Perfeccionamiento de los trabajos de perforación y voladura en la cantera Los Caliches, Cuba

RESUMEN

Durante trabajos de perforación y voladura en los
que se utiliza una serie de cargas es necesario buscar formas de
elevar el grado de fragmentación de los macizos, sobre
todo en las rocas más fuertes. Uno de los métodos
más efectivos para elevar el grado de fragmentación
es la explosión microretardada, que consiste en la
explosión sucesiva de una serie de cargas con intervalos
de milésimas de segundo entre ellas. Este método se
utiliza mucho en las canteras cuando se tienen varias filas de
carga y también en el laboreo de excavaciones
subterráneas.

El presente trabajo expone las modificaciones propuestas
para lograr el perfeccionamiento de los trabajos de
perforación y voladura que se están realizando
actualmente en la cantera "Los Caliches" con el objetivo de
disminuir la obtención de rocas sobredimensionadas durante
la fragmentación del macizo rocoso para su posterior
trituración y clasificación.

Los parámetros controlables fueron calculados por
el método sueco en combinación en algunas partes
por el método de Konya. Además se utilizó la
ecuación de Cunningham para pronosticar la
granulometría media obtenida de la voladura.

Se pudo demostrar a través de voladuras de prueba
que los parámetros propuestos en este trabajo ofrecen
resultados satisfactorios.

Palabras clave: Voladura, perforación,
línea de menor resistencia, relleno,
sobreperforación, granulometría media (X50),
método sueco.

ABSTRACT

In the drilling and blasting operations
where a series of explosive charges are applied it is necessary
to search for the ways of elevating the degree of fragmentation
of the rock mass. At all in hard rocks, one of the most effective
methods to elevate the degree of fragmentation is the micro-delay
explosion. Which consists of the explosion of the consecutive
explosive charges with intervals of thousandth seconds within
them. This method is mostly applied in quarries and in the
construction of underground excavations. This same work presents
the modification of the drilling and blasting parameters that are
currently applied in the quarry named "Los Caliches" with the
purpose of reducing the obtention of over-dimension rocks during
the fragmentation of the rock mass with explosives, later for
further crashing and classification. The controllable parameters
were calculated by Swedish method in combination with Konya"s
method in same cases. In addition, the equation for Cunningham
was used to prognosticate the medium fragmentation size the
outcome of blasting.

The blasting test, demonstrated that the
proposed parameters in this work offers satisfactory
results.

Keywords: Blasting, drilling,
burden, steaming, sub-drilling, medium size (X50), Swedish
method.

INTRODUCCIÓN:

En las canteras y minas a cielo abierto donde se emplean
voladuras para el arranque de las rocas, el costo global y la
eficiencia general de los procesos tecnológicos dependen
de la calidad con que se desarrollen los procesos de
perforación y voladura. El costo de los procesos
tecnológicos de excavación-carga del mineral
fragmentado y su transportación disminuye
considerablemente con el incremento de la calidad de la
fragmentación de las rocas. Este parámetro es
considerado como uno de los factores más importantes en
las canteras porque tiene un efecto directo en la eficiencia y el
costo de perforación y voladura. La fragmentación
de las rocas depende de dos grupos de variables: las propiedades
físico- mecánicas del macizo rocoso, sobre las
cuales los especialistas no tienen acción; los
parámetros de perforación y voladura, aspectos que
si pueden ser controlados y optimizados y las propiedades de las
sustancias explosivas empleadas.

El costo total de la producción del árido
en las canteras alcanza su valor mínimo cuando se obtienen
resultados óptimos en la fragmentación (Mackenzie,
1967; Morin y Ficarazzo, 2005). El control
sistemático de los parámetros de perforación
y voladura conllevará la obtención de los
resultados óptimos durante el proceso de
fragmentación de las rocas con voladuras por parte de la
empresa de material de construcción.. Los problemas
más frecuentes durante la ejecución de voladuras
generalmente se presentan como resultado de su diseño
deficiente a partir de una evaluación incorrecta de las
propiedades del macizo rocoso, de la deficiente ejecución
de la perforación además del incumplimiento del
esquema de carga diseñado. Los parámetros de
diseño tales como: línea de menor resistencia,
relleno, sobreperforación, espaciamiento y tiempo de
iniciación deben ser calculados cuidadosamente para que
una voladura se ejecute de manera eficiente, segura y con niveles
de vibración y golpes de aire aceptables.

La resistencia de un macizo rocoso puede variar en
pequeña o gran escala, dependiendo de su estructura
geológica. Las juntas, estratos, fallas y capas de lodo
pueden causar diversos problemas. Estas variaciones en la
estructura del macizo requieren que el responsable de la
ejecución de las voladuras varíe sus diseños
y métodos para obtener los resultados esperados. Por lo
tanto, se debe determinar sobre la base de indicadores
superficiales, cómo variara la roca en planos más
profundos.

Las perforaciones para la realización de las
voladuras proveen información acerca del tipo
de estructura rocosa que va apareciendo en las capas
más profundas, ello permite al ejecutor de las voladuras
realizar juicios objetivos que le permitan incluir ajustes a su
diseño de voladura considerando los cambios en la
estructura del macizo rocoso.

El especialista responsable de esta actividad debe
poseer un conocimiento amplio acerca de la acción de los
explosivos en el macizo durante la voladura, sin ese
conocimiento, las voladuras se convierten en un proceso aleatorio
de prueba y error.(Konya, 1990b).

Situación
problémica:

La extracción de los áridos y otros
materiales de construcción naturales se realiza a
través de dos modos de explotación: el modo de
explotación subterránea y el modo a cielo abierto.
A pesar de que se puede hablar de dos tipos de canteras,
subterráneas y a cielo abierto las últimas han
obtenido la mayor difusión. La elección del modo de
explotación depende entre otros factores de la profundidad
a que se encuentra ubicado el yacimiento en el macizo rocoso y
sus características físicas y geológicas.
Los métodos de arranque que se emplean son métodos
mecánico y con perforación y voladura. La
selección del método de arranque depende de las
características físico-mecánicas de las
rocas.

En la cantera "Los Caliches" se emplea el modo de
explotación a cielo abierto y el método de arranque
utilizado es el de perforación y voladura. Durante el
empleo de este método la mayor influencia en el incremento
de los costos la ejerce el proceso de perforación, el
valor de las sustancias explosivas y los medios de
explosión. Para minimizar los gastos que trae consigo este
método de arranque se deben controlar muy bien los
parámetros del pasaporte de perforación y voladura
para disminuir hasta niveles permisibles la salida de rocas
sobredimensionadas y a su vez minimizar el costo de
arranque.

En el caso del yacimiento "Los caliches" el volumen de
rocas sobredimensionadas obtenido durante el arranque con
voladura sobrepasa ampliamente el 10 %, valor considerado elevado
en las condiciones de trabajo actuales.

Problema
Científico

Necesidad de perfeccionar los trabajos de
perforación y voladura para disminuir la obtención
de rocas sobredimensionadas en la cantera "Los
Caliches".

Objeto de la investigación

Cantera de materiales de construcción "Los
Caliches".

Campo de acción

Fragmentación de las rocas con
voladuras.

Objetivo general

Perfeccionar los parámetros de
perforación y voladura en la cantera "Los caliches" para
disminuir la obtención de rocas
sobredimensionadas.

Hipótesis

Si se conocen las propiedades
físico-mecánicas, la característica
estructural del macizo rocoso del yacimiento "Los Caliches", las
características de la sustancia explosiva y la
acción de la explosión en el medio, entonces es
posible perfeccionar los trabajos de perforación y
voladura a partir del reajuste de su diseño para disminuir
la obtención de las rocas sobredimensionadas.

Objetivos específicos

· Determinar las propiedades
físico-mecánicas de las rocas y la
característica estructural del macizo en el yacimiento
"Los Caliches".

· Evaluar el pasaporte de
perforación y voladura empleado actualmente.

· Crear un programa computacional
para calcular los parámetros del pasaporte de
perforación y voladura.

· Realizar un análisis
comparativo de rocas sobredimensionadas del pasaporte actual y el
pasaporte de prueba.

· Realizar una valoración
económica preliminar del pasaporte.

· Validar el pasaporte de
perforación y voladura.

Aporte de la
investigación

Se establece la causa que provoca la obtención de
rocas sobredimensionadas después de las voladuras y los
parámetros que influyen en el diseño del pasaporte
de perforación y voladura. Elaboración del software
para el cálculo del pasaporte de perforación y
voladura a partir de la ejecución de un programa de
computación especializado escrito en lenguaje de
programación Visual Basic .net.

Proceso de investigación
científica

Para el cumplimiento de este trabajo se establece el
proceso de investigación científica que consta de
trabajos de campo, toma de muestras y el análisis de los
resultados trabajo de gabinete.

Todas estas labores se realizan en una determinada
secuencia, las cuales constituyen el procedimiento para la
realización de la investigación. Esta
investigación tiene cuatro etapas, la primera comprende
del estudio del estado actual del tema, la segunda trata de la
ubicación del área de trabajo y el estudio de los
parámetros incontrolables que influyen en los trabajos de
perforación y voladura. La tercera etapa se refleja en la
secuencia mostrada en la figura I.

Tercera Etapa

En esta etapa se realiza el perfeccionamiento de los
trabajos de perforación y voladura. Además, se
pronostica la granulometría media (X50) que se
obtendrá a partir del pasaporte diseñado por el
modelo Kuz-Ram y se automatiza el cálculo del pasaporte de
perforación y voladura y se validan los
resultados.

Cuarta Etapa

En esta etapa se realiza el cálculo
económico en general y los efectos ambientales.

Figura 1: Estructura básica del
modelo para perfeccionar el pasaporte de
perforación y voladura

CAPÍTULO 1.

ESTADO ACTUAL DEL
TEMA

1.0 Introducción

Las operaciones de arranque del material de
construcción de la cantera "Los Caliches" de la empresa
MÉDANO, se efectúan mediante procesos de
perforación y voladura. Actualmente se realizan de cuatro
a cinco voladuras al mes, siendo esta actividad indispensable
para el desarrollo de la minería en el yacimiento.
Actualmente los pasaportes de perforación y voladuras
utilizados fueron diseñados considerando ciertos
parámetros y tomando en cuenta las características
del yacimiento para realizar voladuras con dos o tres explosivos
específicos. Los trabajos de perforación y voladura
son contratados a la empresa EXPLOMAT la cual realiza las
labores de arranque.

1.1 Antecedentes Nacionales

La empresa EXPLOMAT posee como misión realizar
voladuras con la calidad requerida, tiene establecido un sistema
de gestión de la calidad para realizar voladuras que
cumplan con las exigencias planteadas en su "procedimientos
para la voladura". Esto procedimiento plantea que el
especialista de operaciones de la empresa en conjunto con el
especialista o técnico de las UEB que brinda el servicio
de voladura deben controlar la realización del proceso
(Guerrero, 2012). El control del servicio de voladura se
debe realizar mediante las siguientes
políticas:

· control de la calidad del servicio
de barrenación como paso previo al servicio de voladura
(pasaporte de barrenación);

· control del cumplimiento del
pasaporte de barrenación-voladura;

· control y determinación de
la cantidad de explosivo y medios de explosión necesarios
para cada servicio de voladura;

· evaluación del resultado de
la voladura;

· medición de la eficacia del
proceso con periodicidad.

La práctica diaria demuestra que esto
procedimiento no se cumple totalmente y por ello los resultados
de la fragmentación presentan la calidad requerida y la
presencia de rocas sobredimensionadas superan ampliamente el
10%. (Vázquez, 2013), Los trabajos de
perforación son realizados a partir de las orientaciones
de la dirección administrativa y el técnico de la
cantera como establece el contrato vigente sostenido con los
artillero y la empresa Explomat, de nuestra parte no se tiene una
copia de la documentación topográfica actualizada
de la cantera y del plan de minería, restando de esta
manera el conocimiento acerca de la altura real de los bancos de
explotación, por lo que consideramos que en ocasiones se
han realizado trabajos de perforación desconociendo las
alturas reales del banco y la profundidad que deben tener los
barrenos a perforar, lo que ha provocado incorrecciones en la
operación de perforación de las rocas y la
aparición de repiés en el piso de los bancos,
además de taludes irregulares y convexos, como se puede
apreciar en la figura 1.0.

Foto 1.0 Repiés en los bancos de la cantera
"Los Caliches"

1.2 Errores cometidos en los trabajos actuales en la
ubicación de los taladros durante la
perforación

Considerando los parámetros establecidos por las
empresas MÉDANO y EXPLOMAT en el diseño de
pasaporte de perforación y voladura, existe una
deficiencia a la hora de llevarlos a la práctica en el
macizo rocoso, es decir los parámetros que se presentan en
los informes de explotación y el pasaporte realizado por
el técnico en la cantera no son considerados por el
carretillero a la hora de realizar la perforación y la
carga del explosivo en general. Además, por la falta de
piezas de repuesto cuando hay un fallo técnico con la
carretilla barrenadora Atlas–Copco, entonces se cambia el
diámetro de la carga y de perforación.

Figura 1.1 Ubicación de los taladros en el
banco

Como se puede ver en la figura 1.1, la ubicación
de los taladros afectó la distribución de la
energía en la voladura que se realizó, es decir que
la energía no fue uniformemente distribuida lo que
provocó el aumento de la obtención de rocas
sobredimensionadas como se puede ver en la figura 1.2 a
continuación.

Otro error que ocurre con frecuencia durante la
ejecución de las voladuras es la ubicación de los
taladros en el extremo del frente figura 1.3, en estos casos es
habitual que la línea de menor resistencia hacia este lado
supere en varias veces (3-4) la magnitud calculada y los
resultados de la fragmentación presenta repiés y
gran volumen de rocas sobredimensionadas. Los resultados se
pueden apreciar en la figura 1.2.

Figura1.2 Voladura en banco con una
esquina

Figura 1. 3 La representación de la
figura

En la cantera también existen deficiencias con el
desarrollo minero porque toda el área que se había
solicitado para la concesión minera ha sido explotada, lo
que traje consigo la dificultad de la ubicación de la
carretilla barrenadora modelo Atlas–Copco durante la
barrenación.

Durante la carga de sustancias explosivas a granel, los
artilleros no observan estrictamente las medidas diseñadas
por su empresa, es decir, cuando se están cargando los
taladros se debe comprobar el ascenso de la carga de sustancia
explosiva a granel, porque cuando no se comprueba, pueden suceder
dos cosas: los taladros se llenan hasta la boca o sucede lo
contrario: cuando hay una caverna en el taladro que se
está cargando, los taladros no se llenan hasta la
profundidad diseñada; entonces para evitar el llenado
hasta la boca, los artilleros empiezan a sacar un poco de
sustancia explosiva para que puedan tener una longitud de relleno
y por la falta de la barrenación diseñada
también resulta que la sustancia calculada para realizar
la voladura se sobrepasa. Además, cuando no hay existencia
de cavernas los artilleros riegan la sustancia explosiva por
encima del banco, lo que trae consigo el aumento en el costo de
producción, la formación de ondas aéreas y
rocas en vuelo etc.

Errores de perforación

Durante la perforación de los taladros los
trabajos se efectúan con errores su inclinación,
distancia entre filas, línea de menor resistencia,
distancia entre taladros y la profundidad de metros perforada,
como se aprecia en la figura 1.4 a
continuación.

Figura 1.4 Errores en la perforación de los
taladros

1.3 Antecedentes internacionales

Los parámetros que afectan la
fragmentación óptima en los trabajos de
perforación y voladura en cantera también fueron
estudiados por los siguientes autores a nivel internacional para
disminuir la obtención de rocas sobredimensionadas y el
costo al unísono.

(Konya, 1990a) En este trabajo se realizó
el estudio de todos los parámetros que integran el
diseño del pasaporte de perforación y voladura
dentro de los cuales se comprendió que para poder evaluar
un plan de voladura, este debe tomarse por parte y cada variable
debe ser evaluada. En el mismo se propuso un procedimiento
fácil de entender para el análisis de un plan de
voladura. Además, se examinaron los métodos para
determinar si las variables de diseño están en los
rangos normales aceptados.

(Rajpot, 2009) En este trabajo de maestría
el modelo fue desarrollado para calcular los parámetros
del diseño de voladura y los costos considerando el 80% de
los fragmentos que tiene que llegar a las operaciones de
trituración.

(Ayabaca, 2010) En este trabajo se realizó
un estudio sobre el tipo de roca y las características
geológicas, las propiedades físico-mecánicas
de la roca y el volumen de rocas a arrancar.
Además, se hizo un análisis de los trabajos de
perforación y voladura en canteras, aparte de eso se
estudiaron también las propiedades de las sustancias
explosivas empleadas en estos trabajos, su sistema de
iniciación y los parámetros de dimensionamiento de
voladuras.

(Martínez, 2012) En este artículo
se presentó el análisis y el diseño de la
operación de perforación y voladuras en
minería de superficie empleando el enfoque de la
programación estructurada. El propósito de este
trabajo era crear una interfaz, por medio de la cual se ingresan
la densidad del explosivo, diámetro e inclinación
de la perforación, resistencia a la compresión de
la roca y dimensiones del banco. Luego se obtiene el valor de las
variables más importantes que acondicionan el
diseño de la operación de perforación y
voladuras, tales como: altura del banco.

CAPÍTULO 2.

CARACTERIZACIÓN
INGENIERO-GEOLÓGICA DE LA CANTERA

2.0 Introducción

El yacimiento "Los Caliches" es la fuente suministradora
de materia prima para la planta de trituración y
clasificación con una productividad de 376200 m3 de piedra
triturada y arena al año.

2.1 Ubicación geográfica del
yacimiento

Administrativamente el yacimiento "Los Caliches" se
encuentra ubicado en el municipio de Gibara, provincia de
Holguín. Está situado a unos 10 km. al suroeste de
dicho pueblo y a unos 3,5 km. de la carretera Holguín
– Gibara. Las coordenadas planas del sistema de Lambert de
la concesión minera se muestran en la tabla 2.0 y en la
figura 2.0 se muestra la ubicación relativa de la
concesión del yacimiento.

Las coordenadas geográficas del yacimiento son
las siguientes:

21o 4'17" latitud norte

76o 13' 6" longitud oeste

Tabla 2.0 Las coordenadas planas del sistema de
Lambert de la concesión minera

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