Herramientas computarizadas para diseñar, registrar y analizar una visualización 3-D de tronadura de patrones, perfiles de terreno y otros parámetros Por Russell A. Carter, Editor General

La tecnología de tronadura en minería a cielo abierto ha avanzado a paso constante, y mejoramientos tales como sistemas de tronadura electrónica con rangos de de retardo-temporización y capacidades de detonación ampliamente expandidos, nuevos productos explosivos y software de diseño de tronadura fácil de usar, ofrecen medios cada vez más tecnológicos para mejorar la efectividad de la tronadura. Al mismo tiempo, el rendimiento del aparataje de perforación y el diseño de la herramienta de la sarta de perforación han sido depurados continuamente por los proveedores de equipos para brindar la herramienta correcta para el trabajo en casi cualquier escenario de producción con perforación y tronadura imaginable.

La ironía detrás de este progreso es que una mina aún casi no tiene control sobre uno de los factores más predominantes en su secuencia de producción—la perforabilidad y tronabilidad del material que tiene que ser fragmentado para su procesamiento. Y no solamente la planificación de la tornadura y la perforación es limitada por condiciones geológicas y físicas en el rajo; el personal de perforación y tronadura (D&B) también se ve enfrentado a mejoramientos igualmente constantes en las capacidades las flotas de carguío y acarreo, en un desafío permanente por brindar resultados de tronadura que maximicen la productividad de la flota y del proceso posterior—al menor costo posible.

De hecho, el costo es un denominador común constante en cualquier cálculo de efectividad de la tronadura. A pesar que los costo D&B normalmente representan solamente alrededor del 12% o menos de los cotos totales de extracción, la escala de operaciones en minas de gran tamaño presenta oportunidades para importantes sobrecostos D&B—y al mismo tiempo, importantes ahorros. Es importante para una operación saber sus costos reales por rotura de material, y cómo estos encajan en los costos totales de producción, a fin de identificar prácticas legítimas D&B de ahorro de dinero. Según varios expertos en D&B, es sorprendente como muchas operaciones no cuentan con esta información, y derrochan dinero y tiempo en iniciativas que resultan ser un fracaso.

Consideraciones básicas tales como la elección de los explosivos, manteniendo la distancia media deseada entre pozos en patrones de perforación, y la selección de tiempos de retardo correctos son buenos puntos de partida para los esfuerzos por mejorar la tronadura. Otro enfoque económico es emplear uno o más de los muchos paquetes de software de análisis y diseño de tronadura actualmente disponibles, incluyendo aquellos que permiten el perfilamiento de la cara del banco de pre-tronadura y el análisis post-tronadura de la distribución de tamaño de los fragmentos. Algunas de estas soluciones son módulos en paquetes más grandes de gestión de minas de proveedores tales como Gemcom (ahora Geovia), Ventyx ó Maptek, y otros programas independientes. La mayoría son actualizados frecuentemente para albergar nueva tecnología y capacidades de recolección de datos.

Gestiónelo, Mídalo, Infórmelo
Como ejemplo de un producto de software modular, el módulo Perforación y Tronadura del conjunto Surpac de Gemcom está diseñado para brindar al usuario un mejor diseño, gestión y generación de informes de los patrones de tronadura. Las características incluyen el control de pozos individuales, creación de pre-separaciones y perforación ya sea en altura prefijada o en una superficie DTM.

De acuerdo a la compañía, el módulo permite a los usuarios fijar el patrón de volumen de roca por tiro y separación por códigos de masa rocosa almacenados en el polígono de esquema de cadena, permitiendo un mayor control sobre una tronadura que involucra diferentes tipos de materiales. Para propósitos de generación de informes, cada código podrá tener una gravedad específica diferente. A los diferentes códigos también se les puede asignar diferentes costos de perforación por pie o por metro, permitiendo una mayor exactitud en la presupuestación para perforación y tronadura y más capacidad para anticipar áreas de mayor costo.

El módulo incluye la capacidad de generar un patrón de detonación para una tronadura y luego animar la secuencia de detonación. Los usuarios pueden ver la animación y posteriormente pueden hacer cambios tanto en el orden como en el patrón de detonación antes de emitir el patrón. Además, dice Gemcom, a pesar que en el pasado los usuarios posiblemente encontraban difícil calcular el volumen real de una tronadura hasta después de excavar la tierra tronada, el módulo entrega la capacidad de crear un macizo de tronadura influenciado por un cono alrededor de cada pozo de perforación y cortado para cualquier cara libre existente.

Los informes generados a partir del módulo pueden dar claras indicaciones de los que se necesita en términos de explosivos, detonadores, y estimaciones de costos totales. Se pueden generar fácilmente informes de presentación de patrones que contengan: nombre del pozo, referencias hacia el norte, hacia el este, y referencias de altitud.

Mintec, citando una necesitad detectada en la industria de expandir y potenciar el uso de datos operacionales en faenas mineras para brindar análisis más profundo y significativo, está preparando el lanzamiento de su MineSight Performance Manager (MSPM), descrito como una nueva herramienta independiente que aprovecha los datos obtenidos con herramientas MSAxis de Mintec durante la perforación y tronadura, el control de pendientes y procesos de producción.

La funcionalidad del MSPM se desglosa en componentes: MSPM Drill & Blast y MSPM Grade Control. MSPM D&B presenta herramientas para reconciliación de ubicación espacial horizontal y vertical, y rastreo de consumo de explosivos, así como herramientas para análisis de fragmentación y QA/QC espacial tiro a tiro, además de las funciones Advanced. Al usuario de MSPM se le presentan una selección de útiles tableros, que incluyen un tablero de Reconciliación de Tiros, diseñado para permitir al usuario visualizar y evaluar diferentes componentes de un diseño de perforación y tronadura versus valores reales. Valores agregados para un tiro predeterminado se pueden seleccionar para análisis además de valores pozo-a-pozo.

Se pueden seleccionar múltiples tiros, y se puede comparar el tipo y costo de los explosivos para cada tiro. Se pueden seleccionar o deseleccionar productos específicos usando un control en el encabezado de la columna.

Se puede generar y analizar información de tanto de fragmentación prevista como de fragmentación real (a partir de sistemas de medición de tamaño de partículas). La fragmentación planeada es afectada por el burden, la separación, la fuerza explosiva, factores geológicos y diámetro del pozo de perforación. Tener la capacidad de determinar el tamaño esperado de la roca después de la tronadura, basándose en los parámetros de diseño, brinda una sólida base para futuros diseños.

En faenas que tienen sistemas de medición de fragmentación (distribución de tamaño de partículas) y sistemas de gestión de camiones/flotas, MSPM permite la correlación de P80 (80% del tamaño pasante) con la velocidad de excavación medida de la pala. El P80 real vs. el P80 deseado muestran el desempeño del plan de fragmentación.

Se puede realizar un control de calidad sobre una base tiro a tiro para determinar la calidad de la perforación y una puntuación asignada sobre varios factores. Estos factores incluyen la varianza de pozos XY, la sobre-perforación, la perforación incompleta y los pozos taponeados. Las varianzas de áridos son informadas, y cada varianza individual también es mostrada.

La versión inicial de MSPM se centrará en la generación de informes de perforación y tronadura, análisis y analítica, incorporando funcionalidad extra para brindar herramientas para reconciliación de modelo de bloque (ej.: modelo de bloque de control de pendiente vs. modelo de bloque de recursos), despacho de camiones vs. modelos de bloque, reservas tronadas, material extraído, y cumplimiento del plan minero. Si no se cumple el plan minero el resultado puede ser un importante impacto en los gastos pagados y pérdida de utilidades. Esto es una realidad no solamente en el corto plazo, sino que el no cumplimiento también puede tener consecuencias negativas en el plan optimizado en el largo plazo, indica Mintek.

Orica dice que la quinta generación de su software de diseño de tronadura SHOTPlus permite la creación, análisis y optimización avanzados de los planes de tronadura. El nuevo programa, según la compañía, brinda grandes capacidades de diseño en iniciación de tronaduras en varios idiomas y da apoyo a los sistemas de tronadura eléctrica y pirotécnica de Orica.

La características de SHOTPlus 5 incluyen:

  • Diseño de tronadura en un ambiente completamente 3-D;
  • Asignación automática de secuencias de tronadura electrónica basada en instrucciones de encendido y alivio de roca tronada definidas por el usuario;
  • Temporización de retardos electrónica auto-ajustable que cumplan con las ventanas de encendido deseadas para control de vibración;
  • Simulación de secuencias de temporización en tiempo real, permitiendo destacar problemas de cualquier área antes del encendido;
  • Importación de diseños de patrones generados desde otros paquetes de diseño de la mina;
  • Exportación de datos de diseño cambiantes para crear hojas de carga en Microsoft Excel o en otros paquetes;
  • Creación de plantillas de importación y exportación para optimizar transferencias de datos rutinarios entre paquetes de software para maximizar la eficiencia del proceso de diseño;
  • Creación de reglas de carguío definiendo parámetros de carga de pozos de voladura específicos que puedan ser aplicadas rápidamente a los pozos seleccionados o a la tronadura completa;
  • Generación de informes de cantidad de material de tronadura para reconciliar el inventario tronado;
  • Vínculos a su herramienta en línea Advanced Vibration Management (AVM).

Maptek afirma que su solución BlastLogic puede aumentar la exactitud de perforación y tronadura al aprovechar la validación automática y herramientas de diseño con una interfaz intuitiva 3-D. BlastLogic mantiene un registro histórico de toda la actividad de perforación en una única locación administrada e interacciones con sistemas de navegación de perforación de terceros con soporte. Se puede configurar según los parámetros de una faena específica, con tolerancias preferentes y límites establecidos para el proceso de validación automatizado, y se puede definir y mantener una biblioteca de productos de tronadura y reglas de carga.

La ubicación y las dimensiones del collar se actualizan automáticamente desde los sistemas de navegación de perforadoras o sondeos en terreno. Hojas de bajada, relleno y carga se generan automáticamente.

Tablets robustos permiten compartir datos electrónicos en terreno, ampliando el acceso inmediato a los datos. Reglas de diseño de carga definidas en la faena se aplican en un patrón y pueden seguir perfeccionándose sobre una base pozo-a-pozo.

Videos, fotografías, documentos y escaneos asociados a una tronadura específica se almacenan en servidor BlastLogic SQL se pueden recordar fácilmente. En general, dice Maptek, BlastLogic proporciona un proceso estandarizado, repetible y escalable para una o varias operaciones.

DetNet, una sociedad comercial 50:50 entre AEL y Dyno Nobel, ofrece el paquete de software de diseño de tronadura ViewShot, que permite diseñar y simular planes de encendido en una computadora, y luego bajarlos con información de retardo del plan de encendido para sistemas de control SmartShot y DigiShot Plus. ViewShot, según DetNet, ofrece soporte para sofisticados patrones de temporización, importa datos desde software de planificación de terceros y entrega análisis de temporización de diseño de tronadura y simulación de tronadura, junto con capacidades de impresión y generación de informes.

Utilidades a partir del Perfilamiento
De creciente interés para planificadores de tronadura es la cada vez mayor capacidad—y disponibilidad—de sistemas fotogramétricos estéreo/ fotogramétricos simplificados para perfilar las caras del banco y otras características de interés del terreno. Empresas tales como la Austriaca 3G Software & Measurement (3GSM) han desarrollado sistemas que brindan un flujo de trabajo altamente automatizado que comienza con la sencilla tarea de fotografiar, digamos, una cara de una banco desde ángulos levemente diferentes con una cámara digital SLR calibrada, luego utilizando sofisticados algoritmos en el software propio BlastMetrix3D para procesar las fotos en una imagen 3-D, y aplicando la información resultante para ajustar la configuración del patrón de perforación a la geometría real de la cara del banco.

En aquellos casos en que áreas más grandes o formas complejas vayan más allá de la información disponible en un sólo par de imágenes estereoscópicas, el área es registrada por varias imágenes 3-D superpuestas. Usando el software opcional BMX ModelMerger de 3GSM, las múltiples imágenes son convertidas en un modelo 3-D más grande basado en información topográfica y estructural común en las imágenes originales. Esta característica ha sido usada para perfilar grandes áreas de tronadura que se extienden por sobre los 2.500 pies, según indica 3GSM.

Una vez que se genera la imagen en 3-D de la cara de un banco, los usuarios pueden emplear software BMX BlastPlanner, ingresando parámetros geométricos básicos tales como el burden, la separación, o la inclinación de las perforaciones, y así permitir que el sistema los posicione según corresponda. Cada perforación es perfilada, y las ubicaciones del pozo se pueden visualizar en vista de planta y en 3-D.

Robert McClure, presidente de la firma internacional consultora y de ingeniería de tronadura RAM Inc., explicó cómo las soluciones estéreo-fotogramétricas pueden beneficiar a los usuarios. “Las cargas (burden) de primera línea son una de las mediciones de diseño de tronadura más críticas. Las perforaciones con exceso de burden pueden causar alta vibración, fragmentación deficiente y menor velocidad de carga (burden). Todo esto puede impactar negativamente la tronadura en su totalidad y el rendimiento de demolición así como también la integridad del muro final. Cargas (burden) livianas pueden generar rocas en vuelo y altas sobrepresiones de aire, creando problemas de cumplimiento y seguridad. La tecnología de perfilamiento por fotogrametría estéreo proporciona una forma precisa, segura y eficiente para perfilar el muro alto y diseñar un patrón de tronadura optimizado para un mejor rendimiento de la tronadura,” según McClure.

McClure, cuya compañía representa as 3GSM en Norteamérica, dijo que BlastMetrix permite al usuario optimizar el diseño de tronadura. Las cargas (burden) de primera línea pueden ser revisadas usando la vista de burden mínimo. Las perforaciones se pueden posicionar para que proporcionen energía constante a través de la masa rocosa, minimizando la roca en vuelo y las sobrepresiones de aire. El daño al muro se puede minimizar diseñando patrones de tronadura con geometría de patrón y distribución de energía constantes.

“El perfil se puede inspeccionar rápidamente en forma remota, lejos del muro alto y de la cima. Su facilidad de uso y de capacitación lo hacen un sistema sencillo para integrarlo a cualquier faena,” agregó.

Los Ojos en la Bola
Otra metodología para diseñar tronaduras más rentables involucra el estudio de dinámicas de movimiento de tronadura—determinando exactamente cuánto material ha sido reposicionado desde su posición original después de una tronadura. Inicialmente desarrollado hace alrededor de una década en el Centro de investigación Mineral Julius Kruttschnitt en Queensland, el concepto fue considerado originalmente como una herramienta de control-de-inclinación para minimizar la dilución del mineral. Como el valor potencial del mineral perdido por la mala identificación era tan alto, compañías mineras financiaron un proyecto de investigación para transformar conceptos de dinámica de movimiento de tronadura en un producto utilizable. Posteriormente, Blast Movement Technologies, con sede en Queensland, desarrolló sistemas y soluciones para identificar y presentar información del movimiento de tronadura, basada en esa investigación anterior.

En la metodología de BMT, transmisores direccionales con forma de pelota (BMMs) son activados, programados e instalados en ciertos pozos de perforación antes de la tronadura. Después de la tronadura, un operador recorre la pila de escombros, llevando un detector portátil para localizar cada BMM y registrar la fuerza de la señal, lo que más tarde es usado por un software exclusivo para calcular la profundidad y el vector de movimiento 3-D preciso de cada BMM. Luego esta información se usa para redefinir los contornos del mineral para que reflejen el movimiento medido, permitiendo así seleccionar en forma más precisa entre mineral y desechos después de la tronadura. Según la compañía, los datos son compendiados y archivados para referencia posterior y con el tiempo la base de datos de movimiento de tronadura se convierte en una valiosa fuente de información que puede ser usada por los que realizan las tronaduras, para propósitos de optimización.

Más allá del uso evidente como una herramienta de prevención de dilución de mineral, BMT dice que los BMMs se pueden usar para propósitos adicionales en operaciones D&B, tales como encontrar la ubicación de la línea base de perforaciones anguladas sin necesidad de usar otros equipos de rastreo, encontrando y recuperando brocas atascadas o abandonadas después de una tronadura, e identificando fallos de encendido en un patrón.

Blast Movement Technologies anunció recientemente que lanzará una nueva versión de su software BMM que incluirá muchas características nuevas, tales como capacidades de importación y exportación de de bloques de mineral para los paquetes de software de planificación minera más populares tales como MineSight, Surpac y Vulcan; y visualización en 3-D de tronaduras y vectores de movimiento BMM.

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