Evaluación y optimización de un proceso de perforación y tronadura

Abstract

La perforación consiste en crear cavidades cilíndricas en un macizo rocoso con el fin de que se conviertan en el espacio donde se dispondrá el explosivo. A través de un proceso fisicoquímico libera gran cantidad de energía traducidas en ondas de choque las cuales en su trayecto inicial comprimen la roca y en el cambio de fase la traccionan generando la fragmentación. En el presente informe se realizó el análisis de un proceso de perforación y tronadura a cielo abierto con valores supuestos extraídos y basados en una problemática real donde la fragmentación P80 requerida por el KPI (Key performance indicator) era de 6” y se estaba obteniendo una más gruesa. Los datos se evaluaron mediante planillas de Excel y cálculos empíricos como por ejemplo (Lilly, Rosin Rammler, Kuz-Ram), generando gráficos y tablas de resultados. Los resultados deben ser interpretados y relacionados con una posible mejoría en el proceso, para lograr una optimización, ya sea técnica o económica, siendo ambas lo ideal. Para la línea base se utilizaron fórmulas empíricas para el cálculo de factor de carga, número de pozos, cantidad de explosivo, índice de perforación, costos unitarios por pozo, calidad de fragmentación, predicción de fragmentación, criterio de daño, velocidad de partícula crítica (PPVc) en puntos de banco (cresta, zona intermedia, pata y cresta inferior). Una vez obtenidos estos resultados, se interpretan para obtener hallazgos, los que posteriormente se solucionan a través de la propuesta dada. Los hallazgos de la línea base fueron: 1) La fragmentación P80 era superior a la requerida 2) El precorte es deficiente, ya que, su espaciamiento real es superior al teórico y se utiliza menos factor de carga que la teórica. 3) La línea de buffer 1 tiene problemas de fragmentación, debido a que su SD (Scaled Depth of burial) está fuera del rango optimo 4) línea Buffer 1 tiene problemas de vibraciones para zona intermedia del banco. 5) La primera línea de producción tiene problemas de vibraciones para pata y cresta inferior.

De acuerdo con estos hallazgos, se comenzó el análisis de las propuestas, las cuales deben considerar cada uno de los requerimientos de la mina, para mejorar los procesos tanto de perforación y tronadura como de los procesos posteriores (carguío, transporte y conminución). Se realizó un enfoque primeramente en la velocidad de partícula crítica para cuidar los bancos de contorno del talud, esto de la mano del requerimiento KPI de fragmentación, para no generar problemas en los procesos siguientes de la mina. Cada cambio de diámetro y/o otra variable se debe corroborar en la velocidad de partícula para ver si cumple con ambos parámetros. Además de respetar los respectivos rangos de SD para no generar un flyrock y que no perjudique la fragmentación de la tronadura. Con esto se propuso utilizar 3 líneas buffer recién antes de comenzar con las líneas de producción, definiendo esto se desglosan las propuestas a continuación:

1) Línea buffer 1 se modificó el Offset, burden, espaciamiento, taco, taco de aire, diámetro, y densidad de explosivo. 2) Creación de línea buffer 2. 3) Creación de línea Buffer 3. 4) Pozos de producción a los cuales se les modifico el burden, espaciamiento, taco, densidad de explosivo, pasadura. 5) Línea de precorte la cual se modificó el diámetro del pozo, diámetro del explosivo, largo de perforación y largo de explosivo. Estas propuestas contribuyen a una mayor eficiencia de la perforación y tronadura y a la estabilidad del talud en minería a cielo abierto, cuidando a su vez su diseño respaldado tanto por el rendimiento técnico como rentabilidad económica.

Drilling involves creating cylindrical cavities within a rock mass to house explosives. Through a physicochemical process, a large amount of energy is released in the form of shockwaves. These waves initially compress the rock, and then, during a phase change, they apply tension, leading to fragmentation. This report analyzes an open pit drilling and blasting process using hypothetical values derived from a real problem where the required P80 fragmentation, as dictated by the Key Performance Indicator (KPI), was 6 inches, but a coarser fragmentation was being obtained. The data was evaluated using Excel spreadsheets and empirical calculations, including models like Lilly, Rosin-Rammler, and Kuz-Ram, generating graphs and tables of results. These results must be interpreted and linked to potential process improvements to achieve optimization, ideally both technical and economic. For the baseline analysis, empirical formulas were used to calculate the loading factor, number of holes, amount of explosive, drilling index, unitary costs per hole, fragmentation quality, fragmentation prediction, damage criteria, and critical particle velocity (PPVc) at various bench points (crest, intermediate zone, toe, and down crest). Once these results were obtained, they were interpreted to identify findings, which were then addressed through the proposed solutions. The baseline findings were as follows: 1) The P80 fragmentation exceeded the required specification. 2) Pre-splitting was inefficient, as the actual spacing was greater than the theoretical spacing, and less loading factor was used than theoretically prescribed. 3) Buffer line 1 exhibited fragmentation problems because its Scaled Depth of Burial (SD) was outside the optimal range. 4) Buffer line 1 experienced vibration issues at the intermediate zone of the bench 5) The first production line experienced vibration issues at the toe and down crest of the bench.

Based on these findings, an analysis of proposals commenced. These proposals considered each of the mine's requirements to improve both drilling and blasting processes, as well as subsequent operations (loading, hauling, and comminution). The initial focus was on critical particle velocity to protect the contour benches of the slope, while also addressing the fragmentation KPI requirement to avoid problems in subsequent mine processes. Any change in diameter and/or other variables must be verified against the particle velocity to ensure compliance with both parameters. Additionally, respecting the respective SD ranges is crucial to prevent flyrock and adverse effects on blast fragmentation. With this in mind, it was proposed to use three buffer lines immediately before starting the production lines. The detailed proposals are as follows: 1) Buffer Line 1, modified Offset, burden, spacing, stemming, air deck, diameter, and explosive density. 2) Creation of Buffer Line 2 3) Creation of Buffer Line 3.

4) Production Holes: modified burden, spacing, stemming, explosive density, and sub-drilling. 5) Pre-splitting Line, modified hole diameter, explosive diameter, drilling length, and explosive length. These proposals contribute to increased efficiency in drilling and blasting and to slope stability in open pit mining, while preserving the design, supported by both technical performance and economic profitability.