Monitoreo y medición de vibraciones en minería superficial

Las vibraciones que originan las voladuras de roca representan uno de los problemas más importantes que enfrentan hoy en día las operaciones mineras y las áreas pobladas próximas a estas.

La onda de choque generada por la detonación de cargas explosivas, se propaga en forma esférica, y transfiere una energía vibracional al macizo rocoso. Estas ondas sísmicas transmiten a la roca movimientos de partículas en todas direcciones, con intensidades que dependen de la energía del explosivo, geometría de la voladura y la secuencia de detonación. Por lo tanto, para limitar estos efectos se debe llevar a cabo alguna técnica de voladura controlada, minimizándose los efectos sobre el macizo rocoso (Oyanguren y Monge, 2010).

El control de las vibraciones hoy en día es un importante factor a considerar cuando se requiere que los taludes sean más estables y el resultado de la voladura sea el esperado. El objetivo de esta investigación fue conocer los métodos de monitoreo empleados en minería a tajo abierto, así como los resultados obtenidos en algunos casos modelo y determinar la efectividad del Cross-hole en el monitoreo de vibraciones. Se diseñó un estudio descriptivo de los métodos más frecuentes de monitoreo de vibraciones utilizados en minería superficial.

Tipo de estudio: Descriptivo.
Población: métodos de monitoreo de vibraciones aplicados en minería superficial.
Muestra: tres métodos de monitoreo de vibraciones aplicados en minería superficial durante los últimos 20 años.
Muestreo: no probabilístico discrecional.
Instrumentos de recolección de datos: observación en campo e investigación documental.
Técnicas de procesamiento y análisis: para el procesamiento de los datos obtenidos en campo se realizó un registro de fotografías, recopilación y descripción de cuadros de resultados de las pruebas realizadas.

Presentación y discusión de resultados

Variables que afectan las vibraciones

Geología local y características de las rocas: en los macizos rocosos homogéneos y masivos las vibraciones se propagan en todas direcciones. En estructuras geológicas complejas, la propagación de ondas puede variar con la dirección y presentar diferentes tipos de atenuación y leyes de propagación.
Cantidad de explosivo: es el factor más importante que afecta la generación de vibraciones, a mayor carga explosiva, mayor magnitud de vibraciones.
Distancia al punto de voladura: conforme la distancia aumenta la intensidad de las vibraciones disminuye.

Equipos para el monitoreo de vibraciones

Para realizar el monitoreo se utilizan equipos especializados que constan de los siguientes componentes:

Transductores (geófonos) se instalan en el interior o en la superficie del macizo rocoso.
Sistemas de cables (paralelos) llevan la señal captada desde el geófono al equipo.
Equipo de adquisición, recibe la señal y la almacena.
Computadora: tiene incorporada el software necesario para el análisis de la información.

Importancia de la medición de vibraciones

Medir las vibraciones producidas por una voladura ayuda a estimar la probabilidad de daño que el macizo rocoso puede sufrir.
El monitoreo ayuda a determinar la velocidad crítica en cada uno de los materiales del terreno para conocer los límites máximos permisibles de vibración sin causar daño al macizo rocoso remanente.
Se puede utilizar el monitoreo de las vibraciones como una herramienta de diagnóstico, para determinar el grado de interacción entre las variables de la voladura, así como predecir las vibraciones producidas por voladuras futuras.

“La peligrosidad con respecto a una estructura de una vibración no está dada solamente por el valor pico de dicha vibración, sino también por la frecuencia de la misma. La peor situación se produciría cuando la frecuencia de la onda que va excitar una determinada estructura es igual a la frecuencia de resonancia de dicha estructura. En este caso se produce la máxima absorción de energía por parte de la estructura y hay mayor probabilidad de que pueden causar daños a la misma. Es muy importante determinar cuáles son las frecuencias predominantes de la onda generado por la voladura” (López Jimeno, 2003).

Casos aplicativos

Medición de Onda P (Cross hole)

Para el método de Cross Hole se empleó la Prueba de Cruz: los pozos de instalación de geófonos fueron de diámetro 6’’ con una longitud de 11m.
Fórmula utilizada:Los modelos creados con las pruebas buscaron la creación de ábacos de daño que indiquen cuántos kilos de explosivo se puede detonar en un mismo instante cerca de una pared para no generar daño por voladuras.

Recomendaciones para reducir el nivel de vibraciones:

Minimizar la cantidad de explosivo.
Por tiempo de retardo.
Reducir el diámetro de perforación, secuencia taladro a taladro, etc.
Usar tiempos entre filas y taladros que eviten la superposición de ondas y permitan un buen desplazamiento de la roca.
Usar voladuras de control.

Reportes rutinarios de voladuras electrónicas con sismógrafo (Modelo)

Previo a la voladura, se colocaron dos sismógrafos con sus respectivos geófonos en dos zonas estratégicas del tajo, de modo que se pueda llevar un registro de las vibraciones causadas por la voladura.

Antecedentes generales:

Horario voladura: se programó la voladura a las 16:00 p.m. Se ejecutó a las 02:50 pm en los niveles 3336 y 3348N; y a las 3:09 pm en el NV 3348S.
Secuencia de detonación electrónica: 3336 Disparo electrónico: Tiempo/ taladros=14 ms Tiempo/fila de producción=180 ms. 3348N/3348S Electrónico: Tiempo/ taladros=7 ms Tiempo/fila de producción=180 ms
Esponjamiento 3336 Se observa un esponjamiento muy bueno post voladura. 3348/3348N Se observa un esponjamiento muy bueno post voladura.
Fragmentación 3336 Se observa una fragmentación muy buena post-voladura. 3348/3348N Se observa una fragmentación muy buena post-voladura.
Presencia humos Disparo 3336 electrónico, no generó humos naranjas en cuatro taladros (1,9%). Disparo 3348N electrónico no generó humos naranjas en el disparo (0%). Disparo 3348S electrónico generó humos naranjas en tres taladros (2.97%).
Generalidades Disparo electrónico 3336, con 211 taladros detonados en las mallas: 025, 601, 602. Disparo electrónico 3348N, con 104 taladros detonados en las mallas: 604, 611, 621. Disparo electrónico 3348S, con 101 taladros detonados en las mallas: 058, 619.

Monitoreo de vibraciones en poblados cercanos

El objetivo fue establecer procedimientos para la realización de monitoreos de vibraciones y ruido ocasionados por las voladuras realizadas en tajo en los centros poblados más cercanos. El procedimiento fue el siguiente:

El ingeniero responsable de Medio Ambiente ubicó en un plano el centro poblado más cercano y representativo (en dirección horizontal) para realizar los monitoreos.
El ingeniero de perforación y voladura se ubicó geográficamente conjuntamente con el ingeniero responsable de Medio Ambiente en el centro poblado en mención y determinaron un punto de monitoreo apropiado para realizar los monitoreos.
Con un tiempo prudente de anticipación, el ingeniero de perforación y voladura realizó la programación del sismógrafo y ubicó adecuadamente el geófono estándar, así como el micrófono para medición de ruido.
Mediante el uso de radio de comunicación el ingeniero de perforación y voladura coordinó el instante exacto del disparo de manera que el sismógrafo registre los eventos producto del dis-paro realizado.
Luego del disparo el ingeniero de perforación y voladura des-cargó toda la información alma-cenada en el sismógrafo hacia un computador.
Con la información se obtendrá el PPVmax (Peak Particle Velo-city máximo) en mm/s y el pico máximo en dB (decibeles) en un tiempo en ms (milisegundos). En base a esta información se simuló el disparo del proyecto, ubicando de acuerdo al tiempo los taladros que hayan salido juntos o muy cercanos y en base a ello obtener la cantidad de kilogramos de explosivo que ocasionó el PPVmax.
Con el fin de obtener un análisis no solo cuantitativo sino cualitativo se tomado como marco referencial las normas de la USBM (U.S. Bureau of Mines) 1980.

Se pudo observar claramente que el monitoreo en el tajo y cerca de las comunidades es sumamente importante ya que ayuda a determinar controles futuros y evitar problemas con las estructuras aledañas. Tener un parámetro de comparación referencial es trascendental en este proceso.

Conclusiones

Gracias a los controles de vibraciones residuales realizados en el entorno a las operaciones mineras, se demuestra que sí es posible generar un ambiente seguro y sostenible, reforzando a su vez la legitimidad y generando la confianza necesaria para lograr una mayor armonía entre las operaciones y la comunidad.
El monitoreo de vibraciones producto de las voladuras es una técnica que permite evaluar el rendimiento general del diseño de la voladura. Los valores absolutos obtenidos de los niveles de velocidad de partícula, hace posible la obtención de modelos predictivos confiables, con los cuales se pueden evaluar los diversos parámetros de la voladura.
La técnica Cross_Hole es una herramienta que permite hacer una buena evaluación del daño al macizo rocoso y a la vez ajustar el criterio de daño como una función del PPVmáx.

*Extractos del trabajo técnico «Monitoreo de vibraciones por voladuras para controlar posible daño a estructuras en comunidades cercanas», presentado por la ingeniera Christa Quiroz de la Universidad Privada del Norte en el Encuentro Tecnología e Investigación de Perumin-32 Convención Minera.

Publicado en la Revista Seguridad Minera nº123.