PLANIFICACION DE LOS TRABAJOSDE PERFORACION y VOLADURA ./J./ 1. INTRODUCCIONJ Cuando se acomete un proyecto de excavación de

rocas, una de las etapas más importantes es la consti- - tuida por la planificación de los trabajos de perforacióny voladura, no sólo porque es preciso coordinar dos./ operaciones básicas del ciclo de explotación, sino

fundamentalmente porque es necesario conjugar una - serie de conocimientos y aspectos de la obra en su./ totalidad: entorno geológico y topográfico, unidadesde carga y transporte, utilización posterior de los materiales,etc../ Este hecho, unido a la influencia posterior que tienenlos equipos de perforación elegidos sobre el restode las operaciones: carga, transporte y trituración, asícomo sobre los ritmos previstos, plazos de ejecución y./ costes de operación, hacen que la planificación de laslabores de arranque requiera un tratamiento especialpor parte de los técnicos responsables..// 2. FACTORES QUE INFLUYEN ENLA PLANIFicACION DE LAPERFORACION Y VOLADURA/

Los factores que se precisan conocer para procedera una correcta planificación de los trabajos pueden./ clasificarse en: generales, cuando afectan a la globalidaddel proyecto o intervienen en los planes a largoplazo, y operativos, cuando inciden sol5're aspectos"/ muy concretos o planes a cor,to .y medio plazo.Los factores generales mas Importantes en proyectosa cielo abierto son:/ - Volumen a excavar. Ritmo y plazo de ejecución.- Equipos de carga a utilizar.- Altura de banco. /- Geometría de la excavación.- Situación geográfica./ - Propiedades geomecánicas y estructurales de lasrocas.- Granulometría exigida.J - Limitaciones ambientales.- Coste global de perforación y voladura.Entre los factores operatívos se encuentran:- Número de bancos en explotación.- Longitud de frentes de operación.- Accesos a diferentes niveles.- Secuencia de avance.- Número de voladuras, etc.Es necesario contemplar las pérdidas de tiempo oretrasos característicos de cualquier operación, talescomo trabajos nocturnos, traslados del equipo de perforación,cambios de tajo, interrupciones por voladuras,malas condiciones climatológicas, tráfico, etc., o porfactores tales como la experiencia del operador, conjuntoequilibrado con otros equipos de producción, etc.Cada equipo debe considerarse como parte de unsistema, y como tal queda sometido a pérdidas de tiempodebidas a deficiencias en la dirección, supervisión,

condiciones del trabajo, clima, etc. Estos retrasos y pérdidasde tiempo son los que caracterizan el factor conocidocomo eficiencia de la operación.Por otro lado, es preciso tener en cuenta la disponibilidadmecánica, o simplemente disponibilidad, definidacomo la disposición de los equipos para actuar duranteel tiempo de trabajo programado, es decir, hay queconsiderar las pérdidas de horas de trabajo debidas aaverías intempestivas y a reparaciones programadas orutinas de mantenimiento.Cuando no se disponga de experiencia suficientepara estimar individualmente los factores anteriores, sepodrá tomar el producto de ambos, que se denomina«eficiencia operativa global», reflejados en la Tabla30.1.Tabla 30.1. EFICIENCIA OPERATIVA GLOBAL415CALIDADDELAORGANIZACIONCONDICIONESDETRABAJOExcelente Buena Regular DeficienteExcelentes 0,83 0,80 0,77 0,77Buenas 0,76 0,73 0,70 0,64Regulares 0,72 0,69 0,66 0,60Malas 0,63 0,61 0,59 0,54Si se trata de un clima extremado, en ambiente polvoriento,con materiales compactos y abrasivos, la calidadde la operación será deficiente y las prestacionesse verán afectadas de forma adversa debido a lasmalas condiciones detrabajo.Si la dirección y la supervisión son excelentes, conbuenos talleres, y programas de mantenimiento preventivoadecuados, pérdidas de tiempo mínimas en lacarga, alta disponibilidad, etc., el tiempo efectivo deproducción será alto. Por el contrario, una dirección ysupervisión deficientes reducirán el tiempo real de produccióny la capacidad de los equipos deberá ser incrementadapara conseguir las producciones requeridas.EjemploUna perforadora hidráulica con martillo en cabeza trabajaen un banco de caliza de 20 m, realizando barrenosde 102 mm (4"). La velocidad de penetración es de 110cm/min, que se traduce en una velocidad de perforaciónde 35 m/h. El rendimiento de arranque para el esquemade voladura fijado es de 13 m3/ml.Suponiendo que el factor de eficiencia operativa esdel 80% y la disponibilidad mecánica del equipo del 90%se desea calcular la capacidad de perforación para unoy dos relevos de 8 horas cada uno.. Capacidad Número de Rendi- Factor de Disponibili-Capacidad horaria de horas por miento de eficiencia X dad mecáporrelevo~ perforaciónX relevo X arranqueX operativa nica (m') (m/h) (m'/h) (m'/ml)Capacidad por relevo (m') =35 m/h x 8 h x 13 m3/ml x 0,80 x 0,90 = 2.621 m3.Capacidad de dos relevos (m3) =2 x 2.621 m3= 5.242 m3.2.1. Volumen a excavarRitmos de producción. El volumen de roca a mover, el plazo de ejecución yla organización general del trabajo determinan los ritmosde excavación previstos referidos a la unidad detiempo: año, mes, semana, día y hora.2.2. Equipo de cargaAltura de banco.¡'Los equipos de carga se seleccionan en función delritmo de ejecución y de la flota de transporte disponible.La altura de banco se puede determinar a partir dela capacidad del cazo del equipo de carga «Cc»:- Palas de ruedas H (m) = 5 a 10 m- Excavadorashidráulicas """""""" H (m) = 4+0,45xCc (m3)- Excavadorasde cables H (m) = 10+0,57x(Cc-6)

No es recomendable, por cuestiones de seguridad yeficiencia, superar los 20 m de altura de banco.416'-2.3. Geometría de la excavaciónSituación geográficaSe deben tener en cuenta:'-- Dimensiones de la obra en planta y profundidad.- Topografía del terreno natural. '-- Accesos al área de excavación.,.- Infraestructura de la zona de trabajo; energía eléc- '-trica, instalaciones de mantenimiento, servicios,etc., y

- Labores previas de preparación del terreno. '-2.4. Propiedades geomecánicas yestructurales de las rocas '---Deben conocerse los siguientes puntos: '-- Estructuras geológicas del entorno.- Tipos de rocas y densidades.- Composición mineralógica, especialmente conte- "-nido en cuarzo.- Propiedades geomecánicas, resistencias a la compresiónsimple, velocidades de propagación, etc.- Datos estructurales, fracturas, diaclasas, juntas, tiposde relleno, existencia de coqueras, orientaciónpredominante de las discontinuidades, etc.- Presencia de agua.- Recubrimientos de tierra vegetal o materiales alterados.'--"-'--2.5. Granulometría exigida --La granulometría exigida es función del tratamientoy utilización posterior del material, y en algunos casos "-indirectamente de la capacidad de los equipos decarga.Si el tamaño de los bloques «T b» se expresa por sumayor dimensión, se pueden presentar los siguientes '---

tipos de proyectos:- Material que pasa por machacadora. Es el caso delmineral en las minas a cielo abierto o de los áridosen canteras. Debe cumplirse: i

"-Tb<0,8xAD"-siendo:'--AD = Tamaño de admisión de la machacadora- Material estéril que va a vertedero. Dependerá de lacapacidad de la cuchara de la máquina de carga:'--3

Tb<0.7X-VC: '--siendo:Cc = Capacidad de la cuchara (m 3).'-./../El tamaño óptimo del bloque es normalmenteaquel cuya relación con la dimensión del cazo seencuentra entre 1/6 y 1/8.../- Material para pedraplenes. Generalmente, el tamañomáximo no es superior al 70% del espesor dela tongada.- Material para puertos y presas. Los pliegos de condicionescontemplan, generalmente, diferenteszonas que corresponden a núcleos y mantos deescollera, mantos de protección y espaldones etc.,cada una con una granulometría media distinta que

va desde las 0,5 t hasta más de 12 t por bloque.././2.6. Limitaciones ambientales./Las perturbaciones que producen las voladuras yque deben mantenerse por debajo de umbrales de se-./ guridad son:/

- Vibraciones.Debedisponersede unatablade cargasdistancias construida a partir de un nivel máximopermisible.- Onda aérea. El explosivo debe confinarse lo mejorposible y elegirse una secuencia de encendidoadecuada.- Proyecciones. Se definirá una distancia de seguridada instalaciones y maquinaria, y si el diseño delas voladuras lo aconsejan se emplearán protecciones.- Polvo.Estaalteraciónes inevitablecasi en su totalidad,y sólo puede lucharse contra ella mediante elriego superficial con agua, pero con escasos resultadosprácticos.El tipo de voladura puede ser condicionada conjuntamentey de manera significativa por las limitacionesI ambientales V por otros factores de índole operativo,TABLA 30.2como son: los daños a la roca remanente, la fragmentación,la geometría de las pistas, la presencia de finosen exceso, la separación del estéril y mineral, etc.En minería a cielo abierto pueden considerarse lassiguientes técnicas de voladura:a) Minería masiva, utilizando voladuras en banco, e.g.movimiento de estéril a gran escala en minas decarbón y metálicas.b) Minería selectiva empleando voladuras en banco,e.g. separación de estéril y mineral en los tajos, frecuentesen operaciones mineras de hierro y oro.c) Técnicas de voladuras controladas en los límites decorta, e.g. precorte.d) Voladuras masivas de explanación, e.g. usadaspara fragmentar las costras o recubrimientos dealgunos yacimientos de bauxita.e) Minería selectiva utilizando voladuras de explanación,e.g. bloques de mineral de oro y bloques deestéril que son excavados separadamente.f) Voladuras secundarias empleando barrenos, e.g.taqueo.g) Voladuras secundarias sin usar barrenos, e.g. parcheso cargas adosadas.h) Ensanche de barrenos para incrementar su capacidadpara alojar una mayor carga de explosivo enlas recámaras y romper así una mayor cantidad deroca con un solo barreno.i) Canteras de roca ornamental, e.g. voladuras conpólvora para obtener bloques sin daños.j) Voladuras coyote empleadas en pequeños túnelesy cámaras para colocar grandes cantidades deexplosivos que se disparan instantáneamente, e.g.voladuras de hasta 1 millón de toneladas de roca sehan realizado de una sola vez.k) Voladuras en rampa utilizadas en la apertura denuevos bancos, e.g. para crear nuevos frentes verticalespara los bancos subsiguientes.1) Voladuras con trayectoria controlada o voladurasde máximo desplazamiento usadas para fragmen-S - Siempre influye en el diseño de la voladura.A - Algunas veces influye en el diseño de la voladura.O - Ocasionalmente influye en el diseño de la voladura.417

Técnica Voladura ¡Voladura Voladura Taqueo Taqueo Voladura Voladura Voladura Voladura Voladurade de de Selectiva con con Masiva Selectiva Voladura Recá- en en con Tra-Voladura "ontorno Explana- Explana- Barrenos Parches en en Coyote maras Roca Rampa yectoria

ción ción Bancos Bancos Ornamental Controlada ..Oañosala roca S O S O O S A A A S O A.Fragmen- d'tación A S S S S A'" S S S A A A.OesplazamientoO S S O O S S A A A A S.Separaciónestlmineral O O S O O O S O O O A A.Finos O O O O O O A O O O O O.ProyeccionesA A A S A A A A A O A A.Ondaaérea O A A A S A A A A A A A.VibracionesS A A O O A A S S A A Atar y mover grandes cantidades de recubrimientodirectamente con el fin de que el transporte conmedios mecánicos -e.g. dragalina- sea mínimo.En la Tabla 30.2 se indican las limitaciones asociadasque influyen en el diseño de las diferentes técnicasde voladuras a cielo abierto.2.7. Coste global de perforación y voladuraLa perforación y voladura son operaciones imprescindiblesen la fragmentación de la roca cuando no sepueden utilizar equipos mecánicos de arranque. Dichasoperaciones se integran en sistemas junto con el restode las que constituyen el ciclo de explotación.La suma de los costes unitarios de todas las operacionesdel ciclo conducen a diferentes escenarios, Fig.30.1. En condiciones normales, la excavación se diceque está equilibrada, Zona S, si se alcanzan los costestotales más bajos de producción. Cuando esto no esposible se estará trabajando en la zona A, con cantidadesexcesivas de explosivo, o en la zona C, con cantidadesinsuficientes de explosivo, que harán elevarselos costes totales, apareciendo en el último caso la incidenciade la fragmentación secundaria.(f) oa:<{

f-Z=o(f)wf-(f)ooTAMAÑO MAXIMO DE LOS FRAGMENTOSFigura 30.1. Variación de los costes unitarios con el.tamaño máximo de los fragmentos para situaciones deexcavación A - Sobreequilibradas, B - Equilibradas yC -Subequilibradas (OINIS DA GAMA, 1990).Por otro lado, si se considera la magnitud de losimpactos ambientales asociados a cada una de lassituaciones anteriores puede verse en la Fig. 30.2. queen la zona A se alcanzan niveles considerables, debidoa las importantes cantidades de explosivo que se utilizan,en proporción al volumen de roca arrancado, quedan lugar a intensidades de vibración y ruido altas. Enla zona C, como consecuencia de las operaciones detaqueo la magnitud del impacto aumenta considerablementedebido al ruido, onda aérea y posibles proyecciones.Se demuestra pues la conveniencia de trabajar dentrode la denominada zona S, no sólo por motivos eco-418'---

nómicos, sino incluso por razones de índole ambiental,al ser menores las alteraciones producidas como consecuenciade un mejor aprovechamiento de la energíadesarrollada po