The use of measure while drilling for rock mass characterization and damage assessment in blasting

Navarro Miguel, Juan (2018). The use of measure while drilling for rock mass characterization and damage assessment in blasting. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. de Minas y Energía (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.53764.

Description

Title: The use of measure while drilling for rock mass characterization and damage assessment in blasting
Author/s:
  • Navarro Miguel, Juan
Contributor/s:
  • Sanchidrián Blanco, José Angel
  • Segarra Catasús, Blanco Pablo
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2018
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. de Minas y Energía (UPM)
Department: Ingeniería Geológica y Minera
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Cualquier contrucción subterránea o a cielo abierto desarrollada mediante perforación y voladura, consiste en un conjunto de operaciones, tales como perforación, carga de explosio, voladura, saneamiento y sostenimiento primario, carga del material y transporte, todas ellas vinculadas en ciclo de producción. La ejecución de las operaciones iniciales (perforación, carga de explosivo y voladura) normalmente precondicionan el desarrollo de la operación aguas abajo en la producción. La automatización de las diferentes operaciones desarrolladas en minería u obra civil generan nuevas oportunidades de optimizar la operación. Para ello, una detallada caracterización de la roca es uno de los requisitos más importante para llevar a cabo un buen control del mineral a extraer, mejorar los resultados de la voladura y optimizar el proceso de producción. Los métodos clásicos de caracterización de la roca (tales como Rock Quality designation, RQD, Q Index or Rock mass rating) normalmente evalúan de forma global las propiedades del macizo rocoso. Sin embargo, en el transcurso de las operaciones, la aparición de anomalías inesperadas suele influenciar el resultado de las siguientes etapas de producción. El monitoreo de los parámetros de rendimiento de las perforadoras modernas a través del sistema Measurement While Drilling (MWD) registra información real de la roca perforada, proporcionando una herramienta complementaria la para caracterización del macizo rocoso. El correcto manejo e interpetación de los datos MWD es clave para obtener una caracterización geotécnica del macizo rocoso. Esta tesis lleva a cabo un profundo análisis de esta tecnología con el fin de guiar la perforación y voladura para mejorar la eficiencia de las operaciones mineras y excavaciones de obra civil. Para ello, se ha realizado un detallado análisis del sistema de control de la perforación, teniendo en cuenta cómo se relacionan los parámetros de perforación entre sí y su respuesta ante cambios en la roca. Además, se ha llevado a cabo un exahustivo proceso de normalización de los parámetros MWD, con el objetivo de eliminar cualquier influencia externa en los datos que pueden inducir a errores en su interpretación y para resaltar comportamientos en los parámetros provocados por la roca. Esta tesis recopila datos del monitoreo de la perforación para un total de 1285 voladuras y más the 70,000 barrenos de producción, recogidos a partir de tres construcciones en túnel, dos yacimientos en minería subterránea y una cantera. Se han analizado datos de once máquinas de perforación, incluyendo: tres jumbos XF3C, dos jumbos XL3C, un jumbo E2C para operaciones en túnel, cuatro Atlas Copco SIMBA W6C para trabajos en minería subterránea por subniveles y una perforadora Sandvik Tamrock DX-800 para cantera. La tecnología MWD se ha analizado en estos tres entornos proporcionando i) un mayor conocimiento de la relación que existe entre los parámetros MWD para maquinaria en túnel, minería subterránea y cantera, (ii) la evaluación de las desviaciones generadas durante la perforación de los barrenos en túnel, (iii) el desarrollo de un índice de roca para detectar zonas potenciales de sobre-excavación durante la excavación de túneles, (iv) un modelo de predicción de problemas de carga de explosivo en los barrenos para minería subterránea y su aplicación a gran escala, (v) desarrollo, en colaboración con Integra Automatización S.L.U., de un sistema propio de registro de parámetros MWD, como solución económica, que permite monitorizar la información de cualquier maquinaria de perforación, y (vi) un índice de fracturación para caracterizar la condición del macizo rocoso en cantera y la validación de sus resultados con regisros fotográficos de las parades del barreno. ----------ABSTRACT---------- Any underground or open construction developed by drill and blast consists of several unit operations, such as drilling, charging, blasting, support installation, loading and hauling, all of them linked in the production cycle. The performance of the initial operations (drilling, charging and blasting) pre-conditions the unit operations in the downstream production cycle. The automatization of different unit operations involved in mining or civil works brings new possibilities to optimize the operation. A detailed rock mass characterization is one of the most important requirements to control the ore to be mined, improve blasting results and optimize the mine to mill performance. Classical methodologies typically assess global rock mass properties (such as Rock Quality designation, RQD, Q Index or Rock mass rating). However, the occurrence of unexpected anomalies will influence the outcome of the following unit operations. Monitoring of performance data of modern drill rigs through Measurement While Drilling (MWD) systems gathers real time information of the penetrated rock mass, providing a complementary tool for rock mass characterization. The correct management and interpretation of these data is helpful to obtain a geotechnical characterization of the rock mass. The assessment of this technology is carried out in this thesis with the purpose of guiding drilling and blasting towards more efficient mining operations and civil excavation works. To do so, a detailed analysis of the drilling control system, including how monitored parameters relate to each other and to the rock mass conditions, has been performed. A multi-step transformation of the MWD parameters has been also carried out to remove external influences in the data that may lead to a wrong interpretation and to highlight changes in the parameters depending on the rock properties. This thesis compiles drill monitoring data for a total of 1,285 blasts and more than 71,000 production blastholes, recorded from three tunneling works, two orebodies of an underground mine and one quarry. Data from eleven drilling machines have been analyzed; this comprises: three jumbos XF3C, two jumbos XL3C, one jumbo E2C for tunneling, four Atlas Copco SIMBA W6C drill rigs for sublevel caving and one Sandvik Tamrock DX-800 drilling machine for quarrying. MWD has been analyzed in these three different environments providing i) further knowledge of the relationship between MWD parameters in jumbo drills in tunneling, underground mining and quarrying, (ii) assessment of drilling deviations in tunneling, (iii) the development of a drilling rock index to detect potential overbreak zones in tunnel blasting, (iv) assessment of chargeability issues in underground mining and its application to the full scale, (v) development, in collaboration with Intregra Automatización S.L.U., of an in-house MWD system as a low-cost alternative that allows monitoring the information of any rig while drilling and (vi) a fracturing index to characterize ground rock conditions in quarrying and validation of the last results with photographic records of the blastholes walls.

Funding Projects

TypeCodeAcronymLeaderTitle
Government of SpainPCD16264900008Proyecto TuñelUnspecifiedInvestigación para la mejora competitiva del ciclo de perforación y voladura en minería y obras subterráneas mediante la concepción de nuevas técnica de ingeniería, explosivos, prototipos y herramientas avanzadas
Horizon 2020730294SLIMUnspecifiedSustainable Low Impact Mining solution for exploitation of small mineral deposits based on advanced rock blasting and environmental technologies

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Item ID: 53764
DC Identifier: http://oa.upm.es/53764/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:53764
DOI: 10.20868/UPM.thesis.53764
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 30 Jan 2019 08:00
Last Modified: 30 Jul 2019 22:30
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