Explosivos TEMA 1. GENERALIDADES Y DEFINICIONES. Características físicas de los explosivos. Explosivo: composición o mezcla de dos sustancias, una explosiva y otra noexplosiva. Son dos sustancias, una oxidante, y otra reductora. Cuando un cartucho explota los gases son aproximadamente 10.000 veces el volumen inicial del cartucho. Para que haga el mejor efecto procuraremos que esté el cartucho lo más encerrado posible. Para hacer una voladura barrenaremos el terreno, a continuación llenamos el barreno con explosivo, y el espacio que quede del barreno sin rellenar se retaca, retaca, es decir, tapar el agujero lo mejor posible, lo que permitirá una voladura mucho más efectiva. En caso de no realizar este retacado, la voladura “pegará bocazo”, es decir, los gases producidos en la reacción se escaparán por la parte superior del agujero abierto, con lo cual perderemos mucha efectividad efectividad en la voladura.
Gases
Retacado Sin retacar
Características generales de los explosivos. Las características básicas de un explosivo y que nos van a ayudar a elegir el explosivo más idóneo para un fin determinado son las siguientes: 1.- Estabilidad química. 2.- Sensibilidad. 3.- Velocidad de detonación. 4.- Potencia explosiva. explosiva. 5.- densidad de encartuchado. 6.- Resistencia al agua. 7.- Humos.
1.- Estabilidad química. Es la aptitud que el explosivo posee para mantenerse químicamente inalterado durante un cierto periodo de tiempo. Esta estabilidad con la que el explosivo parte de fábrica se mantendrá sin alteracio alteraciones nes mientras mientras las condicio condiciones nes de almacena almacenamien miento to sean adecuad adecuadas. as. Esto permitiría al usuario tener un producto totalmente seguro y fiable para los trabajos de voladura. Las Las pérd pérdid idas as de esta estabi bili lida dad d en los los expl explos osiv ivos os se prod produc ucen en bien bien por por un almacenamiento excesivamente prolongado o bien porque las condiciones del lugar no sean las adecuadas. Si los los explo explosiv sivos os son polvur polvurole olento ntos s con nitrat nitrato o amónic amónico o se estrop estropear earán án perdiendo dinero pero no tendremos accidentes. Los Los explos explosivo ivos s con nitrog nitroglilicer cerina ina si pierd pierden en su estab estabili ilida dad d quími química ca puede puede significar que la nitroglicerina se ha descompuesto. El cartucho suda o se observan manc mancha has s verd verdes es en la envo envolt ltur ura. a. En este este caso caso el peli peligr gro o es inmi inmine nent nte e y es imprescindible la destrucción de este explosivo.
2.- Sensibilidad. Se define la sensibilidad de un explosivo como la mayor o menor facilidad que tiene un explosivo para ser detonado. Se dice por lo tanto que un explosivo es muy sensible cuando detona sin dificultades al detonador y a la onda explosiva que se produzca en sus cercanías. Un explosivo insensible es todo lo contrario. Los Los expl explos osiv ivos os sens sensib ible les s aseg asegur uran an poco pocos s fall fallos os en los los barr barren enos os.. Los Los insensibles por lo contrario provocarán más barrenos fallidos. En este sentido son mejores los explosivos sensibles. Ahora bien, están más cercanos a producirse una explo explosió sión n fortui fortuita ta que que los los explo explosiv sivos os insens insensibl ibles es en los que la proba probabil bilid idad ad
de
accidente es prácticamente nula. En este sentido los insensibles son más seguros que los sensibles. Existe otro concepto de sensibilidad debido a experimentos realizados en los laboratorios, donde se realizan la sensibilidad al detonador , sensibilidad a la onda sensibilida lidad d al choque sensibilidad idad al rozamien estas s las las dos dos explosiva, explosiva, sensibi choque y sensibil rozamiento to.. De esta primeras son deseadas, mientras que las dos últimas son sensibilidades sensibilidades indeseadas. •
Sensibilidad al detonador. Todos los explosivos industriales precisan para su iniciación como norma general de la detonación de otro explosivo de mayor potencia. Este explosivo puede ir colocado dentro de un detonador,
de un cordón detonante o de un multiplicador, según el procedimiento que sigamos sigamos para la iniciación iniciación de la explosión. explosión. Si algún algún explosiv explosivo o no fuera sensible sensible al detonado detonador, r, entonces entonces los multipli multiplicador cadores es salvarían salvarían esta pega, pega, aunque el 99% de los explosivos que actualmente se fabrican son sensibles al detonador.
•
Sensibilidad a la onda explosiva. Se basa basa en determ determin inar ar la máxim máxima a distancia a que un cartucho cebado trasmite la detonación a otro cartucho receptor. Colocamos cartuchos en línea y ambos a continuación del otro, separados una determinada distancia d. Pero lo que sucede en realidad es que al cargar los barrenos entre cartucho y cartucho pueden haber materias inertes que siempre dificultan la propagación y a veces llegan a anularla. Por esta razón la norma indica que “ la carga cuando se trate de explosivos encartuch encartuchados ados estará constitui constituida da por una fila de cartuchos cartuchos en perfecto perfecto contacto unos con otros.” otros.” Cartucho cebado: cebado: Cartucho con detonador. (Es el cartucho madre).
d d´
•
Sensibilidad al choque. Los diferente diferentes s tipos de explosiv explosivos os industria industriales les pueden ser o no sensibles sensibles al choque, lo cual cual no quiere decir decir otra cosa que en algu alguno nos s expl explos osiv ivos os se pued puede e prod produc ucir ir su inic inicia iaci ción ón por por un fuer fuerte te impacto. La forma de determinar la sensibilidad sensibilidad al choque se hace mediante una maza que se coloca a una determinada altura con una masa definida, se mide la altura hasta que el explosivo explota.
•
Sensibilidad al roce. Al igual que con la sensibilidad al choque existen
algunos explosivos explosivos que son sensibles al rozamiento. Es por esto que existe un ensayo normalizado que nos indica si un explosivo es sensible o no al rozamiento, y en caso de serlo en que grado lo es. Este ensayo se realiza con una máquina provista de un objeto cuyo coeficiente de rozamiento
conocemos. La sensibilidad se conoce pasándolo por la longitud de todo el explosivo cada vez con mayor intensidad hasta que el explosivo explote.
3.- Velocidad de detonación.
V A
B
C Mecha patrón v
D E Placa de plomo
V = velocidad buscada. v = Velocidad de mecha. (Conocida).
t = BC + CE V
= BE
v
v
BC = BE – CE V
(1)
v
V =
BC
. v
(2)
BC – CE
La velocidad de detonación es la característica más importante del explosivo. Cuanto más grande sea la velocidad de detonación del explosivo, tanto mayor es su potencia. Se entiende por detonación de un explosivo a la transformación casi instantánea de la materia sólida que lo compone en gases. Esta transformación se hace a elevadísimas temperaturas con un gran desprendimiento de gases, casi 10.000 veces su volumen. Sea un cartucho de un determinado explosivo velocidad de detonación
M del cual queremos hallar su
V. Si le introducimos un detonador en el interior y a su vez le
practicamos dos orificios
B y C de los que salen una mecha patrón cuya velocidad de
detonación es conocida,
v, y colocamos una placa de plomo, como indica la figura,
tendremos lo siguiente. Al explotar el detonador explota todo el cartucho, pero lo hace antes en B que en C, ¿por qué?. Porque está más cerca del detonador. Por lo tanto las ondas no se encuentran en el punto medio
D, sino en otro
punto E (visible en la placa por ser de plomo la placa). El tiempo empleado en seguir un camino o el otro es el mismo, por lo tanto se cumple (1), y operando llegamos a (2) que nos determina la velocidad de detonación V de un explosivo. Para algunos trabajos interesan explosivos lentos, de poca potencia. (En canteras de roca ornamental). Si queremos grandes producciones (sobre todo estéril), usaremos explosivos de baja velocidad de detonación, de poca potencia.
4.- Potencia explosiva. La potencia puede definirse como la capacidad de un explosivo para fragmentar y proyectar la roca. Depende por un lado de la composición del explosivo, pese a que siempre es posible mejorar la potencia con una adecuada técnica de voladura. Para la medida de la potencia de un explosivo existen en el laboratorio diferentes técnicas de las cuales es la más empleada la del péndulo balístico. Por este procedimiento se mide la potencia de un explosivo en porcentaje en relación con la goma pura, a la que se le asigna por convenio la potencia del 100 %.
5.- Densidad de encartuchado. La densidad de encartuchado es también una característica importante de los explosivos, que depende en gran parte de la granulometría de los componentes sólidos, y tipo de materias primas empleadas en su fabricación. El usuario en este caso nada tiene que hacer. Al ser fundamental que los fondos de los barrenos estén completamente llenos de explosivos, si estos tuvieran densidad menor de uno y los barrenos tuvieran agua física, los cartuchos flotarían siendo imposible la carga del barreno. Utilizar en este caso explosivos de densidad inferior a uno sería un gravísimo error.
6.- Resistencia al agua. Se pueden diferenciar tres conceptos: 1.- Resistencia al contacto con el agua. 2.- Resistencia a la humedad. 3.- Resistencia al agua bajo presión de la misma.
Se entiende por resistencia al agua o resistencia al contacto con el agua a aquella característica por la cual un explosivo sin necesidad de envuelta especial mantiene sus propiedades de uso inalterables un tiempo mayor o menor, lo cual permite que sea utilizado en barrenos con agua. Si un terreno contiene agua emplearemos gomas, riogeles, etc., cuyo comportamiento al agua es excelente. Nunca se deben emplear explosivos polvurolentos (Anfos) en contacto directo con el agua. Ahora bien, si el agua la agotamos con la carga de f ondo, podremos emplear en la carga de columna explosivos polvurolentos. En cualquier caso los explosivos polvurolentos se comportan muy bien en barrenos sumamente húmedos si el contacto con el agua no es mucho. Es aconsejable en estos casos hacer la mitad de barrenos para cargarlos rápidamente y efectuar la pega.
Retacado Carga columna (Nagolita) Carga de fondo (Goma
2)
En referencia al tercer punto, nos referimos no solo a que el explosivo soporte el contacto con el agua, sino que además aguante altas presiones debidas a las grandes profundidades. Los explosivos utilizados en este caso contienen como aditivos metales pesados, que les confieren características muy especiales, como es el caso de la goma GV submarina.
7.- Humos. Se designa como humos al conjunto de los productos resultantes de una explosión, entre los que se encuentran gases, vapor de agua, polvo en suspensión , etc. Estos humos contienen gases nocivos como el óxido de carbono, vapores nitrosos, etc., y si bien su presencia no tiene importancia en voladuras a cielo abierto, si la tiene en voladuras en minas subterráneas y sobre todo si se realizan en lugares
con poca ventilación. En este caso pueden ocasionar molestias e intoxicaciones muy graves a las personas que vayan a inspeccionar la voladura. Para los trabajos subterráneos la composición del explosivo debe tener una proporción suficiente de O2 capaz de asegurar la combustión completa.
Sensibilidad y diámetro crítico. Sensibilidad: Puede definirse como la facilidad relativa del mismo para detonar. Esto presenta una paradoja para los técnicos en explosivos, pues por un lado una elevada sensibilidad supone una clara ventaja de cara al funcionamiento del explosivo, pero a su vez puede suponer una gran desventaja en cuanto al riesgo de detonar bajo cualquier estímulo accidental. Así pues, vemos que existen dos conceptos distintos dentro del término genérico de sensibilidad; el primero relacionado con la mayor o menor facilidad para que un explosivo detone cuando se desea, que denominaremos
sensibilidad deseada, mientras que el segundo se refiere a la mayor
o menor propensión a que un explosivo detone bajo cualquier estímulo accidental, que denominaremos
sensibilidad indeseada.
Este último concepto, inédito hasta ahora en ala tecnología de los explosivos, puede cuantificarse en algunos casos como el mínimo estímulo accidental necesario para que se produzca una explosión. En otras palabras, podemos afirmar que una alta sensibilidad indeseada trae consigo una elevada susceptibilidad a la detonación accidental, mientras que una baja sensibilidad indeseada equivale a una baja propensión a la iniciación fortuita, bajo el estímulo de cualquier fuente de energía distinta de la normalmente empleada. Siempre existe un solapamiento entre ambas sensibilidades, por lo que en general una alta sensibilidad deseada implica una elevada sensibilidad indeseada y viceversa. Esta tendencia está muy acentuada en los explosivos convencionales, en los que se parte de un producto altamente sensible a todo tipo de estímulos, al que se le insensibiliza con una serie de productos. Entre los explosivos más comúnmente empleados, las dinamitas son los de mayor sensibilidad, por llevar en su composición nitroglicerina. Todas ellas se inician fácilmente con detonadores ordinarios y desde luego con cordón detonante de 12 gr / ml. Los
hidrogeles son mucho más insensibles, no llevan nitroglicerina y
requieren unos iniciadores más potentes, aunque también todos detonan con detonadores ordinarios y cordones detonantes de 12 gramos para arriba. Estos
explosivos evitan todo riego de explosión debido a roces violentos o grandes presiones, como por ejemplo ser pisados por las orugas de un tractor o una excavadora.
Diámetro crítico: Cualquier explosivo en forma cilíndrica tiene un diámetro por debajo del cual no se propaga la velocidad de detonación. Para explosivos nitrados, como el NO 3 NH4, puede alcanzar valores hasta de 10 pulgadas, pudiendo ser insignificante tanto para la pentrita como para el nitruro de plomo, que son los que se utilizan en los cordones detonantes y detonadores. Es necesario decir que en el diámetro crítico influye la densidad y el confinamiento de los explosivos en los barrenos.
TEMA 2. COMBUSTIÓN COMPLETA EN LAS REACCIONES EXPLOSIVAS. Combustión
completa
en
las
reacciones
explosivas. NOTA. Cae siempre en examen, sobre todo los ejercicios. No es fácil estudiar detalladamente la influencia del oxígeno en las características del explosivo; sin embargo es necesario procurar que si se van a utilizar en minería subterránea no se forme el temido CO (monóxido de carbono), porque este gas se fija en la sangre dando lugar a un compuesto llamado Carboxihemoglobina , que paraliza las funciones vitales sin que la agonía se advierta. Además este gas no es fácilmente detectable ya que es incoloro, inodoro e insípido. Para lograr este objetivo, el oxígeno debe de estar en la proporción necesaria para que la combustión sea completa, dando así lugar a que todos los átomos de carbono se oxiden completamente dando CO2. Todos los átomos de hidrógeno que se formen deben dar lugar a moléculas de H2O, pudiendo estar también presentes moléculas de nitrógeno, así como moléculas de oxígeno O2. (x + y)
Todo el conjunto del explosivo.
H2O + CO2 + N2 + ...........
Otros gases sin importancia.
EJERCICIOS PRÁCTICOS. 1.- Calcular el coeficiente m de la nitroglicerina en una gelamonita preparada con nitrocelulosa, así como la composición centesimal de esta mezcla explosiva para que se verifique una combustión completa. Nitrocelulosa:
C24 H32 ( O NO2 )8 O12.
Pm: 1008.
Nitroglicerina:
C3 H5 ( O NO2 )2.
Pm: 227.
2.- Calcular la composición centesimal de un explosivo compuesto por 3 moles de TNT y ( NH4 ) NO3 para que se verifique una combustión completa.
TNT:
C6 H2 ( NO2)3.
N.A:
NO3 NH4.
3.- Se dispone de dos explosivos: cheditta y tetralita. Calcular el porcentaje de cada uno de ellos para que en su mezcla se verifique una combustión completa.
Cheditta:
Cl O4 NH4.
Tetralita:
C6 H2 ( NO2)3 N CH3.
Balance de oxígeno. Se usa para conocer el porcentaje de oxígeno que le sobra a un elemento, o el porcentaje que le falta de oxígeno.
1.- Determinar el balance de oxígeno de la tretalita, cuya reacción explosiva es.
2 C6 H2 ( NO3 )4 N CH3 ----------- CO2 + 13 CO + H2O + 4 H2 + 5 N2
2.- Calcular el balance de oxígeno de la nitroglicerina, cuya reacción explosiva es:
C3 H5 ( NO3 ) ----------- 3 CO2 + 5 / 2 H2O + 3 / 2 N2 + 1 / 4 O2
3.- Calcular el balance de oxígeno de la pentrita, cuya reacción explosiva es:
C3 H5 ( NO3)3 --------- 3 CO2 + 5 / 2 H2O + 3 / 2 N2 + 1 / 4 O2
TEMA 3.- EXPLOSIVOS COMERCIALES. Generalidades. Una vez vistas las propiedades generales de los explosivos, ha llegado el momento de ver las distintas clases de explosivos que nos ofrece el mercado, para elegir el adecuado en cada aplicación. Dividiremos los explosivos comerciales en dos grandes grupos.
•
•
Explosivos con nitroglicerina.
•
Explosivos sin nitroglicerina.
Explosivos con nitroglicerina. Son sin duda los más potentes de los dos. Esta cualidad no es siempre la mejor, ya que en ocasiones se prefieren explosivos menos potentes, con el fin de conseguir una granulometría grande. Son explosivos más delicados, necesitan mejores condiciones de almacenamiento.
•
Explosivos sin nitroglicerina. Son más seguros, algo más inestables y también de una potencia apreciable, aunque menor.
Dinamitas. Se entiende como tales aquellas mezclas sensibles al detonador entre cuyos ingredientes figura la nitroglicerina. Su número y clase es extremadamente variado según países y marcas, variando también sus componentes adicionales, siendo los principales componentes los siguientes: •
Explosivo base: nitroglicerina.
•
Explosivos complementarios: trilita, nitrobenceno, etc.
•
Aditivos generadores de oxígeno: nitrato amónico, nitrato sódico, nitrato potásico, así como cloratos y percloratos.
•
Sustancias que aumentan la potencia: aluminio, silicio y magnesio.
Clases de dinamitas.
1.- GOMAS. Están constituidas
fundamentalmente
por nitroglicerina
y
pudiendo llevar en su composición los elementos anteriormente dichos.
nitrocelulosa,
Sus principales ventajas son su consistencia plástica, una gran densidad, magnífico comportamiento al agua y una gran potencia, siendo la goma pura el más potente de los explosivos comerciales. Estos explosivos han sido sustituidos por las denominadas gomas especiales debido precisamente a su elevada sensibilidad unida a su alto precio.
2.- GOMAS ESPECIALES. Incorporan como agente oxidante el nitrato amónico, que no siendo un explosivo base, contribuye a la energía de la explosión, al mismo tiempo que actúa como oxidante, para obtener un balance de oxígeno adecuado. Esto permite obtener un explosivo de potencia algo menor que las anteriores gomas, con menores proporciones en nitroglicerina. Ya no son tan excesivamente sensibles y además nos ofrecen un menor costo por unidad de potencia. Conservan su plasticidad, tienen un comportamiento algo peor al agua, pero excelente de todas maneras, pero son los más adecuados para la mayoría de los trabajos que se presentan en la práctica, pudiéndose utilizar en barrenos llenos de agua. Su aplicación fundamentalmente es como carga de fondo de barrenos de mediano y gran diámetro, y para la voladura de rocas de consistencia de dura a muy dura, utilizándose como carga de columna nagolita. Para diámetros por debajo de dos pulgadas suele utilizarse como carga única del barreno porque al ser 2 pulgadas el diámetro crítico de las nagolitas, su utilización es imposible.
Agente explosivo de baja densidad: anfo, nafo, nagolitas. Se conocen con el nombre de explosivos polvurolentos, siendo conocidos en España como nagolitas. Empezaron a emplearse en al década de los setenta, llegando su consumo a ser el 75% de los explosivos utilizados en le mundo. Es un explosivo con unas características individuales muy malas, (hidroscópico, poco potente, mala conservación, ....), sin embargo su precio lo hace el más utilizado hoy en día en minas a cielo abierto. Se trate de principalmente de una mezcla de nitrato amónico más fuel – oil.
Características más importantes de los anfos.
Se descubrió sobre el 1950 después de una desastrosa explosión que tuvo lugar en una fábrica de nitrato amónico en EE.UU. Aparte de otras consecuencias, este hecho centró la atención de los fabricantes en el potencial demostrado por el nitrato amónico, y a partir de los años 60 se empezó a utilizar con éxito el nitrato amónico sensibilizado sensibilizado con fuel-oil. Así surgieron los anfos, que por su potencia relativamente elevada, elevada, facilidad de manipulación y sobre todo por su bajo precio, ganó con rapidez la supremacía en la mayoría de las canteras y minas a cielo abierto existentes. Características intrínsecas y extrínsecas extrínsecas.. Se llaman intrínsecas aquellas en las que el operario no puede actuar. Las más importantes son: 1. Tamañ Tamaño o y tipo tipo de gran grano. o. 2. Contenid Contenido o en fuel-oil fuel-oil.. 3. Conte Contenid nido o de agu agua. a. 4. Sensib Sensibili ilidad dad.. Factores externos son aquellos en los que el usuario tiene mucho en que actuar. 1. Dens Densid idad ad de de la carg carga. a. 2. Diám Diámet etro ro del del bar barre reno no.. 3. Inic Inicia iado dore res. s.
Características Intrínsecas. TAMAÑO Y TIPO DE GRANO. Tienen forma de granos, parecidos a los granos de arroz, son porosos, rellenos de aire, aire, ya que que así tiene tienen n una una mayor mayor veloci velocidad dad de liber liberac ación ión de la energ energía. ía. La porosidad óptima parece estar próxima a 0´07 cm ³ /gr
CONTENIDO EN FUEL- OIL.
V (m/s)
Equilibrio en oxígeno
4000 3500 3000 2500
% Fuel - Oil 1 2 3 4 5 6 7 8 9
(1)
(2)
10 11
La influe influenci ncia a del fuel-o fuel-oilil incor incorpor porad ado o a la mezcla mezcla de nitra nitrato to amón amónico ico,, en proporciones proporciones variables viene reflejada en la figura. La máxima velocidad de detonación se alcanza para un contenido en fuel-oil de 5´5 %; igualmente para esta proporción se alcanza el equilibrio en oxígeno. En la zona (1), al disminuir el porcentaje en fuel-oil, significa que aumenta el porcentaje en nitrato, y como este es un dador de oxígeno, la zona (1) presenta un clar claro o exce exceso so en oxíg oxígen eno. o. En esta esta zona zona se ve que que la velo veloci cida dad d de deto detona naci ción ón disminuye muy rápidamente, a la vez que el descenso en porcentaje en fuel-oil. En la zona (2), donde ya la proporción en nitrato amónico es más pequeña, hay un defecto de oxígeno, y si bien la velocidad de detonación también disminuye, lo hace de forma más suave que en la zona (1).
CONTENIDO DE AGUA.
V 3500 3000 2500 2000 2
4
6
8
10
% en H2O
En la figura se muestra la influencia del agua sobre la velocidad de detonación de las nagolitas. Es de sobra conocida la propiedad del nitrato amónico de ser muy hidroscópico hidroscópico (absorbe la humedad). Con porcentajes de contenidos en agua inferiores al 9% la velocidad va disminuyendo, pero conservando siempre velocidades mayores a los 2000 m. Con humedades superiores al 9% no se deben utilizar nagolitas a granel; En este caso habría que encargar nagolitas envueltas en plástico para retrasar dicha absorción de agua.
SENSIBILIDAD. Se entiende por sensibilidad la mayor o menor facilidad que tiene un explosivo para ser detonado.
Los anfos son unos explosivos de detonación “ no ideal ”, es decir, son muy insensibles, cualidad esta que es útil para evitar accidentes, pero puede provocar el fallo en el barreno. En la mayoría de los casos se usan como carga de columna, siendo la carga de fondo las gomas, encargándose encargándose estas de la correcta explosión de toda la carga. En ocasio ocasione nes s la nagol nagolita ita se puede puede utiliz utilizar ar sola sola en grand grandes es diáme diámetro tros s de sond sondeo eo,, mayo mayore res s siem siempr pre e de 7 pulg pulgad adas as.. En este este caso caso conv convie iene ne aume aument ntar ar l sensibilidad, consiguiéndose esto con el aumento de la densidad en el interior del barreno, prensando la nagolita con la tacadera, con cuidado en pasarnos, ya que la nagolita podría sufrir fallos, fallos, debiendo procurar que la densidad densidad no sobrepase del 0´95 – 0´96 %.
Factores externos. DENSIDAD DE CARGA.
5” 3500
4” 3000
3” 2500
2000 0´8
0´85
0´9
0´95
1
gr / cm
³
La figura muestra la influencia de la densidad de carga sobre la velocidad de detonación. Se observa que el aumento de la velocidad de detonación es casi lineal con el aumento de la densidad. En la figura se muestran tres diámetros de sondeo siendo casi paralelas las tres curvas. La densidad de carga debe conseguirse en el proceso mismo de su colocación en el barreno mediante técnicas que van desde el compactado hasta el llenado por cargad cargadore ores s especi especiale ales. s. De esta esta forma forma podrí podríamo amos s conseg conseguir uir densi densidad dades es inclus incluso o
superiores a la unidad, pero en general la sensibilidad disminuye notablemente con densidades superiores a 0´95.
DIÁMETRO DE CARGA.
4000
3500
3000 2800 3
4
5
6
7
8
Diámetro en pulgadas
El efecto del diámetro de la carga sobre la velocidad de detonación en los anfos se aprecia en la figura; en ella se puede observar como crece la velocidad de detonación a medida que el diámetro de barreno aumenta hasta cierto límite, (9 – 8 pulgadas), a partir del cual la velocidad de detonación permanece constante. Este hecho ha llevado a la tendencia de utilizar calibres de perforación cada vez mayores, porque de esta manera aprovechamos mejor las características de la nagolita, a la vez que se reducen los costos totales por metro cúbico de roca arrancada. Las nagolitas se pueden usar de carga única de barreno para diámetros de entre 10 a 12 pulgadas y en terrenos semiduros como máximo. Se sabe que un diámetro próximo a las dos pulgadas es el diámetro crítico más bajo para lograr una autopropagación satisfactoria de los anfos, por lo tanto nunca se debe usar este explosivo con diámetros inferiores a las dos pulgadas. Lo más normal es utilizarla como carga de columna utilizando como carga de fondo explosivos muy potentes: gomas y riogeles. En este caso con diámetros de 3 pulgadas a mayores se pueden utilizar para rocas de semiduras a duras.
INICIACIÓN DE LAS NAGOLITAS. Detonador
Retacado
Cordón detonante
Anfo
Cartucho goma 2
Goma 2
Cebado axial.
Al estudiar la iniciación de un explosivo hay que tratar de conseguir de él una velocidad
de detonación lo más
barata posible
para conseguir
un mayor
aprovechamiento de su potencia. El iniciador de un barreno cargado de anfo debe proporcionar una energía suficiente para provocar la detonación de todas sus partículas, porque de no ser así puede provocar defragación o
detonación parcial. Este fenómeno se puede observar
por la emisión de humo naranja que es desprendido después de la explosión. Estos gases son óxidos nitrosos provocados por:
1. Insuficiencia de cebado. 2. Presencia de agua en el barreno. 3. Mala mezcla de N.A. y F.O.
Diversos estudios han demostrado que independientemente de que se consiga la potencia mínima necesaria para iniciar el anfo, es imprescindible también utilizar una cantidad mínima de un explosivo muy potente. Todos los parámetros vistos (diámetro de barreno, dimensión de los granos, homogeneidad de la mezcla, etc.) influyen en el valor de la velocidad de detonación alcanzada. Para diámetros de barreno inferiores a 6 pulgadas estas consideraciones tienen muy poco valor, puesto que será prácticamente imposible alcanzar velocidades de detonación superiores a los 3000 metros, por muy bien que las iniciemos. Actualmente se siguen investigando diversas sustancias metalizadas a base de aluminio, manganeso, etc., para aumentar sus características energéticas. De momento no se han obtenido resultados concluyentes. Para barrenos de 12 pulgadas se han podido conseguir hasta velocidades de detonación de hasta 4500, utilizando como método de iniciación la
iniciación axial,
que consiste en introducir por el eje del barreno cordón detonante con cartuchos de goma 2, hasta alcanzar 370 gramos de concentración de explosivo por metro lineal. La iniciación conseguida es la mejor de las posibles, puesto que logran transmitir a todos los granos de nagolita una perfecta iniciación.
¿Por qué es necesario acelerar el anfo a tan grandes velocidades de detonación?. La teoría de mecánica de rocas indica que el explosivo más adecuado para fracturar una determinada roca es aquel que tiene una velocidad de detonación igual o parecida a la velocidad propia de transmisión de la roca. La mayoría de estas rocas, entre las que se encuentran los granitos, dioritas, basaltos, cuarcitas, etc., tienen una velocidad de transmisión siempre superior a los 400 m/s. Si para su arranque utilizáramos nagolitas del orden de velocidad de detonación de 3000 m/s, se obtendría, a parte de una mala fragmentación, un frente de trabajo totalmente irregular y por lo tanto muy inseguro puesto que la nagolita no tiene la velocidad de detonación suficiente que garantice una potencia desarrollada capaz de producir buenos efectos de fragmentación en rocas tan duras y compactas.
Podemos pues concluir que el anfo puede ser un explosivo, que con una iniciación eficaz, puede proporcionar una serie de ventajas en su utilización, que de otro forma le harían muy poco útil en aquellas rocas que por sus características necesiten mayor potencia. En España los anfos son conocidos con el nombre comercial de nagolita, que es suministrada en sacos de 50 kg, o bajo petición, en cartuchos envueltos en plástico, siempre con calibres, diámetros, superiores a 45mm. La aplicación más corriente de este explosivo es como carga total en rocas blandas y diámetros superiores a 7 pulgadas, y como carga de columna en rocas de semiduras a duras, utilizando en este caso como carga de fondo un explosivo potente, como pueden ser las gomas o los hidrogeles.
TEMA 4. HIDROGELES (SLURRIES). Introducción. Podemos definir los hidrogeles como composiciones explosivas formuladas en términos de un sistema de oxidación – reducción. Están constituidas por una parte oxidante (nitratos inorgánicos) y otra reductora, con suficiente cantidad de O2 como para reaccionar violentamente con el exceso de O2 del agente oxidante. La parte reductora puede estar constituida por cualquier materia combustible. Pueden ser sustancias explosivas deficitarias en O2 como la trilita, algunas pólvoras, o bien sustancias no explosivas como hidrocarburos y metales ligeros, como el aluminio y el magnesio. Estas mezclas así formadas presentan un excelente comportamiento en el agua, lo que constituye una de las propiedades más notables de estos productos.
Principales aplicaciones. Presión detonación
H
N
Tiempo
Los hidrogeles nacieron para paliar los defectos que presentaban las nagolitas, pero sin embargo potencian al máximo el resto de sus cualidades. En consecuencia vamos a analizar las ventajas de los hidrogeles respecto de los anfos. En los barrenos con agua no existe comparación posible, mientras que en los barrenos secos es donde es necesario evaluar todos los factores que influyen en el costo de toda la explotación antes de dar una respuesta. En general, cuanto más seca
y menos dura sea la roca, menos ventajas presentan los hidrogeles respecto de los anfos. Un factor importante que le presenta una ventaja a los hidrogeles es que por tener mayor potencia, es necesaria una menor perforación. En los anfos podemos obtener una velocidad máxima de detonación de entre 2000 y 2500 m/s, mientras que los hidrogeles alcanzan los 4000 m/s. El comportamiento de los explosivos en cuanto a presión de detonación está representado en la figura. El pico inicial de altísimas presiones generadas por los hidrogeles produce una compresión de la roca que rodea al barreno los suficientemente fuerte como para fracturar. Este fenómeno se extiende solamente una distancia pequeña alrededor del barreno (2 x diámetro). Después la presión disminuye rápidamente de tal forma que este repentino descenso de la compresión permite a la roca expandirse, y al ser tan rápido el suceso, se sobrepasa el límite de resistencia a la tracción de la roca, originando su rotura por tensión. Como la resistencia a la tracción es aproximadamente un centésima parte de su resistencia a la compresión, el fenómeno va prolongándose hasta que se produzca la rotura de la roca. Estos hechos tienen lugar antes de que se empiece a producir ningún movimiento en la roca. Posteriormente se produce el movimiento de la masa de roca, dando lugar a una reducción del tamaño de los fragmentos por choques y caídas de los fragmentos. En contraste, el anfo con una mayor generación de gas y una velocidad de detonación menor, produce una presión mucho más baja y sin pico, pero que se mantiene durante más tiempo que en los hidrogeles. En este caso la roca se rompe por este empuje mantenido, que fragmenta la roca aprovechando sus puntos más débiles, como pueden ser juntas o fracturas naturales. Debido a la escasa presión ejercida por le anfo, las distancias a las caras libres a las que se puedan romper formaciones duras, son muy pequeñas, y este hecho es aún más pronunciado cuando las partes a volar están cerradas; es decir, sin superficies libres que permitan su desplazamiento, como sucede en las partes bajas de los bancos y en las filas posteriores de las voladuras. Esta es la razón por la cual los hidrogeles se usan preferiblemente como carga de fondo en aquellas formaciones en las que el anfo solo puede arrancar las partes más altas del banco. Por otro lado los hidrogeles son capaces de fragmentar formaciones rocosas en las circunstancias más difíciles, cuando no hay prácticamente salida, propiedad que los hace los apropiados como carga de fondo para evitar repiés.
Para poder efectuar una comparación objetiva entre los hidrogeles y las nagolitas es necesario considerar todos los factores determinantes del coste de una explotación: perforación, carga y transporte, gastos de quebrantación y costes de mantenimiento. Es evidente que la razón más importante de la gran utilización de los anfos es la de ser la fuente de energía más barata; no obstante conviene tener en cuenta que el uso de los anfos lleva asociado gran cantidad de costes ocultos, como un exceso de perforación (sobreperforación), problemas ocasionales con los repiés (menor rendimiento de las palas cargadoras), mayores gastos de mantenimiento, etc. Estos gastos pasan desapercibidos muy a menudo en el conjunto de los gastos operativos. Sobre este particular es muy útil tener en cuenta que en muchas ocasiones un pequeño incremento en el coste del explosivo queda ampliamente compensado en virtud a los considerables ahorros que ello produce en otras partidas del coste total de la explotación. Como consecuencia de todo lo dicho, podemos afirmar que en la mayoría de las ocasiones los hidrogeles compiten ventajosamente con el anfo, siendo tanto mayor esta ventaja cuanto más dura y húmeda este la roca. Pero aún en los casos en que las diferencias no sean apreciables, la mejor solución resulta una combinación de ambos, utilizando los hidrogeles como carga de fondo y los anfos como carga de columna. Como síntesis pueden resumirse como
ventajas de los slurries:
1. Por su gran insensibilidad son muy seguros, tanto en voladura como en la manipulación y en el desescombro. 2. Permiten la carga a granel con un llenado de grado del 100 %, cualidad importantísima para que el explosivo realice todo el trabajo útil. 3. Su resistencia al agua es siempre excelente. 4. Poseen elevada velocidad de detonación, densidad y potencia. 5. Permiten la mecanización del procedimiento de carga. El transporte se realiza con camiones cisterna, llenándose los barrenos con una manguera con un diámetro inferior al diámetro crítico del explosivo como medida de seguridad para que en caso de accidente, la explosión no se propague al camión.
Desventajas más importantes: 1. Precio más elevado. 2. Operaciones de carga menos sencillas que en el caso de los anfos. 3. Si existieran grietas en los barrenos, pueden haber pérdidas de explosivo.
TEMA 5. ACCESORIOS DE VOLADURAS. RIEGOS EN SU MANIPULACIÓN. APLICACIONES. Generalidades. A parte de la correcta elección de un explosivo, el éxito de una voladura está frecuentemente condicionada al buen uso de los elementos accesorios, que participan directamente en el proceso primario de la iniciación. Dentro de estos accesorios en la técnica de voladura eléctrica, sin duda el más importante es el detonador, tanto por los riesgos que pudiera entrañar su manipulación como , sobre todo, por la influencia sobre los resultados de la voladura y fragmentación del escombro.
Detonadores eléctricos. Descripción.
Tapón – cierre
Inflamador
Pasta retardadora Vaina metálica
Carga primaria
Carga secundaria
Está constituido por una cápsula metálica de cobre o aluminio, cerrada por un extremo y con un tapón en el lado opuesto, lo cual hace que el detonador sea estanco al agua. En su interior lleva un explosivo base, uno primario, un inflamador y una pasta de retardo. Cuando el detonador es de tiempo, tanto si es de retardo como de microrretardo, lleva incorporado entre el inflamador y el explosivo un dispositivo denominado
pasta de retardo, cuya longitud varía según el número de detonador;
cuanto más alto sea el número, más largo es el detonador (0 no tendrá pasta de retardo). El
inflamador constituye el dispositivo eléctrico, y está formado por dos
electrodos cuyos extremos están unidos entre sí por un filamento metálico calibrado, que se pondrá rojo cuando sean atravesados por una intensidad de corriente suficiente. Los
hilos de alimentación se enrollan en madejas según su longitud, de tal
forma que se pueden extender sin que formen nudos. Al atravesar una corriente actúa la píldora inflamadora provocando la explosión del detonador, en el caso de que sea instantánea, número 0, o bien el encendido de la pasta retardadora cuando el detonador es de t iempo.
Clasificación de detonadores eléctricos. Se clasifican en función de los siguientes criterio: 1.- Por su retardo en la detonación. 1. Detonadores de retardo de medio segundo. 2. Detonadores de microrretardo de 20 a 30 milisegundos. 3. Detonadores instantáneos.
2.- Por su sensibilidad eléctrica. 1. D. sensibles S. 2. D. insensibles I. 3. D. altamente insensibles A.I.
3.- Por su aplicación. 1. D. sísmicos. 2. D. antigrisú. 3. D. bajo presión de agua.
Detonadores instantáneos. Son detonadores sin pasta de retardo, reducidos al número cero. Se aplican a cielo abierto en la primera línea de tiro, al lado del frente libre, y en taqueos secundarios. En estos detonadores al incidir la píldora sobre la carga primaria, la explosión coincide en el instante de apretar el botón del explosor.
D. de retardo de medio segundo. Estos hacen explosión con una determinada secuencia a intermedios regulares de medio segundo. Se diferencian de los instantáneos en que están provistos de una pasta, que interpuesta entre la píldora del inflamador y la cara primaria, produce el efecto de retardo. Con este tipo de detonadores se consigue, al existir un intervalo de tiempo suficiente entre un número y el siguiente, que cada barreno produzca el arranque de la parte de roca correspondiente, dejando al barreno consecutivo una superficie libre. La roca empieza a agrietarse en las proximidades de un barreno tan pronto como se produce la explosión, completándose este agrietamiento en algunos milisegundos, pero siendo proyectada fuera de su lugar unos 100 milisegundos después del disparo. Aunque este dato no es una constante absoluta, sino que depende de la naturaleza de la roca, tipo de explosivo y sistema de carga; podemos calcular en pizarras y calizas que es un valor de 100 milisegundos. En España se fabrican con una secuencia de encendido de 0´5 segundos, siendo este tiempo muy grande en voladuras a cielo abierto porque cuando se ha desprendido la roca, los barrenos de la fila de atrás no han salido, pudiendo existir robos de carga, con el gran peligro que esto entraña, primero porque pueden quedar barrenos con el explosivo al descubierto y no salir, y segundo, de no existir robos de carga totales, la cara libre que quedase es tan pequeña que las proyecciones de la voladura son totalmente incontroladas, quedando un frente de trabajo totalmente irregular e inseguro, quedando estos detonadores fuera de uso en minería a cielo abierto.
Detonadores de microrretardo.
V 1
1
1
2
2
2
3
3
3
Estos detonadores son de constitución análoga a los de retardo con la diferencia de que la pasta de retardación tiene una velocidad de combustión mucho mayor. Estos detonadores, que en realidad deberían llamarse de milirretardo teniendo en cuanta el
intervalo de tiempo entre dos detonadores distintos, (20 – 30
milisegundos), han constituido un gran avance en la técnica de arranque por explosivos y su empleo es indispensable en cielo abierto y explotaciones subterráneas. Sus principales ventajas son: 1. Mejor fragmentación para la misma carga explosiva, con la consiguiente reducción de consumo de explosivos en el taqueo. 2. Menor riesgo de proyecciones al disminuir el peligro de que unos barrenos sean descabezados por los anteriores. 3. Mejor control en el nivel de vibraciones.
El mejor grado de fragmentación que se obtiene con estos detonadores en comparación con los de retardo se explica de la forma siguiente: si en el momento en que hace explosión un barreno, la roca que va a ser abatida por él se halla en tensión como consecuencia de la explosión de un barreno anterior, número anterior, es evidente que el segundo barreno producirá el máximo efecto de rotura, ya que la roca está sometida al influjo de tensiones que inician su agrietamiento disminuyendo su resistencia . Para aprovechar al máximo este efecto es preciso que le transcurso del tiempo entre ambos detonadores esté comprendido entre ciertos límites, que dependen del tipo de roca, estratificaciones, separación entre barrenos, esquema de
encendido y procedimiento de cebado. Por una parte este tiempo no debe ser tan pequeño como para que los disparos resulten instantáneos, sobre todo cuando pertenecen a dos filas diferentes, y por otro lado no debe ser tan grande como para que hayan desaparecido ya las tensiones internas y se haya desprendido la roca de la primera fila de barrenos. Con respecto al tiempo mínimo entre dos disparos consecutivos, parece lógico que el segundo haga tiempo después de que en el primero se halla ultimado en proceso de agrietamiento. Aunque existen discrepancias a la hora de definir el tiempo de retardo más conveniente entre dos números consecutivos, puede decirse que este oscila entre 15 y 40 milisegundos. Como estos detonadores tienen un tiempo de retardo de 20 milisegundos, están dentro de ese intervalo y por lo tanto cumplen con lo anteriormente dicho.
Sensibilidad eléctrica. Respecto a la sensibilidad de los detonadores respecto a la corriente eléctrica, se observa una marcada tendencia mundial hacia los detonadores más insensibles tipo
I (insensibles) y A.I. (altamente insensibles), como consecuencia directa de la
creciente preocupación que existe a todos los niveles por la seguridad en el trabajo. No obstante, si las condiciones de la voladura son las adecuadas, no hay tormentas eléctricas, no hay líneas de alto voltaje, todas las emisoras están paradas, etc., los detonadores sensibles se pueden utilizar, ya que el tiempo que se emplea en tirar la línea hasta llegar al sitio donde se va a colocar el artillero, es mucho mayor con detonadores A. I e I, ya que el peso del carrete es infinitamente mayor, y la mina ha de estar parada durante el tiempo de conexión de la pega, por lo que la decisión de utilizar el tipo de detonador queda a buen criterio del jefe de la mina.
Detonador
S I A.I.
Impulso de
Intensidad de
Intensidad de
encendido
corriente mínima
corriente máxima
0´8 – 1
0´8
0´18
8 – 16
1´5
0´45
1100 – 2500
25
4
Para significar la importancia de la sensibilidad eléctrica de cada tipo de detonador, vamos a determinar la posibilidad de detonación fortuita de un detonador de cada tipo por el que circulase una intensidad de 1 Amperio. Para ello calcularemos
el tiempo necesario para que se alcance el impulso de encendido según especificaciones de cada detonador. Detonador por el que pase 1 A.
S=I².t
t=S/I²
(S) (I)
t = 3 / 1 = ms
t = 16 / 1 = 16 ms
(A.I ) t = 2500 / 1 = 2500 ms
La experiencia nos refleja que para los detonadores I y A. I no se produciría una iniciación fortuita debido a que el tiempo necesario para alcanzar el impulso de encendido es lo suficientemente grande como para que se produzcan pérdidas de calor tanto por conducción como por radiación, no produciéndose la inflamación de la cerilla del detonador.
Riesgos
de
iniciación
de
detonadores
eléctricos por electricidad estática. Los fenómenos electrostáticos descansan en procesos de contacto; por ello depende siempre de las superficies, las cuales, debido a que constantemente se encuentran en mutación, hace muy difícil que se puedan reproducir, y se comprende que sus efectos sean en la mayor parte de los casos inesperados. De aquí que al abordar un estudio de esta naturaleza, y a pesar de que resulte seguro que no existe ninguna diferencia esencial entre las leyes de la electricidad estática y las de la dinámica, y de las condiciones especiales de las descargas electrostáticas, requieren de un cambio de mentalidad mucho más importante de lo que parece a simple vista. Vamos a desarrollar algunas ideas fundamentales sobre el encendido involuntario de los detonadores eléctricos debido a estas corrientes:
1º Caso: Encendido de un detonador por descarga de un cuerpo cargado. Este caso se produce cuando uno de los terminales hace contacto con tierra (potencial nulo), y el otro toca un cuerpo cargado (un operario cargado con electricidad estática), la ddp existente provoca que el filamento se ponga incandescente provocando su explosión.
La manera de evitarlo sería mantener los finales de la madeja unidos, consiguiendo que los dos terminales estén en al mismo potencial, ddp = 0. De todas maneras esta medida pierde su efectividad en el momento de conectar la pega. Para evitar este riesgo habría que reducir la sensibilidad eléctrica del detonador, es decir, utilizar los de alta insensibilidad que requieren una energía de iniciación, como se ha visto, 1000 veces superior a los de los detonadores normales S.
Hombre Diferencia de potencial Tierra
2º Caso. Iniciación por descarga eléctrica.
Por descarga entre el
filamento y el casquillo.
Hombre
Este caso se puede presentar cuando un operario cargado electrostáticamente al desenrollar la madeja deja caer el detonador y este hace masa con tierra. Si mantiene en las manos un terminal, se produce el mismo caso anterior. La manera de evitarlo es mantener cortocircuitados los terminales del detonador para que no haya ddp y no se produzca el accidente. Pero ocurre todo lo anteriormente dicho, por lo que se recomienda utilizar los detonadores A. I.
3º Caso. Iniciación fortuita de los detonadores por proximidad de líneas de transporte de energía. Para detonadores S.
Tensión kw
Distancia mínima
70 130 220 400
20 m 30 m 40 m 60 m
Las líneas eléctricas pueden inducir en los detonadores corrientes capaces de provocar la explosión de los mismos. Las distancias a las que pueden emplearse los detonadores eléctricos dependen del voltaje de la línea y de la sensibilidad del detonador. Para el caso de los detonadores sensibles, las distancias mínimas son las que se indican en la tabla.
4º Caso. Iniciación por acción galvánica. Se ha comprobado que en algunas minas metálicas en las zonas de contacto de dos minerales distintos, e incluso mineral con estéril, es posible que se produzcan efectos galvánicos, capaces de provocar la explosión del detonador. Para evitar esto se tomarán las medidas antes explicadas.
5º Caso. Emisoras de radio. Las emisoras de radio hay que apagarlas para que no haya coincidencia de frecuencias de distintos usuarios, ya que pueden provocar la detonación.
6º Caso. Tormenta con aparato eléctrico. Ante la duda de que pueda aparecer una tormenta eléctrica, no cargar los barrenos, y si están cargados no poner los detonadores y dejar la pega para otro día.
Tendencias
actuales sobre
fabricación
de
detonadores. Si se pudiesen iniciar los detonadores sin utilizar la energía eléctrica, desaparecían la mayor parte de los riesgos ya comentados; por este motivo los fabricantes están tratando de encontrar otros sistemas en los que no intervenga la energía eléctrica. En Suecia se ha desarrollado otro detonador, el
detonador nonel, cuyo
objetivo es permitir el cebado de los barrenos sin utilizar líneas eléctricas. Son detonadores en los que la iniciación se produce a través de una pasta explosiva alojada en el interior de un tubo de plástico, con una velocidad de detonación de unos 1800 m/s. Pueden adquirirse en la longitud del barreno que se emplee en la voladura. La seguridad de manejo de estos detonadores es muy alta así como es muy sencilla su manipulación, lo que hace que al margen de su elevado costo, constituye una notable ventaja. El desarrollo de este detonador, a parte de no estar plenamente desarrollado, puesto que se admiten fallos del 1 %, no pudiendo competir con el precio con los detonadores eléctricos.
Pega
eléctrica.
Aparatos
de
iniciación
y
control de las voladuras. A
A´
B´ B
Tres son los posibles sistemas para el encendido de los detonadores eléctricos:
1.- Por conexión a una red de energía eléctrica.
No es aconsejable el uso de la corriente alterna para el disparo de pegas eléctricas debido al carácter sinusoidal de la corriente da la posibilidad de que la conexión se produzca en el momento en que la onda de intensidad pase por un cero, pudiendo dar lugar a fallos por diferencia de sensibilidades de los detonadores. Este sistema solamente es aconsejable en aquellos casos de voladuras de un tan elevado número de detonadores como para que la capacidad de los explosores convencionales resulte insuficiente. En cualquier caso el voltaje de la línea deberá calcularse con un 50 % de exceso sobre el teórico necesario para poder alcanzar la intensidad de tiro deseada. Caso de no disponer en la red de la energía de voltaje deseado, será necesario el uso de transformadores intermedios. Por otro lado, el empleo de unos voltajes muy elevados puede traer como consecuencia la perforación de las líneas de tiro que producirían fallos en la voladura. Por todo lo expuestos y porque se trata de un método caro, si se observan todas las normas de seguridad, para evitar riesgos de electrocución, es un sistema de uso muy poco frecuente.
2.- Empleo de baterías de acumuladores. CC. La baja capacidad de encendido, así como la dificultad que presentan su manejo, son delicadas y pesadas, son desventajas tan grandes frente a los explosores convencionales, que hoy en día puede decirse que no tienen ninguna utilidad.
3.- Empleo de explosores. Es el sistema más usado por la autonomía, ligereza y seguridad que presentan respecto a los otros dos métodos.
1.- Explosores de dinamo. Los explosores de dinamo son generadores eléctricos donde el giro del inducido se consigue mediante un engranaje de cremallera - piñón, o lo que es más común, mediante manivela. Para evitar fallos estos explosores llevan incorporado un dispositivo especial de tal forma que la conexión se produce en el instante en que el rotor ha alcanzado la velocidad de giro suficiente para mantener la f.e.m. en los bornes del aparato.
2.- Explosores de condensador. Son los más utilizados actualmente, y constan de una manivela encargada de cargar el condensador, que en condiciones normales está en cortocircuito, mediante cualquier sistema (por ejemplo un botón), al oprimirle y accionar la manivela,
el
condensador se carga, y una vez que alcanza la tensión nominal, si se continúa accionando la manivela sobrepasando la carga límite, esta se desprenderá de su exceso de carga a través de un dispositivo destinado a tal efecto. Disponen de unos indicadores, normalmente analógicos, que cuando nos indica que ha alcanzado su máxima carga el explosor, está listo para el disparo. Si por cualquier motivo se dejara de oprimir el botón, automáticamente el explosor se descarga, puesto que abre el circuito de descarga entre las placas del condensador.
Circuito
eléctrico
.
Conexiones
de
los
detonadores. Los detonadores eléctricos que inician una voladura se conectan entre sí formando un circuito, que se une a la fuente de energía (explosor) por medio de las líneas de tiro. Las conexiones pueden hacerse en
serie, en paralelo o
en
serie – paralelo. Las conexiones detonador – detonador o detonador línea, deben ser hechas procurando que siempre estén aisladas del suelo, sobre todo si estos son húmedos, porque de lo contrario podrían producirse derivaciones que comprometieran el éxito de la voladura, aconsejándose por ello el uso de conectadores, que proporcionan un eficaz aislamiento y son muy baratos. Las voladuras (en serie) necesitan un voltaje elevado para su activación, siendo necesario para soportarlo emplear hilos de buena calidad y aislamiento. El aprovechamiento de hilos restantes de otras voladuras puede ser perjudicial y origen de fallos.
1.- Conexión en serie. Cada detonador se conecta al anterior y al siguiente por los dos terminales; los extremos libres del primer y último detonador de la serie se conectan a la línea de tiro. Es importante que la línea de tiro permanezca cortocircuitada por el otro extremo hasta el momento de realizar ala comprobación del circuito. La resistencia total teórica, que debería coincidir con la real, medida en el ohmómetro es:
R t = R l + N . R p + 2 . m . N . 0´ 065
donde: R t = resistencia total de la pega. R l = resistencia de la línea de tiro. N = número de detonadores. R p = resistencia del
detonador.
m = metraje de los hilos del detonador. 0´ 065= resistencia por metro lineal de cobre de 0´ 6 mm de diámetro.
2.- Conexión en paralelo. Así como la conexión en serie se caracterizaba por una elevada resistencia eléctrica, en paralelo la resistencia del circuito es muy pequeña y la intensidad de corriente es muy alta. Esta conexión apenas es utilizada salvo en casos de muy pocos detonadores y en lugares donde por sus características especiales es previsible que se den derivaciones y sea difícil garantizar un perfecto aislamiento en las conexiones. En estos casos, la pequeña resistencia eléctrica frente a las altas resistencias de la conexión anterior aseguran el éxito de la pega. La resistencia total viene dada por:
Rt=Rl+Rd/N Detonador
R t = resistencia total. R l = resistencia de la línea de tiro. R d = resistencia de cada detonador. N = número de detonadores.
Circuito 1 Circuito 2
3.- Conexión serie – paralelo. En este sistema procuraremos emplear el menor número de detonadores posible, así como el menor número de series posible.
R t = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 + ...... + 1 / Rn
1.- Queremos una voladura de 200 detonadores. La resistencia de cada uno es de 3 ´ 5 ohmios, y disponemos de un explosor capaz para 50 detonadores.
2.- Elegir el explosor adecuado para el disparo de una voladura de 40 barrenos con detonadores AI en madejas de 4m. Se supone una R L de 5 ohmios. Examen.
3.- Calcular la resistencia en los bornes A – B de una voladura de 400 barrenos, si disponemos de un explosor con una capacidad de resistencia de 248 ohmios, sabiendo que la resistencia de cada detonador es de 3 ohmios. Dibujar el esquema de conexión de la voladura.
4.- Calcular la resistencia en bornes A´ B´ en una voladura de 600 barrenos si disponemos de un explosor para 302 ohmios, siendo la resistencia de cada detonador 3 ohmios, sabiendo que la resistencia de la línea de tiro son 25 ohmios.
Secuencia de los detonadores eléctricos en una voladura a cielo abierto.
Sistema nonel.
TEMA 6. CÁLCULO DE VOLADURAS.
V1
Retacado
K Carga de columna
Carga de fondo
U Sobreperforación
Formulas para el cálculo de voladuras. Las fórmulas las deja en el examen.
Piedra máxima en metros Piedra práctica en metros Error de perforación Espaciamento práctico en metros Sobreperforación en metros Longitud del barreno en metros Altura de banco en metros (vertical) Carga de fondo en kilogramos Carga de columna en kilogramos Carga total en kilogramos / barreno Carga específica en kg / m ³ Concentración de la carga de fondo en kg / m Altura de la carga de fondo en metros Altura de la carga de columna en metros Retacado en metros Perforación específica m / m³. Metros perforados Anchura de la pega en metros
V máx V1 F E1 U H K Qb Qp Q tot q Qbk hb hp ho b B
V máx = 45 x d U = 0´ 3 x V max H = K + U + 0´ 05 ( K + U ) V1 = V max – F E1 = 1´ 25 x V1 Qbk = d² / 1000 d = mm hb = 1´ 3 x V max Qb = hb x Qbk Qp = hp x Qpk Qpk = 0´ 5 x Obk hp = H – ( hb + ho ) ho = V1 Ce = kilogramos totales / m³ volados
Voladuras. 1.- Calcular la siguiente voladura:
Anchura de banco:
K = 12m
Anchura de la pega:
B = 20m
Diámetro perforadora:
d = 64 mm
Calcular la carga específica q y la perforación específica b.
2.- Calcular la voladura de las siguientes características:
Diámetro de perforación:
d = 75 mm.
Anchura de pega:
B = 45 m.
Altura de banco:
K = 10 m.
¿ Carga específica y perforación específica ?.
3.- Calcular el costo de una voladura sabiendo que : 1. Bocas de perforación se cambian cada 30 metros. Precio de una boca = 45 000 pesetas.
2. Carro de perforación tiene una velocidad perforando de 20 m por minuto y un consumo de 50 litros de gas oil a la hora. Precio del gas oil = 50 pesetas. 3. El kilogramo de nagolita cuesta 90 pesetas. El kilogramo de riogel cuesta 180 pesetas. 4. Con la voladura queremos obtener 40 000 m
³
de roca volada.
¿ Cuánto cuesta la voladura ?.
4.- Calcular el costo total de una voladura de las siguientes características.
Diámetro de perforación:
75 mm.
Longitud de las barras:
3m.
Altura de banco:
8m.
Anchura de la pega
116´ 25 m.
Roca total volada 16.740 m³ de roca volada, sabiendo que: 1. Una boca se gasta cada 30m. Precio de cada boca = 50.000 pesetas. 2. Las barras de perforación de cambian cada 60 m. Precio de una barra 100.000 pesetas. 3. Velocidad de perforación efectiva: 30 metros lineales a la hora. 4. Tiempo necesario para desplazarse el carro entre barrenos: 4 minutos. 5. Tiempo necesario para cambiar la boca de perforación: 3 minutos. 6. Precio del equipo de perforación: 12.000 pesetas hora. 7. Precio de un kilogramo de NAFO: 100 pesetas. 8. Precio de un kilogramo de goma-2: 400 pesetas.
5.- Calcular una voladura de las siguientes características:
Diámetro de perforación:
d = 250 mm.
Altura de banco:
K = 20m.
6.- Calcular el coste total de una voladura.
Altura de banco:
K = 7 m.
Diámetro de perforación.
d = 75 mm.
Anchura de pega:
B = 63´ 75 m.
Para obtener un total de 9.371´25 m³, sabiendo que: 1. Cada 1´5 horas de perforación se cambia una boca. Cada boca cuesta 75.000 pesetas. 2. Cada barra se cambia a los 30 metros. Coste por barra: 80.000 pesetas. 3. El carro de perforación gasta 90 l / h. Precio litro gas oil: 70 pesetas. 4. Tiempo de desplazamiento del carro entre barrenos: 5 minutos. 5. Velocidad de perforación del carro: 7 m / h. 6. Coste del perforista: 4.000 pesetas hora. 7. Kilogramo riogel: 300 pesetas. 8. Kilogramo nagolita: 100 pesetas.
