Voladuras

Toda mejora de diseños y de implementación de voladuras de anillo tiene unas repercusiones económicas muy importantes. Esto es así tanto por los beneficios en el ciclo productivo de una buena fragmentación (concepto mine-to-mill) como por la salvaguarda de la integridad de las cámaras de explotación y la reducción de pérdidas de mineral en las mismas. Teniendo en cuenta que las leyes metálicas en minería de interior son muy superiores a las de cielo abierto, los importes económicos de una mayor recuperación se multiplican igualmente de manera considerable. Así, en una operación de unos 4 Millones de toneladas anuales, una aumento de un 3% en la recuperación de cámaras puede suponer más de 4,5 M€ anuales de beneficio.

Es habitual en minería metálica utilizar reglas del dedo para establecer los parámetros de voladura, modificándose estos en muchas ocasiones en base a la experiencia y resultados obtenidos. Esto, sin ser erróneo, conlleva que se obvien otras metodologías y que consideraciones de tipo geotécnico sean simplemente referenciales sin otorgarle el peso necesario.

El conocimiento y uso de las variables geotécnicas adquiere aún más importancia en aquellas minas en las que existe gran variación en la masa a explotar como es el caso de minas polimetálicas con diferentes tipos de mineral. Diferentes tipos de mineral requieren diferentes parámetros de voladura (en cuanto a geometría y/o tipo de explosivo) al ser diferentes sus resistencias a compresión, espaciamiento y orientación de juntas, etc.

Las secuencias de explotación pueden afectar al estado del mineral en los pilares o cámaras secundarias por aumentar su nivel tensional y generar debilitación de estos. Por tanto deben evaluarse de manera que su tratamiento sea diferente a la hora de diseño. La evaluación de estos pilares o cámaras secundarias puede ser muy complejo ya que existe un componente temporal y una evolución en las tensiones que soportan que dependen de la secuencia de explotación. Esto obliga a asumir consideraciones conservadoras como bajar un grado el dominio geotécnico y reducir los valores de RQD un 20% y la RCS un 30% cuando no se tienen resultados reales.

La introducción de los parámetros geotécnicos en la voladura se puede realizar mediante el uso de índices de volabilidad. Estos índices nos permitirán diferenciar de cara a la voladura los diferentes escenarios con los que nos encontraremos y que no siempre coincidirán con la clasificación geotécnica del terreno. Aquí se planteará una metodología en la que se emplea el índice de volabilidad de Lilly. A partir de los parámetros geomecánicos de cada mineral y dominio geotécnico se determinará el índice de volabilidad (BI) y, con éste, se determinarán valores de consumo específico (CE), factor de energía (FE) y el valor de constante de roca (C).

Con los datos obtenidos y aplicando Langefors se obtendrán los valores de piedra y espaciamiento para emulsión bombeable y encartuchada para diámetros de 102 mm y 89 mm. Este mismo procedimiento se aplicará para cámaras primarias y secundarias, teniendo en cuenta que en secundarias el dominio geotécnico será inferior al estimado antes de explotar las cámaras adyacentes.

Los valores de FE (Factor de energía) y CE (Consumo específico) se usarán como control modelizando en JKSimBlast las voladuras y verificando que los niveles energéticos y Kg/Tn de explosivo indicados por el modelo se asemejan a los obtenidos numéricamente. Este análisis se realiza diferenciando entra los diferentes tipos de mineral de forma que se establezcan mallas específicas según mineral, dominio geotécnico, diámetro de perforación y tipo de explosivo. Para cada cámara en concreto se realizará la modelización de niveles energéticos y de consumo de explosivo para optimizar cada voladura.

Cálculo Índice de Volabilidad BI (Blastability Index)

BI Lilly. Se calcula a partir de 5 parámetros geomecánicos.

Cálculo Consumo Específico (CE) y Factor de Energía (FE)

Cálculo Piedra y Espaciamiento Langefors

La ecuación de Langefors establece como valor de C solo dos posibles valores en base a si se vuelan rocas duras o rocas medias. Con el valor de CE obtenido del BI y sus 5 parámetros geomecánicos se puede obtener el valor de C mediante la relación:

Algunos controles de calidad que sirven para medir la excelencia operacional son:

• Controles de densidad lineal de explosivo (kg/m).
• Porcentajes de barrenos perforados y no cargados (%).
• Energía explosiva por tonelada (kj/t).
• Fragmentación de la pila volada (D80, D50, D20).

Herramientas informáticas como el software JK 2DRing del JKMRC permiten evaluaciones tanto numéricas como visuales de los diseños de voladura. Fundamentalmente, se persigue una distribución lo más homogénea posible de la energía explosiva, evitando áreas en los contornos de cada anillo que tengan energía insuficiente para conseguir delimitar correctamente el contorno. Igualmente, es importante no concentrar energía explosiva en las proximidades de los emboquilles para no dañar la galería inferior que debe quedar en buenas condiciones para perforar futuros anillos o cargar con explosivos anillos ya perforados.

Es habitual que un diseño en anillo deba ser refinado desde un planteamiento inicial de malla teórica, ya que las cámaras de la minería de interior suelen tener formas variables según el cuerpo mineral. Esto, junto con la información geotécnica (dominio geotécnico y presencia de fallas cercanas), conlleva una iteración o dos desde el diseño original genérico.

De manera complementaria al diseño debe evaluarse también la implementación. Para conseguir la excelencia operacional, ambas deben ser inseparables, como lo son las dos caras de una misma moneda. Así, el control de longitudes perforadas una vez retirado el equipo de perforación nos permite dos cosas:

• Realizar una nueva simulación de distribución de energía en función de los cambios en la perforación real respecto a la de diseño (excesos o defectos de metros por barreno). Esta información la aporta el Plano de Limpieza.
• Ordenar una reperforación de barrenos en función de un protocolo según dominios geotécnicos, posición del anillo a volar en la cámara o porcentaje de barreno corto.

Con este tipo de controles, pueden cuantificarse por voladura y de manera mensual los indicadores clave de rendimiento (KPI) que nos permitan tomar acciones de control. Sirva como ejemplo la siguiente tabla:

En conclusión, la clave para la excelencia de diseño y operacional en minería subterránea con voladuras en anillo pasa por prestar atención a los detalles, tener un sistema de calidad y un proceso de refinamiento continuo. Fragmentación, integridad estructural de las cámaras, control de la dilución y mejora de la recuperación de mineral serán las beneficiadas y, con ello, la economía de toda la operación minera en el orden de millones de euros.