precorte

Unidad Operativa
TOQUEPALA
Tema
DISEÑO EXPECTATIVAS DE BENEFICIO DEL PRECORTE
EN LA MINA TOQUEPALA
Comité Operaciones y Seguridad Minera Trabajo Técnico N° TT-079
Autor (es) Omar Manfredo Herrera Terrazas. - Jefe de Perforación y Disparos
E-Mail MHerrera@SouthernPeru.com.pe Teléfono 052-466111 Anx.
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1. RESUMEN.-
La Mina Toquepala, propiedad de Southern Perú, es un Yacimiento de cobre. En la
actualidad, se vienen desarrollando fases de minado de expansión y profundidad, en
cuyas paredes finales deben reflejarse la competencia de los taludes, con el objetivo
de soportar la carga portante de la masa rocosa. Los problemas de inestabilidad,
tienen su origen en diversos aspectos, como geológicos, redistribución de esfuerzos, y
diseño, asimismo, las voladuras no controladas, alteran en forma progresiva y
sistemática los parámetros geomecánicos del macizo rocoso.
Como alternativa a esta problemática, en la mina Toquepala se opto por la decisión de
poner en marcha, estudios y aplicaciones de diseños de perforación y voladura
controladas de precorte, cuyos resultados, han brindado los beneficios de: Seguridad,
control de vibraciones, incrementos de las reservas minerales por fase y disminución
de la relación desbroce - mineral.
Contar con la ventaja de una adecuada geometría de estabilidad de taludes en la mina
Toquepala, contribuye al alto grado de interrelación entre los resultados de la voladura,
y la eficiencia en las operaciones necesarias para extraer el mineral, asimismo, hacen
evidente tener un control de sus efectos y los consiguientes costos, los mismos que se
verán agudizados dependiendo de los ritmos de movimientos de material y leyes que
requiere la mina, motivo por el cual, la importancia de ejecutar diseños de voladuras
controladas de precorte.
2. OBJETIVOS.-
 Tener taludes estables, con las cuales, durante el proceso de minado,
asociemos los aspectos de seguridad, económicos y ambientales en la mina.
1

 No sobrepasar la Velocidad Pico Partícula Crítica para preacondicionar el
macizo rocoso, induciendo una línea de fractura en un plano, para atenuar
vibraciones producidas por la voladura principal.
3. DATOS DEL MACIZO ROCOSO.- Para los diseños, es importante conocer:
Clasificación del macizo rocoso.- Se ha efectuado un esquema de clasificación, donde
priman, las semejanzas litológicas por dominios estructurales:
Cuadro No 01.- Clasificación de las rocas en la Mina Toquepala
Fuente: Departamento de Geología: Southern Copper - Mina Toquepala
Caracterización de los macizos rocosos y propiedades físicas de las rocas.- Se
cuantifican mediante el índice de calidad RMR (Rock Mass Rating), del mismo modo,
es importante conocer los conceptos y valores de las resistencias dinámicas y
elásticas de las rocas, así como las características estructurales del macizo rocoso.
Cuadro No 02.- Caracterización del macizo rocoso en la Mina Toquepala
Fuente: Departamento de Geotecnia: Southern Copper - Mina Toquepala
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Parámetros Rocas con Yeso Rocas
de Medición G/A Dacitas Dioritas Volcánicas
Valoración de la Masa Rocosa (RMR) 93.00 92.00 90.30 90.50
Indice de Resistencia Geológica (GSI 88.00 87.00 85.30 85.50
Resistencia a la compresión (Mpa) 179.20 179.20 152.90 122.30
Resistencia a la Tracción (Mpa) 8.80 7.80 5.20 5.50
Densidad (g/cc) 2.70 2.60 2.70 2.60
Velocidad de Propagación (m/s) 4851.00 2985.00 2134.00 2207.00
Mínimo 1.00 1.00 1.00 0.50
Máximo 5.00 4.50 2.50 2.00Frecuencia de fracturamiento (m)
Rocas Intrusivas
Símbolo Perforación Voladura
Rocas con Brecha con yeso anhidrita Bx-G/A Dura Dura
con Brecha turmalina con yeso anhidrita BxT-G/A Dura Dura
Yeso Diorita con yeso anhidrita DiBx-G/A Dura Dura
Rocas Pórfido cuarcifero Toquepala Tq Media Media
Volcánicas Alta andesita Aa Media Media
Diorita propílica Di-Prop Media Dura
Intrusivos Dacita aglomerada Da Media Dura
Pebble brecha Px Media Dura
Tipos de rocas existentes

4. APLICACIÓN DE LA TÉCNICA DE PRECORTE.-
Definición de precorte.- Consiste en perforar taladros a lo largo de una línea límite de
excavación, con carga explosiva y espaciamiento menor a los empleados en una
voladura convencional, de modo que al disparar en forma simultánea antes de iniciar
la voladura principal, exceda las resistencias dinámicas de la roca, y se genere un
plano de debilidad que defina una pared y amortigüe las vibraciones de la voladura.
En el Precorte, se debe tener las siguientes consideraciones técnicas para el diseño:
 Ángulos de caras de banco e inter - rampas.- Los ángulos económicos y
operacionales para la perforación de precorte, están en el orden de 75° y 80°.
 Perforación.- Debe ser lo más exacta posible en cuanto a espaciamiento,
inclinación, y orientación; con la finalidad de obtener una pared uniforme.
 Sobre rotura en la cresta.- La Sobre perforación afecta el fracturamiento de la
cresta. Se debe planificar este aspecto en la elaboración de los diseños.
 Diámetro de perforación.- Cuanto más grande es el diámetro del taladro, también
más grande es el radio de rotura. Los diámetros para precorte deben ser menores.
DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE PRECORTE.- Se toman como
referencia los conceptos y ecuaciones matemáticas de Presión de Detonación.
Presión de detonación.- Es una indicadora de la habilidad de un explosivo sin
desacople para fragmentar la roca. La ecuación matemática es la siguiente:
2
exp )(110 VODPd   Ecuación 01
Pd : Presión en las paredes del taladro (Mpa).
exp : Densidad del explosivo (g/cc).
VOD : Velocidad de Detonación (Km/s)
Cargas Desacopladas, y Cargas Distribuidas.- La presión del taladro, se pueden
reducir mediante cargas desacopladas a través de la siguiente relación matemática.
3










H
l
D
d
FD
h
exp
2
2
exp
Ecuación 02
FD : Razón de desacoplamiento.
expd : Diámetro del explosivo (Pulg.)
hD : Diámetro del taladro (Pulg.)
expl : Longitud del explosivo (m)
H : Longitud del taladro (m).
Reducción de la Presión de Detonación.- Para generar el plano de corte, es necesario
minimizar las presiones en el taladro, con el empleo de explosivos de baja velocidad
de detonación, y desacoplando las cargas en relación al diámetro del taladro:
2
exp )(110 VODFDPb n
  Ecuación 03
Pb : Presión de detonación desacoplada o reducida (Mpa).
n : Exponente, 1.25 para taladros sin agua y 0.9 para taladros con agua.
Espaciamiento entre taladros.- Deben ser relativamente cortos, el empleo de mayor
número de cargas pequeñas hace decrecer el radio de fracturas alrededor del taladro.
 
0254.0


T
TPbD
S h
Ecuación 04
S : Espaciamiento entre taladros (m)
T : Esfuerzo de tensión de la roca (Mpa)
5. DESARROLLO DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN.-
Diseño de precorte.- En el siguiente cuadro, los valores de color rojo, representan los
parámetros de precorte calculados, a través de las ecuaciones 01, 02, 03 y 04, los
cuales nos servirán para elaborar los diseños con sus respectivos ajustes de campo.
Cuadro No 03.- Cálculos de los parámetros de precorte
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Unidad G/A Da Di Tq
Presión en las paredes del taladro Mpa 3437.50 3437.50 3437.50 3437.50
Densidad del explosivo g/cc 1.25 1.25 1.25 1.25
Velocidad de Detonación Km/s 5.00 5.00 5.00 5.00
Razón de desacoplamiento --- 0.07 0.07 0.05 0.05
Diámetro del Explosivo Pulg. 1.50 1.50 1.50 1.50
Diámetro del Taladro Pulg. 5.00 5.00 5.00 5.00
Longitud del Explosivo m 12.00 12.00 9.00 9.00
Longitud del Taladro m 15.50 15.50 15.50 15.50
Presión de detonación reducida Mpa 123.06 123.06 85.89 85.89
Exponente para taladros secos --- 1.25 1.25 1.25 1.25
Espaciamiento entre taladros m 1.90 2.13 2.22 2.11
Esfuerzo de tensión de la roca Mpa 8.80 7.80 5.20 5.50
TIPOS DE ROCAPARAMETROS A CALCULAR
Pd
exp
VOD
FD
expd
hD
expl
H
Pb
n
S
T

Cuadro 03.- Cálculos de parámetros de diseño de precorte
Fuente: Elaboración del autor
Figura No 01.- Diseño de los patrones de precorte
Figura No 02.- Diseño de cargas explosivas
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Desarrollo del precorte.- Como toda operación de voladura, el precorte tiene las etapas
de: perforación, carguío, voladura y una etapa adicional que es la evaluación de los
resultados obtenidos. La siguiente foto, resume las etapas en mención
Foto No 01.- Etapas del precorte, Sector Dacita Aglomerada
Fuente: Mina Toquepala – Southern Copper
Evaluación de los resultados del precorte.- Existen dos formas: Cuantitativa y
Cualitativa. La primera, se basa en el Factor de Cañas Visibles, y la segunda, define la
calidad de la voladura, donde la media caña no es un fin en si, lo que manda es
obtener taludes estables. Veamos la siguiente foto de una evaluación cuantitativa.
Foto No 02.- Pared de precorte, Sector Yeso Anhidrita
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Fuente: Mina Toquepala – Southern Copper
Expectativas y beneficios del precorte en la mina Toquepala.- Los resultados
obtenidos con la técnica de precorte, nos han hecho ver, que existen muchas
expectativas y beneficios, los más importantes de estos, son:
 Seguridad, implica desarrollar una operación productiva, con taludes estables y
definidos, efectuando un minado de continuidad, acorde a la geometría de diseño
de explotación, evitando el colapso de materiales rocosos.
 El obtener taludes definidos y estables.- nos permiten incrementar los ángulos de
banco, y ángulos Inter - rampas, los cuales reflejaran la magnitud de movimientos
de materiales (mineral + estéril), evaluando el beneficio económico asociado al
menor movimiento de materiales producto del incremento angular en los distintos
sectores de la mina que a su vez será función del costo de mina.
Figura No 03.- Secciones de ángulos de caras de banco: Mina Toquepala
Fuente: Departamento de Ingeniería: Southern Copper - Mina Toquepala y Elaboración del Autor
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Los resultados del precorte deben ser satisfactorios, y se requiere del continuo
seguimiento a los taludes en términos de estabilidad, competencia y factor de
seguridad, también es importante considerar, que cada diez bancos, se tiene que
dejar bermas geotécnicas con un ancho promedio de 20m, ello con la finalidad de
soportar la carga portante del macizo rocoso. Veamos las siguientes secciones,
donde podemos apreciar las reservas adicionales que se pueden obtener con la
continuidad de una operación de precorte.
Figura No 04.- Montaje de Secciones en un punto de ángulos Inter - rampas
Vibraciones en el precorte.- Otra forma de evaluación, es mediante la generación de
las vibraciones a través del macizo rocoso. La transmisión de ondas varía según la
velocidad de propagación, puesto que cada roca posee diferente velocidad de las
ondas sísmicas, definidas por superficies de separación donde las mismas
experimentan cambios significativos. Con la aplicación del precorte, se minimiza el
daño al macizo rocoso por vibración, debido a que la grieta producida atenúa o
amortigua la Velocidad Pico Partícula generada por la voladura primaria. Veamos la
siguiente gráfica de los resultados de vibración con precorte y sin precorte.
Figura No 05.- Ondas de vibración en voladuras de precorte y sin precorte
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Amortiguación de
las vibraciones

Fuente: Registros de vibración: Departamento de Perforación y Voladura: Southern Copper - Mina Toquepala
6. CONCLUSIONES.-
 Es importante tener en cuenta, que el Precorte no va a funcionar en cualquier tipo
de estructura rocosa. Con el desarrollo de la práctica de ésta operación, y los
beneficios obtenidos, hemos definido cueles son los sectores de aplicación de la
técnica, que generalmente son en las formaciones rocosas masivas y de alta
velocidad de propagación sísmica. Por lo cual, nunca de debe emplear un mismo
patrón de diseño para todos los macizos rocosos.
 Cuando ejecutamos precorte, siempre se piensa en el costo que involucra dicha
operación, muy pocas veces lo relacionamos con el beneficio de seguridad que se
obtiene con los resultados de un buen precorte, si bien es cierto, el precorte
incrementa los costos unitarios de perforación y voladura, este se compensa y
además brinda utilidad, cuando es aplicado de manera segura y conociendo los
principios técnicos que puede brindar una adecuada operación de precorte.
 Como se ha comprobado en los registros de vibración, la grieta producida por el
precorte, actúa como una barrera de amortiguación en los límites de los taludes,
disipando la energía explosiva, este aspecto definitivamente conllevará a tener
taludes seguros que impliquen desarrollar una operación productiva, con un
minado de continuidad, acorde a la geometría de diseño de explotación.
 El obtener taludes definidos y estables, nos permiten parar lo ángulos de la mina,
con lo cual existe un mejor aprovechamiento de las reservas minerales por fase de
desarrollo, lo cual se traduce en eliminar el movimiento de millones de toneladas
de desmonte. Con este principio se pueden explotar yacimiento con leyes cada vez
más bajas.
 Finalmente, la decisión de poner en práctica un programa de Voladura de Precorte
de buena calidad, es el resultado de un Equipo de Trabajo Integral que recae en la
participación de todos los Departamentos Involucrados. Muchas veces las razones
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VPP con Precorte
< 102 mm/s
VPP sin Precorte
>180 mm/s

de porque no se pueden lograr buenos resultados, no esta en el tipo de técnica
usada, el diámetro de perforación, el explosivo y posiblemente no siquiera en el
tipo de roca. En realidad las razones se encuentran en las personas que no son
capaces de dar un sentido común a su acción dentro de su propia empresa.
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