Estado de Arte C. J.

1. CAPITULO II
2.1. ESTADO DEL ARTE / MARCO TEORICO
ESTADO DE ARTE
El proceso de fragmentación de rocas mediante la voladura ha desarrollado notables avances desde
que se inventó la dinamita en 1867. El descubrimiento de este explosivo significó la apertura a un
mundo que trajo consigo la aplicación de la ingeniería, la cual con el tiempo ha ido creciendo con
nuevas formas de agentes de voladura, que no necesariamente son explosivos, como detonadores,
diferentes accesorios y técnicas que permitan atender al principal propósito de fragmentar el macizo
rocoso (Saharan, Sazid, & Singh, 2017).
Las operaciones a tajo abierto desplazan y explotan grandes volúmenes de material, buscando obtener
el mineral necesario para ser procesado posteriormente en las plantas de concentración. La minería
superficial del Perú ha desarrollado el proceso primario de la voladura con diversas innovaciones,
tanto nuevas técnicas como modelos predictivos. Por varios años, algunos autores dentro de este
proceso se han identificado diferentes problemas, siendo uno de los más comunes los inconvenientes
con referencia al tamaño de la fragmentación, afectando de esa manera las operaciones posteriores de
carguío, transporte del material volado, molienda y trituración.(Faramarzi et al., 2013; Zhang, Hou,
Guo, He, & Zhang, 2020)
Babaeian, Ataei, Sereshki, Sotoudeh, & Mohammadi, (2019) afirmaron que el principal propósito de
la voladura en las minas a cielo abierto es producir fragmentos de macizo rocoso para ser usados en
la etapa de trituración con las dimensiones óptimas de las rocas in situ. Los tamaños de los fragmentos
indican la eficiencia de la voladura, por lo que se busca alcanzar valores cercanos a los tamaños
óptimos requeridos para el ingreso a la planta de procesos. Dentro del desarrollo de su metodología
indicaron una comparación entre dos métodos enfocados en el estudio de la fragmentación: métodos
empíricos y métodos de análisis de técnica aplicada.
Frente al problema de una inadecuada fragmentación en la voladura, se buscaron desarrollar técnicas
que permitan dar solución a este aspecto. Los avances en la ingeniería de la voladura dieron lugar al
marco científico y de desarrollo para generar soluciones tecnológicas que también abarquen la
implementación de nuevas técnicas aportando al proceso de fragmentación de la roca. Dentro de estos
avances se encontraba la aplicación de la cubierta de aire o también llamada cámaras de aire (Saharan
et al., 2017).
Las cámaras de aire surgieron como una alternativa en las minas de manganeso a cielo abierto.
Jhanwar, Jethwa, & Reddy, (2000) indicaron que la influencia de la cámara de aire en la
fragmentación del macizo rocoso de una mina a cielo abierto de manganeso fue investigada siendo
de vital importancia el uso de la técnica. Se reveló que la voladura con cámara de aire mejora el grado
de fragmentación y produce una fragmentación más uniforme en comparación con la voladura
convencional.
Para Saharan et al., (2017) la aplicación de una cámara de aire dentro de los taladros o blastholes,
resultó ser una solución pero no con los beneficios esperados. Esto significó que no bastaba con
colocar un tapón dentro de la columna explosiva en cualquier posición o longitud. Se dieron cuenta
que en la sección de explosión de voladura convencional con la cámara de aire en remplazo del taco
inerte de la parte superior del taladro no se produjo ninguna mejora visible en la fragmentación debido
a este cambio; mientras que, la sección de explosión de voladura compresional en alguna posición
media o inferior de la columna generó una pila desmonte mucha más uniforme en la fragmentación.
La marcada distinción en la utilización de la energía explosiva demostró el hecho de que la aplicación
para la fractura y fragmentación de rocas puede mejorarse mucho con la combinación del tapón de
contención y la cámara de aire. Como resultado, la práctica de voladura convencional no pudo generar
la fragmentación necesaria para ser homogénea, pese a que se contaba con las condiciones geológicas
favorables en el escenario de aplicación.
Enfocándose en el problema de fragmentación de rocas Singh et al., (2016), realizaron investigaciones
que fueron más allá de la aplicación práctica y experimental de una técnica; por el contrario,
plantearon controlar la fragmentación producto de las voladuras probándolo en 3 minas de la India.
Utilizaron como base la fórmula de predicción de la fragmentación que se aplica post-voladura, el
modelo Kuz-Ram; asimismo, implementaron el uso del software WipFrag, cuya función es la de
recoger y almacenar fotografías digitales a escala de los fragmentos de rocas voladas. Para ello,
separaron noventa y un taladros dentro de las 3 minas (Nigahi, Sonepur Bazari y Kusmunda); con el
fin, de obtener los parámetros del diseño de voladura para posteriormente analizar sus impactos en la
fragmentación de la roca. Los parámetros del estudio fueron los siguientes: La relación entre la carga
y el diámetro del agujero, la relación entre el espacio (burden) y la carga, la longitud de la columna,
la relación de la rigidez, cantidad y tipo de explosivos, factor de carga/pólvora (polvo). El tamaño
medio de las partículas de los fragmentos aumenta con el incremento de la carga; el tamaño medio de
los fragmentos disminuye con el aumento en la relación entre el espaciamiento y la carga; la relación
entre la longitud de la columna y la carga es directamente proporcional al tamaño medio de la
fragmentación de la roca; también, el aumento del factor de carga aumentará el tamaño medio de la
fragmentación; al aumentar la rigidez se disminuye el tamaño medio de los fragmentos de roca.
Babaeian et al.,(2019) implementaron un nuevo modelo que utiliza enfoques del método estadístico
de regresión multivariante y la técnica del laboratorio de evaluación y ensayo de decisiones. Se
compararon estos dos métodos para obtener el óptimo respecto a la fragmentación de roca. El primer
enfoque se basó en los datos reales obtenidos in-situ de la voladura; mientras que, por otro lado, el
segundo se basó en los conocimientos y la experiencia de los expertos. Siendo así, el primero un
conjunto de métodos de procesamiento estadístico; y, el segundo se fundamenta en una teoría de
gráficos. Los parámetros más eficaces en el índice de uniformidad y el tamaño medio de la
fragmentación son el ratio B/D (Burden y Diámetro del taladro) y BHP (patrón de la columna
explosiva).
Balakrishnan, Pradhan, & Dhekne, (2020) expusieron el estudio de una nueva técnica; paralelamente
comparada con la voladura convencional, la cámara de aire y tubo de plástico. Por su lado, la cámara
de aire esférica utilizó bolas huecas hechas de plástico reciclado para inducir el espacio vacío de aire
en la columna explosiva. Habiendo inducido esta cámara, el explosivo fue posicionado
inmediatamente a continuación dentro del taladro con el taco de material inerte respectivo. Luego de
algunas pruebas concluyeron que la técnica de Distributed spherical Air-Gap (DAG) permitió una
mejor distribución de los espacios de aire en las columnas explosivas y ofreció un confinamiento
relativamente mejor. Esto dio lugar a ondas de rarefacción con mayor presión, mayor longitud e
interacciones de ondas múltiples en el barreno; asimismo, se logró controlar la generación de finos
excesivos, se redujo la cantidad de explosivos y se evidenció una reducción mínima en el material
sobredimensionado.
Actualmente, en el proceso de voladura se desarrollan técnicas no convencionales, las cuales aportan
resultados positivos al problema de la fragmentación de la roca. De tal manera que, los estudios de
las técnicas están enfocados en las cámaras de aire buscando obtener las características adecuadas
para su correcta aplicación; es decir, tienen en cuenta principalmente de una distribución idónea
dentro de la columna explosiva. Estas investigaciones han sido desarrolladas por investigadores
competentes dedicados a incrementar la data sobre técnicas de cámaras de aire.
Saqib, Tariq, & Ali, (2015) buscaron determinar la ubicación adecuada y la longitud óptima de las
cámaras de aire; con la finalidad, de aplicarse en las operaciones de voladuras en las minas de tajo
abierto. El aporte de los autores fue la implementación de la técnica en pruebas con hormigón para la
experimentación; ya que, la investigación probaría el estudio a escala en un laboratorio. La razón del
uso del hormigón se debe a la propiedad de este que permite eliminar los efectos de las incertidumbres
e irregularidades geológicas como: Las fracturas, lo pliegues, las fallas y las juntas en los resultados
de las voladuras. Las fases del estudio fueron las siguientes: Primero, se volaron 3 bloques de
hormigón sin aplicar cámara de aire; en segundo lugar, se implementó el uso de la cámara de aire y
posicionó la cámara de manera superior, media e inferior; finalmente, se buscó la longitud adecuada
probando 4 longitudes; los resultados fueron los siguientes: La utilización de la cámara de aire da un
tamiz de fragmentación tan buena como la no utilización de ella y la posición más adecuada para el
tamaño más uniforme de la roca fragmentada es la posición media.
Algunas otras alternativas y técnicas se fueron desarrollando dentro del contexto de la fragmentación
de roca. Uno de estos estudios fue la aplicación del mismo principio de cámaras, pero ahora utilizando
el agua presente en las columnas explosivas en la profundidad de los pozos. Se sabe que el agua afecta
el rendimiento de la voladura; por ello, Jang, Kawamura, & Shinji, (2019) realizaron una
investigación en una mina de basalto en Queensland, Australia; con la finalidad de implementar la
técnica de cámara de agua para maximizar los beneficios del agua en el taladro y reducir al mínimo
las influencias negativas del agua en el proceso de la voladura. La principal función de la cámara de
agua (WDB) fue la de sellar el agua en el fondo del barreno para prevenir los efectos adversos del
agua. De un total de ciento treinta y nueve barrenos, se definieron veintitrés agujeros para contener
agua en el fondo, que oscila entre 0.1m y 1.3m. Se aplicó un polvo altamente hidrófobo para crear
una capa estructural para sellar el agua. Los resultados obtenidos al aplicar esta técnica innovadora
fueron los siguientes: El ahorro de tiempo y los costos de drenaje de aguas en los pozos. Además,
como resultado central, la voladura produce una distribución satisfactoria de fragmentos.
Especialmente, se obtuvo un piso plano, lo que implica la influencia efectiva de WDB.
Zhang, (2016) realizó un estudio experimental en un laboratorio buscando conocer las diferencias que
existen en la voladura aplicando la técnica de aire, voladura suave y pre-split. Así mismo, el autor
define los parámetros para la técnica de cámaras de aire y algunas recomendaciones. Los parámetros
fueron los siguientes: Teoría de propagación de ondas, material del taco; y, posición y cantidad de
cámaras de aire. En consecuencia, para determinar la posición y cantidad de cámaras de aire se aplica
una fórmula que tiene como parámetros la longitud total de cámaras de aire (Lta), longitud total de
carga (Ltch), el diámetro de la carga (dch) y la longitud de c/u de las cámaras de aire (lair). El autor
notó lo siguiente del estudio: Conocer el material de formación del taco llega a ser un parámetro
importante. Por otro lado, la aplicación de cámaras de aire en más de cien minas y canteras arrojó un
aumento de la eficiencia de la excavadora, reduciendo la carga específica. Finalmente, se encontró
que la cámara de aire mejoraba el grado de fragmentación; y, producía una fragmentación más
uniforme en comparación con la voladura convencional. Las fórmulas que presenta el autor para
calcular la cantidad de cámaras de aire y determinar la posición de ellas, fueron aplicadas en la
investigación realizada. Puesto que, esta herramienta proporcionó un correcto análisis de la
fragmentación en los taladros usando cámaras de aire.
Para la presente investigación, se tendrá como metodología base la propuesta aplicativa de Saqib,
Tariq, & Ali, (2015) quiénes desarrollaron una simulación en laboratorio utilizando la técnica de
cámaras de aire en bloques de hormigón, los cuales representaban a escala la geología. Por lo cual, se
realizarán pruebas en campo posicionando la cámara de aire e implementado el tapón de caucho
reciclado; los resultados obtenidos serán comparados con los datos previos a la aplicación de la
técnica. De esta manera, se determinará el mejoramiento o fracaso respecto al problema de
investigación.
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Bibliografía
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