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Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y matemáticas Departamento de Ingeniería de Minas Informe de Fundamentos de Tecnología Minera. MI4070 Parte I Perforación y Tronadura Nombre : Eduardo Agüero. Rodrigo Carrasco. Hernán Latorre. Jaime Rovegno. Profesor : Raúl Castro R. Auxiliar : Diego Olivares B. María Valencia V.

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Universidad de ChileFacultad de Ciencias Fsicas y matemticasDepartamento de Ingeniera de Minas

Informe de Fundamentos de Tecnologa Minera.MI4070Parte IPerforacin y Tronadura

Nombre:Eduardo Agero.Rodrigo Carrasco.Hernn Latorre.Jaime Rovegno.

Profesor:Ral Castro R.

Auxiliar:Diego Olivares B.Mara Valencia V.

Ayudante:Camila Contreras.Mara Camila Grigaliunas.

Fecha de entrega:20-04-2015

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ResumenA continuacin se presentan las operaciones unitarias de perforacin y tronadura para la mina de hierro Kiruna, la cual utiliza el mtodo de Sublevel Caving con una produccin de 27 millones de toneladas al ao. Las caractersticas ms importantes del cuerpo mineralizado vienen dadas por su riqueza en magnetita de alta ley y ancho promedio de 80 [m] (teniendo un mximo de 100 [m] en algunas zonas), longitud de 4 [km] y una profundidad cercana a los 1500 [m] en direccin del buzamiento. Para el diseo de diagrama de disparos de produccin, se considera el diagrama para la socavacin del hundimiento de la roca. Se considera un dimetro perforacin de 0.115 [m], densidad de explosivo 1,200 [kg/m3] y densidad de roca 4.6 [t/m3], obteniendo un burden 2.95 [m] y espaciamiento 3.84 [m]. Se determinaron 12 tiros con una longitud total 314.79 [m]. En el diagrama de disparos de avance se consideran galeras de 7 [m] x 5 [m]. Los parmetros utilizados son el dimetro perforacin de 0.045 [m], densidad de explosivo 1200 [kg/m3] y densidad de roca 4.6 [t/m3], adems un dimetro tiro hueco de 0.2 [m]. Resultando 12 tiros en la rainura, 8 tiros en la zapatera, 10 tiros en pared, 14 tiros en techo y 9 tiros de caja, adems de 107 [kg] de explosivo en rainura, 472.8 [kg] de explosivo en la frente y 285.7 metros barrenados.El rendimiento de perforacin para avance en tiros de caja es de 4,088.48 [m/da] y tiro hueco 206.98 [m/da], mientras que para tiro de produccin es de 1,032.94 [m/da]. Se determin 3 equipos para produccin y 1 equipo para desarrollo de avance. Para costos de inversin se considera la compra de un equipo extra para avance para la utilizacin de el ante una posible falla no programada. Se obtiene un total de 90 trabajadores de forma mensual, haciendo supuestos de que son 3 turnos de 8 horas y del tipo 7x7.El costo total de operacin y tronadura result de 2.91 [US$/ton] considerando costos mano de obra, operacional de perforacin, tronadura y capital.Los costos reflejan que hay gasto importante en la operacin unitaria de tronadura, especficamente en explosivo, por lo que es un punto importante a considerar al momento de evaluar los costos. Por ello al realizar un anlisis de cantidad de tiros v/s Factor de carga se pueden realizar ajustes importantes en los costos de la operacin. Contenido

1Introduccin12Antecedentes32.1Ubicacin e historia32.2Geologa del depsito mineral42.3Mtodo de explotacin Sublevel Caving52.4Caractersticas de la Explotacin en Kiruna63Marco Terico:93.1Equipos.93.1.1Perforacin frontal.93.1.2Perforacin Radial.103.1.3Herramientas de perforacin.103.2Insumos de Tronadura.123.3Perforacin y Tronadura.133.3.1Arranque de mineral.133.3.2Diagrama de disparo de produccin (Radiales)133.3.3Diagrama de disparo de avance153.3.4Calculo de carga lineal de cada explosivo163.3.5Clculo de avance por tiro173.3.6Calculo de Rainura173.3.7Calculo zapatera.193.3.8Calculo tiros contorno203.3.9Tiros de caja.213.3.10Clculo de rendimiento de perforacin223.3.11Estimacin de nmero de equipos233.3.12Factor de carga.243.3.13Estimacin de costos de perforacin y tronadura243.3.14Parmetros para eleccin de explosivo a utilizar244Resultados264.1Perforacin y Tronadura.264.1.1Calculo carga lineal del explosivo264.1.2Calculo de diagrama de disparo de produccin264.1.3Calculo de diagrama de disparo de avance304.1.4Estimacin de rendimiento de perforacin344.1.5Estimacin de nmero de equipos radiales.354.1.6Factor de carga.374.1.7Estimacin de la dotacin de personal374.1.8Clculo de costo de perforacin y tronadura384.1.9Perfiles415Anlisis de resultados y conclusiones446Bibliografa.467Anexos487.1Catalogo Emulsin Kimulux 82.48

ndice de FigurasFigura 1: Ubicacin mina Kiruna3Figura 2: Distribucin geolgica distrito Kiruna, con depsitos adyacentes4Figura 3: Avance de la mina a travs de los aos6Figura 4: Corte longitudinal mina Kiruna7Figura 5: Vista en la superficie mina Kiruna8Figura 6: Jumbo Boomer E2.9Figura 7: Martillo COP1638+9Figura 8: Simba W6C.10Figura 9: Bits de Tungsteno.10Figura 10: Barras de acero.11Figura 11: Coplas de acero.11Figura 12: Culatn de acero.11Figura 13: Detonador electrnico.12Figura 14: Cordn detonante.12Figura 15: Distribucin de tiros en un frente de avance.13Figura 16: zonas en un frente de avance.15Figura 17: Tipo de explosivo a utilizar segn las propiedades de la roca.25Figura 18: Velocidad de detonacin relacionada con la densidad de la roca.25Figura 19: Geometra del rea de produccin.27Figura 20: Diagrama de produccin29Figura 21: Diagrama de avance34Figura 22: Vista en planta de una seccin de la mina Kiruna por Sublevel Caving.41Figura 23: Vista transversal en direccin Este-Oeste por SubLevel Caving.42Figura 24: Vista longitudinal en direccin Norte-Sur, por SubLevel Caving.43Figura 25: Catalogo Emulsin Kimulux 82.48

ndice de TablasTabla 1: Datos del explosivo a utilizar (Kimulux 82).26Tabla 2: Parmetros de perforacin radial.26Tabla 3: Datos del diagrama de disparo de la produccin.28Tabla 4: Parmetros del diagrama de avance.30Tabla 5: Parmetros de la rainura.31Tabla 6: Parmetros de la zapatera.31Tabla 7: Parmetros del techo.32Tabla 8: Parmetros de la pared.32Tabla 9: Parmetros de la caja.32Tabla 10: Parmetros diagrama de avance.33Tabla 11: Parmetros rendimientos de perforacin.35Tabla 12: Nmero de equipos para produccin.36Tabla 13: Nmero de equipos para avance.36Tabla 14: Factores de carga calculados.37Tabla 15: Dotacin de personal.37Tabla 16: Costos mano de obra.38Tabla 17: Parmetros de equipos de perforacin.38Tabla 18: Costos operacionales de perforacin.39Tabla 19: Costos de accesorios de tronadura por frente.39Tabla 20: Costos de Explosivos.39Tabla 21: Costos de tronadura.40Tabla 22: Costo por equipo.40Tabla 23: Costos de capital.40Tabla 24: Costos totales por tonelada de mineral perforado y tronado.40

ndice de EcuacionesEcuacin 1: Clculo de burden y espaciamiento13Ecuacin 2: Factor de carga14Ecuacin 3: Relacin entre burden y espaciamiento.14Ecuacin 4: Calculo de burden.14Ecuacin 5: Taco mnimo.15Ecuacin 6: Taco medio.15Ecuacin 7: Taco mximo.15Ecuacin 8: Fuerza del explosivo.16Ecuacin 9: Relacin de la fuerza del explosivo con ANFO.16Ecuacin 10: Factor de carga lineal.16Ecuacin 11: Avance terico.17Ecuacin 12: Avance real.17Ecuacin 13: Burden del primer cuadrante.17Ecuacin 14: Espaciamiento del primer cuadrante.17Ecuacin 15: Carga lineal necesaria en el primer cuadrante.17Ecuacin 16: Espaciamiento en el cuadrante i.18Ecuacin 17: Burden en el cuadrante i+118Ecuacin 18: Carga lineal necesaria en el segundo cuadrante.18Ecuacin 19: Carga lineal necesaria en el tercer cuadrante.18Ecuacin 20: Burden de la zapatera.19Ecuacin 21: Nmero de tiros en la zapatera.19Ecuacin 22: Espaciamiento en la zapatera.20Ecuacin 23: Carga a fondo.20Ecuacin 24: Porcin del tiro cargado.20Ecuacin 25: Taco.20Ecuacin 26: Espaciamiento en el techo.20Ecuacin 27: Carga lineal solicitada en el techo.20Ecuacin 28: Nmero de tiros en el techo.21Ecuacin 29: Burden mximo en la pared.21Ecuacin 30: Nmero de tiros en la pared.21Ecuacin 31: Burden de los tiros de caja.21Ecuacin 32: Rendimiento de perforacin (metros en un mes).22Ecuacin 33: Velocidad de avance.22Ecuacin 34: Energa de avance.23Ecuacin 35: Nmero de frentes.23Ecuacin 36: Metros requeridos de perforacin.23Ecuacin 37: Nmero de equipos en produccin.24Ecuacin 38: Nmero de equipos en el avance.24Ecuacin 39: Factor de carga (kilos de explosivo por tonelada de mineral tronado).24Ecuacin 40: Costos totales.24

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IntroduccinEn el presente informe se desarrollan las operaciones unitarias de perforacin y tronadura para la mina de hierro Kiruna. La mina diseada es la mina de hierro ms grande del mundo y la segunda mina subterrnea a nivel mundial luego de El Teniente, Chile. Kiruna est ubicada en el norte de Suecia y est dentro del crculo polar rtico.La mina ha sido explotada por ms de 100 aos, siendo en sus inicios explotada a rajo abierto, pero en la actualidad se utiliza el mtodo de Sublevel Caving, con lo que alcanza una produccin de 27 millones de toneladas al ao.El arranque de mineral es el proceso de separar (arrancar) fsicamente la roca o mineral de la corteza terrestre. Esta operacin consta de dos sub-operaciones, perforacin y tronadura, y son las que dan inicio al proceso de produccin en una mina. En la perforacin se generan volmenes huecos en donde se ponen y confinan explosivos. Durante la tronadura se detonan los explosivos y se utiliza su energa para fragmentar la roca con una granulometra deseada.Los objetivos generales que se busca alcanzar en la realizacin de las actividades son: Utilizar conocimientos del curso al estudio de casos reales. Familiarizarse con datos, ndices y parmetros tpicos de operacin en la industria. Encontrar y resolver problemas que se pueden encontrar en una operacin minera, principalmente en perforacin y tronadura en este caso. Hacer un anlisis comparativo de lo que se desarroll en este informe con la faena real.Los requerimientos especficos del desarrollo de perforacin y tronadura son: Clculo de diagrama de disparo de produccin Clculo de diagrama de disparo de avance Clculo de rendimientos de perforacin Estudio de la fragmentacin resultante a partir de modelos vistos en clases Estimacin de nmero de equipos de perforacin de produccin y avance Clculo de costo de perforacin [US$/ton] Clculo de costo de tronadura [US$/ton] Estimacin de consumo de explosivo [kg de explosivo/ton] Estimacin de la dotacin de personal (perforacin y tronadura) Disear plantas y perfiles esquemticos del mtodo de explotacin

AntecedentesA continuacin se contextualizar sobre el tipo de depsito mineral, las operaciones y aspectos ms importantes con respecto a la Mina Kiruna.Ubicacin e historiaLa Mina Kiruna est ubicada en Suecia, provincia de Norrbotten, inmediato a la ciudad que lleva el nombre Kiruna.En un principio, el desarrollo minero fue a rajo abierto hasta que en la dcada de los aos 60s, se efectu la transicin a minera subterrnea, para llegar a convertirse hoy en da en la mina subterrnea de mineral de hierro ms grande y ms moderna del mundo.En la actualidad la produccin de esta mina alcanza los 27 millones de toneladas anuales (75,000 [tpd] aproximadamente), lo que convierte a su empresa fundadora LKBA (Luossavaara-Kirunavaara AB) en una de las mayores productoras de mineral de hierro a nivel mundial. En la figura 1 se presenta en un mapa la ubicacin geogrfica de la mina Kiruna:

Figura 1: Ubicacin mina KirunaGeologa del depsito mineralEl depsito Kiruna es parte del distrito Kiruna el que incluye adems los depsitos Rektom, Haukivaara, Luossavaara, Per Geijer Henry, Toulluvaara y Nukutusyaara, lo que se observa en la figura 2:

Figura 2: Distribucin geolgica distrito Kiruna, con depsitos adyacentesEl depsito presenta un rumbo Norte con buzamiento entre 50 y 70 hacia el Este. Con un ancho promedio de 80 [m] (teniendo un mximo de 100 [m] en algunas zonas), longitud de 4 [km] y una profundidad cercana a los 1,500 [m] en direccin del buzamiento. Kiruna es uno de los depsitos de xidos de hierro con ms grandes contenidos de magnetita, aproximadamente 2 billones de toneladas mtricas de magnetita.La roca caja est compuesta de riolita alcalina, tachyte, flujos de cenizas tachyandesite y flujos de lava, con rocas intrusivas que gradan hacia arriba en una secuencia sedimentaria continua.Las rocas de la pared yacente (foot wall) son lavas traquiandesticas que se les llama prfidos sienita y la composicin original de la roca ha sido modificada por alteracin secundaria. Estos se sobreponen por ignimbritas riodacticas sobre la pared colgante (hanging wall) que normalmente se les llama prfidos de cuarzo.El grupo de prfidos y minerales de hierro han sido regionalmente metamorfoseados con la preservacin de las estructuras primarias y texturas. Minerales como clorita, epidota, zoisita, albita y actinolita en las rocas mficas indican facies de esquistos verdosos.Mtodo de explotacin Sublevel CavingEl mtodo SLC se utiliza generalmente cuando los cuerpos mineralizados son de forma tabular, verticales o subverticales, de grandes dimensiones, tanto en espesor como en su extensin vertical. La roca mineralizada debe presentar condiciones de competencia solo suficientes para que las labores emplazadas en ella permanezcan estables con un mnimo de elementos de refuerzo.La roca circundante, o ms especficamente la superpuesta, debe ser poco competente, de modo que se derrumbe con facilidad ocupando el vaco dejado por la extraccin de la roca mineralizada. Adicionalmente es importante que la roca mineralizada y el material estril de la pared colgante sean diferenciables y separables, con el fin de evitar la dilucin.El principio general del concepto de mtodo por hundimiento implica que el material estril superpuesto se derrumba y rellena el vaco que va dejando la extraccin del cuerpo mineralizado. Este proceso se debe propagar hasta la superficie, creando as una cavidad (subsidencia).El mtodo consiste en dividir el cuerpo mineralizado en subniveles, las galeras de un subnivel se ubican al medio de las galeras superior e inferior. De este modo, toda la seccin mineralizada queda cubierta por una malla de galeras dispuestas en una configuracin romboidal.Las operaciones de arranque, carguo y transporte del mineral, se realizan a partir de estos subniveles en una secuencia descendente.Para los desarrollos hay una rampa o pique que comunica y permite el acceso a todos los subniveles. Hay galeras de cabecera en cada uno de los subniveles, emplazadas en la roca yacente (foot wall), por lo general orientadas segn el rumbo y siguiendo el contorno del cuerpo mineralizado. La mayor parte de los desarrollos del mtodo corresponden a las galeras de arranque y extraccin del mineral en todos los subniveles, segn la disposicin anotada anteriormente. Adicionalmente, se construyen piques de traspaso que conectan a todos los subniveles y que permiten la evacuacin del mineral arrancado hacia un nivel de transporte principal.La operacin de arranque se inicia en el subnivel superior, en retroceso desde el lmite ms alejado o pendiente (hanging wall) del cuerpo mineralizado hacia el lmite yacente (foot wall). Desde cada galera del subnivel se perforan tiros hacia arriba, segn un diagrama en abanico que cubre toda la seccin de roca de forma romboidal ubicada inmediatamente encima. La longitud de los tiros es variable. La perforacin se realiza anticipadamente como una operacin continua e independiente de la tronadura.Caractersticas de la Explotacin en KirunaTal como se ha mencionado, la mina Kiruna es explotada mediante el mtodo de Sublevel Caving en la actualidad. Sin embargo, en sus inicios la explotacin minera se inici mediante el mtodo a rajo abierto. En la figura 3 se presenta un esquema del avance de mina conforme a los diferentes aos de operacin y las profundidades respectivas que se han alcanzado en la operacin.

Figura 3: Avance de la mina a travs de los aosSe tienen distintos subniveles, para el caso de Kiruna separados a 28.5 [m]. En cada subnivel se desarrolla una red de galeras paralelas que cruzan transversalmente el cuerpo. En Kiruna, las distancias entre galeras paralelas es de 25 [m].En la mina Kiruna, la galera de cabecera es en direccin Norte. Para el nivel de transporte principal se tiene un tren para llevar el mineral hasta la estacin de chancado.Las longitudes de los tiros que se alcanzan en Kiruna son del orden hasta de 48 [m]. El dimetro de perforacin en Kiruna es de 115 [mm], empleando un equipo Simba W469 con un Top Hammer Wassara W100.El desarrollo de la mina se da a travs de una serie de galeras de avance de dimensiones 7 [m] de ancho x 5 [m] de alto; en cuya parte final se construye una chimenea como cara libre para la tronadura. Todas estas galeras de avance estn conectadas por galeras de cabecera (de iguales dimensiones) donde se encuentran piques de traspaso para envo del mineral al nivel de transporte, el cual se realiza mediante un tren que lleva el mineral hasta una estacin de chancado que garantiza tamaos para el paso posterior de elevacin del mineral a superficie y envo a la planta.A travs de las galeras de avance, se perforan tiros radiales con una inclinacin de 80 con burden de 3 [m] y dimetros de perforacin de 115 [mm].En la figura 4 se muestra un corte longitudinal de la operacin general en Kiruna:

Figura 4: Corte longitudinal mina Kiruna

La mina Kiruna se divide en 10 reas de trabajo de 400 [m] x 500 [m] y 10 subniveles. Adems cada rea de produccin est compuesta por 16 galeras y 4 piques de traspaso. El nivel de transporte se ubica en la cota 1,045 [m] y en 2,012 [m] se terminaron los trabajos para el nuevo nivel entre 1,045-1,365 [m].Actualmente los habitantes de la ciudad de Kiruna se han trasladado a otras localidades puesto que debido a los trabajos realizados en la mina, se cre un crter debido a la subsidencia de la roca, como se muestra en la figura 5 a continuacin:Figura 5: Vista en la superficie mina Kiruna

Marco Terico:Equipos.Para la realizacin de la perforacin y su posterior tronadura se requieren equipos para perforacin frontal en el avance y equipos de perforacin radial en la produccin, cada uno de los equipos mencionados mas sus herramientas se describirn a continuacin: Perforacin frontal.Para la perforacin frontal se utiliza un equipo JumboBoomer E2 de Atlas Copco mostrado en la figura 6.

Figura 6: Jumbo Boomer E2.Se utiliza un martillo hidrulico COP1638+ de Atlas Copco mostrado en la siguiente ilustracin.

Figura 7: Martillo COP1638+Cuya potencia es de 16 [kW] y un consumo de agua de 35-120 [l/min].Perforacin Radial.Para la perforacin radial se utiliza un equipo Simba W6C de Atlas Copco, el cual se aprecia en la siguiente figura.

Figura 8: Simba W6C.Para este equipo se utiliza el martillo hidrulico COP1838+, que es equivalente al de la figura 8, con la diferencia de que la potencia del martillo es 18[kW] y su consumo de agua es 50 [l/min].Herramientas de perforacin. Bits de Tungsteno: Se utilizan bits de 45 [mm], 76 [mm] y 102[mm] de dimetro. El primero se utiliza para los tiros cargados de avance, el segundo para los tiros cargados de produccin y el tercero para el tiro hueco de la rainura.

Figura 9: Bits de Tungsteno.

Barras de acero: Se utilizan para realizar la perforacin del largo requerido, pudiendo aumentar stos segn sea el tipo de perforacin.

Figura 10: Barras de acero. Coplas de acero: Se usan para acoplar las barras, otorgando una mayor eficiencia en la perforacin.

Figura 11: Coplas de acero. Culatn de acero: Entrega mayor resistencia y confiabilidad al equipo, para que desarrolle la perforacin.

Figura 12: Culatn de acero.

Insumos de Tronadura.Como principal insumo para la tronadura se tienen las emulsiones, las cuales se escogieron debido a la presencia de agua en el yacimiento, por lo que el ANFO, quedara inutilizable. Kimulux 82: Es utilizado en los tiros de avance y en los tiros de produccin.Adems, se necesitan implementos para llevar a cabo la tronadura, como lo son el cordn detonante y sistema electrnico de detonacin. Detonador Electrnico: Se utiliza para activar la emulsin. Se elige el sistema Ikon de la empresa Orica.

Figura 13: Detonador electrnico. Cordn detonante: Permite propagar la seal desde el punto donde se ejecuta la seal de detonacin al explosivo. Se elige el modelo Cordtex de la empresa Orica.

Figura 14: Cordn detonante.Perforacin y Tronadura.A continuacin se presentan las ecuaciones necesarias a utilizar para el clculo del diseo y desarrollo de arranque de mineral.Arranque de mineral.A continuacin se muestra una distribucin tpica de tiros en una frente de avance en desarrollo minero subterrneo.

Figura 15: Distribucin de tiros en un frente de avance.Dnde:E: Espaciamiento.Bi: Burden.Ai: Espaciamiento en Rainura del cuadrante i.

Diagrama de disparo de produccin (Radiales)Para calcular los diagramas de disparo de produccin se utiliza el mtodo de disparos radiales (AECI), el cual involucra las siguientes ecuaciones:

Ecuacin 1: Clculo de burden y espaciamiento

Dnde:B:Burden.S:Espaciamiento.L:Largo de la columna explosiva [m].Mc:Factor de carga .H:Largo medio de perforacin radial [m].K:Factor de carga del explosivo ].

La frmula para calcular el factor de carga est dada por la ecuacin 2, la cual depende de la densidad del explosivo a utilizar:

Ecuacin 2: Factor de cargaPor otra parte la relacin entre el burden y el espaciamiento est dada por la ecuacin 3:

Ecuacin 3: Relacin entre burden y espaciamiento.Para el desarrollo de este diseo, es necesario imponer que el largo de la columna explosiva posee el mismo valor que el largo medio de la perforacin radial, por ende la relacin L/H es 1. Con ello, podemos obtener la siguiente relacin entre el espaciamiento y burden:

Ecuacin 4: Calculo de burden.Finalmente, el largo del taco se expresa en funcin del dimetro de la perforacin, existiendo 3 tipos de tacos los cuales se van poniendo alternadamente a lo largo de la perforacin.

Las ecuaciones para los tacos estn dadas por:

Ecuacin 5: Taco mnimo.

Ecuacin 6: Taco medio.

Ecuacin 7: Taco mximo.Diagrama de disparo de avanceLa frente de disparo est compuesta por diversas zonas, las cuales se pueden ver en la siguiente ilustracin:

Figura 16: zonas en un frente de avance.Con el fin de calcular el diagrama de disparo de avance, se determinar la cantidad de perforaciones necesarias, la disposicin espacial de los tiros y la cantidad de explosivo a utilizar en ellos. A continuacin se presentan las ecuaciones y clculos necesarios para cada zona de la frente.

Calculo de carga lineal de cada explosivoLa ecuacin 6 relaciona la facilidad de la tronadura del macizo rocoso con respecto a la fuerza del explosivo:

Ecuacin 8: Fuerza del explosivo.Dnde:S:Fuerza relativa a un explosivo de referencia.Qv:Energa explosiva de 1 kg del explosivo utilizado.Qvo:5 [MJ], energa explosiva de 1kg del explosivo de referencia.V:Volumen del gas a STP generado con 1 kg del explosivo utilizadoV0:850, volumen del gas a STP generado con 1 kg del explosivo de referencia.

Luego se genera la relacin con respecto al ANFO:

Ecuacin 9: Relacin de la fuerza del explosivo con ANFO.

Se establece la carga lineal asociada a cada cartucho

Ecuacin 10: Factor de carga lineal.

Con dimetro de la perforacin.

Clculo de avance por tiroEl avance terico viene dado por:

Ecuacin 11: Avance terico.Y el avance real es calculado segn el 95% del avance terico calculado anteriormente.

Ecuacin 12: Avance real.Calculo de RainuraLa rainura est configurada por una serie de cuadrados rotados en ngulos de 45 con respecto al anterior.A continuacin se presentan las ecuaciones para calcular la distancia que tendrn los tiros en la rainura:

Ecuacin 13: Burden del primer cuadrante.

Ecuacin 14: Espaciamiento del primer cuadrante.

Ecuacin 15: Carga lineal necesaria en el primer cuadrante.

Dnde:B1:Burden del primer cuadrante.A1:Espaciamiento en el primer cuadrante.l1:Carga lineal necesaria en el primer cuadrante.C:Constante de Langefors (0.4 ).:Desviacin angular [metros de desviacin/metros de largo].:Desviacin collar [m].Para calcular los parmetros Ai y Bi de los dems cuadrantes se utilizan las siguientes ecuaciones.

Ecuacin 16: Espaciamiento en el cuadrante i.

Ecuacin 17: Burden en el cuadrante i+1

Ecuacin 18: Carga lineal necesaria en el segundo cuadrante.

Ecuacin 19: Carga lineal necesaria en el tercer cuadrante.

En este caso se usarn 3 cuadrantes para la rainura.Calculo zapatera.Para el clculo de la zapatera se utilizarn las siguientes ecuaciones, asumiendo que luego de la tronadura de esta, el terreno debe quedar apto para la circulacin de equipos (terreno liso y horizontal).Burden zapatera:

Ecuacin 20: Burden de la zapatera.Dnde:

f:Es el factor de friccin que tpicamente es 1.45

Con esto es posible calcular la cantidad de tiros:

Ecuacin 21: Nmero de tiros en la zapatera.Dnde:Desviacin del contorno de las perforaciones.

Espaciamiento entre los tiros:

Ecuacin 22: Espaciamiento en la zapatera.Carga a fondo:

Ecuacin 23: Carga a fondo.Porcin de tiro efectivamente cargado:

Ecuacin 24: Porcin del tiro cargado.Por ltimo, se calcula el taco asociado:Taco 10Ecuacin 25: Taco.Calculo tiros contornoTechoEl espaciamiento debe estar corregido por:

S K con K [15,16] y Ecuacin 26: Espaciamiento en el techo.En tanto que la carga lineal est dada por:

Ecuacin 27: Carga lineal solicitada en el techo.

Y el nmero de tiros viene dado por:

Ecuacin 28: Nmero de tiros en el techo.Pared

Primero se debe verificar la altura de la pared ( )Utilizando f = 1.2 y S/B = 1.25

Ecuacin 29: Burden mximo en la pared.Dnde:

Ecuacin 30: Nmero de tiros en la pared.Tiros de caja.Los tiros de caja son dispuestos alrededor de la rainura, sobre los tiros de la zapatera y en el interior de los tiros de contorno, estos tiros estn dados por:

Ecuacin 31: Burden de los tiros de caja.

Dnde:

El nmero de tiros en este caso est determinado por la cantidad de tiros que puedan ser trazados cumpliendo los burden y espaciamientos calculados previamente. Clculo de rendimiento de perforacinPara el clculo del rendimiento de perforacin, utilizamos la ecuacin

Ecuacin 32: Rendimiento de perforacin (metros en un mes).Dnde:Va:Velocidad de avance.FO:Factor operacional Dm:Disponibilidad mecnica:Turnos daTE:Horas trabajadas por turno:Das trabajados en mes

Para calcular la velocidad de avance, utilizamos la siguiente formula:

Ecuacin 33: Velocidad de avance.

Dnde:C:Coeficiente de prdidas por transmisinN:Velocidad de rotacin [rpm]T:Torque de rotacin [kgfm]A:rea de seccin transversal de barrenado [cm 2 ]E:Energa de avanceLa energa de avance es funcin del coeficiente de resistencia de la roca (CRS):

Ecuacin 34: Energa de avance.En donde se asume que CRS=1.7Estimacin de nmero de equipos Para calcular el nmero de equipos a utilizar es necesario calcular el nmero de frentes en los que se van a trabajar para asegurar la produccin diaria de la mina. Para calcular el nmero de frentes es necesario conocer previamente tanto el rea del casern a explotar como el de la frente de avance por medio del programa de dibujo tcnico AutoCAD y con ello las toneladas tronadas por ronda. Calculamos el nmero de frentes:

Ecuacin 35: Nmero de frentes.Con ello calculamos los metros requeridos de perforacin:

Ecuacin 36: Metros requeridos de perforacin.

Ecuacin 37: Nmero de equipos en produccin.

Ecuacin 38: Nmero de equipos en el avance.

Factor de carga.Calculamos el factor de carga por la siguiente ecuacin:

Ecuacin 39: Factor de carga (kilos de explosivo por tonelada de mineral tronado).Estimacin de costos de perforacin y tronadura Finalmente para calcular los costos de perforacin y tronadura debemos tener en cuenta los costos referidos al capital y a la operacin. En el caso de operacin se consideran los costos de construccin de batea, socavacin del techo y avance en la frente y los costos de capital son aquellos incurridos en la compra de equipos e insumos.

Ecuacin 40: Costos totales.Parmetros para eleccin de explosivo a utilizarPara la eleccin del explosivo a utilizar se utilizan las siguientes grficas que la relacionan caractersticas del macizo rocoso con propiedades del explosivo.

Figura 17: Tipo de explosivo a utilizar segn las propiedades de la roca.

Figura 18: Velocidad de detonacin relacionada con la densidad de la roca.

ResultadosPerforacin y Tronadura.Calculo carga lineal del explosivoPara el clculo de la carga lineal del explosivo se necesita se consideran los siguientes datos del explosivo.Datos del explosivo

Qv [MJ]4.5

V [m3]810

Tabla 1: Datos del explosivo a utilizar (Kimulux 82).Calculo de diagrama de disparo de produccinPara el diseo del diagrama de disparos de produccin, se considera el diagrama para la socavacin del hundimiento de la roca. Para lo anterior, se utilizarn los siguientes supuestos, que se detallan en la tabla 2.Parmetros perforacin radial

Dimetro perforacin [m]0.115

Densidad del explosivo [kg/m3]1200

Densidad de la roca [t/m3]4.6

Factor de carga del explosivo [kg/m3]1.1

Factor de Carga lineal [kg/m]12.46

L/H1.00

Burden [m]2.95

Espaciamiento [m]3.84

Tabla 2: Parmetros de perforacin radial.Para el hundimiento de la roca se consideraron frentes distanciadas por 28.5 metros de alto y 25 metros de ancho, con diagramas de disparo estilo KIRUNA. El caseron a considerar tiene una forma hexagonal, simetrica con el eje central como se muestra en la figura 9, el largo respectivos de sus lados es de; A= 12.19 [m] , B= 25 [m] , C= 16.29 [m].

Figura 19: Geometra del rea de produccin.

El modelo de caserones KIRUNA presenta porcentajes de dilucin acumulada 15-30 [%] y factores de ley entre 70-80 [%] comparada con el modelo basado en la teoria de Silos la cual reportaba diluciones acumuladas del orden del 50 [%] y leyes de 60 [%]. La diferencia de los dos modelos se centra en las dimensiones de los caserones a explotar, el modelo Kiruna al presentar menores tamaos de caseron genera un mejor manejo de la mezcla de esteril y mineral valioso.

A continuacion se presentan los resultados del diagrama de disparo obtenido:

Resultados Diagrama de Perforacion

Espaciamiento [m]3.84

Burden [m]2.95

Nmero de tiros12

Longitud, longitud cargada, largo taco yngulos de tiros.NLongitud [m]Longitud Cargada [m]Longitud taco [m]ngulo

135.2932.992.393

232.4326.685.7599

330.1915.8514.35106

425.5423.242.3113

520.0517.295.75123

613.8911.592.3136

735.2932.992.387

832.4326.685.7581

930.1915.8514.3574

1025.5423.242.367

1120.0517.295.7557

1213.8911.592.344

Longitud total de tiros [m]314.79

Longitud total tiro cargado [m]249.29

Longitud total de tacos [m]65.50

Tabla 3: Datos del diagrama de disparo de la produccin.Los tiros poseen simetra desde el eje central del casern, con ello los tiros 1-7, 2-8, 3-9, 4-10, 5-11, 6-12 poseen la misma longitud y largo del taco. Adems el taco de largo 14.35 [m] solo se utiliza una vez debido que posteriormente excede el largo mximo de taco permitido.

Figura 20: Diagrama de produccin

Calculo de diagrama de disparo de avance Para el diagrama de disparos de avance, se debe considerar como parmetro de diseo, las dimensiones requeridas para la galera. En este caso las galeras poseen un tamao de 7 [m] x 5 [m]. Los parmetros utilizados para el diagrama de avance se muestran en la tabla 4.Parmetros

Dimetro de tiro hueco [m]0.2

Dimetro de perforacin [m]0.045

Desviacin Angular [m]0.030

Desviacin Collar [m]0.010

1,08

Constante de Langefors [Kg/m3]0.400

Densidad del Explosivo [kg/m3]1200

Factor de carga lineal [kg/m]1.91

Alto tnel [m]7.000

Ancho tnel [m]5.000

f contorno1.200

f zapatera1.450

f avance1.450

S/B contorno1.250

S/B avance1.250

Profundidad tiro [m]5.394

Avance Real [m]5.124

Tabla 4: Parmetros del diagrama de avance.

A continuacin se procede a calcular los burden y espaciamientos para cada seccin de la frente de desarrollo. Adems se obtendr el nmero de tiros requeridos en cada una de estas secciones para finalmente calcular los metros barrenados por frente y la cantidad de explosivo utilizado.

RainuraRainura

Burden 1[m]0.335

Espaciamiento 1 [m]0.474

Factor de Carga1 [kg/m]1.168

Burden 2[m]0.532

Espaciamiento 2 [m]1.088

Factor de Carga 2[kg/m]1.284

Burden 3[m]0.884

Espaciamiento 3 [m]2.018

Factor de Carga 3[kg/m]1.541

Taco0.450

Tabla 5: Parmetros de la rainura.ZapateraZapatera

C0.450

Burden Mximo [m]1.601

Nmero de tiros Zapatera8.000

Espaciamiento entre tiros [m]1.217

Taco [m]0.450

Carga de Fondo [m]2.001

Porcin de Tiro cargada [m]2.943

Tabla 6: Parmetros de la zapatera.

Techo Techo

Espaciamiento[m]0.675

Burden [m]0.844

Carga Lineal [kg/m]0.182

Largo Arco [m]8.086

Nmero de Tiros14.00

Taco [m]0.450

Tabla 7: Parmetros del techo.ParedPared

Altura Pared Efectiva [m]1.555

C 0.450

Burden mximo1.574

Espaciamiento [m]1.968

Numero de Tiros5.000

Tabla 8: Parmetros de la pared.Caja.Caja

C0.450

Burden Mximo [m]1.432

Espaciamiento [m]1.790

Numero de Tiros9.000

Tabla 9: Parmetros de la caja.

Diagrama de avance

Total de tiros en la rainura12

Total de tiros en la zapatera8

Total de tiros en pared10

Total de tiros en techo14

Total de tiros caja9

Tiros totales en la frente53

Explosivo en la rainura [kg]107

Total explosivo en la frente [kg]472.8

Total de metros barrenados [m]285.7

Tabla 10: Parmetros diagrama de avance.

Figura 21: Diagrama de avance Estimacin de rendimiento de perforacinPara calcular el rendimiento de perforacin calculamos la velocidad de avance de la perforadora, en este caso se utiliza el equipo Jumbo Boomer E2 en perforacin de produccin y Simba W6C en perforacin de avance y tiro hueco. A continuacin se presenta el rendimiento de perforacin y los factores necesarios para su clculo.Parmetros rendimientos de perforacin

Wo. Potencia de la maquina [kgm/min]

Produccin835,758

Avance506,520

C. Coeficiente de prdidas por transmisin0.7000

A. rea transversal de la perforacin []

rea de Avance []15.904

rea de Produccin []103.868

rea de tiro hueco [] 314.159

Eva. Energa especifica aparente [kgm/33.371

FO. Factor de operacin40.00

TE. Factor de tiempo efectivo 6.000

DM. Disponibilidad mecnica0.850

Turnos da3.000

CRS. Coeficiente de resistencia de la roca 2.300

Velocidad de avance [m/min]

Tiro de avance6.681

Tiro hueco0.338

Tiro produccin 1.688

Rendimiento [m/hora]

Tiro de avance170.35

Tiro hueco8.624

Tiro produccin 43.039

Rendimiento [m/da]

Tiro de avance4,088.48

Tiro hueco206.98

Tiro produccin 1,032.94

Rendimiento [m/mes]

Tiro de avance122,654.44

Tiro hueco6,209.38

Tiro produccin 30,988.22

Tabla 11: Parmetros rendimientos de perforacin.Estimacin de nmero de equipos radiales.Para estimar en nmero de equipos de perforacin requerida, el objetivo es cumplir con el ritmo de explotacin real del yacimiento de KIRUNA, el cual corresponde a 75.000 [tpd]. Antes de realizar el clculo del numrico de equipo se a continuacin ah una breve descripcin de cmo se llegara a este resultado: 1. Se determinara las toneladas de mineral que se obtienen al tronar una serie de tiros en el frente de produccin. 2. De acuerdo a las toneladas de mineral tronadas en una serie de tiros de produccin, se sabr cuantas series de tiros de produccin se necesitan detonar por da y por ende la cantidad de metros perforados de produccin por da. 3. Como se conocen el rendimiento de las perforadoras de produccin (parte 3.4), se puede determinar el nmero de perforadoras necesarias para cumplir con los tiros requeridos diarios a detonar. 4. Como se requiere tener un previo acceso para realizar los tiros de produccin, se calculara el largo de tnel requerido para tronar la cantidad de series de tiros de produccin diarios. 5. Ya con el largo de tnel requerido para tronar una serie de tiros de produccin diarios y con el rendimiento de las perforadoras de avance, se puede determinar en nmero de perforadoras de avance requeridas, por da.

Con el fin de simplificar los clculos, se obviara el hecho de que para realizar los tiros de produccin en un frente no se debe estar realizando la perforacin de avance. Simplemente se supondr que cuando se estn realizando los tiros de produccin, los tneles para acceder a estos frentes ya fueron realizados previamente.Nmero de equipos para produccin

rea de casern [662.763

Volumen tronado por frente [1,956.692

Masa tronada por frente [m]9,000.802

Nmero de frentes a tronar por da9

Metros perforados por da [m]2,833.198

Nmero de perforadoras de produccin3

Tabla 12: Nmero de equipos para produccin.Nmero de equipos para avance

Largo de tiros de avance [m]662.763

Metros perforados tiro hueco [m/da]1,956.692

Metros perforados tiro de avance [m/da]9,000.802

Nmero de perforadoras de produccin1

Tabla 13: Nmero de equipos para avance.

Factor de carga.Ocupando las ecuaciones 39 del marco teorico, se obtiene los siguiente resultados para el factor de carga ya sea en [kg/ton] como en [kg/m3]..Factor de carga[kg/ton][kg/m3]

Perforacin de avance0.8422.306

Perforacin de produccin0.3450.944

Tabla 14: Factores de carga calculados.Estimacin de la dotacin de personalEl ciclo bsico de perforacin y tronadura comprende las siguientes etapas, a las cuales se asumir un nmero de trabajadores promedio para el clculo de cuadrillas.EtapasPersonal

Perforacin: Radial o de frente1

Carga de explosivo3

Amarre del sistema de iniciacin y disparo3

Acuadura2

Fortificacin4

Supervisores2

Ventilacin de gases0

Evacuacin del material volado-

Tabla 15: Dotacin de personal.La evacuacin del material volado ser abarcada en la etapa de carguo y transporte.Cuatro operarios son los necesarios para completar el ciclo, para una perforacin y tronadura asociada a un equipo de perforacin para avance o produccin. Por lo tanto para tres turnos de ocho horas, cada equipo tendr asociado quince trabajadores. Si se trata de optimizar el proceso, se debe considerar no utilizar todas las mquinas de perforacin al mismo tiempo, de forma que cuando el operario del equipo de perforacin opere, la cuadrilla de carga de explosivos y detonacin trabaje en otra frente donde ya se perfor. De esta forma se puede disminuir el nmero de trabajadores por equipo, siempre que se proceda de esta forma, aprovechando los espacios de no actividad en distintas partes de la mina.Clculo de costo de perforacin y tronaduraCostos mano de obra.Dado tres turnos de 8 horas y 15 trabajadores por turno, asumiendo un sueldo de US$ 2000 promedio, entregan un costo de US $360000.Costo mano de obra US$

Salarios trabajadores [US$]720,000

Total [US$/ton]0.32

Tabla 16: Costos mano de obra.

Costos operacional perforacin.Es necesario calcular el consumo de insumos como agua, energa y acero, para cada equipo. Para ello se considera la cantidad de acero que se utilizar por da para desarrollo de avance y produccin, considerando la vida til de cada tipo de acero, la cual se muestra en la tabla 17.Precio [US$]Vida til [m]Cantidad acero avanceCantidad acero produccinCosto [US$/ton]

Bit 45 mm115500930.018

Bit 200mm125500100.002

Barra 2501,000520.023

Copla1801,500310.010

Culatn9501,500310.051

Tabla 17: Parmetros de equipos de perforacin.

Por otro lado tambin se calcula el costo por consumo de agua dado el consumo de sta por equipo y energa en relacin a la potencia de perforacin. El costo de operacin por perforacin se muestra en la tabla 18.

Costos operacional perforacin

Costo Agua [US$/ton]0.0022

Costo Energa [US$/ton]0.0563

Costo Acero [US$/ton]0.9434

Total [US$/ton]1.0018

Tabla 18: Costos operacionales de perforacin.Costos TronaduraPara el costo de accesorios de tronadura de se considera la cantidad que se utilizar por frente tanto en avance como en produccin. En la tabla 19 se muestran los resultados.Precio Unitario [US$]Cantidad por frenteCosto por frente [US$/ton]

Detonador Electrnico 20 m21100.0229

Cordn detonante m0.256400.0174

amplificadores unidad3100.0033

iniciacin3.510.0004

Total0.0440

Tabla 19: Costos de accesorios de tronadura por frente.Se utiliza explosivo Kimulux 82 tanto para avance y produccin. Los costos se muestran en la tabla 20. KimuluxPrecio [US$/kg]Factor Carga [kg/ton]Total [US$/ton]

Avance20.8421.6840

Produccin20.3450.6900

Total 2.3740

Tabla 20: Costos de Explosivos.

Finalmente los costos de tronadura se resumen en la tabla 21.Costos tronadura

Detonador Electrnico 0.0252

Cordn detonante0.0174

Amplificadores 0.0036

Iniciacin0.0004

Explosivo Kimulux1.7805

Total [US$/ton]1.8271

Tabla 21: Costos de tronadura.Costos de CapitalEl costo por equipo viene dado en la tabla 22.EquipoCantidadCosto Unitario [US$]

Simba3550,000

Martillo Simba350,000

Boomer2480,000

Martillo Boomer250,000

Tabla 22: Costo por equipo.Dado la cantidad de equipos a utilizar y considerando una vida til de 12 aos por equipo se estiman los costos en la tabla 23.Costos de capital

Simba [US$/ton]0.0051

Martillo Simba [US$/ton]0.0005

Boomer [US$/ton]0.0030

Martillo Boomer [US$/ton]0.0003

Total [US$/ton]0.0088

Tabla 23: Costos de capital.Costos TotalesFinalmente los costos asociados a perforacin y tronadura se ilustran en la tabla 24.Costo total operacin y tronadura

Total [US$/ton]2.91

Tabla 24: Costos totales por tonelada de mineral perforado y tronado.

PerfilesSe realizaron perfiles con el programa de diseo AutoCAD 2015. A continuacin se presentan la vista en planta, vista transversal y perfil longitudinal de la mina.

Figura 22: Vista en planta de una seccin de la mina Kiruna por Sublevel Caving.

Figura 23: Vista transversal en direccin Este-Oeste por SubLevel Caving.

Figura 24: Vista longitudinal en direccin Norte-Sur, por SubLevel Caving.

Anlisis de resultados y conclusionesPara el diseo del diagrama de produccin se observa que el mtodo es eficiente para distribuir los tiros de forma ordenada, el cual deja libertades al momento de disear, ya que al no fijar un nico punto de inicio lo hace muy flexible. Se aprecia su eficiencia al tronar, ya que no se necesita una gran rea de trabajo, y a su vez genera grandes volmenes de roca tronada. Como es un mtodo en relacin a un ngulo de origen que vara, se considera la generacin de posibles desviaciones en cada uno de los abanicos del diseo, en otras palabras, si bien como diseo es ideal, al momento de ejecutarlo se generan discrepancias. Tambin se generan dificultades en la implementacin de los explosivos y tacos dado el ngulo en el que estn. Con el fin de evitar sobre cargas se alternan los tipos de tacos a utilizar, se pretende que esta medida haga ms eficiente el proceso.

Para el avance, si bien no existe un mtodo para distribuir los tiros de la caja para el stopping B y C, se opt por respetar el burden de los tiros con respecto al contorno para no daar las paredes, techo y piso, por lo que los tiros tendieron a concentrarse hacia el centro, lo cual es una alternativa factible, pues as se previene la sobre excavacin y se asegura el tener buena fragmentacin. Aunque, cabe destacar que se debe ser cuidadoso cuando se estimen la cantidad de tiros que deben ir en este sector, ya que un exceso puede provocar como se dijo anteriormente sobre excavacin, lo que sumado a posibles riesgos en la estabilidad del macizo es lo que se debe evitar.

Con respecto a los rendimientos de perforacin, se obtiene un valor de 122,654.44 [m/mes] para el avance y 30,988.22 [m/da] para la produccin. Se realizan supuestos como el tipo de roca con que se trabaja (competente en este caso, para el clculo de la velocidad de avance), trabajo efectivo y disponibilidad mecnica (para el clculo de rendimiento). De tal forma de obtener un nmero ms cercano a la realidad. Se observa que la velocidad de avance es mayor en la perforacin de avance en comparacin a la de produccin, lo que se traduce en un mayor rendimiento mensual para el avance.

Para el factor de carga se aprecia como su valor para el avance es el mayor, es decir la relacin explosivo y volumen tronado es la menos eficiente, a su vez el ms eficiente es el del nivel de produccin.

En la cantidad de equipos, se necesita uno para generar avance y otros tres para los tiros radiales. Ya que se cuenta con cuatro equipos en la mina, frente a posibles problemas se considera una inversin para un equipo extra para el avance en caso extraordinario de que se requiera.

Con respecto a la dotacin del personal, se calcula en base a las etapas del ciclo de perforacin y tronadura, de tal manera de completar todas las maquinas que se estimaron deberan estar activas por turno para una mejor produccin y adems un mnimo de personal para las otras etapas con un trabajador que vigile todas las etapas a desarrollar. Se obtiene un total de 90 trabajadores de forma mensual (15 por turno), haciendo supuestos de que son 3 turnos de 8 horas y del tipo 7x7.

Los costos reflejan que hay gasto importante en tronadura, especficamente en explosivo, por lo que es un punto a considerar al momento de evaluar los costos. Por otro lado, la inversin por equipos, mano de obra y costos operacionales no son tan relevantes.Finalmente se obtiene un costo total por aspectos de perforacin y tronadura equivalente a2,91 [US/ton] lo cual est dentro de los costos tpicos de esta rea.

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Adaptadores de culata [En lnea], [Consulta 17 de abril] Estimacin de dotacin de personal [En lnea] Perforacin, voladura y ventilacin en minera subterrnea, , [Consulta 17 de abril] Calculo de costo perforacin y tronadura [En lnea] Undergound Mining Methods William A. Hustrulid and Richard L. Bullock, pags. 69-70.

AnexosCatalogo Emulsin Kimulux 82.

Figura 25: Catalogo Emulsin Kimulux 82.