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El diseño de perforación y voladura en minas, con un enfoque específico en la unidad minera las bambas. El documento aborda temas como la selección del diámetro de taladro, la geometría y parámetros de diseño de malla de voladura, los explosivos y agentes de voladura, y la fragmentación de la roca. También se incluyen información sobre los equipos de perforación y acarreo utilizados en la unidad minera las bambas.
Tipo: Tesis
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(MI 443 Perforación y Voladura de Rocas Semestre 2023-I)
Ministerio de energía y minas Coordenadas UTM HUSO 18 SUR DATUM WGS Cuadrangulo de Santo Tomas 29-r Fuente: Coordenadas de Ubicación de Minera Las Bambas MMG ( Fuente Las Bambas MMG Geology and Mining Report ACCESIBILIDAD Vía Terrestre: Lima-Arequipa-Cusco-Challhuahuacho 1950km 32h aprox. Lima-Nazca-Abancay-Cusco-Challhuahuacho 1435km 30h aprox. Lima –Arequipa-Espinar-Challhuahuacho 1200km 24h aprox. Vía Aérea: Lima-Cusco 2h. de allí se llega por carretera afirmada hasta Challhuahuacho en 8h. Total 10h.aprox. CLIMA El clima en esta zona es marcado con abundantes e intermitentes lluvias desde octubre hasta marzo lo que ocasiona derrumbes en las vías de acceso al pueblo de Challhuahuacho así como rayos , MMG LAS BAMBAS ha establecido un sistema de alerta frente a este problema ; existen sensores magnéticos que alertan ante una posible descarga eléctrica (rayo) para lo cual
existen refugios ( conteiner y respectivas unidades móviles), en alerta roja se deja de trabajar completamente , y en alerta amarilla uno se pone a buen recaudo. Fuente2 : https://www.minem.gob.pe/descripcion.php?idSector=4&idTitular= Ministerio de energía y minas GEOMORFOLOGIA. Esta unidad se halla en la vertiente oriental de la cordillera occidental de los andes peruanos ,formada por una cadena de montañas denominada la Cordillera de Huanzo. Se puede
con sus diferentes direcciones de acortamiento. El altiplano del sur del Perú ha sido moldeado por esfuerzos tectónicos transmitidos desde el límite convergente por la deposición de rocas sedimentarias cretácicas hasta el presente.Las largas estructuras en la zona son pliegues suaves ondeados y de amplio rango , probablemente de la primera fase de deformación Inca I. (Caceres, 2020), El rumbo de orientación de los pliegues va de noroeste a sureste. También estudios en la zona de Ccorccohuayco con perforaciones documentan que sus núcleos revelan un contacto estratigráfico entre la Formación Mara y la Formación Ferrobamba, mostrando un buzamiento hacia el núcleo del pliegue , bastante de la mineralización y alteración en la zona ocupan una zona de bisagra y los extremos de este sinclinal. (Caceres, 2020)
Fuente 3: Martin Andreas Wipf et al. (2006) Evolution of the Western Cordillera and Coastal Margin of Peru: Evidence from low-temperature Thermochronology and Geomorphology, Swiss Federal Institute of Technology Zürich,p.13. Placa Sudaméricana límites,ubicación,volcanes activos,profundidad de la zona Benioff y la Meseta Inca perdida , modificado de Gutcher et al (2000), Muller et al (1997) Ramos y Aleman et al (2000) ASPECTOS GENERALES OPERACIÓN MINERA MÉTODO DE EXPLOTACIÓN SUPERFICIAL. La minería a cielo abierto se caracteriza por los grandes volúmenes de materiales que se deben mover. La disposición de yacimiento y el recubrimiento e interrelaciones de material estéril determinan la relación. Dadas las dimensiones de los depósitos mineralizados, características geomecánicas del macizo rocoso y su proximidad a la superficie; el método de explotación seleccionado en la mina Las Bambas es el de tajo abierto. Los diseños de minado han sido elaborados en forma similar tanto para los cerros Ferrobamba, Chalcobamba y Sulfobamba. (Elizabeth, 2021) CICLO DE MINADO Fuente: Elaboración en base a datos de la empresa MMG. PERFORACIÓN La perforación es la primera operación dentro del ciclo de minado, en el caso de unidad minera Las Bambas y las mina del tajo abierto se lleva a cabo una perforación rotativa con triconos, esta es efectuado por grandes equipos de perforación capaces de ejercer elevados
Equipos de perforación eléctrica marca P&H 320XPC y CAT 6640 MD. Fuente: repositorio UNSAAC. Perforadoras primarias de 12 ¼” de diámetro de taladro Fuente: repositorio UNSAAC. En las figuras anteriores se aprecia la serie Pitt Viper 271 (PV271) de 75000 libras de Pull Down (fuerza de empuje) sobre la broca, profundidad de perforación en pasada única de 16 a 20 m de profundidad de taladro.
La voladura es una de las partes más importantes de las actividades del ciclo de minado alcanzando no solamente en su proceso la obtención de material adecuadamente fracturado y apilado, sino que con ella debemos lograr una alta eficiencia en el ciclo en conjunto (carguío, transporte y tratamiento metalúrgico), ya que la granulometría obtenida influirá en los procesos siguientes, con el fin de no dañar las estructuras y mantener costos mínimos, las voladuras se realizarán a una hora predeterminada, usualmente al mediodía o inicio de guardia, ya que previo a la voladura se despejará toda el área de trabajo, ubicándose el personal a distancias mayores a 500 m y equipos a 300 metros, de acuerdo a las normas de seguridad. 28 Las horas programadas estarán indicadas, en un lugar visible y comunicado para todo el personal. (Arenas, 2020) Explosivos utilizados:
Fuente: (ORICA, 2021) CARGUÍO. El objetivo del carguío es cargar de forma eficiente y segura el material disparado desde el frente de carguío en camiones, con el fin de generar los espacios suficientes para la perforación y voladura. Dependiendo del diseño de las expansiones que se cargan, los requerimientos de productividad y eficiencia y las condiciones operacionales que se presentan, las palas serán dispuestas en dos modalidades de carguío: Cancha Simple, en donde la pala tiene habilitado solo uno de sus costados para cargar o bien Cancha Doble, donde se tiene habilitado ambos costados del equipo para cargar. (Quispe, 2021)
Fuente: repositorio UNSA. Carguío: Cargador letourneau al camión komatsu 930E-4SE Fuente: repositorio UNSAAC. TRANSPORTE. En la actualidad el sistema de acarreo emplea camiones Komatsu 930E de acarreo con capacidades de 300 toneladas y camiones Caterpillar 797F de 360 toneladas de capacidad, siendo el sistema de acarreo la más costosa e importante del proceso productivo debido a la cantidad de combustible consumida y costo de mantenimiento, razón básica por la que se debe usar tecnología avanzada, tal como el sistema GPS y la gestión del sistema de transporte (Dispatch) con ayuda de computadoras, en Las Bambas el transporte del material fragmentado es realizado básicamente por un sistema de transporte directo que realiza el acarreo de material de desmonte por los camiones hacia los botadero y el transporte de mineral a la chancadora primaria. (Arenas,
Equipos de acarreo en la unidad Minera Las Bambas
conjunto de rocas será determinado por la roca y su estructura, la cual incluirá fallas, estratificación, juntas, pliegues y demás rasgos de la estructura. Es por ello por lo que los pastizales son discontinuos y pueden tener características diferentes o no homogéneas. En la siguiente figura se instituye la interconexión que existe entre las características de la roca, los factores que se pueden controlar y también procedimientos importantes del tiempo minero. Figura 1 Tipos de fisuras en las proximidades del barreno Nota: (CACERES QUISPE, 2023) Mecanismos de Fractura Por mucho tiempo varios investigadores han pretendido emplear las definiciones de la física y el funcionamiento de la ruptura, con el fin de entender los principios básicos que causan que se rompa la materia mineral. Las partículas no siempre se comportan como materiales frágiles porque normalmente estas partículas tienen fallas a macro y microescala. A excepción de los tamaños más diminutos, un grano de roca puede ser considerada un material endeble, o sea, que la fuerza aplicada en un punto que ocurra una fractura es proporcional a dicha fuerza. Griffith observó que, cuando un material está sometido a tensión, la presencia de fisuras o 19
aberturas conduce a que haya una mayor concentración de fuerza en un objeto sólido. Ricardi, 2017; citado en (CACERES QUISPE, 2023). Mecanismo de Fragmentación de la Roca Bernaola et al. (2013) que fue citado en (CACERES QUISPE, 2023) en su libro perforación y voladura de roca en minería divide la detonación del explosivo en dos fases: La fase inicial de una voladura se identifica debido a la existencia de una onda expansiva que puede variar en velocidad y que es un señalizador importante de la cabida de fracturación del detonante. Una segunda etapa, en la que se genera una elevada concentración de vapores a una alta temperatura. En el tiempo en que el material detonante se halla encerrado en un taladro, puede percibirse que se origina una explosión de onda que se extiende por del bloque de roca que lo rodea. Al aproximarse al barreno, la onda de detonación genera una sensación de compresión, sin embargo, una vez que ha alcanzado a la onda, este efecto se convierte en una acción de tirar. Esta primera ola de choque viaja a entre 3000 y 5000m/s a través de la roca que la rodea. Pernia et al. (1987) que también fue citado en (CACERES QUISPE, 2023) en su manual de Perforación y voladura de rocas menciona “La fragmentación de materiales rocosos con explosivos intervienen, al menos, ocho mecanismos de rotura, con mayor o menor responsabilidad, pero participes todos en los resultados de las voladuras”. El agrietamiento radical, la fracturación por liberación de carga, la trituración de roca, el rebote de la onda de choque, amplitud y apertura de las hendiduras radicales, rompimiento por cizallamiento y rotura por colisión y flexión. Figura 2 Resumen de Mecanismos de Rotura
contorno, produciéndose ondas llamadas “onda de choque”, la que se desplaza a velocidades entre 1500 m/s hasta 6000 m/s según su composición a usar y su tipo de iniciación.” (EXSA, pág.
Explosión. - “La explosión, por su parte, es un fenómeno de naturaleza física, resultado de una liberación de energía tan rápida que se considera instantánea. La explosión es un efecto y no una causa.” (EXSA, pág. 11) Figura 3 Desarrollo de una detonación en el tiempo en función de la velocidad de reacción. Nota: (EXSA, pág. 10)
Existen varios mecanismos, pero lo más importante que se resaltará según (RIVERA FERNANDEZ, 2021):
Rotura por Flexión Es la rotura generada por los gases de la explosión generando una fuerza sobre las paredes del taladro produciendo un agrietamiento y fracturación hacia la cara libre deformándolo mediante mecanismos de flexión. Figura 4 Mecanismo de Rotura por Flexión Nota: (RIVERA FERNANDEZ, 2021)
Diámetro de taladro La selección del diámetro de taladro es uno de los parámetros más importantes: Decide los equipos de perforación, carga y acarreo. Decide el diseño de burden, espaciamiento y distribución los explosivos. Influye en la granulometría de la fragmentación.
