proyecto
Mejoramiento de las Características Dinámicas del Perno Helicoidal para la Minimización de Interferencias Operacionales y Riesgo Asociado a la Ocurrencia de Sismicidad Inducida por la Minería Subterránea
Registro en:
16CONTEC-65103
2016-65103-INNOVA_PRODUCCION
Autor
Juan Martinez F.
Compañía Siderurgica Huachipato S. A.
Institución
Resumen
Desarrollar y Proponer Posibles Mejoras Mecánicas a las Capacidades Dinámicas del Perno Helicoidal las Cuales Serán Verificadas mediante Ensayos en el Nuevo Equipo. Diseñar Desarrollar Construir y Validar un Nuevo Equipo Integral que Permita Realizar Ensayos Dinámicos en Cualquier Tipo de Perno y que Represente de una Mejor Manera las Solicitaciones Dinámicas del Terreno. El Objetivo de este Proyecto es Investigar y Desarrollar las Características Mecánicas del Perno Helicoidal de Manera de Mejorar su Comportamiento ante Solicitaciones Dinámicas Minimizando las Interferencias Operacionales y el Riesgo Asociado a la Ocurrencia de Sismicidad Inducida por Operaciones Mineras Subterráneas. Establecer el Estado del Arte con Respecto al Comportamiento Dinámico de Pernos Utilizados en Operaciones Mineras Subterráneas y a los Equipos Disponibles en el Mercado que Permiten Realizar Ensayos Dinámicos de Pernos. Investigar el Comportamiento Actual de los Pernos Helicoidales ante Solicitaciones Dinámicas mediante la Realización de Ensayos en el Nuevo Equipo y Observaciones de Terreno. Materializar un Nuevo Perno Helicoidal que Presente Características Mecánicas Dinámicas Superiores a los Pernos Actuales Disponibles en el Mercado y Utilizados por las Operaciones Mineras Subterráneas. En Minería Subterránea es Fundamental Asegurar la Extracción Segura de las Reservas de Mineral Estimadas. El Aumento de la Profundidad de los Yacimientos y la Condición de Esfuerzos Desfavorable Tanto en Chile como en el Resto del Mundo Han Conllevado a un Aumento de Interferencias Operacionales y Riesgo Asociados a la Ocurrencia de Eventos Sísmicos Inducidos por la Minería Subterránea. La Sismicidad Inducida es la Respuesta del Macizo Rocoso al Proceso Minero. Algunos de Estos Eventos Sísmicos Pueden Causar Explosiones Violentas de Material Rocoso (los que Son Conocidos como Estallidos de Roca). Actualmente es Necesario Recurrir a Sistemas de Soporte con Pernos Dinámicos de Manera de Reducir el Riesgo. En los Últimos Años se Han Desarrollado Pernos para Aplicaciones en Ambientes con Presencia de Estallidos de Roca: Cone Bolt Garford Bolt Roofex Bolt Yield-lok Bolt y D-bolt. La Mayor Problemática con este Tipo de Pernos Dinámicos es que No Pueden Ser Instalados de Manera Sistemática durante el Desarrollo de los Túneles Debido a su Alto Costo y Dificultades Operacionales en su Proceso de Instalación. Las Características Dinámicas de Cada Perno Son Determinadas a Través de Ensayos de Laboratorio. Actualmente Existen Pocas Máquinas de Ensayo Operativas y Reconocidas a Nivel Mundial. Una de ellas Está Ubicada en Canmet Canadá y Otra en Wasm Australia. Ambas Maquinas Funcionan bajo el Concepto de Aplicar una Carga Dinámica Dejando Caer una Masa a Través de una Altura Predefinida sobre un Perno Montado en una Perforación Simulada. La Mayor Limitación de los Equipos Actuales es la Representación del Patrón de Carga a al que se Someten Dinámicamente los Pernos. Resultados Recientes de Evaluación del Desempeño de Sistemas de Soportes en Terreno (vallejos 2016-comunicación Personal) Han Mostrado que los Pernos Son Solicitados por la Dilatancia (aumento de Volumen) del Macizo Rocoso. La Solicitación en los Pernos Pueden Ser Clasificados en Dos Patrones de Carga. En el Primero el Perno es Solicitado por Transferencia de Carga desde la Roca Fracturada a la Planchuela a Través de los Elementos de Contención Conllevando a una Carga Máxima en la Cabeza del Perno con una Disipación Gradual Dentro del Macizo Rocoso. Los Equipos de Ensayos Actuales Disponibles en Canmet y Wasm Utilizan este Tipo de Patrón de Carga para Representar las Solicitaciones del Terreno. En el Segundo Patrón los Fragmentos de Roca Dilatan y Transfieren Deformación a los Pernos mediante el Movimiento Relativo de los Bloques de Roca. El Patrón de Carga Resultante en el Perno es Completamente Distinto y la Carga Máxima No Ocurre Necesariamente en la Cabeza del Perno. Este Patrón de Carga Representa de una Mejor Manera las Condiciones de Terreno y No es Posible de Representar mediante los Equipos de Ensayos Actuales. Se Propone Modificar el Equipo para Realizar Ensayos Dinámicos para Representar de Mejor Manera el Patrón de Carga Real del Terreno. De Esta Manera Será Posible Mejorar Sustancialmente Gran Parte de las Limitaciones de Pernos Desarrollados Actualmente con Equipos Convencionales. Una Vez Construido el Equipo Será Posible Reproducir Condiciones de Terreno con el Objetivo de Analizar el Desempeño del Perno Helicoidal. Se Establecerán Mejoras Sustanciales al Perno Helicoidal Incluyendo: Mayor Límite de Fluencia Mayor Absorción de Energía y Mayor Rigidez. El Impacto Esperado en el Mercado Corresponde a una Disminución de las Interferencias Operacionales y del Riesgo por Estallidos de Rocas. El Potencial Impacto para una Mina Típica de Block/panel Caving se Estima en al Menos 2. 220. 934 Usd/año. Otro Impacto Esperado en el Mercado Corresponde a una Disminución de los Costos en los Pernos Dinámicos. Actualmente los Pernos Dinámicos Tienen un Valor Unitario de 50 Usd. Se Espera que el Valor del Perno Helicoidal Mejorado Bordee los 10 Usd. Si se Considera un Consumo de 600. 000. 000 Unidades de Pernos Anuales en el Mundo de los Cuales el 25% Corresponden a Pernos Dinámicos se Tiene un Ahorro de 6. 000. 000. 000 Usd por Año. El Impacto Esperado en la Empresa Corresponde a un Aumento de Ventas de Pernos Helicoidales con Características Dinámicas. Si se Considera el Mercado Mundial y que el Producto Pueda Abarcar el 25% del Mercado en los Dos Siguientes Años Posterior al Término de este Proyecto Significa un Ingreso de 1. 500. 000. 000 Usd. La Situación Actual Revela que Si Bien hay Productos que Dan Soluciones a Problemas de Soporte Dinámico Existe una Oportunidad Única de Abordar Esta Problemática mediante la Adecuación y Mejora de las Características del Perno Helicoidal ante Solicitaciones Dinámicas. De este Modo se Espera Aprovechar la Oportunidad Detectada en el Mercado a Partir de una Solución Innovadora Basada en la Experiencia Productiva y de Comercialización de la Empresa Junto a las Capacidades de Investigación y Desarrollo de los Centros Amtc y Mirarco. Corporación de Fomento de la Producción