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Los trabajos objeto de este estudio comenzaron en agosto de 2012 y están aún en construcción.

Perforación y uso de explosivos en el proyecto Chuquicamata Subterráneo

Luis Jané Guitart.  Director de Desarrollo de Negocio en OSSA / Juan Carlos García Chacón. Gerente de Construcción OSSA / Tomás Castaño Vázquez. Jefe de Producción OSSA

03/11/2017

El plan de negocio de Codelco, empresa explotadora de la Mina Chuquicamata, contempla el cambio de explotación de la mina, transformándola de explotación a cielo abierto a explotación subterránea. La preparación de la futura mina subterránea contempla la ejecución de aproximadamente 130 Km. de túneles y galerías de distintas secciones, de los cuales unos 25 Km. corresponden al futuro Circuito de Ventilación Principal, actualmente en ejecución por la empresa OSSA, con un desarrollo de más de 23 Km.

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1. Introducción

Este estudio describe la construcción de los túneles y galerías del Circuito Principal de Inyección y Extracción de Aire para la futura mina subterránea de Chuquicamata. Los trabajos objeto de este estudio comenzaron en agosto de 2012 y están aún en construcción, tras la excavación de más de 23 Km de galerías de secciones entre 76 m2 y 45 m2.

En este proyecto se han logrado grandes avances con una excelente calidad de ejecución y muy buenos resultados de producción, todo ello haciendo un seguimiento, evaluación y análisis de las operaciones unitarias para luego estudiarlas en el conjunto de la obra.

En concreto, la operación de perforación y voladura, que es el sistema de avance utilizado debido a la tipología de roca encontrada, permite maximizar la cantidad de material arrancado en el menor tiempo posible, obteniendo unos resultados de fragmentación adecuados para su carga y transporte.

Perforación:

En la labor de perforación se han hecho controles y mejoras continuas para el control de consumo de explosivos, como la navegación topográfica de los jumbos y creación de planes de tiro para controlar las cargas y así evitar sobre-excavaciones en todo tipo de terrenos.

También se ha activado en los jumbos el sistema de perforación semi-húmedo, que consume un 80% menos agua durante la perforación, lo cual es una ventaja dada la pendiente de los túneles que se están ejecutando y dado que hay que bombear el agua a más de 7.000 metros de distancia, con una diferencia de cota de más de 1.000 m hasta el exterior.

En cuanto al material de perforación, se han hecho pruebas con brocas de diámetro 48 mm frente a las de 51 mm usadas habitualmente, consiguiendo ahorro de explosivo y mayor velocidad de perforación, llegando a ahorrar hasta 30 minutos en un ciclo comparado en un mismo tipo de roca, con la misma cantidad de tiros perforados, así como menor consumo de cemento a la hora de inyectar cemento en los pernos instalados. Todo ello redunda en ahorro de materiales, optimización de costes y ciclos de avance.

Se está haciendo un control exhaustivo del material de perforación para conseguir el rendimiento óptimo con las brocas, exigiendo el cambio de las mismas durante el ciclo de perforación antes de su desgaste excesivo, para más tarde llevarlas al taller de pulido de botones. Con esto se ha conseguido aumentar la durabilidad de las brocas hasta casi el doble de lo conseguido anteriormente.

Las mejoras durante la perforación, implementadas en este proyecto son:

  • Jumbo navegado
  • Sistema semi-húmedo
  • Reducción del diámetro de perforación, de 51 a 48 mm (con 30 minutos de reducción de tiempo y explosivo de contorno más confinado)
  • Ahorro de explosivo
  • Disminución de carga específica, por tanto menor afección al terreno con las voladuras
  • Control de brocas de perforación (cambio a mitad de voladura, afilado).

2. Objetivos del estudio

  • Realizar un enfoque del funcionamiento de la estación de transferencia y del polvorín permanente de explosivos.
  • Mostrar la variación de consumo de explosivo y su mejora con respecto al uso en obra.

3. Almacenamiento de explosivo

En cuanto al almacenamiento de explosivo, se han hecho varios avances, ya que con la ayuda de los Ingenieros Programadores Calculistas, se ha optimizado el uso de los depósitos de explosivo, aprovechando todos los detalles de la legislación chilena a la hora de organizar los polvorines. Con la ayuda de estos ingenieros, se ha mejorado la organización y aprovechamiento del espacio para acercar la capacidad real de los polvorines (siempre menor), a la capacidad legal de los mismos, programando menos transportes de explosivos, con el consiguiente ahorro económico y reducción del tiempo en que el explosivo circula por las vías públicas.

  • Revisión de legislación chilena para optimizar el almacenamiento de explosivo lo cual nos lleva a reducción de pedidos de explosivo.
  • El almacenamiento de los productos que formarán el hidrogel no se considera explosivo lo que se traduce en menor burocracia administrativa.

Polvorín de almacenamiento de detonadores y explosivos iniciadores.

4. Polvorín

4.1. Descripción

El polvorín del que disponemos está habilitado para poder almacenar 5.000 kg de dinamita al 60% y 145 kg de detonadores bajo la misma conversión, la ley chilena así lo exige para tener un punto comparativo con respecto a la distinta variedad de explosivos existentes y a su vez los diversos componentes que estos poseen. El almacén de explosivos está divido en 4 contenedores, 2 de ellos destinados al almacenamiento de detonadores y accesorios de voladura y otros 2 para los altos explosivos.

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Imagen aérea del polvorín.

4.2. Explosivos de la Obra

Riodín: dinamita gelatinosa de alto poder rompedor, alta densidad y resistencia al agua.

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Tronex: dinamita semigelatinosa, alta velocidad de detonación.

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Softron: dinamita semigelatinosa, de bajo poder rompedor, ideal para voladuras controladas.

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4.3. Accesorios de tronadura

Booster: accesorio compuesto por tretanitrato de pentaeritritol (pent) y TNT, alta velocidad de detonación.

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Cordón detonante: constituido por un núcleo explosivo de alto poder (pent), recubierto por fibra sintética y una cubierta exterior de PVC flexible de alta resistencia.

N° 5: utilizado como línea troncal para iniciar detonadores no eléctricos.

N°10: transmite la energía explosiva para detonar otros elementos explosivos.

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Detonador no eléctrico: emite una onda de choque de baja velocidad (aproximadamente 2.000 m/s) que se propaga a través de un tubo de plástico, la cual es transmitida hacia el detonador. La reacción no es violenta, es relativamente silenciosa y no causa interrupción ni al explosivo ni al taco.

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Carmex (sistema abastecedor de energía): es un seguro y eficiente sistema de iniciación. Está compuesto por un fulminante común nº 8, un tramo de mecha de seguridad, un conector para mecha rápida y un block de sujeción.

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Mecha rápida (cordón de ignición): es un componente de iniciación de voladuras, compuesto por una masa pirotécnica, dos alambres y una cobertura exterior de material plástico. La mecha rápida produce una llama incandescente.

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4.4. Ventajas de uso de Rionel LP vs Detonadores eléctricos

  • Más barato con respecto a los detonadores eléctricos.
  • No se inician con radiofrecuencia o tormentas eléctricas (por este motivo Codelco obliga al uso de estos detonadores en el desierto, por posibles tormentas).

4.5. Distribución del explosivo dentro del polvorín

Los altos explosivos antes mencionados se encuentran distribuidos dentro del polvorín de la siguiente manera en la actualidad, puesto que no se está usando tronex:

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Contenedor 1.
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Contenedor 2.
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4.6. Distribución de accesorios de tronadura.

Considerando stock completo de detonadores.

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Contenedor 1.
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Contenedor 2.
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5. Explosivo

En cuanto al explosivo usado, se trata de hidrogel bombeable (Rioflex), que se transporta en una máquina que mezcla la matriz (inerte) con un producto gasificaste que la hace explosiva. Esta se bombea a través de mangueras antiestáticas en los tiros perforados. Este explosivo tiene varias ventajas:

  • Al transportar los elementos componentes por separado, no se convierte en explosivo hasta su mezcla en el frente.
  • Producto de baja sensibilidad, lo que aumenta la seguridad en su manejo.
  • Producto semi-líquido, lo que conlleva un confinamiento óptimo dentro del taladro.
  • Gran rapidez de carga en el frente, la máquina dispone de dos líneas de carga reduciendo el tiempo hasta llegar a tiempos de carga inferiores a una hora para secciones de 76 m2 con hasta 125 tiros cargados en el frente.
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Estación de trasferencia.
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5.1. Avances

Se han hecho varios avances en este caso, controlando las pérdidas de tiempo durante el transporte, habilitando más vehículos, mejorando el rendimiento de las máquinas haciendo revisiones preventivas para evitar fallas en los frentes de trabajo e instruyendo al personal que tiene que operar con ellas para evitar las pérdidas de producto por mala organización a la hora de cargar la voladura.

Al tratarse de voladuras planificadas con planes de tiro, se transporta el explosivo que se va a utilizar, limitando la devolución de este, así evitando riesgos en el transporte de vuelta al polvorín.

Los detonadores usados son del tipo LP, que, con el correcto diseño de la instalación de los tiempos, reducen las vibraciones y las proyecciones de roca que pueden producir daños en las instalaciones más cercanas. Mediante instrucción constante a los equipos de trabajo, se ha mejorado la forma de conectar los detonadores al cordón detonante, reduciendo así la cantidad usada de este, y reduciendo las posibilidades de cruces o cortes de los tubos de conexión, con conexiones más “limpias” y más fáciles de comprobar antes de disparar la voladura para evitar tiros 'quedados'.

En cuanto al contorno o recorte, se está intentando mejorar el sistema de carga, utilizando un sistema de bombeo de hidrogel de baja densidad para evitar la sobre-excavación en el contorno, pero con algunas trabas administrativas. OSSA probó esta técnica en sus obras de Noruega, con buenos resultados. Esto puede proporcionar ahorro en el explosivo, ya que no habría que utilizar explosivo encartuchado, aumentando la capacidad del polvorín y velocidad a la hora de cargar con la unidad de transferencia.

Al tratarse de terreno con bastante fractura, nos ha permitido hacer pruebas progresivas con el retacado de las voladuras, llegando a hacer retacados de 1,5 metros, lo cual nos ayuda a evitar las proyecciones de roca, escombro más concentrado cerca del frente, más rápido para cargar los camiones y por supuesto, un ahorro económico al utilizar menos explosivo en cada tiro, llegando a tener cargas específicas de cerca de 0,79 kg/m3 en terrenos frágiles y de 1 kg/m3 en terrenos más firmes.

  • Pedido controlado (según plan de perforación. Poca devolución de explosivo sobrante a polvorines de obra).
  • Detonadores LP.
  • Sistema de conexión en círculo (ahorro de cordón).
  • Intento de implementar sistema de carga en contorno con hidrogel.
  • Terreno fracturado, aumento de retacado (pruebas progresivas hasta 1,5 metros). Reducción de proyección de piedras en las voladuras.

Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

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Tabla 1.
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Gráfico 1.

El consumo de Rioflex bajó progresivamente desde el mes de marzo hasta septiembre, debido a la implementación de las medidas mencionadas anteriormente. A pesar de ello, en el mes de septiembre hubo un incremento en el consumo de Rioflex que, si bien es marginal, debe aclararse que se debió a la calidad de la roca encontrada, con una dureza y abrasividad poco común en el proyecto.

5.2. Estadística

Desde que se comenzó a implementar las medidas mencionadas en el punto anterior, se inició también un control exhaustivo para poder recabar datos y poder llevar una estadística que permitiera apreciar los efectos de éstas. A fecha 25 de septiembre se han realizado 1.186 voladuras en distintos tipos de roca. Los resultados son los siguientes:

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Tabla 2.
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Gráfico 2.

Se aprecia que la mayoría de las voladuras se encuentran bajo los 484 kilos de hidrogel bombeable, muy por debajo de lo sugerido por la compañía suministradora de explosivos, y con las voladuras arrancando sin ningún problema.

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6. Conclusión

Durante todo este proceso de mejora continua nos hemos basado principalmente en el control del factor de carga, como parámetro clave en el diseño del plan de tiro y de su implicación en el control del ciclo minero reduciendo sobreexcavaciones y obteniendo un detrito de granulometría óptima para el carguío y posterior puesta en vertedero. El factor de carga se define como la cantidad de explosivo convertido a su dinamita al 60% utilizado para fragmentar un metro cúbico de roca y se expresa en grs/m3.

El factor de carga a utilizar varía de acuerdo al tipo de roca, pero aun en casos en los que se explota un mismo tipo de roca este factor puede cambiar, dependiendo de la geología del terreno.

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