DISEÑO Voladuras a Cielo Abierto Tercera Especialización 2.006 1
Trabajo de EQUIPO Diseño Afinamiento del diseño Preparación del área Evaluación del resultado Resultado óptimo de la voladura Marcación de los barrenos Remoción Cargue de la Voladura Labores de Perforación 2
Objetivo El objetivo esencial de la utilización de un explosivo en el arranque de rocas, co nsiste en disponer de una energía concentrada químicamente, situada en el lugar apro piado y en cantidad suficiente, de forma que liberada de un modo controlado, en tiempo y espacio, pueda lograr la fragmentación del material rocoso. Los explosivos comerciales no son otra cosa que una mezcla de sustancias, unas c ombustibles y otras oxidantes, que, iniciadas debidamente, dan lugar a una reacc ión exotérmica muy rápida que genera una serie de productos gaseosos a alta temperatur a, químicamente más estables, y que ocupan un mayor volumen. 3
Termoquímica de los Explosivos Los procesos de descomposición de una sustancia explosiva son: la combustión propiam ente dicha, la deflagración y, por último, la detonación. Combustión; Desprendimiento de calor Deflagración; Proceso exotérmico en capas a baja velocidad (menor de 1000 m/s ). Detonación; Proceso físico-químico caracterizado por su gran velocidad de reacción y formación de gases a elevadas temperaturas, que adquieren una fuerza expansiva. 4
Termoquímica de los Explosivos Fases de la reacción química de los explosivos. 1. Explosivo sin reaccionar. 2. Deto nación; Onda de Choque a alta presión se mueve a través de la zona de reacción. 3. Explosión; Los ingredientes descomponen y cambian a gases. explosivos se 4. Expansión; Los gases a alta presión comienzan a expandirse, ejerciendo fuerzas a través de la roca, las cuales causan el rompimiento de ella. 5
Termoquímica de los Explosivos Energías generadas por la reacción de un explosivo. 1. Energía de Trabajo. a. Energía de Choque. b. Energía de Gas. 2. Energía de Desperdicio. a. b. c. d. Energía de Calor. Energía de Luz. Energía de Soni do. Energía Sísmica. 6
Termoquímica de los Explosivos ... Continuación. Energías generadas por la reacción a. Energía de Choque. (Energía de Tensión) Es el resultado de la presión ejercida por la onda de detonación que se propaga a tr avés de la columna del explosivo. Es una forma de energía cinética. b. Energía de Gas. (Energía de Burbuja) Es la presión que se ejerce sobre los barrenos debido a la expansión de gases después de que la reacción química ha sido completada. 7
Termoquímica de los Explosivos Proceso de Rompimiento. 1. El explosivo detona y rápidamente se expande en el barr eno creando altas presiones de gas en el barreno y altas concentraciones de tens ión en la roca (stress). 2. La roca inmediatamente alrededor del barreno es compri mida y triturada por la alta presión del barreno. 3. Fisuras existentes son extend idas y se forman nuevas en la masa rocosa por tensiones generadas. 4. La alta pr esión de gas actúa como cuña y expande todas las fisuras. 5. La roca es desplazada hac ia el paso de menor resistencia. 6. Gas del explosivo se libera a la atmósfera, la roca explotada cae por gravedad y forma el perfil de voladura. 8
Teoría Básica de Rompimiento de Roca 9
CLAVES para un resultado optimo de Voladura Hacer una adecuada distribución de energía. Obtener el nivel de energía necesario para realizar el trabajo. Confinar adecuadam ente la energía. 10
Variables Controlables de las Voladuras Las variables que son controlables en el cálculo y diseño de las voladuras las clasi ficamos en tres grupos: Geométricas o de diseño (Diámetro, Longitud de carga, piedra , espaciamiento, etc.) Químico - Físicas o del explosivo (Tipos de explosivo, potenci a, energía, sistemas de cebado, etc.) De tiempo (Tiempos de retardo y secuencia de iniciación) 11
Esponjamiento de la roca 12
Variables de Diseño · · · · · · · · H = D = L = d = B = S = LV = AV= Altura del Banco Diámetro del barreno Longit l barreno Diámetro de la carga Piedra o Burden nominal Espaciamiento nominal Longi tud de la voladura Ancho de la Voladura Daniel Eduardo Cotes Quijano 13
Variables de Diseño · · · · · · Be Se T J I Tr = = = = = = Piedra o Burden Efectiva Espaciamiento Efectivo Retac ado Sobreperforación Longitud de carga Tiempo de retardo 14
AV 3 S 1 Be 1 Se 3 T H B 2 0 2 LV J ESQUEMA DE VOLADURA EN BANCO 15
Diámetro de los Barrenos · Depende de los siguientes aspectos: Características del macizo rocoso. Grado de frag mentación requerido. Altura del banco y configuración de los cargas. Economía del proces o de perforación y voladura. Dimensiones del equipo de carga. 16
Diámetro de los Barrenos · Para lograr una excelente distribución de la energía, utilizar diámetros de barreno (m m) igual a la altura del banco (m) multiplicado por 8. Para un H = 9 Mt. Usar un D = 9 x 8 =72 mm (3º) · El diámetro máximo del barreno (mm) para una altura de banco co nocida, debería ser igual a la altura del banco (m) multiplicada por 15. Para un H = 9 Mt. Usar un D Máx. = 9 x 15 =135 mm (5º) · A medida que aumentan los diámetros de los barrenos; el costo de la perforación, la carga y explosivos, generalmente disminuyen. · Los barrenos de menor diámetro, distr ibuyen mejor la energía explosiva. 17
Diámetro de los Barrenos · Cuando el diámetro de perforación D es pequeño, los costos de perforación, cebado e inic iación serán altos y en las operaciones de carga, retacado y conexión se invertirá mucho tiempo y mano de obra. · Si D es muy pequeño la única ventaja que se obtiene es la me jor distribución del explosivo y por lo tanto un consumo especifico menor. 18
Diámetro de los Barrenos · Cuando los diámetros de perforación son grandes y por consiguiente los esquemas de p erforación; la granulometría que se obtendrá en las voladuras, podrá llegar a ser inacep table si la familia de diaclasas y discontinuidades presentan un espaciamiento a mplio y conforman bloques. 19
Influencia en el esquema de perforación y de las discontinuidades en la producción d e grandes bloques Bloques de roca diaclasada 20
Recomendación · En tales casos se recomienda que el espaciamiento entre los barrenos sea menor q ue la separación media entre fracturas. 21
Diámetro de los Barrenos · El aumento de D va acompañado de las siguientes ventajas: Elevación de la velocidad de detonación de los explosivos. Disminución del costo global de perforación y voladur a. Mayor rendimiento de la perforación (m3 volados/ml perforados). Aumento del ren dimiento de la excavadora. 22
Diámetro de los Barrenos La longitud del retacado T aumenta con el diámetro de perforación D, pudiendo llegar a constituir la parte alta del barreno, una fuente potencial de formación de bloq ues. En rocas masivas, cuando la longitud de carga I (cm.) y el diámetro D (cm.) I /D < 60, el incremento de D tiende a aumentar la fragmentación. 600 / 11.4 (4.5º) = 52 600 / 10.2 (4º) = 59. Cuando I/D > 60 el incremento de D obliga a incrementar e l consumo especifico si se quiere conservar la fragmentación. 600 / 8.9 (3.5º)= 67 6 00 / 7.6 (3º) = 75 23
Diámetro de los Barrenos · En las voladuras a cielo abierto se utilizan diámetros desde 50 mm hasta 380 mm. En obras públicas es habitual operar con valores desde 50 mm hasta 125 mm. En la mine ría la tendencia ha sido incrementar este parámetro siendo los diámetros más utilizados desde 165 mm hasta 310 mm. 24
Track Drill Neumático 25
Track Drill Hidráulico 26
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Track Drill de varios brazos 29
Cantera con explotación a cielo abierto 30
Altura del Banco · Deberá ser mayor en metros que el diámetro en mm dividido por 15. D = 115 mm (4.5º) /1 5 = H >7.62 Mt. D = 102 mm (4º) /15 = H > 6.77 Mt. D = 89 mm (3.5º) / 15 = H > 5.92 Mt. D = 76 mm (3º) / 15 = H > 5.08 Mt. · Cuando H es pequeña cualquier variación de la P iedra (B) o el espaciamiento (S) tiene una gran influencia en los resultados de voladura. · Cuando H aumenta, manteniendo el B constante, el espaciamiento puede i ncrementarse sin verse afectada la fragmentación. 31
Altura del Banco · Si las alturas de banco son muy grandes, pueden presentarse problemas de desviac ión de los barrenos que afectan no solo la fragmentación de la roca, sino que inclus o aumentarán el riesgo de generar fuertes vibraciones, proyecciones y sobreexcavac ión, pues la malla de perforación (B x S) no se mantendrá constante en las diferentes cotas del barreno. 32
Índice de Rigidez El índice de rigidez del paralelepípedo de roca situado delante de los barrenos tien e una gran influencia en los resultados de las voladuras. · Si H/B es > = 3 Resultados óptimos. · Si H/B es < = 1 Fragmentación gruesa con problem as de repiés y sobreexcavación. · Si H/B es = 2 se aminoran estos efectos. 33
Índice de Rigidez ·Altura banco: 10 m. ·Diámetro : 311mm. ·Burden : 10m. ·Taco : 7 m. ·Dist. Energía : 30%. ·In e Rigidez: 1. Mala Distribución de la Energía 34
Índice de Rigidez ·Altura banco: 10 m. ·Diámetro : 145mm. ·Burden : 5m. ·Taco : 3,5 m. ·Dist. Energía : 65%. ·I ce Rigidez: 2. Distribución Aceptable de la Energía 35
Índice de Rigidez ·Altura banco: 10 m. ·Diámetro : 92mm. ·Burden : 3,3m. ·Taco : 2,3 m. ·Dist. Energía : 77%. · ice Rigidez: 3. Buena Distribución de la Energía 36
El índice de rigidez es el cuociente entre la altura del banco y el Burden. Con la ayuda de este cuociente se puede establecer a priori, aproximaciones de los efe ctos adversos INDICE DE RIGIDEZ FRAGMENTACIÓN ONDA AEREA PROYECCIONES VIBRACIONES NOTA 1 2 3 4 POBRE SUAVE BUENO Excelente SEVERO SUAVE BUENO Excelente SEVERO SUAVE BUENO Excelente SEVERO SUAVE BUENO Excelente Rediseñar Rediseño pos. Buena Frac. Optimo 37
VENTAJAS DE LA PERFORACION EN ANGULO Mala fragmentación Energía útil Energía desperdiciada 38
RETACADO · Debe ser desde 0,7 a 1,3 veces la dimensión de la Piedra o Burden. Para un B = 2.5 Mt. T mínimo = 1.75 Mt. T máximo = 3.25 · Si el diámetro de la carga en mm. dividido po r la longitud del taco en m. Es > a 55 se puede producir un flyrock y ventilación prematura. Para un D = 89 mm (3.5º) T = 2.5 Mt. 89/2.5 = 35.56 T = 2 Mt. 89/2 = 44 .45 T = 1.5 Mt. 89/1.5 = 59.26 · Las rocas molidas contienen la energía explosiva me jor que el detritus de perforación. · Los barrenos húmedos requieren un taco mayor par a la contención de la energía que los barrenos secos. 39
RETACADO · En la práctica, las longitudes óptimas de retacado (T) aumentan conforme disminuyen la competencia y calidad de la roca, variando entre 20D y 60D. Para D = 89 mm (3 .5º) T máx. = 5.33 Mt. T min. = 1.77 Mt. · Siempre que sea posible debe mantenerse una longitud de retacado mayor a 25D, para evitar problemas de onda aérea, proyeccion es, cortes y sobreexcavaciones. Para D = 89 mm (3.5º) T > 2.22 Mt. 40
SOBREPERFORACIÓN · Es la longitud del barreno (J) por debajo del nivel del piso, que se necesita pa ra romper la roca a la altura del banco y lograr una fragmentación y desplazamient o adecuado, que permita al equipo de carga alcanzar la cota de excavación prevista . · Si J es pequeña no se producirá el corte en la rasante proyectada, aparecen repiés y aumentan los costos. 41
SOBREPERFOFORACIÓN · Equivale a la distancia del Burden desde 0,3 hasta 0,5B. Para un B = 2.5 Mt. J máx . = 1.25 Mt J mim. = 0.75 Mt. · Para mejorar la fragmentación la carga iniciadora del barreno no debe ser colocada en la subperforación. 42
SOBREPERFOFORACIÓN · Si J es excesiva se producirá: Aumento de costos de perforación y voladura. Incremento en el nivel de vibraciones. U na fragmentación excesiva en la parte alta del banco inferior, que provocará problem as de sobreexcavación en las zonas finales. Normalmente J = 0.3B 43
Reducción de la Sobreperforación con la inclinación de los barrenos INCLINACIÓN 00 100 200 300 400 0,3B 0,4B 0,2B SOBREPERFORACIÓN 44
Piedra y Espaciamiento · La piedra B es la distancia mínima desde el eje de un barreno al frente libre y el Espaciamiento S es la distancia entre barrenos de una misma fila. Estas variabl es dependen básicamente de: Diámetro de perforación. Propiedades de las rocas. Propied ades de los Explosivos. Altura del Banco. Grado de fragmentación y desplazamiento del material deseado. 45
Piedra o Burden · Se han propuesto numerosas formulas para calcular la Piedra B que tienen en cuen ta uno o varios de los parámetros indicados anteriormente, todas proporcionan valo res que oscilan entre 25 y 40D, dependiendo fundamentalmente de las propiedades del macizo rocoso. Para un D = 89 mm (3.5º) B min. = 2.22 Mt. B máx. = 3.56 Mt. · Es m uy importante que la distancia B sea la adecuada, cuando en la práctica este mayor o menor con respecto al teórico previsto, generalmente se debe a: 46
Piedra o Burden Error de posicionamiento de los equipos. Falta de paralelismo entre el barreno y l a cara libre del banco. Desviaciones del barreno durante la perforación. Irregularid ades en el frente del talud. 47
Piedra o Burden · Si B es excesiva, los gases de la explosión encuentran mucha resistencia para agri etar y desplazar la roca, aumentando la intensidad de las vibraciones, porque pa rte de la energía se transforma en energía sísmica. · Si B es reducida, los gases se esc apan y expanden a una alta velocidad hacia el frente libre, provocando grandes p royecciones en forma incontrolada y provocando un aumento en la sobrepresión aérea y en el ruido. 48
Espaciamiento · El espaciamiento S se calcula en función de la piedra B, del tiempo de retardo ent re barrenos y de la secuencia de encendido. · Si S es muy pequeño se produce un exce so de trituración y roturas superficiales en cráter. · Si S es muy grande dan lugar a una fracturación inadecuada acompañada por problemas de repiés y un frente muy irregul ar. 49
Espaciamiento · S fluctúa entre 1 -1,8 veces la distancia del Burden. Para B = 2.5 Mt. S min. = 2. 5 Mt. S máx. = 4.5 Mt. · Se obtienen buenas distribuciones de la energía usando 1,25 x B y configuración inclinada. S = 3.12 Mt. · El agrietamiento primario paralelo a la cara libre puede permitir un espaciamiento mayor. 50
Preguntas ? 51
TREN EXPLOSIVO Fuente de energía. Red de distribución de energía. Retacado Iniciador del barreno Carga Principal Carga iniciadora 52
Esquemas de perforación · Normalmente y por facilidad se emplean esquema Cuadrados o Rectangulares (Tresbo lillo). · Los esquemas más efectivos son los denominados TRESBOLILLO y entre ellos e l mejor es el que forma triángulos equiláteros, por distribuir mejor la energía entre la roca. En este esquema produce la mejor fragmentación, con un S =1.15B 53
Ejemplo de esquema Cuadrado 54
Ejemplo de esquema Tresbolillo 55
Distribución de la energía Patrón Cuadrado Patrón al Tresbolillo 56
Tamaño y Forma de la Voladura · El tamaño debe ser lo más grande como sea posible, por las siguientes ventajas: Dism inución de los tiempos improductivos de los equipos de perforación y carga. Menor lo ngitud porcentual de la zona perimetral de las voladuras, donde se produce una f ragmentación más deficiente debido a: ± Encontrar bloques preformados por voladuras an teriores. ± Al escape prematuro de los gases por grietas existentes. ± Mayor tiempo de supervisión y control. 57
Tamaño y Forma de la Voladura · En general las voladuras de hileras múltiples son mejores que las de una sola fila . · Con un frente libre, la relación LV/AV debe ser > 3. 10/3=3.3 20/6=3.3 40/13= 3.1 · Con dos frentes libres las voladuras deben diseñarse con LV/AV > 2 < 3 10/4=2.5 20/9=2.2 40/16= 2.5 58
Configuración de las Cargas · Cuando los barrenos sean de pequeña longitud se deben usar columnas continuas de e xplosivo, pero si son de bastante profundidad la mejor relación costo efectividad se obtendrá con cargas espaciadas. · Harries y Hagan ((1.979) demostraron que la ten sión de una carga aumenta, cuando la relación I/D se incrementa de 0 a 20, permaneci endo constante a partir de ese valor. · De esta forma con I/D = 20 se obtendrá la fr agmentación máxima. I = 20 x D = 20 x 89 = 1.78 Mt. 59
Configuración de las Cargas · Así por ejemplo en una carga continua con un I/D de 52 no son mejores los resultad os que una carga espaciada con I/D de 20 y un tacado de 12D. · Sin embargo la util ización de cargas espaciadas puede afectar el rendimiento de cargue como consecuen cia del menor desplazamiento y esponjamiento del material. Donde este condiciona nte no existe dependerá de la diferencia entre el ahorro potencial de explosivo y el tiempo, grado de complejidad y costo de iniciación añadido a la columna seccionad a. 60
Configuración de las Cargas · El atractivo de las cargas espaciadas aumentara cuando: Los explosivos se encare zcan. El retacado pueda mecanizarse. Las vibraciones constituyan una limitación y sea preciso disminuir las cargas operantes mediante el seccionado y secuenciado del explosivo dentro de un mismo barreno. En voladuras a Cielo Abierto, las altu ras de banco mínimas para dividir la columna en forma efectiva debe ser H/D > 70. H > 70 x D H > 70 x 89mm > 6.22 61
Columnas de carga continuas y espaciadas 25D 20D 25D 12D 52D 20D 62
Empleo de Cargas Puntuales en la zona de Retacado Carga Puntual Carga Cilíndrica Alargada 63
Barrenos auxiliares para ayudar a fragmentar en la parte alta del banco 1 2 3 4 5 6 64
Para mejorar la fractura superior Paso No. 1 Aumentar la longitud de la carga manteniendo el confinamiento del explosivo y/o reduciendo el tamaño del patrón. Aumenta Reduce 65
Para mejorar la fractura superior Paso No. 2 Colocar una carga explosiva pequeña en la zona dura. Si se utilizan retardos hacia abajo del barreno se debería detonar la capa 25 ms antes de la capa principal. 66
Para mejorar la fractura superior Paso No. 3 Perforar barrenos satélites entre las perforaciones de producción y si es posible ca rgar hacia el interior de la zona dura. 67
Cantera con explotación a cielo abierto 68
Tipo de Explosivos. · Básicamente lo determina las propiedades de las rocas que se desean fragmentar y e l tipo de explosivos que se encuentran en el mercado. · Cuando se trabaja en roca masiva se debe emplear un explosivo de mayor potencia y velocidad de detonación. · E n rocas intensamente fracturadas o estratificadas se deben emplear de baja veloc idad de detonación y de baja densidad. 69
Distribución de los Explosivos en los barrenos · La energía necesaria para que se produzca la rotura de la roca no es constante en toda su altura pues debe superar la resistencia a la tracción y la resistencia al cizallamiento. · La energía especifica en el fondo del barreno debe ser de 2 a 2,5 v eces superior a la energía de la columna. 70
Distribución de los Explosivos en los barrenos · La carga de fondo debe tener como mínimo una longitud de 0,6 B. Según Langefors, pro longar la carga de fondo por encima de una longitud igual al valor de la piedra no contribuye apreciablemente a la rotura. Por lo que la carga inferior debe est ar entre 0,6 y 1,3 B. 71
Consumos Específicos (CE) Tipo de Roca Consumo Especifico Kg/m3 0.6 ± 1.5 Rocas masivas y resistentes Rocas resistencia media Rocas muy fracturadas, alteradas o blandas 0.3 ± 0.6 0.1 ± 0.3 72
VOLADURAS EN BANCO Según Langefors y Kihiström De pequeño diámetro: Entre 65mm y 165 mm 2,5º y 6,5º De gran diámetro: Entre 180mm y 450mm 7,0º y 17º 73
De Pequeño Diámetro · · · · Sus aplicaciones más importantes son: En la Explotación de Canteras, Excavaciones de Obras Públicas, Minería de Cielo Abierto de pequeña escala. Las cargas del explosivo son cilíndricas alargadas con una relación I/D > 100 y se utilizan dos tipos de expl osivos, uno para la carga de fondo y otro para la carga de columna. 74
Diámetros de Perforación · Depende de la producción horaria y de la resistencia de la roca. · Los costos en la mayoría de los casos disminuyen con el aumento del diámetro. 75
DIAMETRO PRODUCCION HORARIA (m3b/h) DEL BARRENO Roca blanda-media Roca dura-muy dura < 120MPa >120 MPa 65 mm 190 60 89 mm 150 mm 250 550 110 270 76
Altura del banco. · La altura del banco es función del equipo de carga y del diámetro de perforación. · Por cuestiones de seguridad, la altura máxima de un banco en minas y canteras debe ser 15 metros y solo para aplicaciones especiales, como en voladuras para escollera . 77
ALTURA DEL DIAMETRO EQUIPO DE BANCO H DEL BARRENO CARGA (M) (MM) RECOMENDADO 6 10 65 - 90 PALA DE RUEDAS EXCAVADORA HIDRAULICA 10 -15 100 -165 78
Piedra y Espaciamiento B es función del diámetro de los barrenos, de las características de las rocas, y de l os tipos de explosivos empleados. Los valores de B oscilan entre 33 y 39 veces e l diámetro del barreno, dependiendo de la resistencia de la roca a compresión simple y a la altura de la carga de fondo. S entre los barrenos de una misma fila vari a entre 1,15 B para rocas duras y 1,30 B para rocas blandas. 79
VARIABLE DE DISEÑO B PIEDRA RESISTENCIA A COMPRESION SIMPLE (MPa) Blanda Media Dura Muy dura < 70 70 -120 12 0-180 > 180 39 D 37 D 35 D 33 D 51 D 35 D 10 D 47 D 34 D 11 D 43 D 32 D 12 D 38 D 30 D 12 D 80 S ESPACIAMIENTO T RETACADO J SOBREPERFORACIÓN
Inclinación de los barrenos · Las maquinas de perforación permiten inclinación de las torres con ángulos de hasta 20 grados e incluso mayores con respecto a la vertical. · La longitud del barreno L aumenta con la inclinación, pero por el contrario la Sobreperforación J disminuye co n esta. · L = H/Cosb + (1 ± b /100) x J Donde b es el ángulo con respecto a la vertica l en grados 81
Distribución de cargas · La energía por unidad de longitud en el fondo debe ser 2 a 2,5 veces superior a la energía requerida para la rotura de la roca frente a la carga de columna y en fun ción de la resistencia de la roca. · La altura de la carga de columna se calcula por diferencia entre la longitud del barreno y la suma del retacado y la carga de f ondo. · Los consumos específicos varían entre 250 y 550 gramos por metro cúbico, para lo s cuatro grupos de roca considerados. 82
VARIABLE DE DISEÑO RESISTENCIA DE LA ROCA (MPa) Blanda Media < 70 70 - 120 Dura 120 - 180 Muy dura >180 Longitud de la carga de fondo 30D 35D 40D 46D 83
Concentraciones lineales de carga para el ANFO e Indugel Plus AP Diámetro del Barreno Pulgadas mm 2 50,80 2 1/4 57,15 2½ 63,50 2 3/4 69,85 3 76,20 3¼ 8 2,55 3½ 88,90 Densidad de carga g/cm3 ANFO Indugel AP 1,62 2,43 2,05 3,08 2,53 3,8 0 3,07 4,60 3,65 5,47 4,28 6,42 4,97 7,45 84
Concentraciones lineales de carga para el ANFO e Indugel Plus AP Diámetro del Barreno Pulgadas mm 3¾ 95,25 4 101,60 4½ 114,30 5 127,00 5 5/8 142,88 6 1 52,40 Densidad de carga g/cm3 ANFO Indugel AP 5,70 8,55 6,49 9,73 8,21 12,31 10, 13 15,20 12,83 19,24 14,59 21,89 85
Densidades aproximadas de distintos materiales MATERIAL BAUXITA ESCORIA CALIZA Densidad Sueltobanco (t/m3) 1,42 ± 1,89 0,56 ± 0,86 1,54 ± 2,61 1,66 ± 2,02 1,48 ± 1,84 1,66 ± 2,08 1,42 ± 1,66 1,54 ± 1,84 1,66 ± 2,73 1,75 ± 2, 0,95 ± 1,60 Factor Volumétrico de conversión 0,75 0,65 0,59 0,83 0,81 0,80 0,86 0,84 0 ,61 0,67 0,74 Porcentaje de expansión 33 % 54 % 70 % 22 % 25 % 25 % 17 % 20 % 64 % 49 % 35 % 86 ARCILLA Estado Natural Seca Húmeda ARCILLA Y GRAVA Seca Húmeda GRANITO FRACME BASALTOS FRACM CARBON
Densidades aproximadas de distintos materiales MATERIAL ROCA ALTERADA 75% roca 25% tierra 50% roca 50% tierra 25% roca 75% tier ra GRAVA Natural Seca Seca de 6 a 50 mm Mojada de 6 a 50 mm ARENA Y ARCILLA YESO FRACMENT. ARENISCA Densidad Sueltobanco (t/m3) 1,96 ± 2,79 1,72 ± 2,28 1,57 ± 1,06 1, 93 ± 2,17 1,51 ± 1,69 1,69 ± 1,90 2,02 ± 2,26 1,60 ± 2,02 1,81 ± 3,17 1,51 ± 2,52 Factor Volu rico de conversión 0,70 0,75 0,80 0,89 0,89 0,89 0,89 0,79 0,57 0,60 Porcentaje de expansión 43 % 33 % 25 % 13 % 13 % 13 % 13 % 26 % 75 % 67 % 87
Densidades aproximadas de distintos materiales MATERIAL MINERALES DE HIERRO Hematíes Magnetita Pirita ARENA Seca Húmeda Empapada TIERRA Y GR AVA Seca Húmeda Densidad Sueltobanco (t/m3) 2,46 ± 2,91 2,79 ± 3,28 2,58 ± 3,03 1,42 ± 1,60 1,69 ± 1,90 1,84 ± 2,08 1,72 ± 1,93 2,02 -2,2 Factor Volumétrico de conversión 0,85 0,85 0,85 0,89 0,89 0,89 0,89 0,91 Porcentaje de expansión 18 % 18 % 18 % 13 % 13 % 13 % 13 % 10 % TIERRA VEGETAL TACONITAS 0,95 ± 1,37 2,43 ± 5,61 0,69 0,58 44 % 74 % 88
89
Ejemplo de aplicación · En una cantera se extrae roca con una resistencia a la compresión simple de 150 MP a en bancos de 10 metros de altura. La perforación se realiza con equipo rotopercu tivo de martillo en cabeza con un diámetro de 89 mm. Los explosivos están constituid os por Indugel Plus AP encartuchado de 75 mm de diámetro y ANFO a granel, con unas densidades respectivas de 1,2 y 0,8 g/cm3. · Se desea determinar el esquema de pe rforación y la distribución de cargas, manteniendo los barrenos una inclinación de 20 . 90
Normativas asociadas al control de daño a instalaciones y edificaciones cercanas Norma sueca La normativa sueca entrega una guía para determinar los valores máximos a los cuales puede estar sometida una estructura, basada en diferentes parámetros característicos de construcción de la estructura a evaluar y de las características de l tipo de roca en donde se encuentra empotrada dicha estructura. De esta manera los valores límites quedan establecidos de la siguiente manera: Donde: V : límite máxi mo de partícula permitida Vo : velocidad característica del terreno en mm/s Fk : fac tor de calidad de la construcción Fd : Factor de distancia Ft : factor de duración d el proyecto V = Vo x Fk x Fd x Ft Daniel Eduardo Cotes Quijano 91
Normativas asociadas al control de daño a instalaciones y edificaciones cercanas Descripción de parámetros: - Tipo de suelo Vo Morrena suelta, arenas, arcillas Morrena firme, limonitas suaves Granito, gneiss (Pul/sg) 0,72 1,40 2,80 (mm/sg) 18 35 70 La velocidad característica del terreno puede ser calculada como: Vo = Cp/65, donde: Cp : Velocidad sísmica de la onda P. - Factor de calidad de la construcción Fk Este factor se define como: Fk = Fb x Fm 92
Normativas asociadas al control de daño a instalaciones y edificaciones cercanas Fb se obtiene de la siguiente manera: Clase 1 2 3 4 5 Tipo de estructura Estructuras pesadas o defensa civil Edificios industriales o de defensa civil Ed ificios residenciales Edificios sensibles con grandes arcos Edificios históricos e n mal estado Fm como: Fb 1.70 1.20 1.00 0.65 0.50 Clase 1 2 3 4 Tipo de material Hormigón reforzado con acero Concreto no reforzado, ladrillo Conc reto aireado Ladrillo y tabiqueria de madera Fm 1.20 1.00 0.75 0.65 93
Normativas asociadas al control de daño a instalaciones y edificaciones cercanas Factor de duración del proyecto Ft Tipo
de actividad Trabajos de construcción de túneles o cavernas Trabajos estacionarios como minería Fac tor de distancia Fd Ft 1.00 0.75-1.00 El factor de distancia queda definido de acuerdo a la figura adjunta, donde: Fd, para suelo tipo arcilla (N-1) : Fd 1.56 x d 0.19
Fd, para suelo tipo morrena (N-2) : Fd, para suelo tipo roca (N-3) : Fd 1.91 x d 0.42 Fd 2.57 x d 94 0.29
Factor de distancia 95
Carga máxima por RETARDO de acuerdo a lo exigido por la Oficina de Minería Superfici al Restauración y observancia de Estados Unidos (OMSRE) W = (3D/F)2 · W= · D= · F= Kilogramos de explosivo Distancia en Metros a la estructura más cercana q ue no se desee afectar Factor de distancia 96
Factor de distancia relacionado con la velocidad de vibración Factor de distancia F 10 11,5 20 30 40 50 60 70 V (pulg./seg.) 2,5 2,0 0,83 0,43 0,27 0,19 0,14 0,11 97
Guía paso paso para desarrollar diseños de voladuras · · · · · · Ejemplo de calculo. Diámetro del explosivo (mm) = 102 Densidad del explosivo (g/c ) = 0,85 Energía explosiva AWS (J/G) = 3726 Densidad de la roca (g/cc) = 2,4 Altur a del banco (m) = 9 98
Formulas para calculo de Voladuras (según Rodgers) x (diámetro del explosivo (mm) / 25,4) x 0,3048 =3,07 · Burden (m) = ((Den. del explosivo x 2/ el burden = Alt. del banco / Burden =2,9 3 Longitud del taco (m) = Burden x 0,7 = 1 - (long. del taco/alt. del banco)x100=
Den. de la roca)+1,8) Indice de rigidez d Espaciamiento (m) = Burden x 1,15 = 3,5 2,15 Distribución de la energía (%) = 76,12
· · · · · Long. De la subperforación (m) = Burden x 0,3 = 0,92 · Longitud del barreno (m) = Al t. del banco + Subper. = 9,92 99
Formulas para cálculo de voladuras (según Rodgers) (continuación) · Longitud del explosivo (m) = Long. Del barreno - long. Del taco = 7,77 · Densidad de carga (kg/m) = 0,0031415 x Den. del explo. x (Diám. del explo. / 2)2 = 6,95 · Peso del explosivo (kg/perforación) = Den. de la carga del explo. x longitud del explosivo. = 53,98 · Energía explosiva (mj/perforación) = (peso del explo. x energía explosiva AWS) / 1000 = 201,13 100
Formulas para cálculo de voladuras (según Rodgers) (continuación) · Volumen del tiro (Mt3/perforación) = Altura del banco x burden x espaciamiento = 97,56 · Masa del tiro (toneladas/perforación) = Volumen del tiro x densidad de la roca = 234,15 · Factor de potencia (kg/Mt3) = Peso del explosivo/vol. del tiro = 0,55 · Factor de potencia (kg/ton) = Peso del explosivo / masa del tiro =0,23 101
Formulas para cálculo de voladuras (según Rodgers) (continuación) · Factor de potencia (ton/kg) = Masa del tiro /peso del explosivo = 4,34 · Factor de energía (kj/ton) = (energía del explosivo por barreno x 1000)/ masa del tiro = 859 · Este diseño inicial debería ser afinado mediante voladuras de prueba para ajustarlo a las condiciones existes en la masa de la roca y a los requerimientos de fragme ntación. Los factores de energía deberían fluctuar entre 500 y 1250 kj/ton. con un val or promedio para la primera voladura de 900 kj/ton. 102
Preguntas ? 103
Cebado ·Consiste en la operación de introducción de los detonadores dentro del búster (explosiv o de alto poder que inicia el explosivo vaciado en las perforaciones), para lueg o colocar este cebo dentro del pozo. Daniel Eduardo Cotes Quijano 104
EFECTO DEL CEBO O PRIMA 6.100 Barreno 165mm APD 900 APD 450 4.600 3.100 APD Anfo 105
CONFIGURACION DE CEBOS TACO ZONAS DE BAJA DETONACION EXPLOSIV0 COLUMNA EXPLOSIVO ALTA VELOC. 106
POSICION DEL CEBO ZONA REGIMEN ZONA INICIACION ZONA REGIMEN 107
SISTEMAS INICIADORES Es una combinación de dispositivos explosivos y componentes accesorios diseñados par a enviar una señal e iniciar una carga explosiva cuando ha sido adecuadamente inst alada y activada desde una distancia segura. 108
NO-ELECTRICOS: (NONEL) Emplea tubos plásticos, recubiertos internamente con una su stancia reactiva la cual se transmite a 2.000 m/seg., tiene 3 mm de diámetro, pesa solo 5.5 g/m y posee un recubrimiento explosivo de 0.02 g/m. Ideal para voladur as silenciosas, donde hay riesgo de electricidad extraña o en condiciones de humed ad, donde es dudosa la conexión eléctrica 109
Ventajas · Es un sistema no eléctrico diseñado para operaciones de campo, con las siguientes ve ntajas : ± Seguridad ± Flexibilidad ± Tecnología 110
SEGURIDAD · Elimina el riesgo de iniciación prematura, en la operación de carguío de explosivo, de bido a que en esta fase no hay detonadores en superficie. · Elimina el riesgo de d año a detonadores durante el carguío del explosivo, además de tener la opción de retirar detonadores una vez conectados por retraso en el día de la voladura. 111
FLEXIBILIDAD · Los detonadores de superficie y los del barreno son independientes. · Es posible u sar tubos de diferentes características para barreno y superficie. · Es posible camb iar secuencia de retardos una vez que se han cargado los barrenos. 112
TECNOLOGIA · Conector con capacidad para 7 tubos. · Excelente exactitud y precisión de los retado s. · Detonador de superficie fuerza 1. · Detonador de superficie redondeado. 113
DISEÑOS DE VOLADURA CON SISTEMA DE INICIACIÓN NO ELÉCTRICO Es claro que el sistema de iniciación no eléctrico por ser un sistema de iniciación de última generación, debe cumplir con dos objetivos fundamentales: · Ser capaz de iniciar en forma infalible, todos los tiros de un diseño de disparo. · Cumplir con los tiempos de salida de los disparos en la forma mas exacta con res pecto a la secuencia programada 114
PARTICULARIDADES DEL SISTEMA DE INICIACIÓN NO ELÉCTRICO · Es de uso seguro · Son mas fáciles sus conexiones · Presenta la menor dispersión posible Tomadas en cuenta todas estas características, se pueden realizar los diseños de di sparo con resultados mas eficientes en la minería actual, tanto de cielo abierto c omo subterránea. 115
DETONACIÓN SECUENCIADA · La detonación secuenciada corresponde a la iniciación desfasada de los barrenos de a cuerdo a un diseño predefinido; cada tiro posee un tiempo de salida. · El orden de s alida de cada barreno debe estar programado de tal manera que se aprovechen las condiciones del terreno, se minimicé el uso del explosivo y se obtengan los mejore s resultados de voladura. · El objetivo final de la voladura secuenciada es CREAR CARAS LIBRES. 116
PRICIPALES OBJETIVOS DE LA DETONACIÓN SECUENCIADA · Controlar la energía explosiva disponible · Mejorar la fragmentación · Proporcionar aliv io y controlar el desplazamiento de la masa rocosa · Reducir la fractura dentro de la última línea de barrenos y la fractura de los extremos · Controlar la vibración del suelo y la onda aérea · Reducir los requerimientos de explosivo · Reducir los kilos de explosivo que detonan a la vez Daniel Eduardo Cotes Quijano 117
Consideraciones de diseño · Sensibilidad del lugar Niveles aceptables de vibración a estructuras cercanas · Fragmentación requerida. Una fragmentación uniforme generalmente requiere la producción de caras libres nueva s durante el proceso. Generalmente se obtiene una fragmentación óptima en roca masiv a cuando se detona un barreno por retardo y el retardo entre las perforaciones d e una misma fila es lo más cercano a 40 ms. Con un factor K de alrededor de 900 kj /tn El retraso entre filas debería ser al menos 2 a 3 veces el retraso entre los b arrenos de una misma fila. 118
Consideraciones de diseño · Desplazamiento de la pila de material. La dirección del desplazamiento depende del camino que presenta menor resistencia a la energía explosiva La secuenciación de los retardos no compensará un diseño de volad ura inapropiado. Con un diseño apropiado, la secuencia de retrasos puede controlar la dirección y el grado de desplazamiento. Intervalos de retraso cortos (< 25 ms) entre los barrenos de una fila reducirá la fragmentación, pero mejorará el desplazami ento. Habitualmente se requieren intervalos de retardo más largos (> 150 ms) entre las filas para maximizar el desplazamiento. Con frecuencia el tipo de excavador a determinara el grado de desplazamiento requerido, lo que indicará el intervalo d e retardo entre las filas de barrenos. 119
Tiempos de retardo Sobre quiebre excesivo y material lanzado sobre el banco Intervalo Insuficiente entre filas (menos de 6 ms / m de Burden) Apretado Difícil de excavar, mala fragmentación Contorno del Banco volado Contorno de la pila de material volado 120
Tiempos de retardo Cont.. Sobre quiebre mediano Intervalo de tiempos cortos entre filas (6 a 12 ms / m de Burden) Adecuado para operación de Pala de cargue de material. Apretado, compacto Contorno del Banco tronado Contorno de la pila de material tronado 121
Tiempos de retardo Cont... Poco sobre quiebre Intervalo de tiempos entre filas (12 a 30 ms / m de Burden) A decuado para excavación de cargador frontal Suelto - bien tendido Contorno del Banco tronado Contorno de la pila de material tronado 122
Remoción del material volado 123
Consideraciones de diseño · Geología. Las capas débiles (vetas de barro) pueden interrumpir barrenos adyacentes no deton ados. Las masas de roca muy fracturadas ventilan los gases explosivos en todas d irecciones aumentando el potencial de interrupciones. Cuando se realicen voladur as en geología como las descritas, los intervalos de retardo entre las filas deberán ser mantenidos por debajo de los 60 ms. Las masas de roca blandas requieren más t iempo para su desplazamiento, de modo que se debe permitir más tiempo entre las fi las para controlar la sobreexcavación (> 75 ms) 124
Consideraciones de diseño · Condiciones de agua Las masas de roca saturadas (barrenos llenos de agua) transmiten la presión del ag ua desde el punto de detonación hacia las zonas circundantes, esta presión puede pro ducir el desacoplamiento de la carga explosiva o aumentar su densidad hasta el p unto que éste no detone (Presión de Muerte) · Explosivos utilizados Los explosivos de mayor densidad (>1,25 g/cc) que utilizan aire retenido para su sensibilización pueden dejar de detonar por efecto de la presión de detonación de los barrenos adyacentes, se debe tener precaución al utilizar estos productos, en agu a, y usar retardos superiores a 42 ms. 125
Consideraciones de diseño · Simplicidad Las configuraciones de retardo no deben ser tan complejas como facil itar que se hagan conexiones incorrectas. Los diseños complejos requerirán tiempo ad icional para la evaluación de la secuencia y el control de las conexiones. · Costo A medida que los diseños se hacen más complejos el costo del sistema de inicia ción generalmente aumentara. Seleccione el intervalo de retardo entre las filas de barrenos en base a las prioridades anteriores. · Seleccione el tiempo entre los b arrenos de una fila en base a un tercio o la mitad del tiempo entre filas. 126
Conexión en terreno 75 ms 75 ms 25 ms 75 ms 75 ms 25 ms 75 ms 75 ms 127
Diseño básico de secuencia de detonación · Jerarquizar los parámetros del lugar que afectan el diseño de la voladura. - Restricciones de vibración y onda aérea . - Calcular el peso máximo de la carga a se r usado por un periodo de retardo. - Condiciones de agua (desacoplamiento o desa ctivación por presión). - Explosivos usados (detonarán o serán desactivados por el efect o de presión). - Fragmentación (los diseños que producen buen desplazamiento también pro porcionaran una buena fragmentación). - Geología. - Control de la pared. - Determina r la dirección y desplazamiento deseado. - El patrón de distribución para iniciar las filas debe ser perpenticular a la dirección de desplazamiento deseada. 128
Tabla de Control Roca masiva Estructuras en bloques Roca fisurada Roca muy fisurada Pozos con agu a Densidad de explosivo >1,3 Pila apretada Pila suelta Pila extendida Fragmentac ión aceptable Limite de sobrequiebre Vibraciones mínimas 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 3 0 33 36 Milisegundos por metro de Burden 129
Típicos intervalos de retardo entre filas Roca masiva Roca con muchas grietas Fisuras débiles, planos desplazados Barreno ll eno de agua Explosivo de densidad superior a 1,3 g/cc Material compacto (desplaz amiento) Material Suelto Material desparramado Fragmentación media Optima fragment ación Quebradura hasta el fondo Control de Flyrock Escape mínimo de gases Vibracione s mínimas 42 a 210 ms 17 a 65 ms 17 a 42 ms 17 a 50 ms 17 a 65 ms 17 a 35 ms 35 a 80 ms 80 a 210 ms 35 a 65 ms 42 a 120 ms 65 a 210 ms 42 a 150 ms 42 a 130 ms 65 a 220 ms 130
Instrucciones · Determine los parámetros del lugar y lo que se espera de la voladura · Encuentre el rango de intervalos de retardo que cubren mejor todos los parámetros. · Puede que se a necesario dar prioridad a algunos parámetros para determinar el rango más apropiad o. · EJEMPLO Se requiere un rango para roca con muchas grietas (17 a 65 ms) Se requiere el ma terial suelto (30 a 80 ms) Con fragmentación hasta el fondo (65 a 210 ms) El tiemp o óptimo de retardo sería de 65 ms Generalmente los intervalos de retardo entre los barrenos de una misma fila deberían ser de 1/3 a 1/2 del intervalo entre filas, de manera que el tiempo entre barrenos deberá ser entre 22 y 35 ms. 131
Consideraciones generales · En voladuras de filas múltiples (> de 4 filas) el uso de intervalos cada vez más lar gos en las filas posteriores promoverá la formación de caras libres. · Configuraciones con intervalos de más de 65 ms entre filas deberían utilizar retardos dentro de los barrenos para reducir la probabilidad de interrupciones. · Los periodos de retard o superiores a 150 ms entre filas pueden producir una perdida prematura de confi namiento en los barrenos adyacentes no detonados. · Los intervalos entre filas de menos de 35 ms pueden producir la eyección del taco, flyrocks y una excesiva sobre excavación. 132
Consideraciones generales · En el interior del barreno Si se utilizan cargas iniciadoras múltiples en la misma columna explosiva, el retardo del fondo, generalmente es el menor para estimula r la iniciación del fondo del barreno. Como la precisión es de suma importancia, tod os los detonadores de la misma columna deberían tener el mismo periodo de retardo. · Precisión Algunos fabricantes producen detonadores de precisión corriente y de alta precisión; los primeros pueden detonar en una escala de 0 a 7%(una cápsula de 50ms puede detonar en cualquier momento entre 46,5 y 53,5 ms); los de alta precisión en una escala de 0 a 2% 133
Consideraciones de diseño · Control de la pared. Intervalos de retardo demasiado cortos entre los barrenos de una fila y entre hi leras, puede producir sobreexcavación excesiva Si el retardo entre los barrenos de la última fila es inferior a 42 ms, las cargas pueden dañar la pared posterior. Un intervalo demasiado corto entre las filas (< 35 ms) facilitará la fractura atrás de la última línea de barrenos. 134
sobreexcavación DAÑO DE LA PARED POR INTERVALO DE RETARDO DEMASIADO CORTOS Menos de 35 ms entre filas Menos de 42 ms entre barrenos de una misma fila Fractura excesiva atrás de la última línea de barrenos 135
Métodos para aumentar el control de la pared · Se utilizan para controlar el exceso de sobrequiebre y ayudar la estabilidad de la pared. · Se establece un plano de fractura a lo largo del perímetro de la excavac ión. · Generalmente se utilizan tres métodos según la masa de la roca, el diámetro de la b roca y la sensibilidad del lugar Perforación en línea Voladura amortiguada Voladura de precorte · Se deben utilizar perforaciones de amortiguación entre el plano de fra ctura y las perforaciones de producción para evitar el daño de la pared final. 136
Perforación en línea · Perforación de una línea de barrenos periféricos a una distancia estrecha de unos de o tros · En estos barrenos no se utilizan explosivos · No son mayores a 76 mm de diámetr o · La distancia entre barrenos es igual de 1 a 4 veces el diámetro del barreno · En m aterial agrietado es posible que no se produzcan los resultados apropiados · Los b arrenos de amortiguación deben ser perforados de 0,5 a 0,75 el burden de producción y deben ser cargados con solo la mitad de la carga explosiva de los barrenos de producción. · El espaciamiento de los barrenos de amortiguación será 0,75 veces el espac iamiento de los de producción. · Es eficaz cuando la roca es de estructura masiva. Daniel Eduardo Cotes Quijano 137
Voladura amortiguada o recorte · Hilera única de barrenos de voladura de diámetros que fluctúan entre 38 y 89 mm · Se dis para después que se excava la voladura de producción · El taco actúa como un amortiguado r alrededor de la carga explosiva en el barreno, para reducir el daño en la pared. · Los barrenos son detonados simultáneamente. · El espaciamiento entre las perforacio nes en metros es igual al diámetro del barreno en mm dividido por 60 · El diámetro de carga es la 1/2 del diámetro del barreno. · El espaciamiento de la carga en el inter ior del barreno es igual a la mitad del largo del cartucho. · El burden es equival ente a 0,75 del burden de los barrenos de producción. 138
Voladura de Precorte · Las perforaciones de precorte son detonadas antes que los barrenos de producción · P uede producir una pared alta más definida. · Tiene un burden y un espaciamiento igua l a la mitad del de los barrenos de producción. · El peso de la carga (kg) por perfo ración es = altura de la cara (m) x espaciamiento de barrenos (m) / 2. · Se obtienen mejores resultados cundo la carga esta distribuida a lo largo del barreno. · El d iámetro de la carga = a la mitad del diámetro del barreno. · La roca muy agrietada req uiere un menor espaciamiento. 139
VOLADURAS CON UNA CARA LIBRE CARA LIBRE CARA LIBRE 0 1 0 3 4 5 1 2 1 2 2 CUADRADO EN LINEA 3 4 5 CUADRADO EN V CONFIGURACIONES DE DISEÑO Daniel Eduardo Cotes Quijano 140
CASO CON RETARDOS DISTINTOS EN EL FONDO CARA LIBRE 2 3 2 3 1 1 0 0 1 1 2 3 2 3 2 3 1 0 1 2 3 CONECTOR DE SUPERFICIE Daniel Eduardo Cotes Quijano 141
SISTEMA DE VOLADURA SILENCIOSA CON RETARDOS IGUALES EN EL FONDO Y RETARDOS EN SU PERFICIE DE 35, 65 Y 150 ms. 345 280 215 150 185 250 315 380 195 130 65 0 35 100 165 230 Fuego 65 ms 150 ms Conector 35 ms Conector 150 ms Daniel Eduardo Cotes Quijano 142 Cara libre
VOLADURA CON DOS CARAS LIBRES PATRON FILA POR FILA DESPLAZAMIENTO DESEADO 0 1 2 Daniel Eduardo Cotes Quijano 143
Sistema de iniciación NO eléctrico, troncal de Cordón Detonante, Retardo en superficie con Conectores de Superficie Tiempos nominales 0 9 18 27 36 45 54 63 100 109 118 127 136 145 154 163 209 218 227 236 245 254 263 Conector de superficie de 9 ms Conector de superficie de 100 ms Daniel Eduardo Cotes Quijano 144
Conexión para una Voladura Silenciosa Retardo del fondo de 200 ms. Para todos los barrenos Tiempo de superficie Tiempo de detonación nominal 0 200 52 252 104 17 217 69 269 121 34 234 86 286 138 51 251 103 303 155 304 321 338 Retardo de Superficie de 17 ms 335 Retardo de superficie de 52 ms Daniel Eduardo Cotes Quijano 145
PATRON EN V DESPLAZAMIENTO DESEADO. Conector de superficie de 25 ms. Conector de superficie de 17 ms. Conector de su perficie de 42 ms Daniel Eduardo Cotes Quijano 146
PATRON EN V TIEMPOS NOMINALES 201 243 285 134 176 218 67 109 151 0 42 84 59 101 143 118 177 236 278 320 160 219 202 261 Daniel Eduardo Cotes Quijano 147
PATRON EN V VOLADURA SILENCIOSA Tiempos Nominales 165 207 249 115 157 199 65 107 149 0 42 84 50 92 100 142 150 192 200 242 134 184 234 294 42 ms 50 ms CUS 65MS Daniel Eduardo Cotes Quijano 148
SALIDA EN ROMBO DESPLAZAMIENTO DESEADO TIEMPOS NOMINALES 0 42 84 126 168 210 252 294 51 93 135 177 219 261 303 345 102 144 186 228 270 312 354 396 Conectores de superficie de 42 ms. Conectores de superficie de 9 ms. Daniel Eduardo Cotes Quijano 149
Tiempos de retardo Fila por Fila Desplazamiento deseado 9 ms 100 ms 100 ms 9 ms 9 ms 9 ms 9 ms 9 ms Daniel Eduardo Cotes Quijano 150
Tiempos de retardo Chevron ªVº del centro 17 ms 25 25 42 17 42 ms 42 17 Daniel Eduardo Cotes Quijano 151
Tiempos de retardo Echelon de ªEsquinaº 42 ms 42 17 ms 17ms 17 17 42 17 42 42 42 42 Daniel Eduardo Cotes Quijano 152
Tiempos de retardo Zig Zag 17 ms 17 ms 42 ms 17 ms 17 ms 42 42 42 Daniel Eduardo Cotes Quijano 153
VOLADURAS DE ZANJAS · Es necesario tomar medidas especiales en lo referente al control de las vibracio nes y de las proyecciones. · Son obras que normalmente su ancho esta entre 0.8 y 3 metros. · Su profundidad oscila entre 0.5 y 5 metros. · Su principal uso es: para l a construcción de drenajes, servicios de alcantarillado, conducciones de agua, duc tos eléctricos, gaseoductos y oleoductos. Daniel Eduardo Cotes Quijano 154
VOLADURAS DE ZANJAS · Estas voladuras requieren de consumos específicos de explosivo mayores al empleado en las voladuras en banco convencionales, debido al mayor confinamiento de la r oca. · Las mallas de perforación son mas cerradas, y sus diámetros de perforación son me nores (32-65 mm) · Es necesario utilizar sistemas de protección frente a las proyecc iones. · Los costos son mas altos respecto a las voladuras en banco. Daniel Eduardo Cotes Quijano 155
VOLADURAS DE ZANJAS Diámetros de Perforación. Dimensiones de las zanjas (Mt.) Ancho Zanja AZ < 1 Mt Profundidad H < 1.5 Mt Anc ho Zanja AZ > 1 Mt Profundidad H > 1.5 Mt Diámetros de perforación (mm) 32 - 45 50 - 65 Daniel Eduardo Cotes Quijano 156
VOLADURAS DE ZANJAS Esquemas de Perforación. · Dependen básicamente de la excavación, se fija el valor de la piedra (Burden) en fun ción del diámetro de los barrenos y el espaciamiento dependiendo del ancho de la exc avación. Daniel Eduardo Cotes Quijano 157
VOLADURAS DE ZANJAS Esquemas de Perforación. VARIABLE DE DISEÑO Diámetro de Perforación < 50 mm > 50 mm Piedra - B VARIABLE DE DISEÑO Ancho de la Zanja ± AZ < 0.75 M, 0.75-1.5 M, 1.5-3 M 26 D 24 D No. De Filas Espaciamiento - S 2 AZ 3 AZ/2 4 AZ/2.6* reduce el * En los barrenos de contorno se espaciamiento en un 20%. Daniel Eduardo Cotes Quijano 158
VOLADURAS DE ZANJAS · Sobreperforación = 0.5 * B (Piedra) Nota: nunca debe ser menor a 0.2 Mt. · El Retaca do = B (Piedra) · La inclinación es aconsejable para favorecer la rotura en el fondo realizarla con ángulos con respecto a la vertical entre 26.5 y 18.5 grados (2:1 y 3:1) Daniel Eduardo Cotes Quijano 159
VOLADURAS DE ZANJAS · El explosivo mas adecuado es aquel que tiene una alta densidad y energía, con el f in de aprovechar al máximo la perforación efectuada (Indugel AP). · Hay dos tipos de Z anjas, las convencionales y las suaves. · Las convencionales tienen esquemas desal ineados en las que los barrenos centrales se colocan por delante de los de conto rno los que salen inmediatamente después; las cargas del explosivo en todos los ba rrenos son iguales. Las concentraciones de explosivo en la columna se disminuyen con relación con la de fondo en un 30%. Daniel Eduardo Cotes Quijano 160
V1/3 V1 V1/3 V1 Daniel Eduardo Cotes Quijano 161
V1/3 V1 2 4 6 8 10 1 V1/3 2 3 4 4 5 7 9 10 10 6 V1 8 6 8 2 1 1 2 3 3 4 5 5 6 7 7 8 9 9 10 162 Daniel Eduardo Cotes Quijano
Voladura en Zanja Convencional. B T=B qc = 0.25 a 0.35 qf qf Daniel Eduardo Cotes Quijano 163
VOLADURAS DE ZANJAS · En las voladuras suaves los barrenos centrales van alineados con los de contorno y se utilizan cargas de explosivo distintas. En los centrales las cargas de col umna y de fondo son mayores que los de contorno, mientras que el retacado se dis minuye en los de contorno a una longitud de 10D. Daniel Eduardo Cotes Quijano 164
B S Daniel Eduardo Cotes Quijano 165
B 1 0 1 3 2 3 5 4 5 7 6 7 9 8 9 1 0 0 1 3 2 2 3 5 4 4 5 7 6 6 7 9 8 S 8 9 Daniel Eduardo Cotes Quijano 166
Voladura con Diseño en Zanja Suave qc = 0.4 qf T=B T = 0.4B qf Daniel Eduardo Cotes Quijano 167
VOLADURAS DE ZANJAS · Para calcular las longitudes de las cargas de fondo se utilizan las siguientes e xpresiones, donde H es la profundidad de la Zanja a excavar en Metros. · Voladuras Convencionales (todos los Barrenos) 0.4 + ((H-1)/5) · Voladuras Suaves (barrenos centrales) 1.3 (0.4 + ((H-1)/5)) Barrenos de contorno 0.7 (0.4 + ((H-1)/5)) Daniel Eduardo Cotes Quijano 168
VOLADURAS DE ZANJAS · En las voladuras en zanja convencional, la carga es mas sencilla ya que en todos los barrenos es igual y los niveles de vibración son menores, pero se produce una mayor sobreexcavación al tener los barrenos de contorno un ángulo de rotura menor y estar mas confinados. · En las voladuras suaves la perforación es mas sencilla de r eplantear y se reduce el volumen de sobreexcavación en las paredes de la zanja, pe ro la carga de los explosivos se complica al ser distinta en los barrenos de con torno y laterales y los niveles de vibración son superiores como consecuencia de l as mayores cargas de estos últimos. Daniel Eduardo Cotes Quijano 169
Fragmentación Secundaria y Voladuras Especiales · Los fragmentos de roca de un tamaño excesivamente grande que se producen en las vo laduras (sobretamaños), precisan ser fracturados para que puedan manipularse con l os equipos de carga o para que puedan ser introducidos en la trituradora sin dar lugar a que se atasquen. · Los métodos para esta fragmentación secundaria utilizados actualmente se clasifican en dos grupos: -Explosivos dentro de barrenos o adosad os a la superficie. -Por medios mecánicos. Daniel Eduardo Cotes Quijano 170
Fragmentación Secundaria Con Perforación de Barrenos · Con Perforación de Barrenos. Estos fragmentos de gran tamaño se perforan con martill os manuales o con carros ligeros, perforando barrenos de pequeño diámetro con una pr ofundidad entre 1/2 y 2/3 del diámetro o dimensión mayor del bloque y paralelo a éste. Si estos fragmentos tienen un volumen superior a 2 Metros Cúbicos se recomienda p erforar dos barrenos y detonarlos instantáneamente. Dependiendo del grado de enter ramiento del fragmento (sobretamaño), el consumo específico con un tipo de explosivo tipo hidrogel va aumentando de 50 gr./m3 hasta los 200 gr./m3. Daniel Eduardo Cotes Quijano 171
Fragmentación Secundaria Con Perforación de Barrenos Tabla de Consumo Específico Condiciones del Fragmento Consumo Específico de Explosiv o CE (gr./m3 ) Descubierto Semienterrado 50 ± 100 100 ± 150 Enterrado 150 ± 200 Si se emplean explosivos menos potentes las cargas se aumentarán entre un 25 y un 50%. Daniel Eduardo Cotes Quijano 172
Fragmentación Secundaria Con Perforación de Barrenos Esquemas de Perforación. Cordón Detonante Carga Retacado Retacado Carga Retacado Carga Daniel Eduardo Cotes Quijano 173
Fragmentación Secundaria Con Cargas Superficiales · La fragmentación colocando el explosivo en la superficie de los fragmentos de gran tamaño se lleva a cabo con cargas conformadas o, más habitualmente con cargas const ituidas por varios cartuchos de diámetros pequeños. · Es recomendable cubrir el explos ivo con una capa de arcilla o arena de unos 10 cm. De espesor como mínimo, para re ducir el ruido y conseguir la rotura de la roca con una menor cantidad de explos ivo. · Los consumos específicos normales oscilan entre los 700 y 1.000 gr./m3 para l os explosivos gelatinosos. · En el caso de no cubrir las cargas estas se increment arán en un 25% aproximadamente. Daniel Eduardo Cotes Quijano 174
Fragmentación Secundaria Con Cargas Superficiales Esquemas Colocación de la Carga. Cordón Detonante Recubrimiento de Arena o Barro Explosivo Daniel Eduardo Cotes Quijano 175
Fragmentación Secundaria Con Cargas Superficiales · Las ventajas de este método son que no se precisan la perforación de los barrenos, l as proyecciones son pequeñas y la ejecución es rápida. · Las desventajas son que la cant idad de explosivo requerida es cuatro o cinco veces mayor a la del taqueo con ba rrenos, y su empleo esta limitado a áreas alejadas a zonas habitadas debido al int enso ruido y onda aérea que se generan. Daniel Eduardo Cotes Quijano 176
Fragmentación Secundaria Con Minivoladuras · Cuando se dispone de explosivos de alta potencia, el taqueo de obretamaños) se puede llevar a cabo perforando pequeños barrenos , usando consumos específicos del orden de 0.02 a 0.04 Kg./m3. · eden reducirse hasta 0.01 ± 0.02 Kg./m3, dependiendo de la forma s perforados. Daniel Eduardo Cotes Quijano 177
los fragmentos (s de 22 mm. De diámetro Estas cantidades pu y número de barreno
Fragmentación Secundaria Con Minivoladuras Esquema de Perforación 0.02 ± 0.04 Kg./m3 0.01 ± 0.02 Kg./m3 Cuando los fragmentos están cubiertos de tierra se debe desenterrar una parte de e ste, para disponer de una cara libre y así lograr una mejor fractura. Daniel Eduardo Cotes Quijano 178
Fragmentación Secundaria Con Cargas Conformadas Direccionales · Estas se utilizan principalmente en las minas subterráneas donde se producen habit ualmente atascos en los puntos de evacuación del material volado, coladeros piquer as, etc.., el taqueo clásico resulta peligroso para el personal, costoso y lento. · Se desarrollan unas cargas conformadas que al detonar se lanza contra los fragme ntos , desde un punto alejado, un dardo metálico o disco balístico con suficiente en ergía para fragmentarlas y removilizar el material apelmazado. Daniel Eduardo Cotes Quijano 179
Fragmentación Secundaria Con Cargas Conformadas Direccionales Esquema de Voladura Empleo de Cargas Conformadas de Proyección. Daniel Eduardo Cotes Quijano 180
Fragmentación Secundaria Voladuras Especiales Voladuras en Zanjas de tierra. · Las voladuras de Zanjas en tierra son frecuentemente utilizadas cuando los medio s mecánicos de excavación no son aplicables, por ejemplo en zonas pantanosas y arbol adas. · El método consiste en utilizar cartuchos de explosivo para tener un consumo específico de 0.2 a 0.3 Kg. Cada uno, la distancia del espaciamiento es de 0.6 a 0 .8 Mt. Y la perforación se realiza aproximadamente a la mitad de la profundidad de seada de la zanja. · Los explosivos empleados deberán ser resistentes al agua en zon as pantanosas. · La iniciación se suele hacer con una línea principal de cordón detonant e, detonándose instantáneamente todas las cargas. Daniel Eduardo Cotes Quijano 181
Voladuras Especiales Voladuras en Zanjas de tierra. Detonadores de igual número Cordón Detonante Daniel Eduardo Cotes Quijano 182
