Experimental analysis of fragmentarion, vibration and rock movement in open pit blasting = Análisis experimental de la fragmentación, vibraciónes y movimiento de la roca en voladuras a cielo abierto

Abstract

La presente tesis describe y analiza el trabajo experimental realizado en la cantera El Alto (Morata de Tajuña, Madrid, España) en el marco del proyecto de investigación "Reducción de finos en el sector de minerales industriales y de áridos" financiado por la U.E. bajo contrato G1RD-CT-2000-00438. El consorcio de dicho proyecto incluye organizaciones dedicadas a la investigación MU-Leoben (Austria), SveBeFo (Suecia), ARMINES (Francia) y UPM (España) , fabricantes de explosivo Dyno (Noruega) y UEE (España) y productores de árido (Hengl-Bitustein, Austria), caliza (Nordkalk, Suecia) y cemento (Cementos Portland, España). Se recopilan características geométricas, de carga y secuenciación en 35 voladuras de producción y tres disparos de un único barreno realizados entre 2001 y 2004. Se ha medido el movimiento del frente (velocidad inicial y tiempo de respuesta de la roca, i.e. tiempo desde la iniciación del explosivo en el barreno hasta que se tiene la primera evidencia de movimiento) a partir de blancos situados en la cara libre frente a un barreno en ocho de esas voladuras. Se proporcionan las frecuencias dominantes y velocidad de partículas de las vibraciones registradas con sismógrafos situados en la parte superior e inferior del banco, en el campo cercano (unos 50 m) y lejano (hasta 550 m) para 23 de dichas voladuras, dos barrenos sencillos confinados y un barreno sencillo sin confinamiento. Además, se da la fragmentación en el alimentador de la tolva del primario para esas 35 voladuras. Los procedimientos utilizados para realizar estas medidas han sido descritos y analizados en detalle. Los modelos más significativos para predecir fragmentación, vibraciones y movimiento del frente se aplican a los datos disponibles. Algunos de ellos muestran diferencias significativas con los valores medidos, como el modelo de Kuz-Ram, mientras que otros como el modelo de Blair y Armstrong para predecir el espectro medio de la velocidad de partículas funcionan bastante bien. Cuando ha sido posible, se han proporcionado formulas ingenieriles para predecir el movimiento del frente, fragmentación y vibraciones. Se ha obtenido: (i) una fórmula para predecir el tiempo de respuesta de la roca a una altura determinada del piso del banco en función de la densidad lineal de carga y la piedra correspondiente, (ii) una fuerte influencia en la velocidad inicial de la roca del cociente entre el retardo entre barrenos y el tiempo de respuesta, (iii) una ley de atenuación de la velocidad suma máxima de partículas, (iv) una expresión para calibrar el programa de análisis de imágenes en función de los finos naturales (cociente entre el espesor de la cobertera y la altura del banco) presentes en el banco, (v) una fórmula entre el tamaño para el que pasa el 50 %, x50 ,y el valor de la pendiente de la curva granulométrica en x50, Sx50, (vi) una relación entre x50 y el índice de uniformidad de la distribución granulométrica, n, (vii) sendas fórmulas para x50 y Sx50 en función del consumo específico encima del piso en la caliza, trabajo útil por unidad de masa, retardo entre barrenos y dispersión de los detonadores y (viii) el balance de energía en ocho voladuras. A partir de los resultados obtenidos se proporcionan las estrategias que contribuirían a mejorar la operación en El Alto y establecer las principales líneas de trabajo de futuras investigaciones en el campo de voladuras a cielo abierto.