Explosivos
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Explosivos Industriales Mineros
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Explosivos Militares
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Objetivos: fragmentar roca
Cliente ↚ material debe ser cargado y transportado→ buena granulometría
Explosivos transmiten una energía química mecánica a la roca de forma controlada para la fragmentación adecuada.
1. Reacción Química de de Detonación Detonación Reacción química de tipo Exotérmica produce un cambio de fase en los cuales los ingredientes que la forman en explosivos. Esencialmente se produce un cambio de fase solida y liquida a gases.
ANFO: Primer principio de la tronadura |
←
volumen
→
|
NH NO₃ + CH₂ → CO₂ + N₂ + H₂O ↙
↓
Nitrato de Amonio
petróleo
|← reactantes explosivo →|
ANFO
|←
→|
producto de la detonación (fase gaseosa) ↓
energía desarrollada por el explosivo para fragmentar roca
T° ± 2500 °K a ±3500 °K ANFO Aluminizado Aluminizado o ANFO Premium: Premium:
NH NO₃ + CH₂ + Al → CO₂ + N₂ + H₂O + Al₂O₃ |←reactantes explosivo→| |←producto de la detonación→| 1.- Reacción química de oxidación para el elemento elemento Aluminio Al + O₂ → Al₂ + O₃
Reacción química exotérmica Genera un calor extra que se suma al calor propio delas reacciones r eacciones químicas de detonación -
El NH NO₃ aporta O₂ para oxidar el Al Hay un mayor potencial de energía en ANFO Aluminizado es más potente que un ANFO tradicional.
Balance de Oxigeno (Bo) Esta definido a la cantidad de O₂ que generan un explosivo para reducir un elemento
combustible (R.Q.D. es una reacción química de Oxidación - Reducción), también transformar cada átomo “C” en “CO₂” y cada átomo de “H” en “H₂O”.
Bo (+)> 0,0 => explica el caso de un explosivo fabricado con exceso de material oxidante (explosivo NH NO₃ ) => en la R.Q.D. del explosivo se observan gases NOx => cloración parda mas menos rojiza-amarillo.
Bo (-) < 0,0 => explica el caso de un explosivo fabricado con un exceso de materiales combustibles (exceso de CH₂) => en la R.Q.D. del explosivo se observan “Cox”=>”CO” .
Bo= 0,0 explica el balance de un explosivo bien balanceado =>máxima de energía y un mínimo de gases NOx y COx.
Bo =
∑
Aj= concentración porcentual de un ingrediente en el explosivo Xj= balance de oxigeno tabulado para ingredientes presentes en el explosivo J = numero de ingredientes
Velocidad de Detonación (VoD) Es el parámetro termodinámico de los Explosivos que mide el ritmo de la liberación de energía : → velocidad bajo la cual un explosivo cambia de fase. Fase oxidante + Combustible → Gases = Energía O₂ CH₂ H₂O; CO₂ NH NO₃ + CH₂ ↓ ↓
Fase reactante VoD
Fase producto de la detonación
VoD 3200 m/s (VoD ANFO) A. Explosivos de alta velocidad (VoD> 3000- 3200 m/s) explosivos potentes Cordón detonante Dinamitas Emulsiones Explosivas
B. Explosivos con baja VoD o Explosivos poco potentes VoD< 3000 m/s Pólvoras mineras ANFOS tradicionales Explosivos amortiguados
Variables que afectan la Vod Relación VoD = f (Ф envase) Se expresa a través de un ábaco típico y característico para distintos tipos de Explosivos.
ANFO Фcritico = 1” Фregimen = 3 ½” a 5 ½”
VoD = 3200 m/s Emulsiones Ф critico = 2” Ф régimen = 5 ½” a 6 ½”
VoD = 4000 m/s Ф critico = Diámetro de envase bajo el cual un explosivo no detona, solamente deflagra.
Densidad de Explosivo ↓
Todos los explosivos presentaron dos tipos de densidades
Densidad Aparente (ρap)
ρap =
(grs/cc) (sin confinar o taquear)
Densidad Confinamiento (ρconf)
.ρconf =
(grs/cc)
.ρconf > ρap Grado de Confinamiento (σc) GC =
* 100 ↓
Densidad crítica (ρcritica) ↓
.ρcritica = densidad bajo la cual un explosivo no detona, solamente deflagra.
Porcentaje finos presentes en el diseño de un explosivo
Tiempo de fabricación de Explosivo ↓
Vida útil recomendado por el fabricante (3 meses a mas de 4 meses) ↓
Excede el tiempo de fabricación Box
0,0
VOD → toma un valor menor al propuesto por el fabricante
Tipos de Booster, cebo, prima o iniciador usado para iniciar explosivo ↓
Desarrolle una R.Q.D.
Potencia o Fuerza de un Explosivo Fuerza que utiliza o desarrolla un explosivo, para desplazar y fragmentar el medio rocoso confinado
NH NO₃ + CH₂ → CO₂ + N₂ + H₂O
Presión que ejerce los gases que produce Presión de Barreno neta Pbneta=
mpa
Presión de Barreno efectiva
] [√
Pef= Pbneta*
Cr: grado de acoplamiento Booster v/s explosivo
Σt= componentes de esfuerzos tangenciales dependen de la intensidad de las ondas de choque
compresivas ↓
Esfuerzos de tracción
Conclusión: Potencia de Explosivos, se refiere a 2 tipos de mecanismos a) Acción estática de los gases b) Acción dinámica propia de un campo de onda de choque compresivo, que incide esfuerzos de tracción ↓
Roca fragmentada Potencia de un Explosivo
∫ P=Pb efectiva P= presión dv= volumen a un tiempo t producida la detonación Pdetonacion
Pd= 225
*ρexp*
Procedimiento para evaluar potencia de explosivo 1.- Teoría del Cráter por Livingston y Grandt
∆o= razón de profundidad ∆o=
Do= profundidad optima N= profundidad critica N=E*
E= factor de energía tabulado por tipo de roca y tipo de explosivo W=carga explosiva ensayada
Se desarrolla para cargas explosivas esféricas W = * W = *
*Hp * ρexp
= 6,0 se habla de cargas esféricas H = 6*Ф *Hp * ρexp
Desde donde finalmente se deduce que N = E * ∆o *
mts
Teoría propone que para cargas explosivas W W es un rango de 100 a 200 Kg se puede adoptar→ se puede relacionar empíricamente que permiten evaluar volumen critica desarrollar
D = Cd * R = Cr *
Cd = 0,6 a 0,8 Cr = 0,4 a 0,6 El trabajo práctico por la teoría del cráter implica comparar los valores “N “(comparación de N) Potencia relativa en peso de A con respecto a B o B con respecto a A Pab =
*100
Pba =
B = burden (mts) Burden distancia entre un pozo con respecto a una cara libre E = 1,25*B ExB => diseño de tronadura
* 100
Prueba de Cráter Livingston y Grandt
Profundidad Critica = Estimación potencias en peso
= ⁄ = * 100
a
; a>0
Método geosismico para evaluar Potencias de Explosivos (ecuación Haggran)
Campo de onda vibratoria o de choque
A = F (Q)
A=K* A = amplitud Q = carga K
y α son parámetros obtenidos por ajustes estadísticos y propios del medio de prueba
Geomecanicamente y aproximadamente homogéneo.
S1, S2, S3 sensores electromagnéticos Registrador de velocidad y aceleración de partículas, tiene un computador y software, eso transforma y digitaliza pulsos eléctricos en un documento sismograma experimental BMX At =
√
Es para una carga explosiva Ecuación Haggman entrega una valoración de potencias relativas en peso
] ⁄ [ =
n= índice de trabajo A= amplitudes en mm W = peso carga en Kg
=
*
=a
Propiedades de los Explosivos 1) Propiedades de los Explosivos Carga lineal o densidad de Carga (kg de explosivos x mts)
.ρcarga = 0,507*
* DG
(kg/mt) cielo abierto (ton/mt) subterránea DG= densidad gravimétrica
V= * *Hp DG =
DG ANFO: 100 kg explosivo
i. ii.
2) Resistencia al agua Explosivos resistentes al agua explosivos Emulsiones Explosivos resistencia nula al agua Nitro carbonatados (NCN): ANFOS
resistencia
a la descomposición que experimenta explosivos cuando permanece sumergido por 24 horas destiladas. 3) Toxicidad de los Explosivos Depende de: Balance de Oxigeno ↙
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Usos de explosivos NOx Óxidos Nitrosos Condiciones de almacenamiento
COX Óxidos Carbonos ventilación asistida control de ambiente minero
Polvorines que establece la ley 17748 (control armas y explosivos) CAM: control máximo permitido para un gas NOX y/o Cox
4) Sensibilidad Explosivos Sensibilidad a detonar que permite un explosivo cuando es cebado o iniciado, a través, un mínimo booster o booster de menor potencia. Combinación mecha minera v/s detonador corriente N°6
5) Sensibilidad o Detonación por simpatía Se define como la distancia mínima critica de separación entre 2 explosivos que podría generar una detonación en cadena.
X: sensibilidad = Xmin = 2*Фenvase
Propiedades Termodinámicas Cambio de calor interno, que experimenta un explosivo (Booster) y su transformación en energía mecánica, para fragmentar el medio rocoso confinante, calor de Explosión (Kcal/Kgrs)
E=
∫
Fase solido + Fase combustible Oxidante Liquido ANFO: 980 Kcal/Kgrs Si se adiciona aluminio polvo granalla 1% calor de explosión 1100 Kcal/Kgrs Qexp =-
NH NO₃ + CH₂ → CO₂ + N₂ + H₂O 94% 6%
Qexp = -
NH NO₃ +
CH₂
Calor máxima que alcanza una detonación calor explosión a presión constante
Calor de Explosión a volumen constante = Qexp P cte. + 0,5824 * Npg = numero de moles productos gaseosos Me = peso molecular explosivo
Volumen de Explosión = Volumen máximo que ocupan los gases productos detonación Vol exp ANFO = 980 Lts/Kgrs Volesp Emulsion = 1100-1200 lts/Kgrs
Vol. Exp = Npg = numero de moles producto gaseosos
Ne = numero moles explosivos Me = peso molecular Potencia relativa Teórica Explosivo (teoría de Langeford)
= [ ] * 100
Temperatura Explosión
Temperatura máxima que alcanzan, los gases producto de la detonación (NH N₂ H₂O) temperatura promedio
NO₃
CH₂
CO₂
Tipos de Explosivos
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Explosivos Primarios Rompedores -
Explosivos Secundarios accesorios de tronadura
Nitro carbonatados ANFO Emulsiones
- Booster -Iniciador -Cebo
Uso: formar y preparar sistemas iniciación para detonar explosivos primarios
Tipos de sistemas de iniciación para pozos de tronadura ↙
Minería Cielo Abierto I. II. III.
Mecha Minera v/s detonador N°6 APD V7S Cordón Detonante APD v/s tubos conductores (NONEL, FANEL)
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Minería Subterránea
Caso APD: Detonador de alta presión de detonación
Caso Cordón Detonante: Cable conductor compuesto de PENT
Evita formación de grumos de PANT Se puede formar puntos de ignición a puntos calientes hot point
Grado de acoplamiento GA =
