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“Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático”

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS

CURSO

METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION CIENTIFICA

PROYECTO

“Influencia de la perforación y la voladura en la estabilidad del macizo rocoso en labores

subterráneas de la Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013”

PRESENTADO POR:

AEDO SÁNCHEZ, Alex

AMARU PILCO, Ronal

CANGALAYA INGA, Cristian Boris

GERÓNIMO GUADALUPE, Rony

GUILLEN PACOCHA, Luis

LAURA ORDOÑEZ, Jeison

HUANCAYO – PERÚ

2014

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DEDICATORIA

Dedicamos el presente trabajo a nuestros padres por el esfuerzo que hacen día a día para que alcancemos la meta de ser profesionales, hombres de bien dispuestos

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a engrandecer nuestro país, para un mejor futuro.

TABLA DE CONTENIDOS

DEDICATORIA 2

CAPITULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 Fundamentación del Problema 5

1.2 Fundamento del título 5

1.3 Formulación del Problema 6

1.4 Justificación 7

1.5 Alcances y limitaciones del proyecto 7

CAPITULO II

MARCO TEORICO

2.1 Antecedentes del estudio 8

2.2 Bases Teóricas 10

2.3 Definiciones 16

CAPITULO III

HIPÓTESIS Y VARIABLES Y DEFINICIONES OPERACIONALES

3.1 Planteamiento de la hipótesis de formulación

3.2 Identificación y Clasificación de las variables

3.3 Operacionalización de las variables

CAPÍTULO IV

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

4.1 Método, tipo y nivel de investigación

4.2 Población y muestra

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4.3 Técnicas de procesamiento e instrumentación

CAPITULO V

ASPECTOS ADMINISTRATIVOS

5.1 Cronograma de actividades

5.2 Presupuestó y financiamiento

CAPÍTULO VI

REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

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CAPITULO I

PLANTEAMIENTO EL PROBLEMA

1.1 FUNDAMENTACIÓN DEL PROBLEMA:

De acuerdo a la estadística del MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS (MEM), los accidentes fatales por caída de rocas, representan el 40% del total de accidentes fatales en la industria minera peruana.

Como resultado de esta estadística se ha realizado y se realiza estudios utilizando la mecánica de rocas y/o geomecánica del comportamiento del macizo rocoso como único factor causante de estos lamentables accidentes fatales.

Pero es importante señalar que para la ejecución de labores mineras subterráneas se tiene que realizar la perforación y la voladura de rocas. La perforación de rocas tiene como objetivo la elaboración de un taladro en el cual se deposita posteriormente los explosivos y los accesorios de voladura que permitirán que luego de ser iniciado permitirán la obtención de la abertura subterránea deseada. Se sabe que una voladura normal afecta hasta 1,5 m del perímetro de la labor que queda.

Por lo tanto para ejecutar las labores subterráneas se tiene que dañar necesariamente al macizo rocoso mediante la utilización los explosivos y los accesorios de voladura.

1.2 FUNDAMENTACIÓN DEL TITULO

Influencia de la perforación y la voladura en la estabilidad del macizo rocoso en

labores subterráneas de la Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013

VARIABLE X: Influencia de la perforación y la voladura

VARIABLE Y: estabilidad del macizo rocoso

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OBJETO DE ESTUDIO: Optima distribución espacial de taladros en una

malla de perforación

POBLACIÓN: macizo rocoso

LUGAR Y TIEMPO: Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013

Cuando hablamos de un rediseño de la malla de perforación buscamos distribuir

espacialmente los taladros con el fin de obtener una utilización efectiva de la

energía liberada por el explosivo a utilizarse y este proceso nos trae como

consecuencia un mejoramiento de la fragmentación, menor porcentaje de

dilución del concentrado mineral ya que mitigamos la caída de roca estéril

concentrada en las cajas, por ende podemos mejorar primero los tiempos y

costos de producción.

Luego al unir todos estos factores hemos titulado nuestro proyecto de tesis:

Influencia de la perforación y la voladura en la estabilidad del macizo rocoso en

labores subterráneas de la Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013

1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Problema general:

¿Cómo influencia la perforación y la voladura en la estabilidad del macizo rocoso en labores subterráneas de la COMPAÑÍA MINERA PODEROSA?

Problemas específicos:

a) ¿En qué medida la perforación influencia en la estabilidad del macizo rocoso en las labores subterráneas de la COMPAÑÍA MINERA PODEROSA?

b) ¿En qué medida la voladura influencia en la estabilidad del macizo rocoso en las labores subterráneas de la COMPAÑÍA MINERA PODEROSA

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1.4 JUSTIFICACIONES

En nuestro país se utiliza el diseño de mallas de perforación y voladura para el

macizo rocoso de las labores subterráneas, con algunos problemas que con esta

investigación mejoraremos. Con el nuevo rediseño de las mallas de perforación y

voladura tendremos un mejoramiento de la fragmentación de la roca, menor

porcentaje de dilución del concentrado mineral ya que mitigamos la caída de

roca estéril concentrada en las cajas, por ende podemos mejorar primero los

tiempos en la producción y reducir costos de producción.

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES

El presente trabajo de investigación está dirigido a los trabajadores de la

empresa minera “Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013” especialmente al

área de explotación, ya que esto permitirá una mejor voladura para tener el

mejor fraccionamiento de la roca, para así optimizar el proceso de voladura y

evitar un chancado adicional, también evitar la desestabilización del macizo

rocoso y evitar un sostenimiento mas costoso.

Entre otras pueden referirse al alcance de la investigación o a los topes o

restricciones de los investigadores para ejecutarla, en nuestro caso la

investigación se limita a tales aspectos como son:

El Método De Roger Holmberg; Para diseño de malla en Túneles. La teoría de la Comminucion; para diseño de malla en rampas. Métodos empíricos, que calculan número de taladros.

Los aspectos antes mencionados son los métodos usados en la explotación de la mina Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013 y que como resultado, nos dan un buen beneficio, pero lo que necesitamos es optimizarlo, y a eso nos enfocamos.

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La investigación precisa de los métodos antes mencionados pero acepta y no discute los métodos que planteamos hacer para mejorar la productividad en el beneficio de la mina.

La investigación analiza los futuros valores obtenidos en el cálculo de la nueva forma de minado y la nueva malla de perforación pero acepta y no discute las anteriores maneras de perforación antes mencionadas.

La investigación sólo tienen acceso en el proceso de la minería subterránea y son los existentes en Compañía Minera Poderosa - Periodo 2013 que estamos analizando. Los investigadores sólo tienen acceso a los datos usados en el proceso de la voladura y el diseño de mallas. Existen limitaciones de equipos usados en el proceso de la investigación.

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 ANTECEDENTES DE ESTUDIO

a. Universidad de Chile en el año 2007 Andrés Alejandro Garrido

elaboro y sustentó su tesis doctoral: “Diagnostico y Optimización

de Disparos en Desarrollo horizontal Mina el Teniente”. El objetivo

general de este estudio fue efectuar un diagnóstico técnico de las

operaciones de Perforación y Tronadura de desarrollo horizontal en la

“Mina Reservas Norte” de Codelco Chile División el Teniente,

específicamente en el Nivel de Producción (Teniente Sub-6). Como

instrumento de investigación se utilizó las fotografías de los disparos

antes y después de cada tronadura, para posterior digitalización en

sofware 2DFace y el monitoreo de las vibraciones producto de la

tronadura. Sus conclusiones fueron los siguientes.

Reducción del número de perforaciones por disparo un 10%, reducción

de la sobre excavación de un 24% a un 6%, menor exposición al riesgo

por desprendimientos y caídas de rocas, disminución de los tiempos de

trabajo y disminución de los costos directos de perforación y tronadura.

b. Pontificia Universidad Católica del Perú (2009) Oscar Alberto Jáuregui

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Aquino, elaboro y expone su Tesis: “Reducción de los Costos Operativos

en Mina mediante la Optimización de los Estándares de las Operaciones

unitarias de Perforación y Voladura”, su objetivo fue obtener una

reducción de los costos operativos de la empresa minera,

aplicando para ello estándares óptimos de trabajo en las operaciones

unitarias de Perforación y Voladura, el método de investigación fue

experimental cuyas conclusiones fueron.

Los principales factores de éxito para concretar la optimización de los

estándares de perforación y voladura y en general del ciclo de minado,

son el seguimiento y control operativo, la capacitación y creación de

conciencia de los trabajos en los temas de optimización de la perforación

y voladura debe darse de manera constante, la mayor reducción de

costo operativo se obtuvo en la operación unitaria de sostenimiento 0.96

$/tm (56% de la reducción total), seguido por la perforación 0.37 $/tm

(21.76% de la reducción total), voladura 0.28 $/tm (16.47% de la

reducción total) y la limpieza-acarreo 0.09 $/tm (5.3% de la reducción

total).

c. Universidad Nacional Mayor de San Marcos (2002) Elaborado por

Zapata Degregori Mónica Paola “Control de Costos de una Operación

Minera mediante el Método del Resultado Operativo”. El objetivo

general del estudio fue aumentar la productividad y la calidad a través

del mejoramiento continuo de la eficiencia y la efectividad en las

operaciones. Como instrumento de investigación utilizo los programa de

actividades, curva”S”, informes de producción y el resultado económico,

sus conclusiones fueron.

El resultado operativo nos permite saber si estamos adelantados o

atrasados respecto al tiempo, evaluar si estamos ganando o perdiendo y

porque, el método del resultado operativo es una herramienta de

control que nos permite identificar y evaluar los costos operativos en

los procesos productivos.

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2.2 BASES TEÓRICAS

Bases teóricas que sustentan la optimización de la voladura

2.2.1PRECISIÓN

La voladura convencional en túneles y otros trabajos de subsuelo, además de

dejar perfiles irregulares según el sistema de diaclasamiento de la roca1,

normalmente afecta a la estructura remanente a profundidades que pueden

llegar hasta 2 m maltratándola y debilitándola según su tipo y condición, en

nuestro caso la roca de tipo III, lo que puede tener consecuencias de

inestabilidad o desprendimiento con el tiempo.

Este maltrato es mayor cuando se dispara con cargas excesivas, o cuando no se

mantiene una adecuada secuencia de encendidos y los taladros salen casi

simultáneamente.

En obras de ingeniería de cierta consideración, como los túneles de irrigación o

de hidroeléctricas, que deben ser estables y que usualmente se cementan, el

perfil periférico irregular es inconveniente, debiendo ejecutarse adecuadamente

para obtener una pared final de superficie lisa. Para evitar este maltrato y

obtener paredes de corte liso se emplean métodos de voladura periférica

controlada.

Lo anterior expuesto es una conclusión del problema, que se debe tener en

cuenta con una correcta voladura, lo que tratamos de hacer es proporcionar un

rendimiento óptimo en la voladura.

1 Rene Wilfredo Ojeda Mestas-DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACIÓN Y VOLADURA SUBTERRÁNEA APLICANDO UN MODELO MATEMATICO DE AREAS DE INFLUENCIA-pag23

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La voladura de rocas, representa una de las operaciones más relevantes dentro

del proceso extractivo de minerales, su objetivo principal es lograr un tamaño

adecuado de roca, con un mínimo de daño en su entorno. Resultados adversos,

obligan a efectuar minados selectivos, incrementando los costos de operación2.

El proceso de fragmentación, está influenciado por muchas variables, algunas

son controlables y otras intrínsecas. La compleja interrelación entre estas

variables, hace que los resultados sean difíciles de predecir mediante algoritmos

analíticos. La predicción en ingeniería, es llevada a cabo mediante modelos

matemáticos, que es la interpretación, a través de ecuaciones. Estos modelos

pueden ser estadísticos, donde se correlacionan parámetros medidos en ciertos

eventos, o teóricos, deducidos de relaciones matemáticas que interpretan

condiciones y aplicaciones físicas.

En la mayoría de los casos definimos la voladura, como una técnica basada en

las acciones ejercidas por los explosivos sobre un macizo rocoso. Hoy en día, es

más que eso, y presenta diferentes variables de estudio, una de ellas y objetivo

del presente trabajo es; la exactitud en el diseño de tiempos, formulado a través

de la interacción de las velocidades de onda y de agrietamiento del macizo

rocoso, asociado a los conceptos de mecánica de rotura e interpretación de las

propiedades geomecánicas.

Describir la metodología que implica el proceso de fragmentación y las variables

identificadas para un mejoramiento continuo, nos ha permitido optimizar los

resultados de fragmentación en la mina Yauricocha , asimismo, ha significado

incorporar tecnología en su evaluación, y desarrollar herramientas técnicas a

objeto que permitan predecir el comportamiento de las variables que inciden en

el desarrollo de las voladuras.

Para los logros satisfactorios en cuanto a fragmentación, es necesario crear

superficies libres alrededor de cada taladro en la que los esfuerzos de 2 Willy José Contreras Pérez, Selección del explosivo adecuado y carga máxima por retardo usando el monitoreo, modelamiento y análisis de vibraciones-pag 167

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compresión son reflejados para generar los esfuerzos de tracción. Estas

superficies son generadas por la detonación secuencial exacta de una sucesión

de taladros adyacentes en una fila empezando por uno más próximo a un

superficie libre inicial, de tal manera que cada taladro genera una superficie libre

para el siguiente taladro. Los periodos de taladros deben ser suficientes para

asegurar el tiempo necesario para la creación de estas superficies y el

movimiento del material3.

Los dos primeros mecanismos han sido estudiados con regularidad, existiendo

abundante literatura al respecto, sin embargo, la colisión como mecanismo de

fragmentación es relevante a la hora de incluir el tiempo de retardo en los

modelos de fragmentación, y no ha sido tan estudiado como los otros.

Los tiempos de retardo y su incidencia en las voladuras.- Muchos estudios

realizados comprueban el impacto del tiempo de salida de cada taladro en el

resultado final de la voladura, en términos de daño, forma de la pila, dilución y

fragmentación, entre otros.

Velocidad de propagación de la roca.- Es la velocidad con la que se propaga la

onda de tensión a través del macizo rocoso, es una medida de la elasticidad de

la roca. Cuando el macizo rocoso es masivo, se tiene valores altos de velocidad

de onda, y cuando es fracturado e irregular, decrecen los valores de velocidad

de propagación, las fracturas presentes en el macizo rocoso actúan como filtros

que amortiguan y atenúan la transmisión y continuidad de las ondas en la

voladura.

Modelo de LaGrange.- Es una representación de las velocidades de ondas

sísmicas, como la Onda P, Onda S y la velocidad de formación de grieta.

Asimismo determina el tiempo de retardo que debe de existir entre las

detonaciones contiguas para obtener el máximo provecho de la energía del

explosivo aplicado al macizo rocoso4.

3 ASP BLASTRONIES S.A.:”Diseño Y Evaluación De Voladura”. Chile 1997. Pag 454 CARLOS LOPEZ JIMENO, “Manual de perforación y voladura de rocas”, Madrid 1994, 541 pag..

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Los métodos usados en la voladura de la mina Yauricocha son los siguientes,

para el cálculo del burden se utilizan los siguientes métodos:

2.2.2 METODO DE LANGEFORS

Langefors y Kihlstrom proponen la siguiente expresión para calcular el valor de:

La piedra Máxima “Bmax”

B máx. = (D/ 35.6)* ((P * S) / (C * F * EV))1/2

Donde:

D: diámetro de perforación en mms

P: grado de retardo, que es la cantidad de carga en Kg/dm3 del volumen

nominal del tiro

S: Potencia relativa en Peso del explosivo y está entre 1 – 1.4

F: grado de fijación de los tiros. Depende de la inclinación de los tiros.

F = 1 Tiro vertical

F = 0.9 Tiros de 70 grados

F = 0.85 Tiros de 63 grados

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C: constante específica de la roca. Es la cantidad de explosivo necesario para

fragmentar 1 m3 de roca, normalmente en voladuras a cielo abierto y rocas

duras se toma C = 0.4

Este valor se modifica de acuerdo con:

B = 1.4 – 1.5 m C¨ = C + 0.75

B <1.4 m C¨ = 0.07 / B + C

EV: Relación Espaciamiento – Burden y puede estar entre 1 a 2

Profundidad del Hoyo (metros)

H = (L + J) / Sen

= inclinación del hoyo respecto a la horizontal

Burden Práctico (metros)

B1 = B * (1 - 0.03 * L) Para tronaduras con filas múltiples

B1 = B - 0.5 * L Para tronaduras con una fila

Concentración de Carga de Fondo (kilogramos / metro)

Qbk = P * (D / 36)2

Espaciamiento (metros)

S = EV * B

Largo carga de Fondo (metros)

Hb = 1.3 * B

Taco (metros)

T = B1

Concentración carga Columna (Kilogramos / metro)

Qpk = 0.5 * Qbk

Carga de Fondo (kilogramos)

Qb = Hb * Qbk

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Carga de Columna (kilogramos)

Qp = Hp * Qpk

2.2.3 CONCLUSIONES.

El método de Langefords considera las condiciones energéticas estáticas

(explosivo) y del medio (roca), sin considerar los demás parámetros

influyentes como: la dinámica e interacción de energía a través de la

secuencia de iniciación y el efecto del confinamiento de acuerdo al

tamaño de las voladuras. Por lo cual, para la determinación de los

tiempos, complementamos el modelo mediante las ecuaciones de

LaGrange, y los conceptos de burden de alivio.

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La exactitud de los tiempos de detonación nos brindan los detonadores

electrónicos, debido a que están exentos de dispersión, con lo cual, es

posible disminuir en gran porcentaje la incertidumbre de la acción de los

tiempos sobre el diseño, asimismo, nos permiten ejecutar voladuras

masivas sin alterar las propiedades del macizo rocoso por efectos de

vibración, siempre y cuando lleguemos al diseño óptimo, en términos de

los parámetros que intervienen como: Relación burden - espaciamiento,

número de taladros y la disposición geométrica de estos en el diseño.

Los traslapes en la detonación, producen degradación acumulada del

macizo rocoso, este efecto cambiaría las propiedades de la roca y del

explosivo, generando fracturamiento en aquellos sectores donde aún no

ha detonado carga alguna. La acción de los tiempos es importante en

este mecanismo, ya que éstos reducirán la superposición de los radios

de fracturamiento generados.

Buscar integrar el tiempo de retardo en los modelos calibrados, ajustando

las curvas de fragmentación modeladas con Langefords a curvas de

fragmentación medidas con un sistema de delineamiento digital de

imágenes de la pila de fragmentación. Estas curvas, calibradas (definidas

como una matriz de sensibilidad de parámetros de las voladuras) para

sectores característicos y representativos de la mina, permitirían predecir

la fragmentación a partir del cambio de parámetros de las voladuras, sin

perder la tendencia de las curvas medidas.

Finalmente, los resultados obtenidos en cuanto a fragmentación, nos han

permitido incrementar de forma conservadora las dimensiones de la

malla de perforación, con lo cual, tenemos ahorros sustanciales en

perforación específica, factor de carga y tener un mejor control de los

tiempos de detonación por taladro. Todos estos aspectos se traducen en

reducir el Costo Global de Minado.

2.3 DEFINICIONES

DISEÑO: proceso previo de configuración mental, "pre-figuración", en la

búsqueda de una solución en cualquier campo. Utilizado habitualmente en el

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contexto de la industria, ingeniería, arquitectura, comunicación y otras

disciplinas creativas.

OPTIMIZAR: Planificar una actividad para obtener los mejores resultados

DISEÑO DE LA MALLA DE PERFORACIÓN: Es el esquema que indica la

distribución de los taladros con detalle de distancias, cargas de explosivo y

secuencia de encendido a aplicarse5.

REDISEÑO DE LA MALLA DE PERFORACIÓN: Modificar la concepción original

de un objeto destinado a la producción en serie, modificar la distribución espacial

de los taladros con el fin de obtener una utilización efectiva de la energía

liberada por el explosivo a utilizarse.

OPTIMA VOLADURA DE ROCA: La voladura de rocas, representa una de las

operaciones más relevantes dentro del proceso extractivo de minerales, su

objetivo principal es lograr un tamaño adecuado de roca, con un mínimo de daño

en su entorno. Resultados adversos, obligan a efectuar minados selectivos,

incrementando los costos de operación

MACIZO ROCOSO: El modelamiento del macizo rocoso, es una de las

herramientas más importantes para el desarrollo de las voladuras. Las

condiciones estructurales y propiedades del material son muy poco conocidas o

casi desconocidas al momento de diseñar una aplicación de voladura, siendo

estas propiedades inferidas o estimadas utilizando valores medios6.

PARAMENTOS DE ROCA:

Son determinantes como variables incontrolables, los cuales tenemos:

Las propiedades físicas (densidad, dureza, tenacidad, porosidad).

Las Propiedades elásticas o de Resistencia (resistencia a la compresión,

tensión, fricción interna, cohesión).

Condición geológica (textura, presencia de agua)7.

5 ALFREDO CAMAC TORRES: “Túneles”, 218 Pág.6 DINASOL: “Manual De Explosivos”, impresión callage, lima, 79 Pág7 JAY A. RODGERS: “Técnicas Eficientes Para Tornaduras”, 5-6-7 de abril de 1995, La serena - Chile, 201pag.

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PARÁMETROS DE EXPLOSIVO:

Son variables controlables como las propiedades físicas o químicas (densidad,

velocidad de detonación, presión de detonación, energía del explosivo,

sensibilidad, volumen de gases).

PARÁMETROS DE CARGA:

Son también variables controlables en el momento del diseño de la malla de

perforación y voladura, (diámetro del taladro, longitud del talado, confinamiento,

acoplamiento, densidad de carga, longitud de carga).