Describimos el desarrollo de las pruebas con sistema de iniciación electrónica eDev, realizadas en Compañía Minera Suyamarca – Unidad Pallancata del Grupo Hochschild, estas pruebas se llevaron a cabo durante los meses agosto 2010, Diciembre 2010 y Enero 2011.
Los test fueron direccionados a realizar voladuras a frente completa y utilizando el sistema mixto con el actual sistema de iniciación que utilizaba la minera, la proporción en este escenario fue de 70/30 (70% Electrónico y 30% No eléctrico). Los parámetros técnicos evaluados en las pruebas fueron:
1. Avance efectivo por voladura.
2. Sobrequiebre y medias cañas.
3. Costos de extracción de material minado.
4. Costos de Perforación y Voladura.
Las ventajas técnicas encontradas en la utilización de este mix de productos son las siguientes:
A) Frente Completa
• Aumento en el número de medias cañas, que incrementó en 60% el mineral y 100% el desmonte.
• Aumento en el avance efectivo con incrementos de 50% mineral y 40% desmonte. Los avances logrados con la implementación del sistema de iniciación electrónico eDev se perfilan como el principal logro alcanzado.
• Reducción de fragmentación, lográndose reducciones en el índice P80 en 35% mineral y 43% desmonte.
• Aumento de velocidad de minado en 23% mineral y un 8% desmonte.
B) Frente Mixta
• Aumento de 18% en el avance efectivo por voladura pasando de 2.33 m (80.1%) en promedio en la línea base a 2.85 m (98.4%) en las pruebas con el mix de productos incrementando en 0.52 m por voladura.
• Disminución de un 22% en el sobrequiebre demostrado en el resultado de las áreas en el ByPass1400.
• Aumento de 166% en el número de medias cañas, obteniéndose en promedio 2.75 medias cañas en las pruebas de mix de productos v/s las 0.75 medias cañas analizadas en las 4 voladuras con sistema de iniciación tradicional.
• Disminución de la fragmentación en un 58% pasando de un P(80)LB=12cm, v/s P(80) eDev=7cm.
En base a estos resultados se realizó una simulación de costos, utilizando solamente los asociados a Perforación, Explosivo y Extracción obteniéndose una disminución de un 8% del costo total para un total de 206 m de túneles (correspondientes a la línea base analizada).
En conclusión la aplicación del Sistema Electrónico eDev representa una mejora en el proceso minero de Mina Pallancata aproximado a 45 metros mensuales de túnel lo que equivale en el aumento de producción cercano al 21.8%.
Objetivos
• Utilizar un mix de productos (Sistema de iniciación electrónica eDev más Sistema de iniciación No Eléctrico) y determinar mejoras que se logran en avance por disparo.
• Optimizar la secuencia de salida para mejorar la fragmentación en los túneles y controlar las vibraciones generadas por efecto del disparo.
• Demostrar la seguridad, flexibilidad operativa y mejora de resultados con el uso de detonadores electrónicos eDev (Sistema EBS).
• Obtener parámetros de sobrequiebre en la utilización de eDev v/s sistema convencional (Sistema No Eléctrico).
• Obtener un mayor avance y velocidad de minado del Scoop.
• Realizar gráficos de curvas granulométricas de distribución de fragmentación y determinar P(80) para cada caso analizado.
• Análisis técnico-económico que permitan visualizar las potenciales ganancias que tiene la utilización del mix de productos.
• Simular el desarrollo de un sector de la mina utilizando los beneficios que alcancen la utilización de los detonadores electrónico eDev v/s los obtenidos con un sistema tradicional (Sistema No Eléctrico).
Antecedentes
Frente Completa
El tipo de roca y la geología estructural del Nv.-1100 Norte hace que el avance en mineral no sea mayor a los 2 m, generando bajo rendimiento y sobrecostos, por lo que Suyamarca decide aplicar mejoras tecnológicas.
La decisión apunta a la aplicación del Sistema Electrónico eDev, detonadores especialmente diseñados para voladuras de desarrollo horizontal y rampas en operaciones subterráneas y obras civiles.
Frente Mixta
Los sectores analizados para el levantamiento de resultados de la línea base fueron: Rampa Santa Ángela, CX260, BP1400, CX192. Y los sectores donde se utilizó la iniciación electrónica fue el sector BP-1400, Rampa Santa Ángela y sumidero, CX192, CXNGal+70.
Línea base
Frente Completa
El levantamiento del caso base se construyó a partir de voladuras realizadas en mineral y desmonte. Todas las voladuras se realizaron en el nivel 1100 de la mina.
Diagrama de Perforación y Voladura
• Diagrama de Perforación
Los diagramas de perforación contaban con un número total de taladros entre 36 y 33 para sectores de mineral y desmonte, respectivamente; sin embargo, en algunas oportunidades se perforaban hasta 39 taladros en zonas altamente mineralizadas.
Para las voladuras en mineral se trabajó con el diagrama de perforación teórico mostrado en Fig. 1 y para las voladuras realizadas en desmonte el detalle del diagrama, también teórico, se observa en la Fig.2.
• Secuencia de Iniciación
En la Tabla 1 se observa las configuraciones de las secuencias de salida de los taladros utilizada para las voladuras iniciadas con sistemas no eléctricos. La configuración fue diseñada utilizando iniciadores LP.
• Configuración Carguío de Explosivos
En la configuración de todos los taladros se trabajó con explosivos tipo Emulsión Encartuchada 5000 (cebo) y Emulsión Encartuchada 3000 para la carga de columna.
La emulsión encartuchada utilizada en la columna de carga explosiva, Emulsión Encartuchada 3000, se aplica en las voladuras de rocas intermedias a duras, las que requieren de altas velocidades de detonación. Mientras que Emulsión Encartuchada 5000 se utiliza para el rompimiento de rocas extremadamente duras y por la alta presión de detonación de este producto, también es utilizado como un excelente medio para iniciar la columna explosiva (cebo). El diámetro de perforación implementado fue de 2”, en ambas configuraciones.
Resultados Caso Base-No eléctricos
• Resultados en Número de Medias Cañas, Avance efectivo y Velocidad de Minado
Los valores determinados para la velocidad de excavación y para el avance obtenido, fueron proporcionados por el cliente.
Los resultados que se observan en el caso de las medias cañas, señalan el daño provocado al contorno de la frente, concluyendo que la nula (0%) aparición de ellas nos señala un importante daño estructural al macizo rocoso, pérdida económica por dilución, temas cuantificables a través del levantamiento de 361 perfiles topográficos. Para el caso del avance, los avances obtenidos no superaron el 85%.
• Resultado en Fragmentación
La evaluación de la fragmentación fue realizada mediante la técnica de toma de fotografías con una escala conocida del material de las distintas voladuras evaluadas y luego procesadas con el software de análisis de fragmentación Powersieve de ORICA.
Se obtuvo:
• P80 promedio de 11.8 cm en las voladuras de mineral; y un tamaño característico de 7.7 cm.
• P80 promedio de 12.6 cm para las voladuras en desmonte, y un tamaño característico de 8.1 cm.
Simulación Distribución Energía Explosivo
• Criterio de Energía para romper la roca
Para evaluar el diseño se aplica el siguiente criterio de daño:
“Según estudio realizado por Bill Adamson, concluyó que cualquier nivel de energía que supera el nivel de 2.0 [Mj/ton] será adecuado para romper la roca, siempre cuando la secuencia de salida no perjudique la detonación del explosivo en cada carga”.
Considerando el criterio anterior y la configuración de cargas diseñadas, se realizó un análisis de distribución de energía a los diseños de diagramas teóricos mediante software JK Simblast 2D Face.
La densidad de la roca mineralizada es de 2.46 gr/cm3 y para desmonte este valor es de 2.25 gr/ cm3, ambos datos proporcionados por el cliente.
En ambos resultados se puede observar mayor factor de energía en la zona de arranque. Además, el perímetro de la frente también se ve bastante afectado, llegando a influir aproximadamente unos 0.8 a 1.0 m desde el contorno teórico hacia el exterior si consideramos el criterio antes señalado.
Frente Mixta
En esta segunda etapa del proceso de prueba del detonador eDev, se realizó un seguimiento de los resultados obtenidos en cuatro sectores de la mina (Rampa Santa Ángela, CX260, BP1400, CX192) con el fin de obtener el rendimiento en avance por disparo de un mes completo, se eligieron estos sectores por tener mayor cantidad de disparos en un mes y la similitud de la galerías en las pruebas de eDev del caso Frente Completa, obteniendo como resultado un 80.4% Avance por Disparo.
Sobrequiebre
Dentro de los parámetros fundamentales de medición es la sobreexcavación obtenida por disparo, ya que permite cuantificar el daño que se produce a las galerías realizando una comparación con el diseño teórico. En este aspecto se analizó solamente los resultados obtenidos en By Pass-1400 y se compararon con los resultados obtenidos con detonadores eDev. Mostrando un aumento de sobreexcavación del orden de un 22%.
Fragmentación
La fragmentación es usada en muchas minas como un indicador del comportamiento y calidad de la voladura.
Mejorar la fragmentación producto de la voladura trae grandes beneficios posteriores a esta operación con el minado, chancado y molienda, obteniendo mejores resultados en el costo global mina.
OMS cuenta con una herramienta computacional llamada Powersieve que permite procesar imágenes fotográficas del material disparado y construir curvas de distribución granulométrica característicos de la voladura.
Para la línea base se consideraron voladuras en los sectores de Rampa Santa Ángela, CX260, BP1400 logrando obtener el perfil granulométrico del sector, caracterizado a través del P(80)=12cm.
Sistema iniciación electrónico eDev
Descripción del Sistema eDev
• Metodología de la Operatividad del Sistema de Iniciación Digital eDev
• Reconocimiento de los detonadores en la frente, a través del Scanner.
• Amarre con cable conexión.
• Medición de continuidad y fuga con el Network Tester.
• Conexión, programación e iniciación con el Blast Box desde un lugar seguro.
En la operación eDev, se escaneaba según se realizaba el carguío. Se demostró lo conveniente del modo de asignación de retardos por número, ya que permite escanear antes de terminar el carguío de la frente.
Luego de escanear un detonador, este era identificado señalando en el conector la serie o número a la cual pertenecía.
Finalmente, cuando se terminaba el carguío, la totalidad de detonadores ya estaban reconocidos por el Scanner.
Previo al amarre al cable arnés de los detonadores, se procedía a la confirmación de la cantidad registrada de éstos y a la realmente existente en la frente a volar.
Una vez terminado el amarre, se medía la continuidad del cable de arnés y fuga en la malla utilizando el Network Tester, estando estos parámetros en condiciones, se conectaba el cable arnés al cable de disparo para su conexión con el Blast Box (ver Foto 3).
Finalmente la señal “Fire” se activaba desde un lugar seguro, utilizando la tecnología del Blast Box. La utilización del Sistema de Iniciación Electrónica eDev, permitió estar en condiciones de quema a los 10 o 15 minutos de terminado el carguío.
• ShotPlus-T eDev Blast Designer
Es un sofisticado software de diseño de voladuras para el desarrollo de túneles, el cual, permite diseñar las voladuras desde la oficina, donde finalmente, se descargará la información al Scanner.
ShotPlus-T permite una fácil y rápida operación en la frente, además de entregar variada información de la voladura, tales como: factores de carga, información de perforación, relación de vacío, etc.
Visualización:
• Análisis de secuencia de salida e isotiempos.
• Dirección del movimiento del material volado.
• Probabilidad de acoplamiento.
• Análisis del burden de alivio.
• Análisis del Break-out.
Frente Completa
El desarrollo de las pruebas con detonadores electrónicos eDev, se construyó a partir voladuras realizadas en dos tipos de frentes: roca con mineral y roca de desmonte en by pass del Nv 1100.
Tiempos y Geometrías de Inicio
• Secuencia de Iniciación eDev
El rango de tiempos que nos permite utilizar el Sistema eDev: de 0 a 10000 ms con diferencia de 1 ms, y la mínima dispersión que presentan, nos permite optimizar los tiempos a utilizar y disparar taladro a taladro, mejorando así la fragmentación y disminuyendo la vibración.
En la Tabla 9 presentamos los retardos de los tiempos, implementados en el scanner, que se usaron tanto para la zona mineral como para el desmonte:
Efectivamente por el tipo de roca y geología estructural, es que se decide utilizar dichos tiempos a partir del tercer disparo, buscando el ir optimizando constantemente, voladura a voladura, los resultados de las pruebas, en todos los aspectos posibles.
• Secuencia de Iniciación I: Taladros de arranque diferenciados entre sí por 200 ms, continuando con un tiempo de 100 ms para los taladros de ayuda. Luego se inician los taladros de las cajas, siguiendo con los de corona iniciados todos con el mismo tiempo de salida y finalmente los de piso.
• Secuencia de Iniciación II: Los tiempos de salida de los taladros de arranque se inician con un retardo de 300 ms, sigue la secuencia determinada cantidad de taladros de ayuda con un tiempo de 200 ms, para continuar con 150 ms de los taladros siguientes. Los tiempos de salida de los taladros de corona siguen la secuencia separados por 5 ms entre ellos. Finalmente los taladros del piso se inician con 100 ms entre ellos.
•Secuencia de Iniciación III: En la voladura hibrida, los taladros de arranque se iniciaron con un retardo de 200 ms, los taladros de ayuda con 150 ms y luego con 100 ms. La secuencia de salida de los taladros de ayuda es finalizada con iniciadores no eléctricos. Los taladros del perímetro y de la corona son iniciados con detonadores electrónicos, secuenciados con un tiempo de 5 ms de retardo entre ellos.
Frente Mixta
El desarrollo de las segundas pruebas con detonadores electrónicos eDev se llevó a cabo durante diciembre 2010 y enero 2011.
Avance Efectivo con eDev.
Estas pruebas abordaron 5 sectores (BP-1400, Rampa Santa Ángela y sumidero,CX192, CXNGal+70).
Fragmentación
Para el análisis de fragmentación con detonadores eDev, se analizaron un promedio de 30 fotografías tomadas en cada una de las pruebas realizadas, obteniendo como resultado un P(80)=07cm.
Resultados
Frente Completa
Las voladuras realizas con Sistema de Iniciación Electrónico eDev, reflejan importantes mejoras en los principales parámetros técnicos informados por el cliente y por datos recolectados por personal ORICA. Dentro de estas mejoras consideramos:
• El aumento en la visualización de las medias cañas de los taladros de corona. En los casos bases se observaba el 0%, en cambio en las voladuras electrónicas se llegó a observar el 100% de ellas, en zonas con desmonte. Para las voladuras realizadas en mineral, se logró a visualizar hasta un 60% en voladuras con detonadores eDev, considerando el 0% de observación de medias cañas en los casos bases.
• El avance efectivo logrado en cada voladura aumentó desde los 2 metros obtenidos con sistema convencional a un 100% de eficiencia (3.0 m), en zonas mineralización, según información entregada por la propia unidad operativa (ver grafico 4, Foto 7). Mientras que en los casos de desmonte, el avance efectivo logrado también alcanzó un 100% en su rendimiento.
• Se observa un mejoramiento significativo en el rendimiento del equipo de carguío En los casos de las voladuras en mineral, se alcanzó un aumento de la velocidad de minado de 18% y en los casos de voladuras en desmonte, ésta alcanzó el 7%.
De los análisis de fragmentación, podemos concluir:
• El P80 obtenido en voladuras eDev promedió 7.5 cm, mientras que el obtenido en el caso base fue cercano a los 13 cm.
• Aumento de un 50% en el P80 obtenido en las voladuras de mineral iniciadas con eDev, por sobre las iniciadas convencionalmente.
• Aumento de un 63% en el P80 obtenido en las voladuras de desmonte iniciadas con eDev, por sobre las iniciadas convencionalmente.
Frente Mixta
Las voladuras realizas con el mix de productos de Sistema de Iniciación Electrónico eDev 70%) y No Eléctricos (30%), reflejan importantes mejoras en los principales parámetros técnicos informados por el cliente y por datos recolectados por ORICA en la mina. Dentro de estas mejoras, destacamos:
• Aumento de un 18% en el avance efectivo por voladura pasando de un 2.33 m en promedio en la línea base a un 2.85 m en las pruebas con el mix de productos incrementando en 0.52 m por voladura.
• Disminución de un 22% en el sobrequiebre demostrado en el resultado de las áreas en el ByPass1400 además se obtiene un promedio 2.75 medias cañas en las pruebas de mix de productos v/s las 0.75 medias cañas en el proceso tradicional.
• Disminución de la fragmentación en un 58% pasando de un P(80)LB=12 cm, analizado en las 4 voladuras de línea base v/s P(80)eDev=7cm analizados en las 11 voladuras de prueba.
Análisis Técnico – Económico
Dentro de los resultados más influyentes obtenidos en las pruebas con detonadores eDev citados anteriormente, se considera el avance efectivo.
Frente Completa
Suponiendo un desarrollo horizontal de 1.000 metros utilizando detonadores electrónicos e-Dev, podemos hacer estimaciones de algunos beneficios derivados del mejoramiento del avance desde un 67% a un 100% de las voladuras de mineral.
• Aumentar la velocidad del avance global del proyecto. Debido a esto, la duración de total del desarrollo de un trabajo de tunelería (para el caso del análisis 1.000 m) corrido con eDev, podría disminuir en dos meses.
• Para poder lograr una corrida de 1.000 m con iniciadores no eléctricos, se deben realizar 500 voladuras; mientras que con detonadores electrónicos eDev se reducen a 333. Esta diferencia se traduce en 167 voladuras menos requeridas.
• Los metros perforados necesarios para correr esa misma longitud, se ven disminuidos en 18,000 metros lineales perforados, esto un 33%, por consecuencia los costos asociados a este parámetro también generan un beneficio económico.
• Los 167 disparos no realizados generan una baja de costos en 33%.
• Se obtuvo una importante mejora en el rendimiento del equipo de extracción del material, podemos concluir que un mejor rendimiento del equipo y un más eficiente ciclo de extracción del material volado generaría beneficios económicos interesantes no mapeados en este trabajo.
• Considerando el 100% de avance efectivo logrado con eDev y un 67% para los casos bases, se pueden calcular los costos generados citados en la siguiente tabla.
Estos resultados fueron determinados en base a costos de benchmarking en unidades subterráneas de similares características que la unidad Pallancata, la tendencia indica un ahorro de 33%.
Frente Mixta
Del mejoramiento del contorno, podemos observar los resultados mostrados en la Tabla 14, un área de sección menor y un perímetro de contorno también en baja.
Consecuentemente, los costos derivados de estos resultados técnicos como el costo de extracción de material disminuye en un 12% y los asociados a fortificación en general disminuyen en un 5%.
Costo de Explosivo por metro
Para el cálculo del costo de los accesorios de voladura y explosivos, se utilizó información totalizada por la mina Pallancata, observándose que al utilizar el mix de producto y en base al avance esperado, se tiene un aumento en el costo del explosivo de 56.3UDS/m de túnel lo que equivale a un 21% extra del valor estándar.
Costo perforación por metro de avance
Para el costo de perforación, se utilizó valores de benchmarking manejados en otros contratos similares subterráneos, y de acuerdo al avance esperado se obtiene una disminución de 23 USD/m de Túnel equivalente a una disminución en el costo de 18.2% en este ítem.
Costo de Extracción por metro de Avance
En el costo de extracción de mineral también se utilizaron valores de contratos subterráneos similares, se estimaron los rendimientos observados en las pruebas anteriores, con esto se consigue una disminución en el costo por metro de avance de 42.9USD/m equivalente a una disminución del 22% en el costo de la extracción del material volado.
Costo Global
Para el costo Global se utilizaron solamente ítems de Perforación, Voladura y Extracción de material volado, se simuló un mes en 4 sectores y en base a los resultados obtenidos se logra una disminución en la cantidad de voladuras pasando de 88 voladuras mensuales a 72, esto equivale a una disminución de 16 voladuras un 18%.
El costo Global alcanzado de los ítems mencionados disminuye en 11.046 USD equivalente a una disminución del 8%, esto solamente considerando 3 ítems en el proceso, dejando afuera ítem no valorizados en esta simulación como fortificación, servicios, mano de obra, etc.
Publicado en la revista Seguridad Minera n° 95. Escrito por Fidel Torres Inga, Superintendente Mina Pallancata; Wilder Gonzales Cipriano, Consultor Técnico UG Senior y William Tapia Latorre, Business Development & UG Manager.
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