Control de Vibraciones Inducidas Por Voladura en Campo Lejano

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    28-Dec-2015

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Equilibrio en el Negocio de la Perforacin y Tronadura

Control de VIBRACIONES INDUCIDAS POR VOLADURa en campo lejanoServicios Tcnicos de Ingeniera Davey BickfordSipervor XIISimposio Internacional de Perforacion y Voladura de RocasNoviembre, 2013Lima, PeruDavey Bickford Confidential Copyright 2013Balanceando Fuerzas EncontradasDavey Bickford Copyright 20132

Transferencia de energiaDavey Bickford Copyright 20133Es un hecho de la causa que no toda la energa de la voladura se consume en forma productiva, fragmentando y desplazando la pila de roca

Una fraccin de esta energa escapa de la zona inmediata alrededor de la voladura y la mina/cantera

La transferencia de esta energa se traduce en ondas que se propagan, a travs de varios cientos de metros (si no ms lejos) y afecta a las comunas, instalaciones e infraestructuras aledaas

Energa de vibracin en el suelo

Energa de vibracin en el aire

Es necesario lograr controlar el traspaso de la energa al macizo rocoso para poder mantener un equilibrio entre el desempeo de la operacin y el buen comportamiento cvico de la empresa

Transferencia de energiaDavey Bickford Copyright 20134

Opciones de ControlDavey Bickford Copyright 20135Mediante parmetros de diseo

PerforacinMallaDimetro

ExplosivoForma de cargar (distribucin espacial)Retencin (taco)

TiempoSecuenciaTecnologaVibracin en campo lejanoDavey Bickford Copyright 2013Vibracin terrestresDavey Bickford Copyright 20137No se consume toda la energa de la voladura en el campo cercano, fragmentando y desplazando

Inevitablemente una fraccin se propaga ms all de los lmites de la mina/cantera

La intensidad de la vibracin puede daar estructuras y molestar los vecinos

Si los vecinos son abogados; la vida se pone muy interesante, muy rpidamente

Pero hay medidas de control Vibracin terrestresDavey Bickford Copyright 20138Controlar vibracin significa controlar la transmisin de energa al punto de inters

ViviendaOficinasIglesias u otras estructuras histricas

Controlar la cantidad de energa liberada por unidad de tiempo

Controlar la cantidad de energaDimetro, largo, tipo de carga explosivaControlar el tiempoRetardos, tiempos, tecnologa

Cada medida de control exige ms y mayor gasto o sacrificio de tiempo prediccin de eficacia de las medidas es de primordial importancia

Normas de VibracinDavey Bickford Copyright 20139Hoy en da la va para controlar el impacto de las vibraciones en el campo lejano pasa por la medicin y el modelamiento prediccin y remediacin a priori

Teniendo una clara descripcin (cuantitativa) de la voladura y su impacto se puede construir modelos para simular expectativas segn caractersticas del diseo

Para ocupar el proceso de modelamiento y prediccin de niveles y caractersticas de vibracin, es necesario contar con lmites claros y explcitos con los cuales la voladura debe cumplir

Existe una variedad de Normas Internacionales que intentan describir el contexto de lmites cuantitativos con los cuales las operaciones mineras, canteras y hasta proyectos de construccin involucrando la voladura, deben cumplir cabalmente

Normas de VibracinDavey Bickford Copyright 201310Norma Espaola UNE 22-381-93

Norma Sueca Swedish Standard SS 460 48 66

Norma Alemana DIN 4450

USBM Recommendation RI 8057

Australian Standard AS 2187.2-1983

SPCC Environmental Noise Control ManualVibracin Normas - EspaolaDavey Bickford Confidential Copyright 201311

Vibracin Normas - SuecaDavey Bickford Copyright 201312PPVlim = Vo x Fk x Fd x Ft

Donde;

Vo = velocidad caracterstica = Vp/65

Fk = factor de calidad de construccin=funcin de tipo de estructura y materiales

Fd=factor de distancia (incluyendo tipo de suelo)

Fk=factor relacionado con tiempo de permanencia del proyecto; proyectos cortos niveles mayores Vibracin Normas DIN 4450Davey Bickford Confidential Copyright 201313

Lmite absoluto de 8mm/s para estructuras ms expuestosVibracin Normas USBM RI8507Davey Bickford Copyright 201314

Vibracin Normas AS 2187.2-1983Davey Bickford Copyright 201315Tipo de EstructuraPPVmm/sEdificios histricos y monumentos de alto valor o significado2.0Casas y edificios residenciales10.0Edificios comerciales e industriales o estructuras construidas de concreto reforzado o acero25.0Vibracin Normas SPCC* (1985)Davey Bickford Confidential Copyright 201316* SPCC = Comisin Estatal de Control de ContaminacinTiempo de VoladuraSobre-presin (dB)PPV (mm/s)Lunes Sbado06:00 09:001052.0Lunes Sbado09:00 15:001155.0Lunes Sbado15:00 20:001052.0Domingo y Feriados06:00 20:00951.0Todos los das20:00 06:00951.0Comparando ValoresDavey Bickford Copyright 201317Percepcin vara segn edad, salud, hora del da, etc.ActividadPPVmm/sPasos, caminando0.8Saltando7.1Portazo12.7Martillando clavos22.4Activades ambientales (trfico, etc.)30 - 76Voladuras1 - 12Modelamiento de VibracinDavey Bickford Copyright 201318Hoy en da la va para controlar el impacto de vibracin en el campo lejano pasa por medicin y modelamiento prediccin y remediacin

Teniendo una clara descripcin (cuantitativa) de la voladura y su impacto se puede construir modelos para simular expectativas segn caractersticas del diseo

As se puede evaluar los mritos de estrategias alternativas para aminorar el problema

Y mantener en operacin nuestra operacin y fuente de empleoVibracin en el Campo LejanoDavey Bickford Copyright 201319

+Modelamiento de VibracinDavey Bickford Copyright 201320Registros de vibracin, onda elemental, describen la respuesta del macizo rocoso a una carga solitaria y definida

La combinacin de una serie de estas ondas elementales provee una estimacin confiable del resultado final

Experimentos han mostrado un alto grado de reproducibilidad en las caractersticas de la onda elemental la huella digital vibracional de la carga

Y mantener en operacin nuestra faena y fuente de empleoModelamiento de VibracinDavey Bickford Copyright 201321

+

+

+

+

+Partiendo de una base de seales de vibracin generadas por cargas solitarias e identificables (distancia, cantidad de carga, geometra)La superposicin de la tren de ondas semillas se realiza en base de tiempos de iniciacin y geometra relativa entre voladura y punto de inters (medicin y simulacin)De esta manera se puede simular un rango muy amplio de geometras, distancias, y formas de volar tanto en el campo cercano como en el campo lejanoReproducibilidad de Ondas ElementalesDavey Bickford Copyright 201322

Una serie de mediciones en el mismo puntoCon la misma instrumentacinCuantificando la vibracin producida por cargas casi idnticasA la misma distanciaAlto grado de confianzaModelamiento de VibracinDavey Bickford Copyright 201323La onda elemental representa la mnima intensidad de vibracin esperable, producto de

Tipo y cantidad de explosivoDimetro de barrenoLargo de barrenoDistancia al punto de medicinCaractersticas del macizo rocoso (atenuacin, VP)

La combinacin sumatoria de las ondas elementales aumentar el nivel de vibracin segn

Cantidad de barrenos (no. de filas, no. de barrenos por fila)Retardos (tiempos absolutos, calidad de dispersin pirotcnico vs. electrnico)Geometra de la voladura y direccin hacia el punto de intersSecuencia de salida y direccin de iniciacin

Estudiamos un Caso de Estudio para explorar la potencial para controlar la intensidad de vibracin en el campo lejanoCaso de EstudioDavey Bickford Copyright 201324Cantera Mina de la Discordia

CalizaBancos de 18mBarrenos de 140mmRoca mediana dura, competenteMalla 5.0m x 4.0mF.C. ~ 225g/tVoladuras de 4 filasTiempos pirotcnicos 25ms,42ms,500ms

Caso de EstudioDavey Bickford Copyright 201325Cantera Mina de la Discordia

Carga/Fragmentacin

Caso de EstudioDavey Bickford Copyright 201326Cantera Mina de la Discordia

Definir el punto de monitoreo

Distancia, direccin, punto de iniciacin

Caso de EstudioDavey Bickford Copyright 201327Caractersticas generales de la voladura Caso Base

Factor de carga apropiado para lograr fragmentacinUna carga por barreno/retardoIniciacin pirotcnica (25ms/42ms/500ms)

27 5 mm/s

Caso de Estudio

Caractersticas generales de la voladura Variante 1

Factor de carga apropiado para lograr fragmentacinUna carga por barreno/retardoIniciacin pirotcnica (17ms/100ms/500ms)

25 6 mm/sDavey Bickford Copyright 2013Caso de Estudio

Caractersticas generales de la voladura Variante 2

Factor de carga apropiado para lograr fragmentacinUna carga por barreno/retardoIniciacin pirotcnica (17ms/100ms/500ms)Invertir direccin de iniciacin

25 4 mm/sDavey Bickford Copyright 2013Caso de EstudioUna alternativa vlida es la de dividir la carga explosiva en dos decks, separados por un taco intermedio

Si bien implica ms trabajo (conseguir y cargar el taco, interrumpir el proceso de carguo explosivo) y mayor gasto en accesorios (dos cebos en vez de uno o cuatro en vez de dos) se puede estudiar la opcin

Partiendo con un retardo de 9ms entre decks

Davey Bickford Copyright 2013Caso de Estudio

Caractersticas generales de la voladura Variante 3

Dos decks por barreno (9ms entre decks)Iniciacin pirotcnica (9ms/17ms/100ms/500ms)

18 4 mm/sCaso de EstudioEligiendo distintas combinaciones de retardos en forma aleatoria parece no entregar una respuesta rpida ni muy til

Se requiere investigar una gama amplia de alternativas; una bsqueda de la combinacin ptima

Veamos

Caso de Estudio

Caractersticas generales de la voladura Variante 4

La bsqueda sugiere un cambio de retardosIniciacin pirotcnica (10ms/25ms/100ms/500ms)

16 3 mm/sCaso de EstudioPor medio de separar la carga en dos (reduciendo la carga instantnea kg) se ha logrado reducir la vibracin desde 27mm/s a 16mm/s

El costo de realizar este ajuste est en el gasto en accesorios y tiempo necesario para cargar la voladura

Si la reduccin en nivel de vibracin an no es suficiente entonces se debe seguir experimentando

Opciones?

3 Decks?

Costo en accesorios y (por sobre todo) tiempo y eficiencia puede ser muy alto

Iniciacin electrnica?

Veamos.

Caso de EstudioEl algoritmo de bsqueda puede incluir los efectos de la mayor precisin, exactitud y flexibilidad otorgada por sistemas de iniciacin electrnica

Punto clave: la flexibilidad de escoger una combinacin de tiempos de retardo abre dimensiones de pruebas no disponibles en el mundo pirotcnico

Como resultado de la bsqueda previamente mencionado se sugiere una combinacin de 13ms/26ms/118ms (el retardo de 500ms al fondo del barreno no tiene importancia).

Caso de Estudio

Caractersticas generales de la voladura Variante 5

Iniciacin electrnica (13ms/26ms/118ms)Seguimos con dos decks separadosLos resultados son notables4.4 0.4 mm/sCaso de Estudio

Caractersticas generales de la voladura Variante 5

Iniciacin electrnica (13ms/26ms/118ms)Seguimos con dos decks separadosLos resultados son notables4.4 0.4 mm/sBeneficios de Optimizar (reducir) Niveles de Vibracion en el Campo LejanoMejorar relaciones con comunas vecinas

Evitar accin social, recursos de proteccin, etc.

Permitir la explotacin de mayores porcentaje de recursos naturales (minimizar esterilizacin)

Cuando los cuerpos mineralizados se extienden hacia los pueblos vecinos y se requiere dejar una zona de buffer esterilizada

Facilitar permisos para desarrollar nuevos proyectos

Autoridades gubernamentales pueden revocar permisos si hay dudas respecto a las influencias dainas entre un proyecto y otro proyecto vecino

Facilitar la coordinacin del desarrollo de proyectos adyacentes dentro de la misma propiedad minera

Ej.: La interaccin entre la explotacin de una operacin de superficie y el desarrollo de una nueva mina subterrnea, por parte de la misma minera

Onda expansiva - airblastLa vibracin menos esperadaDavey Bickford Confidential Copyright 2013AirblastRuido es la manifestacin de la vibracin rea en contacto con un las partculas de un medio

Airblast = Sobrepresin de aire inducida por voladura

Frecuentemente la fuente real de la molestia vecinal

Medible (micrfonos)

Modelable y controlable

Medidas:Sistemas de iniciacinSecuencia de salidaImplementacin de tacoFilosofa operacional de voladura

Factores Causantes de la Onda ExpansivaPulso de Presin de la Roca relacionado con el rea de la cara libre (y altura del banco)

Escape de gases por estructuras

Escape de gases por eyeccin del taco

Uso de cordn detonante

Superficie

En el barreno : disrupcin del taco (escape prematuro de gases)

Fuentes de la Onda Expansiva

Medicin de la Onda ExpansivaLa sobre-presin en el aire es mucho ms que el sonido audible

Para voladuras la mayora de la energa se encuentra en la banda de frecuencias debajo de 20Hz (inaudible para seres humanos)

Por ende, no se puede medir con micrfonos convencionales

Se mide en dB (decibeles) lineal

Po representa el umbral de audibilidad y es igual a 0 dBOnda Expansiva Normas SPCC* (1985)* SPCC = Comisin Estatal de Control de ContaminacinTiempo de VoladuraSobre-presin (dB)PPV (mm/s)Lunes Sbado09:00 15:001155.0Lunes Sbado06:00 09:001052.0Lunes Sbado15:00 20:001052.0Domingo y Feriados06:00 20:00951.0Todos los das20:00 06:00951.0La Percepcin HumanaLa percepcin humana es mucho ms sensible que el efecto fsico y real sobre estructuras

El elemento de sorpresa y susto es muy relevante

La sobre-presin empieza a molestar mucho antes de se puede daar

Percepcin de elementos transientes es ms notable que para fuentes constantes (y familiares)

La percepcin humana se relaciona con varios temas, incluyendo (sin ser restringido a) intensidad absoluta (PPV), el contenido de frecuencia de la vibracin, la duracin del evento de voladura y la hora del da

Optimizar tomando en cuenta todos estos aspectos es complejo pero es nuestra misinFuentes Cotidianas

Airbast es una presin, dimensionalmente equivalente a un esfuerzoLa medicin de presin del aire incluye frecuencias no audibles ( 20Hz)Medicin de la Onda ExpansivaEl nivel de dispersin o variabilidad estadstica en mediciones de sobre-presin es ms alto que para vibraciones

Elementos que escapan del control de la voladura afectan ms a la sobre-presin que a la vibracin

Eyeccin de tacoEscape de gases por la cara libreAspectos del medio ambiente (clima)

VientoNubosidadHumedad

An as se puede medir tendencias y modelar

Medicin de la Onda Expansiva: Viento

Medicin de la Onda Expansiva: VientoRichards y Howarth, 2009

Factores de MitigacinEvitar el uso de cordn detonante

En la superficie provoca ruido de alta frecuenciaEn el barreno causa disrupcin del taco y promueve escape prematura de gases

Usar taco adecuado

Orientacin de la cara libre (dentro de lo posible)

Seleccionar punto y direccin de iniciacin (dentro de lo posible)

Considerar la altura del banco o longitud de la carga

Control sobre distancia entre primera...