Universidad de Santiago de Chile Departamento de Ingeniería en Minas
Detonadores Electrónicos
Profesores : Eduardo Contreras Bernardo Reyes Integrantes: Matías Navarro Q. Solange Vivar V.
Resumen Hoy en día la minería esta preocupada de reducir los consumos de energía y las opciones para lograrlo son: mejorar el equipamiento minero o reducir el uso de explosivos. Para lograr esta reducción de consumos de energías un requisito principal es el control sobre las operaciones de tronadura a un costo razonable. Para esto llegan los sistemas de detonadores electrónicos confiables que en conjunto con la tronadura pirotécnica abordan el total de operaciones. Las tronaduras electrónicas por su mayor precisión tienen efectos secundarios positivos en distintos procesos posteriores como la eficiencia de la lixiviación. Sabemos que los equipos de tronadura electrónica tienen un mayor costo y necesitan mayor cuidado, pero estos costos resultan ser una inversión debido a los beneficios de este método. Los detonadores de retardo electrónico tienen mucha mayor precisión respecto a los de tronadura pirotécnica , tienen mayor eficiencia y rendimiento técnico debido a la capacidad de control y monitoreo sobre las operaciones. Estas características han mejorado la generación de informes y reducir los costos de operación. Los detonadores pirotécnicos no debemos dejarlos de lado, debido a que siempre han proporcionado un sistema de bajo costo y poco riesgo, aun cuando se han generado sistemas de mayor costo pero con menor riesgo aun. Este sistema de mecha y fulminante se sigue utilizando para tronaduras de gran envergadura en donde su seguridad supera a los sistemas electrónicos.
Introduccion Las tronaduras son un proceso importante para la minería debido a que mediante estos procesos se realizan desarrollos de obras subterráneas como piques, chiflones, socavones, galerías, etc. Además del proceso de extracción una vez que la mina ya este en proceso de producción. También podemos nombrar procesos en minería de superficie como rampas, caminos, etc., sumando también los procesos de extracción. Por estas razones necesitamos que los procesos de tronaduras sean de gran precisión y eficiencia ya que es primordial para la producción minera. La tronadura es la primera fase del proceso de conminución, luego tenemos la etapa de Chancado que es una etapa en la cual se necesita de una fragmentación mínima, obtenida de una buena tronadura, para seguir con el proceso, la molienda. Producto de estas razones ya mencionadas, nacen los detonadores electrónicos, que hoy en día abarcan prácticamente la totalidad de la Gran Minería. Esto se debe a que existe gran presión que existe entre las industrias mineras. Como ya hemos mencionado, sabemos que este mecanismo tiene un alto costo y requiere de un cuidado especial, pero genera beneficios a corto y largo plazo. Aun cuando este proceso genera grandes beneficios, las tronaduras pirotécnicas se mantienen en la industria minera debido a que genera mayor control sobre la secuencia de detonación y minimizando el impacto de trastornos ambientales en mallas grandes de tronadura.
Funcionamiento Con objeto de entender el sistema Electrónico de iniciación, discutiremos algunos puntos suponiendo sistema Pirotécnico y Electrónicos
a) Hay varios tipos de sistemas electrónicos siendo usados en la industria minera, los cuales utilizan algún tipo de dispositivo almacenado de energía para proveer energía para su cronometraje y circuitos de disparo. Todos los Detonadores Electrónicos tiene un sistema para almacenar energía eléctrica dentro del detonador como una manera de contar con un retraso cronometrado de la energía de iniciación.
b) Todas las demás tecnologías convencionales existentes del detonador incluyendo tubo de choque, eléctrico o de la mecha de seguridad, etc. utiliza energía pirotécnica como una manera de retraso en la iniciación. Aunque la construcción de detonador electrónico no puede parecer ser significativamente diferente, hay una diferencia del diseño muy básica entre un detonador electrónico con el de tubo de choques y detonadores eléctricos.
c) Una de las diferencias básicas en el retraso electrónico con sistema pirotécnico de retraso recae sobre la posición del iniciador. En el detonador electrónico el iniciador queda bajo el módulo de retraso (la oportunidad del momento), considerando que ambos, el tubo de choque y el detonador eléctrico (Fig. 1) utiliza el iniciador antes de elemento de retraso (la función del tubo de choque como iniciador en el dispositivo del tubo de choque). Otra diferencia básica en diseño de detonador electrónico es el uso de algún tipo de dispositivo eléctrico almacenado de energía, típicamente condensador, es usada en el módulo de retraso. La construcción y diseño de detonador electrónico cambian de fabricante a fabricante.
Fig.1
d) En el caso de detonador electrónico que utiliza indicación estándar del tubo de choque como la señal de aporte, se transforma en el pulso eléctrico a través del uso de una carga explosiva pequeña (el impulsor) acoplada a una pieza altamente eficiente en el elemento cerámico (el generador) y el acumulador eléctrico de energía (el condensador). Al recibo de una señal termal de choque entuba la carga explosiva pequeña en los fuegos del detonador del impulsor. Esto activa la pieza del dispositivo cerámico, lo cual a su vez causa que corriente fluya a través del diodo de la dirección para cargar a la cuenta condensador de almacenamiento. Un regulador de voltaje le provee una fuente de voltaje sustancialmente constante a oscilador para controlar la frecuencia.
e) El detonador electrónico Programable (Fig. 2) utiliza indicación estándar como la señal de aporte, lo cual es transformado en el pulso eléctrico a través del uso de componente principal. Este recibe de una señal eléctrica que causa que la corriente fluya a través del diodo en la dirección para cargar el condensador de almacenamiento.
Un regulador de voltaje le provee una fuente de voltaje sustancialmente constante al oscilador para controlar la frecuencia. Un circuito de "poder reanudado" precarga el contador en la aplicación inicial de la tensión de entrada. Una vez que el voltaje en el condensador de almacenamiento ha aumentado más allá de un borde colocando el contador empieza a decrecer en cada aporte pulsado de oscilador. Como el contador digitalmente en cero pasa de baja, la salida para el interruptor de tiroteo activa toda energía restante en el condensador de almacenamiento que fluye al iniciador. El resultado final es un detonador electrónico.
f) El sistema Electrónico del Detonador puede ser agrupado en dos categorías básicas, (i) Sistema De Instalación Programado y (ii) el Sistema De Localización Programable o Sistema Programable.
i.
ii.
Sistema De Instalación Programado generalmente hace una gran semejanza para el sistema convencional de choque eléctrico pirotécnico estándar entubando detonadores. El sistema de instalación programado utiliza período fijo de retraso para el diseño de explotación. Los hoyos están generalmente cargados e interconectados arriba en la misma manera al igual que con el sistema estándar eléctrico del tubo de choque y. La desventaja principal dela instalación programada fija engaños de sistema de cronometraje en su poca flexibilidad en las oportunidades del momento de instalación, los resultados en la generación de inventario se ponen difícil para mantener. Sistema Programable utiliza tecnología electrónica para los cronometrajes programados de retraso "en el sitio". No hay retraso fijo cronometrado asociado con estos detonadores. Estos sistemas confían en comunicación directa con los detonadores para el tiempo correcto de retraso según diseño de explosión, ya sea antes de cargar, después de cargar o simplemente antes de disparar. De hecho, el sistema utiliza algún tipo de memoria electrónica que los permite estar programado en cualquier momento hasta que el disparo controlado es dado. Debido a su ventaja de flexibilidad en hacer cesión se demoran cronometrajes, sistema programado es generalmente referido como Detonador Electrónico.
Fig. 2
g) Software de diseño de voladura que actualmente en unos días se ha convertido en la cimentación del trabajo perforador de explosión en minas grandes en países desarrollados. Usando el software de diseño de voladura un ingeniero puede fabricar el diseño de cronometraje en la oficina, se puede simular la explosión en un PC, luego puede optimizarse el diseño antes con tal que el plan de explosión sea conocido por el personal del área. Con el sistema de detonador electrónico, fácilmente la iniciación del sistema puede ser integrado con detonación diseñado en el software y la optimización del diseño se vuelve mucha mas fácil.
h) Algunas compañías en el extranjero han sacado de entre manos sistema electrónico del detonador con la capacidad de Iniciación Programadora Remota. La secuencia de explosión puede ser enviada y la explosión iniciada por un protocolo radiodifusor inscripto de frecuencia. Esto elimina el uso de cable de entrada y aumenta la distancia de seguridad de la explosión al punto de tiroteo, arriba para varios kilómetros, si es necesitado.
Tipos de detonadores electronicos empresa DetNet 1. Smart Shot El Smart Shot es un sistema de iniciación de disparo inalámbrico seguro, fiable, fácil de usar y diseñado para ser utilizado en cualquier parte. Además posee un rango de tiempo entre 0 a 20000ms con un alcance en línea de mira de 3000m. Dentro de sus principales características podemos señalar que dispara 1600 detonares, modo inalámbrico, programación, auto y combinada. 2. Digi Shot y Digi Shot plus El sistema de iniciación electrónica Digi Shot es un innovador avance en la tecnología de 2 vías permitiendo lograr beneficios en base a la exactitud de tiempo de la iniciación electrónica a su particularidad de programación y robustez de los conectores de superficie. Sus principales características tenemos la gran exactitud de los tiempos de retardo que permite lograr una mejor fragmentación mejorando el through put del chancado y control en las vibraciones. Posee un software que puede ser manejado por cualquier tipo de usuario, el sistema de iniciación electrónica Digi Shot automáticamente chequea la funcionalidad del detonador mientras asigna concurrentemente su ubicación según el patrón de voladura 3. Quick Shot Quick Shot es un sistema de iniciación electrónico con detonadores pre programados que ha sido diseñado para entornos donde la seguridad y la facilidad de uso son esenciales puesto que posee la capacidad de centralizar las voladuras. Las características del Quick Shot ideales para las minas subterráneas, ya que logra centralizar las voladuras , generar tiempos precisos para aplicaciones en minera subterráneas puesto que posee una conexión en cadena y testeo de la instalación en forma continua , esto se complementa con un sistema de fácil uso. 4. Hot Shot Este sistema puede ser ocupado en minería subterránea a o en superficie , tiene la capacidad promedio de hasta 600 detonadores , es simple de usar . Posee un retardo máximo de 20000m
Aplicación Un concepto erróneo común es que no hay razón para usar los diagramas de tiempo de tubos de choque en las aplicaciones de detonador electrónico, un error relacionado es pensar que una manera económica es usarlos para determinar el "tiempo óptimo" para la tronadura, y luego aplicar el tiempo usando las unidades de tubos de choque. De esta forma se desconoce el hecho que los detonadores electrónicos aumentan el desempeño de la tronadura porque eliminan virtualmente la dispersión de tiempo; resulta ilógico esperar resultados de fragmentación de roca idénticos con el mismo tiempo nominal. Por lo general, la evolución de los diagramas de tiempo pirotécnicos ha ocurrido con buena justificación técnica, y las mejoras del tiempo electrónico de precisión han surgido de: (a) la eliminación de pequeñas pero importantes cantidades de desviaciones considerables, que generan inconsistencias inoportunas en el resultado de la tronadura, y (b) incapacidad de ajustarse a las condiciones cambiantes a causa de la naturaleza fija de un stock de retardos pirotécnicos. Cuando los detonadores electrónicos reemplazan a los retardos pirotécnicos existe una caída en la sobredimensión, estallido y vibración, que podría haber sido el resultado de intervalos imprecisos: el resultado completo de la tronadura se vuelve más uniforme y existe mayor uniformidad entre tronaduras. Por lo tanto, el primer paso es establecer el beneficio de la precisión por sí sola (en oposición al valor de los nuevos retardos), utilizando la misma distribución de tronadura y tiempo que antes. En una conversión reciente de una cantera de granito en Sudáfrica -ejemplifica Cunningham- sólo se cambió el sistema detonador, el tiempo permaneció en 17/25 ms en cuatro filas de pozos de 105 mm., con un factor de carga de 1,1 kg/m3. La producción de la planta aumentó inmediatamente en 30%, cuando anteriormente habían tenido retardos de chancado de hasta dos horas al día causados por derivación en la chancadora. Las tasas de alimentación aumentaron a 9 camiones por hora en vez de 7 y los factores de llenado de camiones aumentaron en 3,8%. Este tipo de mejora potencia inmediatamente la fuerza económica y niega cualquier idea acerca de un iniciador más costoso. Una vez que se ha establecido el éxito del tiempo preciso y que el grupo de trabajo se sienta cómodo con el sistema, por lo general, se explorará el efecto del tiempo. Frecuentemente esto lleva a intervalos entre filas más cortos, lo que entrega una fragmentación más fina y huellas de vibración mejoradas.
Ventajas de los detonadores electrónicos • Permite un control total de la tronadura. • Reduce las vibraciones producidas por las voladuras. • No explosionan sin un código de activación. • Poseen la capacidad de programar todos los detonadores. • Dotados de protecciones de sobretensiones. • Insensibles a corrientes estáticas. • Precisión de tiempo de iniciación. • Tensión de operación pequeña. • Mejora de la fragmentación de la roca. • Ahorro de hasta un 30% de los costos aguas después de la etapa de voladura . • Asignar cualquier tiempo de incremento en milisegundos a los detonadores, permitiendo un amplio rango de posibilidades de mejoras en las voladuras • Controlar tiros fuera de secuencia y reducir la cantidad de explosivo utilizado por retardo • Precisión y flexibilidad de tiempo de los detonadores electrónicos, permitiendo un apilamiento de material tronado más uniforme • Obtener un resultado más homogéneo, que permite reducir la cantidad excesiva de material fino y de grandes dimensiones, logrando en general reducciones en el manejo de costos, menores costos por voladura secundaria y una mejora global de la eficiencia • Controlar tiros fuera de secuencia y reducir la cantidad de explosivo utilizado por retardo • Reducir impactos negativos sobre el medio ambiente • Incrementar la productividad de equipos de carguío y transporte • Incrementar el rendimiento de la chancadora • Acortar los tiempos del ciclo de operación
• Mejorar las condiciones de los pisos del banco post voladura • Minimizar el costo en el uso de chancadores cónicos • Controlar el perfil de la pila de material tronado • Controlar el perfil de excavación y mejora en la estabilidad de la pila • Reducción de riesgos en cuanto a seguridad
Desventajas de los detonadores electrónicos • Mala selección de los tiempos de iniciación lo que genera resultados contrarios a los previstos, lo cual no es difícil que ocurra. Por ejemplo este hecho puede ocurrir en voladuras en las que la secuenciación elegida haga que se disparen al mismo tiempo varios detonadores • Inversión necesaria para la adquisición de los equipos y accesorios del sistema. Este inconveniente es el mismo que se presenta para cualquier otro sistema, al necesitar equipos específicos para cada caso. • Alto costo unitario y la complejidad en su uso (es necesario contar con un especialista con dedicación exclusiva), han sido grandes obstáculos para que sea un sistema de uso masivo.
Costos de los detonadores electrónicos Los productos electrónicos difieren bastante en sus valores ya que estos tienen relación con el largo de los chicotes, estos pueden tener valores promedios de 27 US$/unidad más los valores de los accesorios que se emplean, más el servicio de la voladura. Los sistemas tradicionales son aparentemente más económicos, pero involucran un mayor riesgo operacional y ambiental. Dependiendo de la cantidad de pozos y la forma que adquiere la malla los costos pueden ser superiores a los sistemas que usan solo tubos de choque. Los sistemas electrónicos son los más caros, pero este alto costo puede ser beneficioso en el sentido de la utilidad que ellos ofrecen al obtener mejores fragmentación del material y pueden ser absorbidos por una disminución de otros costos que involucren la tronadura.
Conclusión Mucho se ha avanzado en el desarrollo de nuevos productos para las voladuras, siempre pensando en obtener un mejor mineral y que el proceso genere cada vez menos impactos a las personas y el medio ambiente. La tronadura, como primera etapa del proceso de conminución de la roca, tiene como misión el pre-acondicionamiento o preparación de ésta para su posterior procesamiento, a fin de obtener un producto comercializable y en la forma más económica posible. El desafío, entonces, es transferir la energía del explosivo de la manera más eficiente para iniciar este proceso, propendiendo así a que las etapas siguientes se vean favorecidas. Una de las tecnologías que está desarrollándose para mejorar la eficiencia de la voladura y la economía minera es el detonador electrónico, el cual posee un grado de seguridad altísimo, una gran precisión de iniciación lo que aumenta el desempeño de la voladura ya que prácticamente elimina la dispersión de tiempo en los retardos, pudiendo planificar una secuencia de disparo optima e implementando el diseño de voladura que logre la mejor eficiencia con el desempeño de las cargas explosivas utilizadas. Si bien en términos de consumo los detonadores pirotécnicos son los más demandados. El uso o demanda de los detonadores electrónicos ha ido ganando su espacio, sobre todo en la gran minería y trabajos especiales de tronadura. Sin embargo, su alto costo unitario y la complejidad en su uso hace necesario contar con un especialista con dedicación exclusiva, lo que genera grandes obstáculos para que sea un sistema de uso masivo.
Bibliografía -http://www.mch.cl/revistas/index_neo.php?id=1072 -http://www.editec.cl/mchilena/mayo2004/Articulo/relevancia.htm -http://es.scribd.com/doc/36333125/13-Accesorios-de-voladura -http://www.aelminingservices.com/detonaciones-controladas-en-minas-condetonadores-electronicos.html -http://es.scribd.com/doc/36095369/Sistema-de-Iniciacion-Electronic-A-ParaDetonadores
