más empleado es el de cuatro secciones, ya que es el más sencillo de replanteo y ejecución.

RAINURA DE CUATRO SECCIONES

Tiro cargado

Tiro Hueco

Dominancia de Estructuras

SI LA RAINURA ESTA BIEN PERFORADA Y SE

QUEMA BIEN LA SECUENCIA DE SALIDA DE

LOS TIROS, TIENE GARANTIZADO MAS DEL

50% DEL ÉXITO DEL AVANCE ESPERADO.

ALGUNOS EJEMPLOS REALES

RENDIMIENTO > 85%

RENDIMIENTO < 70%

RENDIMIENTO < 60%

RENDIMIENTO < 60%

Consideraciones Prácticas para obtener buenos

resultados en el Proceso de Desarrollo

Operaciones Unitarias en el Proceso de Desarrollo.

1) Preparación de la Frente2) Marcación de la Frente3) Perforación de la Frente4) Carguio de la Frente5) Extracción de Marina

Importantísimo… Marcación de la frente La marcación de la frente es una operación que, consiste en materializar en terreno, las referencias topográficas, es decir, puntos de coordenadas que definen el rumbo e inclinación que debe llevar la labor, las cuales según el avance que se vaya teniendo, deben ser desplazadas cada cierto intervalo de distancia.

La gradiente se proyecta en la frente, utilizando lienzas tomadas de los respectivos clavos topográficos, lo mas tensas posibles, de tal manera que no se distorsione la proyección.

Marcación teórica de la Línea de Gradiente

Marcación en Terreno de la Gradiente en la frente.

El centro se marca proyectando la línea generada por las dos plomadas en la frente, al momento de fijar la línea en la frente, las plomadas no deben moverse.

Marcación Teórica de la Línea Central

Marcación en Terreno de la Línea Central

-IMPORTANTE-

Si la frente no tiene los clavos topográficos de centro y gradiente, no se debe marcar, a menos que se haga con apoyo topográfico.

Marcación del Diagrama de Disparo

El diagrama de disparo consiste en un esquema grafico donde se señala la disposición de las perforaciones que permiten llevar una excavación en las dimensiones requeridas.

El contorno de la labor debe marcarse con una línea segmentada y donde corresponde la perforación cruzar con una línea perpendicular.

La marca donde se perfora el tiro, siempre es un punto, en caso de una marca equivocada o que no corresponda, se borra o se marca con una X.

Tipos de Sección Techo Horizontal :

Sección 4,5 x 3,7m

La forma de marcar una labor con techo horizontal, consiste simplemente en proyectar la gradiente de caja a caja y sobre esta línea medir la altura necesaria, para llegar a la altura de techo.

Techo Circular :

Sección 5,0 x 4,1m

La forma de marcar una labor con techo circular, consiste en obtener 3 referencias :1) La primera referencia consiste en proyectar en las cajas ( medida desde el piso ) , la misma medida que se genera desde el centro hacia las cajas. Esta referencia nos permitirá saber, el inicio y el termino del radio que forma el techo circular.2) La segunda referencia a estimar para radiar el techo de la labor, se obtiene de la diferencia que se genera entre la altura y el semi-ancho de la labor, esta medida se proyecta en el centro de la labor, medida desde el piso.3) La tercera referencia es el largo del pincelote, que corresponde al semi-ancho de la labor.

Sección de 5,0 x 4,1m :1) 2,5m, distancia a medir en las cajas desde el piso, para estimar el inicio y

termino del radio.2) 4,1m – 2,5m =1,6m, distancia a medir en el centro desde el piso, para radiar el

techo de la labor.3) Largo del pincelote 2,5m.

Sección de 6,0 x 5,0m :1) 3,0m, distancia a medir en las cajas desde el piso, para estimar el inicio y termino

del radio.2) 5,0m – 3,0m =2,0m, distancia a medir en el centro desde el piso, para radiar el

techo de la labor.3) Largo del pincelote 3,0m.

SI TENEMOS LA PRECAUCION DE MARCAR BIEN LOS CONTORNOS, CENTRO Y GRADIENTE, CON MAYOR RAZON DEBEMOS PONER ENFASIS Y CUIDADO EN LA MARCACION DE LOS TIROS…

LA RAINURA DEBE QUEDAR MARCADA EN FORMA PERFECTA Y CON LAS MEDIDAS CALCULADAS.

LOS TRABAJADORES QUE SE DEDICAN A LA OPERACIÓN DE CONSTRUCCION DE TUNELES, DEBEN COMPRENDER QUE GRAN PARTE DE LA CIENCIA DEL DISPARO ESTA EN PERFORAR EXACTAMENTE COMO SE LES MARCO Y CON LOS PARALELISMOS E INCLINACIONES QUE CORRESPONDAN, ADEMAS DE LA SECUENCIA DE TRONADURA DISEÑADA…

PARA ELLO DEMONOS EL TIEMPO EN REALIZAR UNA BUENA INSTRUCCIÓN PARA COMPRENDER ESTOS CONCEPTOS.

SIGAMOS VIENDO LOS TIPOS DE

RAINURA…

RAINURA CILINDRICA EN ESPIRAL

RAINURA Y AUXILIARES DE DOBLE ESPIRAL

RAINURA COROMANT

RAINURA FAGERSTA

a= 100 mm.b= 150 mm.c= 210 mm.d= 250 mm-

Cueles Quemados

En estas rainuras todos los tiros se perforan paralelos y con el mismo diámetro. Algunos se cargan con una gran cantidad de explosivo mientras que otros se dejan vacíos.

Al ser tan elevadas las concentraciones de carga, la roca fragmentada se sinteriza en la parte profunda del cuele, no dándose las condiciones óptimas para la salida del disparo como ocurre con los cueles cilíndricos. Los avances son reducidos y no van más allá de los 2,5 m por disparo.

EJEMPLOS DE CUELES QUEMADOS

VOLADURA DE GALERIA CON CUELE SARROIS

CUELE SUECO

Cueles en cráter

Este tipo de cuele se desarrolló originalmente por Hino en el Japón, aprovechando el efecto cráter que las cargas de explosivo concentradas en el fondo de los barrenos producen sobre la superficie libre más próxima. Esta metodología se aplica más en la excavación de chimeneas que en túneles.

DOBLE CUELE CRATER USANDO TIRO CENTRAL DE 200 mm.

Cueles en ángulo

Este grupo de cueles, cada día se utilizan menos ya que implican una gran laboriosidad en la perforación de los barrenos. La ventaja que presentan es el menor consumo de explosivo, al ser mejor el aprovechamiento de la superficie libre del frente, y la posibilidad de orientación con respecto a las discontinuidades visibles en la sección.

Cuele en "V”

Con estos cueles en cuña o en «V» los avances quese consiguen oscilan entre el 45 y el 50% del ancho deltúnel. En túneles anchos, estos avances se ven afectadospor la desviación de los barrenos, que generalmente es del orden del 5%. Así por ejemplo, en un barreno de 5 m de largo, su extremo puede quedar desviado unos 25 cm, lo cual puede causar problemas de detonación por simpatía con otras cargas próximas.

El ángulo del vértice interior de la cuña no debe ser

inferior a 60°, pues de lo contrario las cargas estarían

muy confinadas y se precisaría mayor cantidad de

explosivo para obtener una buena fragmentación.

CUELE EN CUÑA

Cuele en abanico

Este tipo de cuele se empleó bastante hace años, pero también ha caído en desuso por su complejidad en la perforación.

CUELE EN ABANICO AL PISO

Cueles instantáneos

Una de las variaciones del cuele en “V"consiste enperforar un haz de barrenos más cerrado e iniciartodas las cargas simultáneamente. Se pueden lograravances del orden del 80% del ancho del túnel.

Un inconveniente de estos cueles estriba en la granproyección del escombro que hace que éste quededisperso a una distancia considerable del frente deltúnel.Entre las variantes que existen cabe destacar elcuele piramidal con una o dos secciones.

CUELE INSTANTANEO PIRAMIDAL

AHORA NOS TOCA CALCULAR EL NUMERO DE TIROS…

Fórmulas para cuele y tiro adyacente

• La literatura especializada determina la distancia máxima igual o menor a 1.7 DTH si la desviación es mayor a 1% de la botada Práctica “B1” .Si es inferior a 1% se aplica:

B = 1.5 DTH B1 = B – F donde F = α + bH

F = Factor de correcciónα= Desviación de empatadura (mm)b= Desviación angular (mm/metro)H= Profundidad de tiros (m)

Ejemplo:

• Si H=2 m; DTH = 102 mm; D = 45 mm. a = 20 mm. b = 10 mm.

F= 0.02 + 0.01*3.2 F= 0.05 mB= 1.5 * 0.0102 B= 0.15 mB1= 0.015 – 0.05 B1=0.10 m El 1% de 0.10 m = 0.001 es menor que F = 0.05 Caso Contrario B= 1.7 DTH

Diseño de los cuadrantes (cuele)

Primer cuadrante A = B1 √2

Siguientes cuadrantesB2 = A1 * alfa

A1=Lado cuadrado (m)α = Cte (0.5-1.5)Práctica B2 = 0.7 A1

Según GUSTAFSSON

• Este formulismo permite calcular el B1 a partir de los diámetros.

x = 0.7 DTH

B1 = X + DTH + D

2

Formulismo de Ash

• Utilizado para determinar la distancia entre el borde del tiro y el borde del tiro cargado.

X = 4.45 DTH^2 + D^2 DTH + D

Profundidad de los Tiros• La profundidad esta limitada por la dimensión mayor de la frente

de ataque.• El avance debe estar entre un 90 a 95 % de la profundidad

barrenada. Es aquí donde se asocia el concepto de R.D (rendimiento de disparo)

Criterios para determinar H

Ejemplo:Si DTH = 3” = 76.2 mm = 0.0762

H = 0.15 + 34.12*0.0762 – 39.4 (0.0762)^2H = 2.52 mts.

H = f(DTH) (HOLMBERG)H = 0.15 + 34.12 DTH – 39.4 DTH^2DTH = metros

Criterios para determinar H

H = f(mayor dimensión túnel)Generalmente es el ancho = A metrosH ≤ 0.86 A

Disposición de los tiros en un Frente

• Los Factores Geométricos de un diseño son:a) Diámetro de Perforación D mmb) Botada B metrosc) Espaciamiento E metrosd) Taco T metros

Diámetro de Perforación El diámetro se decide en base: Tamaño del Tunel:

Equipo de Perforación Avance esperado Método de Voladura Fragmentación y sobre excavación

< S = 10 m^2 D = 28.5 – 38.1 mm S = 10 – 30 m ^2 D = 31.75 – 44.45 mm > S =10 - 30 m^2 D = 38.1 – 51 mm

Razón E/B• La disposición del resto de los tiros(excluyendo el cuele)

depende de la relación E/B empleada.

• Las metodologías se basan en determinar E ó B = F(D) y asumiendo una razón E/B = cte.

E/B = 1.0 – 1.30 Esta razón es la más empleada en desarrollo de túneles.

Metodologías clásicas empleadas en tuneles

Pearse-MonsantoLangerfors

Método Pearse-Monsanto

No requiere gran cantidad de datos de terreno.

K = Factor de tronabilidad de la roca = f (estructura)0.7 = roca difícil0.8 = roca Normal1.0 = roca fácilNOTA 1: PD = 2.5 x 10^-6 de^ [VOD]^2 (k-bar) NOTA 2: Cuando E/B = 1.0-1.15 existe mejor dispersión de lasondas de choque.

D = Diámetro de carga (cms)PD = Presión detonación explosivo (Kg/cm^2)RT = Resistencia tensional mínima de la roca (Kg/cm^2)

Método Langefors• Se parte de la Botada Máxima simplificada

• Luego se tiene:

Bmáx = 45 D (mts) para E/B = 1.25D = mts

B1 = Bmáx – Fc Fc = a + βH Fc= factor de correción. Se puede despreciar.

B1 = Bmáx – [a + βH] a y β = Desviación empate y angular.B1 = se corrige por un factor de ubicación de los tiros “c”c = Zapateras (0.7), Descargas, coronas (0.9) o auxiliares(0.8) (valores promedios)

• Área de Influencia de un tiro se estima:

• Cálculo de Número de tiros:

Nota :El numero de tiros se puede determinar en forma práctica con At = 0.36 m^2 (roca media)

At = E1 * B1 E1 = Espaciamiento práctico (m)B1 = Burden práctico (m)

S = Sección frente (m^2)

Diseño de un Diagrama de Disparo en Minería Subterránea

INTRODUCCIÓN• La tronadura es uno de los procesos de mayor relevancia en

la extracción minera, y consiste en la fragmentación de la roca, ya sea mineral o estéril, mediante el uso de explosivos. Ésta se realiza de acuerdo a normas de seguridad establecidas por ley, procedimientos operacionales y técnicas que permiten efectuar en forma segura y eficiente todo el procesos de reducción de tamaño.

• Es por estos motivos que se debe diseñar una malla de perforación que integre todos los parámetros necesarios para obtener un optimo proceso de tronadura.

Disposición de los tiros en un frente

Principios Básicos de la tronadura en túneles.

• A un diagrama de perforación se le exige el máximo de rendimiento en el disparo que es la razón entre lo que avanza res pecto a la profundidad de los tiros barrenados. Se define de esta manera el rendimiento del disparo como:

Índices Operacionales (IOPS)

Carga Específica (q): Indica la cantidad de explosivos (Kgs) requerida para mover un m3 de roca insitu.

Factor de carga (f.c): Indica los gramos de explosivo necesarios para remover una tonelada de roca.

dr : densidad de roca

• Tiros Periféricos o de Contorno: Dan forma a la sección y deben proporcionar un margen para el emboquille del disparo siguiente (Espaciamiento Constante).

• Tiros auxiliares: Siguen al corte aumentando la abertura de este, hasta retirar la mayor parte de la sección.

Existencia de solo un cara libre• A diferencia de las tronaduras en cielo abierto, en minería

subterránea existe solo una cara libre como disposición a la tronadura por lo que debe crearse una segunda cara libre con la finalidad de controlar PROYECCIÓN DE ROCA Y FRAGMENTACIÓN de la misma. Esta segunda cara libre se realiza a través de la perforación de un tiro vacío.

Tiros de Cuele o Rainura

• Los tiros enfocados a obtener la segunda cara libre según el principio de alivio escalonado de arranque y produciendo caras libres cada vez mayores.

• La posición del cuele influye en la proyección del escombro, la fragmentación. Puede ir ubicada en rincón, centrada inferior y centrada superior, siendo esta última la mas utilizada.

Como vimos anteriormente, los tipos de cuele o rainura mas utilizados en la construcción de túneles son:

• Rainura tipo Abanico.• Rainura Piramidales.• Rainuras en cuña o “V”.• Rainuras al piso.• Rainura burn-cut.• Rainura large-hole-cut.• Cuele Coromat.• Cuele Cilíndrico en espiral.

Tipos de Rainura

Cuele cilíndrico en espiral Cuele y contra cuele de doble

espiral

Cuele Coromant

• La finalidad del cuele es generar la segunda cara libre para la salida del primer tiro en la secuencia.

• Se deben considerar la disposicón de las estructuras de la roca.

Rainuras Tiros Paralelos

En este tipo de rainura todos los tiros son paralelos y perpendiculares al frente de la galería. Uno o dos tiros de mayor diámetro se dejarán vacios, sin carga, los cuales son rodeados por tiros de menor diámetro. Los tiros cargados se ubican en los vértices de cuadrados sucesivos que circunscriben al anterior.

• El tiro de mayor diámetro sirve como cara libre auxiliar para los primeros tiros cargados en detonar, como también para absorber el aumento de volumen de la roca triturada.

• Tiros de menor Ø= 32 a 51 mm.• Tiro de mayor Ø= 65 a 175 mm.• Este tipo de cuele se denomina “Cuele Básico”, donde:

DTH = Diámetro mayor sin carga explosiva. Esta abertura inicial se realiza con un “escariador” de diámetro cte.

Diámetro Escariador

Esta técnica permite pretende no realizar un tiro grande de una sola vez, perdidas en la velocidad de perforación y aumento en los tiempos de perforación.

• Los tiros adyacentes al tiro de alivio requieren presición en la perforación y distribución de la carga explosiva.D = Diámetro adyacente con carga explosiva. Es el diámetro de perforación aplicado a todo el diagrama de disparo.La distancia entre Dth y D depende de Dth y de la calidad de la roca y debe ser ajustada a una carga explosiva especifica.

¿Que ocurre si la distancia entre DTH y D es mayor o menor a la calculada?

Diseño de Rainura Large-hole-cut

DTH

Diseño de Rainura Large-hole-cut

• La metodología de diseño de la geometría y cargas de este tipo de rainura se basa en formulas empíricas obtenidas a partir de investigaciones y experiencias realizadas en Suecia por Langerfors, actualizadas en 1982 por Holmberg y simplificadas por Oloffssonen 1990.

• Para obtener un diseño adecuado que permita obtener el máximo de avance (m/disparo) es necesario considerar:a) Diámetro del tiro vacio (DTH)b) Burden (B)c) Concentración de carga (q)

Diseño de Rainura Large-hole-cut

• Sea “a” la distancia entre el tiro vacio y el primero en detonar del resto de los demás tiros. Se tendrán distintos resultados para diferentes diámetros del tiro vacio.

Del gráfico anterior se obtiene:• Para B1 > 2.1 Ø

Se produce deformación plástica de la roca , afectando el avance del disparo.

• Para 2.1 Ø> B1> 1.5 ØSe producirá rotura incompleta lo que afectará el resultado de la tronadura final.

• Para 1.5 Ø > B1 > (d+ Ø)/2Se producirá rotura completa de la roca, cuando B1 tienda a (d+ Ø)/2 los tiros se juntarán provocando una tronadura deficiente.

• La literatura especializada determina la distancia máxima igual o menor a 1.7 DTH para obtener una fragmentación y salida satisfactoria de la roca si la desviación de los tiros es mayor al 1% de la botada práctica B1.

• Para lograr una tronadura limpia o completa con buen resultado de avance y con el menor riesgo que los tiros se junten se considera

Posteriormente se debe considerar la desviación en la perforación

:

En el gráfico se observa el avance porcentual con respecto a la profundidad de los tiros, para diferentes diámetros del tiro

vacío.

En algunos casos se podrán disponer más de un tiro vacío como cara libre, por lo que es necesario calcular un diámetro ficticio del tiro vacío según la relación empírica:

Donde: D Diámetro tiro ficticio (mm) Ø Diámetro de un tiro vacío. n Número de tiros vacíos.

Diseño de los Cuadrantes

• Primero para calcular el Burden del primer cuadrado o sección se usará B = 1.5 Ø y diámetro de tiro vacío (si es uno) O ficticio (si son mas de uno).

A1 = B1 √2Primer Cuadrante

Segundo Cuadrante

B2 = A1 * alfa

A1 = lado del cuadrado (m)Alfa: Cte que toma valores entre 0.5 – 1.5En la práctica B2 = 0.7 * A1

Cálculo simplificado del cuele

• Es de importancia recalcar que el número de cuadrados de la rainura estará limitado al hecho que el burden del último cuadrante no puede exceder el burden de los tiros de descarga para una concentración de carga dada.

Concentración de carga mínima y el máximo Burden

Ubicación y carguío del resto de los tiros• La ubicación y el carguío de los demás tiros participantes en

el diagrama de disparo se debe calcular el burden “B” y la concentración lineal en el fondo “qf” para el explosivo y diámetro utilizado.

Formulas empleadas: dc: Diámetro del cartucho del

explosivo (mm) : Densidad del Explosivo

(gr/cc)

• Una vez que se determina el burden (B), la longitud de los tiros (L) y la concentración lineal de carga (qf), se puede encontrar una buena aproximación inicial de la geometría del diagrama de disparos y la carga de explosivo.

NOTA

La tabla anterior solamente debe considerarse como un diseño básico (primera aproximación). Es importante poner énfasis en que el diagrama de disparo debe ser revisado continuamente, conforme a las variaciones que experimentan las condiciones estructurales de la roca a excavar y los resultados que se vayan obteniendo.