Desarrollo HorizontalSr. Eliseo Ríos, Consultor Técnico Senior Minería Subterránea OMS Chile DESARROLLOS HORIZONTALES Objetivos • Excavar un abertura artificial en la roca para algún objetivo como exploración, producción, accesos, ventilación, transporte etc., con requerimientos de máximo avance y mínimo daño. Premisas a considerar: • Tamaño de la frente, forma y dimensiones dependen del uso y estabilidad del terreno. Por razones de seguridad y para tener mayor vida útil del túnel. • Tipo de Roca, Rx dura, media, blanda, con comportamiento plástico ó elástico, los factores geológicos ( diaclasas, fallas, etc). • Marina, granulometría adecuada en función de los equipos de carguío. Evitar cachorreo o tronadura secundaria. Controlar proyección y ubicación. • Explosivos, propiedades teóricas ( calor y volumen de gases), propiedades prácticas ( VOD, densidad ). Aspectos ambientales (concentración de gases ). • DESARROLLOS HORIZONTALES • Cara Libre: No tienen, salvo el propio frente de ataque. Se debe crear una cara libre con hueco en el centro. En general tiene un área de 1 m2 , pero en tiros de mayor diámetro pueden llegar hasta 4 m2. • Contorno: Los tiros de contorno son los que establecen la forma final del túnel, deben ser perforados hacia el interior del macizo rocoso para dejar el espacio a las perforadores para el emboquillado y avance, se perforan con un reducido espaciamiento. • Rainura: La posición de la rainura influye en el perfil del material tronado, en la fragmentación y en el número de barrenos. De las tres posiciones de la rainura: •Al costado •Centrada inferior •Centrada superior Generalmente se usa la última, el perfil de la pila es más tendido, menos compacto y mejor fragmentado. DESARROLLOS HORIZONTALES Avance por Disparo: está limitado por el diámetro del barreno de expansión y la desviación de los barrenos cargados. Si la desviación es menor al 2%, los avances medios “X” pueden llegar al 95% de la profundidad “L” X = 0,95 * L Para las rainuras de cuatro secciones “L” se puede estimar según: L = 0,15 + 34,1 * D2 – 39,4 * (D2)2 donde; D2 = Diámetro barreno vacío (m) Cuando se utilizan rainuras con “NB” taladros vacíos, en lugar de uno solo de mayor diámetro; D2 = D’2 * √ NB donde; D’2 = Diámetro barrenos vacíos DESARROLLOS HORIZONTALES Cueles y Contracueles : La distancia el tiro central de expansión y los barrenos de la primera sección no debe exceder de “ 1,7 D2” para obtener una buena salida y fragmentación de la roca ( Langefors y Kilhström 1963) La fragmentación varía dependiendo del tipo de explosivo, características de la roca y distancia entre el barreno cargado y vacío. Para Burden mayores a “ 2D2” el ángulo de salida es demasiado pequeño y se produce una deformación plástica entre los dos barrenos. Si el Burden es inferior a “ D2” , pero la concentración de carga es muy elevada, se producirá la sinterización de la roca fragmentada y el fallo del cuele. Se recomienda que los Burden se calculen según: B1 = 1,5 * D2 Para una desviación de perforación superior al 1%: B1 = 1,7 D2 – Ep = 1,7 D2 – (α * L + e’) Ep = Error de perforación (m). α = Desviación angular L = Profundidad de barrenos (m). e’ = Error emboquillado (m). DESARROLLOS HORIZONTALES En la práctica si consideramos buena precisión de perforación y un barden de acuerdo a lo recomendado , la concentración lineal de carga se calcula de acuerdo a: q1 = 55 D1 B D2 1,5 x B – D2 2 x c 0,4 Donde: Q1 D1 D2 B c PRP Anfo = Concentración lineal de carga ( Kg/m). = Diámetro de perforación (m). = Diámetro del barreno de expansión (m). = Dimensión del burden (m). = Constante de la roca. = Potencia relativa en peso referida al Anfo. x 1 PRP Anfo DESARROLLOS HORIZONTALES Normalmente, los valores posibles de las concentraciones lineales de carga están limitados, debido a que la variedad de explosivos encartuchados no es muy amplia. Esto significa que para una concentración lineal fijada de antemano, puede determinarse la dimensión del burden a partir de la ecuación anterior, , el cálculo resulta un poco más complejo. En la gráfica siguiente se muestra la relación entre la concentración lineal de carga y burden máximo para diferentes diámetros de perforación ( Larsson y Clark) DESARROLLOS HORIZONTALES Para el resto de las secciones, se considera que ya existen unos huecos rectangulares de ancho “Ah” y que se conocen las concentraciones lineales de carga “q1”. El burden se calculará a partir de : B = 8,8 x 10 -2 √ Ah x q1 x PRP Anfo D1 x c Cuando existe error de perforación, la superficie libre Ah difiere de la distancia Ah’ en la primera sección, por lo que: Ah = √ 2 (B1 – Ep) Sustituyendo B = 10,5 x 10 -2 √(B D– Ex )c x q x PRP 1 p 1 1 Anfo DESARROLLOS HORIZONTALES Este valor tiene que reducirse con la desviación de los barrenos para obtener el burden práctico. B2 = B - Ep Existen algunas restricciones para B2, ya que para que no se produzca la deformación plástica debe satisfacer que : B2 < 2 Ah Si esto no se cumple, se modificará la concentración lineal de carga calculándola con : q1 = 540 D1 x c x Ah PRP Anfo Si la restricción de deformación plástica no es satisfactoria, es mejor elegir un explosivo de menor potencia, con el fin de optimizar la fragmentación. Para que la rainura no pierda su carácter de cuatro secciones : B2 > 0,5 Ah DESARROLLOS HORIZONTALES Gustafsson (1973) sugiere que el burden para cada sección se calcule con: B2 = 0,7B’. Las longitudes de los tacos se estiman con : T = 10 D1 Las rainuras en paralelo pueden presentar problemas de detonación por simpatía y desensibilización por precompresión dinámica. En el primer caso se puede presentar principalmente en los explosivos a base de nitroglicerina. El segundo fenómeno, puede afectar a muchos explosivos, particularmente al Anfo, ya que la onda de choque de una carga puede elevar la densidad de la carga adyacente por encima de la densidad crítica. Lo anterior se puede atenuar con un correcto diseño de secuencias de iniciación, procurando que la detonación sucesiva de cada barreno, se realice con un retardo suficiente para que la onda de choque del disparo anterior pase y el explosivo recupere su densidad y grado de sensibilidad normal. Hagan propone, para disminuir los problemas mencionados, realizar las rainuras, disponiendo de tres barrenos vacios de expansión de forma que actúen de pantalla entre las dos cargas. DESARROLLOS HORIZONTALES Zapateras: El burden de los barrenos dispuestos en filas, se calcula básicamente, con la misma fórmula que se emplea en las tronaduras de bancos, considerando que la altura de ésta última es igual al avance de perforación: B = 0,9 PRP √ cq xxf (S/B) 1 Anfo donde : f = Factor de fijación. Generalmente se considera 1,45 para tener en cuenta el efecto gravitacional y el tiempo de retardo entre barrenos. S/B= Relación entre el espaciamiento y el burden. Normalmente se considera igual a 1. c = Constante de roca corregida. c = c + 0,05 para B > 1,4 m c = c + 0,7/B para B < 1,4 m En los barrenos de zapateras se debe considerar el ángulo de realce ɣ o inclinación que se requiere para dar un espacio para el emboquillado de la perforadora. Para un avance de 3 m, un ángulo de 3° ( 5 cm/m) es suficiente, aunque dependerá de las características del equipo. El número de barrenos viene dado por: NB = AT + 2L x sen ɣ + 2 B donde: AT= Anchura de túnel DESARROLLOS HORIZONTALES El espaciamiento práctico para los barrenos de rincón será: Sz’ = Sz – L x sen ɣ El burden práctico Bz se obtiene a partir de : Bz = B – L x sen ɣ - Ep Las longitudes de carga de fondo If y de columna Ic deben ser: If = 1,25 x Bz Ic = L - If - 10 D1 La concentración de la carga de la carga de columna puede reducirse en un 70% de la de fondo, sin embargo por motivos de tiempo de preparación se suele emplear la misma concentración. El taco se fija en T = 10 D1’ y la condición que debe cumplir el burden es : B < 0,6 L DESARROLLOS HORIZONTALES Descargas: El método para calcular el diagrama de los barrenos de descarga es similar al empleado para los de zapateras, aplicando únicamente unos valores distintos del Factor de Fijación y relación Espaciamiento/Burden . DIRECCIÓN DE SALIDA DE LOS BARRENOS FACTOR DE FIJACIÓN " f " RELACIÓN S/B Hacia arriba y horizontalmente 1,45 1,25 Hacia abajo 1,20 1,25 La concentración de la carga de columna, para ambos tipos de barrenos, debe ser igual al 50% de la concentración de la carga de fondo. DESARROLLOS HORIZONTALES Contorno: Si la labor no requiere tronadura de contorno, los diagramas se calculan de acuerdo con lo indicado para los barrenos de zapatera, con los siguientes valores: Factor de Fijación Relación S/B Concentración carga columna f = 1,2 S/B = 1,25 qc = 0,5 qf donde; qf = carga de fondo En el caso de tener que realizar tronadura de contorno el espaciamiento entre barrenos se calcula a partir de : Sc = K x D1 donde, K varía entre 15 y 16. La relación B/S debe ser 0,8 La concentración lineal de carga mínima se determina en función del diámetro de perforación. Para barrenos con un diámetro inferior a los 150 mm se emplea la ecuación : qlc = 90 x (D1)2 donde, D1 se expresa en m. DESARROLLOS HORIZONTALES Ejemplo: Se desea excavar un desarrollo en roca con un constante c = 0,4, con barrenos paralelos y rainura de cuatro secciones, sabiendo que las dimensiones geométricas y datos de perforación son los siguientes: •Ancho de la labor •Altura •Flecha del arco •Diámetro de perforación rainura (D2) •Diámetro de perforación (D1) •Ángulo barrenos de contorno (ɣ ) •Desviación angular (α) •Error de emboquillado (e’) 4,5 m 4,0 m 0,5 m 102 mm 45 mm 3° 10 mm/m 20 mm El explosivo a utilizar tiene una potencia relativa en peso de Anfo de 1,09 ( 109%) y los cartuchos disponibles tienen diámetros de 25, 32 y 38 mm, que dan lugar a unas concentraciones de carga, para una densidad de 1,2 g/cmm3, 0,59 , 0,97 y 1,36 kg/m respectivamente. Se pide calcular: diagrama de disparo ( rainura, zapateras, contorno techo y cajas, descargas), carga total de explosivos, área de túnel, avance, volumen arrancado, consumo específico de explosivo, N° total de tiros, longitud total de perforación y perforación específica. DESARROLLOS HORIZONTALES Esquema geométrico de la tronadura calculada. DESARROLLOS HORIZONTALES Cálculo Simplificado: Para un cálculo más rápido de las tronaduras de túnel con rainuras de barrenos paralelos de cuatro secciones, se puede aplicar las fórmulas que se indican en las tablas siguientes: a) Rainura SECCIÓN DE LA RAINURA Primera B1 = 1,5 D2 LADO DE LA SECCIÓN B1 √ 2 B2 = B1 √ 2 1,5 B2 √ 2 Tercera B3 = 1,5 B2 √ 2 1,5 B3 √ 2 Cuarta B4 = 1,5 B3 √ 2 1,5 B4 √ 2 Segunda b) VALORES DE BURDEN Para calcular el resto de la tronadura , se parte de la dimensión del Burden “B” y concentración lineal de carga en el fondo qf para el explosivo y diámetro utilizado. Las fórmulas que se usan son: qf = 7.85 x 10-4 x D2 x ρ B = 0.88 x qf 0.35 siendo: D = Diámetro cartucho explosivo (mm) ρ = Densidad del explosivo (gr/cm3) DESARROLLOS HORIZONTALES BURDEN (m) ESPACIAMIENTO (m) LONGITUD DE LA CARGA DE FONDO (m) Piso B 1,1 B L/3 Cajas 0,9 B 1,1 B L/6 Techo 0,9B 1,1 B L/6 Hacia arriba B 1,1 B L/3 Horizontal B 1,1 B L/3 Hacia abajo B 1,2 B L/3 ZONA DE TRONADURA CONCENTRACIÓN DE CARGA TACO (m) FONDO (Kg/m) COLUMNA (Kg/m) qf qf qf qf 0,4 qf 0,36 qf 0,2 B qf qf qf 0,5 qf 0,5 qf 0,5 qf 0,5 B 0,5 B 0,5 B Descargas 0,5 B 0,5 B