Optimización de Procesos de Perforación y Tronadura en Minería

Cálculos de Rendimiento y Longitud de Tiro

Rendimiento por Minuto y Hora

• Rendimiento 1: 0,40 m/min * 60 min/h = 24 m/h
• Rendimiento 2: 24 m/h * 7,5 h/turno = 180 m/turno
• Rendimiento 3: 0,38 m/min * 60 min/h = 22,8 m/h
• Rendimiento 4: 22,8 m/h * 7,5 h/turno = 171 m/turno
• Rendimiento 5: 0,58 m/min * 60 min/h = 34,8 m/h
• Rendimiento 6: 34,8 m/h * 7,5 h/turno = 261 m/turno

Cálculo de Longitud Total (Lt) y Pasadura (J)

La longitud total (Lt) se define como la suma de la altura del banco (H) y la pasadura (J).

Fórmula: Lt = H + J

Determinación de la Pasadura (J)

La pasadura se calcula como 8 veces el diámetro de perforación.

• Pasadura = 8 * Diámetro de perforación
• Diámetro de perforación = 9 7/8"
• Conversión a metros: 9,875" * 0,0254 m/pulgada = 0,250825 m
• Pasadura (J) = 8 * 0,250825 m = 2 metros

Cálculo de la Altura del Banco (H)

Conociendo la longitud total y la pasadura, podemos despejar la altura del banco.

• Lt = H + J
• 12 m = H + 2 m
• H = 12 m - 2 m = 10 m

Resumen de Longitudes

• Longitud de tiro con pasadura = 12 m
• Longitud de tiro sin pasadura = 10 m

Cuadro Resumen de Metros Perforados

Fórmula: LARGO DE TIRO * POZO = METROS

Metros perforados: 720 / 780 / 600 / 480 / 240 / 700 / 1456 / 1078 / 1260 / 1400 / 840 / 780 / 720

Total de metros perforados: 11054

Ejercicio Práctico: Planeamiento de Tronadura

Se nos ha solicitado realizar un planeamiento de tronadura con los siguientes datos:

• Densidad de la roca: 2,7 ton/m³
• Volumen a tronar: 1700 m³
• Burden (B): 2,3 m
• Espaciamiento (E): 1,2 * B = 1,2 * 2,3 m = 2,76 m
• Diámetro de perforación: 3"
• Velocidad promedio de perforación: 25 m/h
• Altura del banco (Hbanco): 5 m
• J (Sobreperforación): 10% (0,5 metros)
• Turno de trabajo: 1 turno día de 10 horas, con 7 horas efectivas.

Cálculos de Tronadura

1. Tonelaje Total por Pozo (Tt)

Fórmula: Tt = B * E * Hbanco * Densidad de roca

Tt = 2,3 m * 2,76 m * 5 m * 2,7 ton/m³ = 85,698 ton

2. Número de Pozos

Fórmula: N° de pozos = Volumen total / Tonelaje por pozo

N° de pozos = 1700 m³ / 85,698 ton/pozo ≈ 19,83 pozos. Se redondea a 20 pozos.

3. Carga Lineal de Explosivo (SL)

Fórmula: SL = (Diámetro de perforación en pulgadas)² * Densidad del explosivo * 0,507

SL = (3")² * 0,78 g/cm³ * 0,507 = 9 * 0,78 * 0,507 = 3,559 kg/m

4. Longitud de Tiro (Lt)

Fórmula: Lt = Altura del banco (H) + Pasadura (Ps)

Lt = 5 m + (0,5 * 2,3 m) = 5 m + 1,15 m = 6,15 m

Nota: El documento original indica J=10% (0,5 metros) pero luego utiliza (0,5 * 2,3 m) para la pasadura (Ps) en el cálculo de Lt. Se ha mantenido el cálculo explícito del documento.

5. Longitud de Columna Explosiva (Lce)

Fórmula: Lce = 2/3 * Lt

Lce = 2/3 * 6,15 m = 4,1 m

6. Carga de Columna Explosiva (Ccexpo)

Fórmula: Ccexpo = SL * Lce

Ccexpo = 3,559 kg/m * 4,1 m = 14,5919 kg/pozo

7. Factor de Carga (Fc)

Fórmula: Fc = Carga de explosivo por pozo / Tonelaje por pozo

Fc = 14,5919 kg/pozo / 85,698 ton/pozo = 0,1702 kg explosivo/ton roca

El Factor de Carga (Fc) es un dato lógico, ya que relaciona el peso del explosivo con el peso de la roca a fragmentar, y también se relaciona directamente con los costos de tronadura.

8. Tonelaje por Metro Barrenado (Tmb)

Fórmula: Tmb = Tonelaje total / (Altura del banco + Pasadura)

Tmb = 85,698 ton / (5 m + 1,15 m) = 85,698 ton / 6,15 m = 13,9346 ton/m barrenado

Nota: El valor original de Tmb en el documento (276,4227 ton/mb) parece ser un error o provenir de otro cálculo no mostrado. Se ha recalculado con los datos disponibles.

9. Tonelaje por Área de Perforación (Tap)

Fórmula: Tap = Tonelaje total / (Burden * Espaciamiento)

Tap = 85,698 ton / (2,3 m * 2,76 m) = 85,698 ton / 6,348 m² = 13,4999 ton/m²

Nota: El valor original de Tap en el documento (335,968 Ton/m²) parece ser un error o provenir de otro cálculo no mostrado. Se ha recalculado con los datos disponibles.

10. Metros Barrenados por Turno (Mbt)

Fórmula: Mbt = Velocidad promedio de perforación * Horas efectivas por turno

Mbt = 25 m/h * 7 h/turno = 175 m/turno

11. Costo de Perforación (Costo P)

Costo P = 15 US$/m barrenado * 276,4227 m barrenados = 4.146,3405 US$

Nota: El valor de 276,4227 se toma directamente del documento original para el cálculo del costo, asumiendo que representa los metros barrenados totales para un cierto volumen, a pesar de la inconsistencia de unidades en la definición de Tmb en el texto original.

12. Costo de Tronadura (Costo T)

Costo T = 0,40 US$/m² * 335,968 m² = 134,3972 US$

Nota: El valor de 335,968 se toma directamente del documento original para el cálculo del costo, asumiendo que representa el área total de perforación, a pesar de la inconsistencia de unidades en la definición de Tap en el texto original.

Conceptos Clave en Perforación y Tronadura

Tipos de Líneas de Tronadura

Las líneas de tronadura se clasifican según su función en el proceso:

• Línea de precorte: Se utiliza para proteger la cara del banco. Es una línea de corte inclinada, con bajas cargas y bajos tiempos de retardo. Generalmente, no se incluye en la producción.
• Línea de contorno y buffer: Se emplean para amortiguar el efecto de la tronadura en la pared de la mina. Por lo general, se utilizan dos o hasta tres líneas. La primera, más cercana a la pared del banco, tiene menor carga para los tiros de producción y menos espaciamientos.
• Línea de producción: Es el uso más masivo de explosivos, después de las líneas de buffer, para la fragmentación principal de la roca.

Principales Equipos de Perforación

• Perforadoras con martillo de fondo DTH (Down-The-Hole).
• Perforadoras con martillo de fondo OTH (Over-The-Hole).

Tipo de Perforación

El método repercutivo es un tipo de perforación que rota y percute, golpeando el martillo. Existen perforadoras neumáticas e hidráulicas, con diámetros de perforación que varían de 2 a 10 pulgadas.

Perforación y Tronadura (P y T) en el Ámbito Técnico y Productivo

• Ámbito técnico: Se refiere a la transformación del recurso (roca/mineral) mediante su fragmentación.
• Ámbito productivo: Constituye la primera operación del ciclo productivo en la mina.
• Proceso de perforación: Creación de cavidades donde serán alojadas las cargas explosivas y accesorios de iniciación.
• Proceso de tronadura: Liberación de energía mediante una reacción química (explosivo) que permite fragmentar la roca y desplazarla.

Selección y Requerimientos del Cliente

Los principales requerimientos del cliente incluyen:

• Diámetro de perforación
• Largo de perforación
• Rendimiento esperado

Principales Variables de Perforación

Las variables clave a considerar en la perforación son:

• Empuje
• Revoluciones por minuto (RPM)
• Velocidad de penetración
• Desgaste de elementos de perforación

Terminología Esencial en Tronadura

A continuación, se presenta una lista de términos importantes:

• Altura de banco: Altura vertical de la cara de la excavación.
• Carga de tiro: Cantidad de explosivo por pozo.
• Pata: Parte inferior del banco.
• Cara libre: Superficie de la roca expuesta hacia donde se dirige la voladura.
• Cresta: Parte superior del banco.
• Primera fila: Fila de pozos más cercana a la cara libre.
• Segunda fila: Fila de pozos detrás de la primera.
• Última fila: Fila final de pozos en una voladura.
• Cresta después de la tronadura: Borde superior resultante tras la voladura.
• Sobre quiebre: Exceso de fragmentación o daño más allá del límite deseado.
• Espaciamiento teórico: Distancia entre pozos en una misma fila.
• Burden teórico: Distancia entre filas de pozos.
• Distancia de la cara libre: Distancia desde el pozo a la cara libre.
• Diámetro del tiro: Diámetro del pozo perforado.
• Altura del taco: Longitud de material inerte sobre la columna explosiva.
• Altura columna explosiva: Longitud de la carga explosiva dentro del pozo.
• Pasadura: Longitud de perforación por debajo del nivel de la pata del banco.

Costos Asociados a la Perforación y Tronadura

Los costos de perforación y tronadura son factores críticos en la operación minera y dependen de diversas variables:

• Costos de perforación: Varían entre el 6% y 15% del costo total de la mina, con un rango de 6 a 15 US$ por metro barrenado (mb).
• Costos de tronadura: Varían entre el 8% y 14% del costo total de la mina.

Factores que Influyen en los Costos

• Dureza de la roca: Rocas más duras requieren mayor energía y tiempo de perforación.
• Condiciones geomecánicas del macizo rocoso: La estabilidad y características de la masa rocosa.
• Nivel de fracturamiento del terreno: La presencia de fracturas puede afectar la eficiencia de la perforación y la voladura.