DISEÑO Voladuras a Cielo Abierto
Tercera Especialización 2.006
Trabajo de EQUIPO Diseño Afinamiento del diseño Evaluación del resultado
Resultado óptimo de la voladura
Preparación del área
Marcación de los barrenos Labores de Perforación
Remoción Cargue de la Voladura
Objetivo El objetivo esencial de la utilización de un explosivo en el arranque de rocas, consiste en disponer de una energía concentrada químicamente, situada en el lugar apropiado 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 combustibles y otras oxidantes, que, iniciadas debidamente, dan lugar a una reacción exotérmica muy rápida que genera una serie de productos gaseosos a alta temperatura, químicamente más estables, y que ocupan un mayor volumen.
Termoquímica de los Explosivos Los procesos de descomposición de una sustancia explosiva son: la combustión propiamente 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.
Termoquímica de los Explosivos Fases de la reacción química de los explosivos. 1. Explosivo sin reaccionar. 2. Detonación; 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.
Termoquímica de los Explosivos Energías generadas por la reacción de un explosivo. 1. En Ener ergí gíaa de de Tra Traba bajo jo. a. Ene nerrgí gía ad de e Cho Choqu que. e. b. Energía de de G Ga as.
2. En Ener ergí gíaa de de Des Despe perd rdic icio io. a. b. c. d.
Ene nerg rgía ía de Cal alor or.. Energía de de Lu Luz. Ene nerg rgía ía de So Soni nid do. Ene nerg rgía ía Sí Sísm smiica ca..
Termoquímica de los Explosivos ... Continuación. Continuación. Energías generadas generadas por la reacción
a. Ene Energí rgíaa de Cho Choque. que. (En (Energ ergía ía de Tens ensión) ión) Es el resultado de la presión ejercida por la onda de detonación que se propaga a través de la columna del explosivo. Es una forma de energía energía cinética.
b. Ene Energí rgíaa de Ga Gas. s. (En (Energ ergía ía de Bur Burbuj buja) a) Es la presión que se ejerce sobre los barrenos debido a la expansión de gases después de que la reacción química ha sido completada.
Termoquímica de los Explosivos Proceso de Rompimiento. 1. El expl explosi osivo vo deton detona a y rápida rápidamen mente te se expa expande nde en en el barreno creando altas presiones de gas en el barreno y altas concentraciones de tensión en la roca (stress). 2. La roca roca inme inmedia diatam tamente ente alr alrede ededor dor del del barre barreno no es comprimida y triturada por la alta presión del barreno. 3. Fis Fisura uras s exis existen tentes tes son ex exten tendid didas as y se for forman man nue nuevas vas en la masa rocosa por tensiones generadas. 4. La alta alta presi presión ón de gas gas actú actúa a como como cuña cuña y expan expande de todas todas las fisuras. 5. La roca roca es desp desplaz lazada ada haci hacia a el paso paso de meno menorr resiste resistenci ncia. a. 6. Ga Gas s del expl explosi osivo vo se libe libera ra a la atm atmósf ósfera era,, la roca roca explotada cae por gravedad y forma el perfil de voladura.
Teoría Básica de Rompimiento de Roca
CLAVES para un resultado optimo de Voladura Hacer una adecuada distribución de energía. Obtener el nivel de energía necesario para realizar el trabajo. Confinar adecuadamente la energía.
Variables Controlables de las Voladuras Las variables que son controlables en el cálculo y diseño de las voladuras las clasificamos en tres grupos: Geométricas o de diseño (Diámetro, Longitud de carga, piedra , espaciamiento, etc.) Químico
- Físicas o del explosivo (Tipos de explosivo, potencia, energía, sistemas de cebado, etc.) tiempo (Tiempos de retardo y secuencia de iniciación)
De
Esponjamiento de la roca
Variables de Diseño • H = • D = • L = • d = • B = • S = • LV = • AV=
Altura del Banco Diámetro del barreno Longitud del barreno Diámetro de la carga Piedra o Burden nominal Espaciamiento nominal Longitud de la voladura Ancho de la Voladura
Variables de Diseño • Be = • Se = • T
= • J = • I = • Tr =
Piedra o Burden Efectiva Espaciamiento Efectivo Retacado Sobreperforación Longitud de carga Tiempo de retardo
AV 3 S
2 1 0
Be 1 Se
2 3
T H
B
J ESQUEMA DE VOLADURA EN BANCO
LV
Diámetro de los Barrenos • Depende de los siguientes aspectos: Características del macizo rocoso. Grado
de fragmentación requerido. Altura del banco y configuración de los cargas. Economía del proceso de perforación y voladura. Dimensiones del equipo de carga.
Diámetro de los Barrenos • Para lograr una excelente distribución de la energía, utilizar
diámetros de barreno (mm) igual a la altura del banco (m) multiplicado por 8. Para un H = 9 Mt. Usar un D = 9 x 8 =72 mm (3 ”) • El diámetro máximo del barreno (mm) para una altura de banco conocida, 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 (5 ”) • 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, distribuyen mejor la energía explosiva.
Diámetro de los Barrenos • Cuando el diámetro de perforación D es
pequeño, los costos de perforación, cebado e iniciación 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 mejor distribución del explosivo y por lo tanto un consumo especifico menor.
Diámetro de los Barrenos • Cuando los diámetros de perforación son
grandes y por consiguiente los esquemas de perforación; la granulometría que se obtendrá en las voladuras, podrá llegar a ser inaceptable si la familia de diaclasas y discontinuidades presentan un espaciamiento amplio y conforman bloques.
Influencia en el esquema de perforación y de las discontinuidades en la producción de grandes bloques
Bloques de roca diaclasada
Recomendación
• En
tales casos se recomienda que el espaciamiento entre los barrenos sea menor que la separación media entre fracturas.
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 voladura. Mayor rendimiento de la perforación (m3 volados/ml perforados). Aumento del rendimiento de la excavadora.
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 bloques. 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 (4.5”) = 52 600 / 10.2 (4”) = 59. Cuando I/D > 60 el incremento de D obliga a incrementar el consumo especifico si se quiere conservar la fragmentación. 600 / 8.9 (3.5”)= 67 600 / 7.6 (3”) = 75
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 minería la tendencia ha sido incrementar este parámetro siendo los diámetros más utilizados desde 165 mm hasta 310 mm.
Track Drill Neumático
Track Drill Hidráulico
Track Drill de varios brazos
Cantera con explotación a cielo abierto
Altura del Banco • Deberá ser mayor en metros que el diámetro en mm dividido por
15. D = 115 mm (4.5”) /15 = H >7.62 Mt. D = 102 mm (4”) /15 = H > 6.77 Mt.
D = 89 mm (3.5”) / 15 = H > 5.92 Mt. D = 76 mm (3”) / 15 = H > 5.08 Mt. • Cuando H es pequeña cualquier variación de la Piedra (B) o el
espaciamiento (S) tiene una gran influencia en los resultados de voladura. • Cuando H aumenta, manteniendo el B constante, el espaciamiento puede incrementarse sin verse afectada la fragmentación.
Altura del Banco • Si las alturas de banco son muy grandes, pueden
presentarse problemas de desviación de los barrenos que afectan no solo la fragmentación de la roca, sino que incluso aumentarán el riesgo de generar fuertes vibraciones, proyecciones y sobreexcavación, pues la malla de perforación (B x S) no se mantendrá constante en las diferentes cotas del barreno.
Índice de Rigidez
El índice de rigidez del paralelepípedo de roca situado delante de los barrenos tiene una gran influencia en los resultados de las voladuras. • Si H/B es > = 3 Resultados óptimos. • Si H/B es < = 1 Fragmentación gruesa con
problemas de repiés y sobreexcavación. • Si H/B es = 2 se aminoran estos efectos.
Índice de Rigidez •
•
•
•
•
•
Altura banco: 10 m. Diámetro : 311mm. Burden : 10m. Taco : 7 m. Dist. Energía : 30%. Indice Rigidez: 1.
Mala Distribución de la Energía
Índice de Rigidez •
•
•
•
•
•
Altura banco: 10 m. Diámetro : 145mm. Burden : 5m. Taco : 3,5 m. Dist. Energía : 65%. Indice Rigidez: 2.
Distribución Aceptable de la Energía
Índice de Rigidez •
•
•
•
•
•
Altura banco: 10 m. Diámetro : 92mm. Burden : 3,3m. Taco : 2,3 m. Dist. Energía : 77%. Indice Rigidez: 3.
Buena Distribución de la Energía
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 efectos adversos INDICE DE RIGIDEZ
FRAGMEN TACIÓN
ONDA AEREA
NOTA
NES
VIBRACIONES
1
POBRE
SEVERO
SEVERO
SEVERO
Rediseñar
2
SUAVE
SUAVE
SUAVE
SUAVE
Rediseño pos.
3
BUENO
BUENO
BUENO
BUENO
Buena Frac.
4
Excelente
Excelente
Excelente
Excelente
Optimo
PROYECCIO-
VENTAJAS DE LA PERFORACION EN ANGULO Mala fragmentación
Energía útil
Energía desperdiciada
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 por la longitud del taco en m. Es > a 55 se puede producir un flyrock y ventilación prematura. Para un D = 89 mm (3.5”)
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 mejor que el detritus de perforación.
•
Los barrenos húmedos requieren un taco mayor para la contención de la energía que los barrenos secos.
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 (3.5”) 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, proyecciones, cortes y sobreexcavaciones. Para D = 89 mm (3.5”) T > 2.22 Mt.
SOBREPERFORACIÓN • Es la longitud del barreno ( J ) por debajo del
nivel del piso, que se necesita para romper la roca a la altura del banco y lograr una fragmentación y desplazamiento 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.
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.
SOBREPERFOFORACIÓN • Si J es excesiva se producirá: Aumento
de costos de perforación y voladura. Incremento en el nivel de vibraciones. Una fragmentación excesiva en la parte alta del banco inferior, que provocará problemas de sobreexcavación en las zonas finales. Normalmente J = 0.3B
Reducción de la Sobreperforación con la inclinación de los barrenos
N Ó I C A N I L C N I
00 100
200 300 400
0,2B
0,3B
0,4B
SOBREPERFORACIÓN
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 variables dependen básicamente de: Diámetro de perforación. Propiedades de las rocas. Propiedades de los Explosivos. Altura del Banco. Grado de fragmentación y desplazamiento del material deseado.
Piedra o Burden • Se han propuesto numerosas formulas para calcular la Piedra B
que tienen en cuenta uno o varios de los parámetros indicados anteriormente, todas proporcionan valores que oscilan entre 25 y 40D, dependiendo fundamentalmente de las propiedades del macizo rocoso. Para un D = 89 mm (3.5”) B min. = 2.22 Mt. B máx. = 3.56 Mt.
• Es muy 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:
Piedra o Burden Error
de posicionamiento de los equipos. Falta de paralelismo entre el barreno y la cara libre del banco. Desviaciones del barreno durante la perforación. Irregularidades en el frente del talud.
Piedra o Burden • Si B es excesiva, los gases de la explosión encuentran
mucha resistencia para agrietar y desplazar la roca, aumentando la intensidad de las vibraciones, porque parte de la energía se transforma en energía sísmica. • Si B es reducida, los gases se escapan y expanden a una alta velocidad hacia el frente libre, provocando grandes proyecciones en forma incontrolada y provocando un aumento en la sobrepresión aérea y en el ruido.
Espaciamiento • El espaciamiento S se calcula en función de la piedra B,
del tiempo de retardo entre barrenos y de la secuencia de encendido. • Si S es muy pequeño se produce un exceso 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 irregular.
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.
Preguntas ?
TREN EXPLOSIVO Red de distribución de energía.
Fuente de energía.
Retacado
Iniciador del barreno
Carga iniciadora
Carga Principal
Esquemas de perforación • Normalmente y por facilidad se emplean
esquema Cuadrados o Rectangulares (Tresbolillo). • Los esquemas más efectivos son los denominados TRESBOLILLO y entre ellos el 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
Ejemplo de esquema Cuadrado
Ejemplo de esquema Tresbolillo
Distribución de la energía
Patrón Cuadrado
Patrón al Tresbolillo
Tamaño y Forma de la Voladura • El tamaño debe ser lo más grande como sea posible, por las
siguientes ventajas:
Disminución de los tiempos improductivos de los equipos de perforación y carga. Menor longitud porcentual de la zona perimetral de las voladuras, donde se produce una fragmentación más deficiente debido a: – Encontrar bloques preformados por voladuras anteriores. – Al escape prematuro de los gases por grietas existentes. – Mayor tiempo de supervisión y control.
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
Configuración de las Cargas • Cuando los barrenos sean de pequeña longitud se
deben usar columnas continuas de explosivo, pero si son de bastante profundidad la mejor relación costo efectividad se obtendrá con cargas espaciadas. • Harries y Hagan ((1.979) demostraron que la tensión de una carga aumenta, cuando la relación I/D se incrementa de 0 a 20, permaneciendo constante a partir de ese valor. • De esta forma con I/D = 20 se obtendrá la fragmentación máxima. I = 20 x D = 20 x 89 = 1.78 Mt.
Configuración de las Cargas • Así por ejemplo en una carga continua con un I/D de
52 no son mejores los resultados que una carga espaciada con I/D de 20 y un tacado de 12D. • Sin embargo la utilización de cargas espaciadas puede afectar el rendimiento de cargue como consecuencia del menor desplazamiento y esponjamiento del material. Donde este condicionante 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 seccionada.
Configuración de las Cargas • El atractivo de las cargas espaciadas aumentara cuando: Los
explosivos se encarezcan. 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 alturas 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
Columnas de carga continuas y espaciadas
25D
25D 20D
12D
52D 20D
Empleo de Cargas Puntuales en la zona de Retacado
Carga Puntual
Carga Cilíndrica Alargada
Barrenos auxiliares para ayudar a fragmentar en la parte alta del banco
1
2
3
4
5
6
Para mejorar la fractura superior Paso No. 1 Aumentar la longitud de la carga manteniendo manteniendo el confinamiento del explosivo y/o reduciendo el tamaño del patrón.
Aumenta
Reduce
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.
Para mejorar la fractura superior Paso No. 3 Perforar barrenos satélites entre las perforaciones de producción y si es posible cargar hacia el interior de la zona dura.
Cantera con explotación a cielo abierto
Tipo de Explosivos. • Básicamente lo determina las propiedades de las rocas
que se desean fragmentar y el 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. • En rocas intensamente fracturadas o estratificadas se deben emplear de baja velocidad de detonación y de baja densidad.
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 veces superior a la energía de la columna.
Distribución de los Explosivos en los barrenos • La carga de fondo debe tener como mínimo una
longitud de 0,6 B. Según Langefors, prolongar 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 estar entre 0,6 y 1,3 B.
Consumos Específicos (CE) Tipo de Roca
Consumo Especifico Kg/m3
Rocas masivas y resistentes
0.6 – 1.5
Rocas resistencia media
0.3 – 0.6
Rocas muy fracturadas, alteradas o blandas
0.1 – 0.3
VOLADURAS EN BANCO Según Langefors y Kihiström De pequeño diámetro: Entre 65mm y 165 mm
2,5” y 6,5”
De gran diámetro: Entre 180mm y 450mm 7,0” y 17”
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 explosivos, uno para la carga de fondo y otro para la carga de columna.
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.
DIAMETRO PRODUCCION HORARIA (m3b/h) DEL BARRENO Roca blanda-media Roca dura-muy dura < 120MPa >120 MPa 65 mm 190 60 89 mm
250
110
150 mm
550
270
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.
ALTURA DEL DIAMETRO EQUIPO DE BANCO H DEL BARRENO CARGA (M) (MM) RECOMENDADO 6 - 10
65 - 90
PALA DE RUEDAS
10 -15
100 -165
EXCAVADORA HIDRAULICA
Piedra y Espaciamiento B es función del diámetro de los barrenos, de las características de las rocas, y de los tipos de explosivos empleados. Los valores de B oscilan entre 33 y 39 veces el 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 varia entre 1,15 B para rocas duras y 1,30 B para rocas blandas.
VARIABLE DE DISEÑO
B
RESISTENCIA A COMPRESION SIMPLE (MPa) Blanda Media Dura Muy dura < 70 70 -120 120-180 > 180 39 D 37 D 35 D 33 D
PIEDRA
S
51 D
47 D
43 D
38 D
35 D
34 D
32 D
30 D
10 D
11 D
12 D
12 D
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 con esta. • L = H/Cosb + (1 – b /100) x J Donde b es el ángulo con respecto a la vertical en grados
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 función 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 fondo. • Los consumos específicos varían entre 250 y 550 gramos por metro cúbico, para los cuatro grupos de roca considerados.
VARIABLE DE DISEÑO Longitud de la carga de fondo
RESISTENCIA DE LA ROCA (MPa) Blanda Media Dura < 70 70 - 120 120 - 180
30D
35D
40D
Muy dura >180
46D
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 82,55 3½ 88,90
Densidad de carga g/cm3 ANFO Indugel AP 1,62 2,43 2,05 3,08 2,53 3,80 3,07 4,60 3,65 5,47 4,28 6,42 4,97 7,45
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 6 152,40
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
Densidades aproximadas de distintos materiales MATERIAL
BAUXITA ESCORIA CALIZA ARCILLA Estado Natural Seca Húmeda ARCILLA Y GRAVA Seca Húmeda GRANITO FRACME BASALTOS FRACM CARBON
Densidad Sueltobanco (t/m3) 1,42 – 1,89 0,56 – 0,86 1,54 – 2,61
Factor Volumétrico de conversión 0,75 0,65 0,59
Porcentaje de expansión 33 % 54 % 70 %
1,66 – 2,02 1,48 – 1,84 1,66 – 2,08
0,83 0,81 0,80
22 % 25 % 25 %
1,42 – 1,66 1,54 – 1,84 1,66 – 2,73 1,75 – 2,61 0,95 – 1,60
0,86 0,84 0,61 0,67 0,74
17 % 20 % 64 % 49 % 35 %
Densidades aproximadas de distintos materiales MATERIAL
Densidad Sueltobanco (t/m3)
Factor Volumétrico de conversión
Porcentaje de expansión
1,96 – 2,79 1,72 – 2,28 1,57 – 1,06
0,70 0,75 0,80
43 % 33 % 25 %
1,93 – 2,17 1,51 – 1,69 1,69 – 1,90 2,02 – 2,26 1,60 – 2,02
0,89 0,89 0,89 0,89 0,79
13 % 13 % 13 % 13 % 26 %
YESO FRACMENT.
1,81 – 3,17
0,57
75 %
ARENISCA
1,51 – 2,52
0,60
67 %
ROCA ALTERADA 75% roca 25% tierra 50% roca 50% tierra 25% roca 75% tierra GRAVA Natural Seca Seca de 6 a 50 mm Mojada de 6 a 50 mm ARENA Y ARCILLA
Densidades aproximadas de distintos materiales MATERIAL
MINERALES DE HIERRO Hematíes Magnetita Pirita ARENA Seca Húmeda Empapada TIERRA Y GRAVA Seca Húmeda TIERRA VEGETAL TACONITAS
Densidad Sueltobanco (t/m3)
Factor Volumétrico de conversión
Porcentaje de expansión
2,46 – 2,91 2,79 – 3,28 2,58 – 3,03
0,85 0,85 0,85
18 % 18 % 18 %
1,42 – 1,60 1,69 – 1,90 1,84 – 2,08
0,89 0,89 0,89
13 % 13 % 13 %
1,72 – 1,93 2,02 -2,23 0,95 – 1,37 2,43 – 5,61
0,89 0,91 0,69 0,58
13 % 10 % 44 % 74 %
Ejemplo de aplicación • En una cantera se extrae roca con una resistencia a la
compresión simple de 150 MPa en bancos de 10 metros de altura. La perforación se realiza con equipo rotopercutivo de martillo en cabeza con un diámetro de 89 mm. Los explosivos están constituidos 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 perforación y la distribución de cargas, manteniendo los barrenos una inclinación de 20º.
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 del tipo de roca en donde se encuentra empotrada dicha estructura. De esta manera los valores límites quedan establecidos de la siguiente manera: V = Vo x Fk x Fd x Ft
Donde: V : límite máximo de partícula permitida Vo : velocidad característica del terreno en mm/s Fk : factor de calidad de la construcción Fd : Factor de distancia Ft : factor de duración del proyecto
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
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
(mm/sg) 18 35 70
Normativas asociadas al control de daño a instalaciones y edificaciones cercanas Fb se obtiene de la siguiente manera: Clase
Tipo de estructura
Fb
1 2 3 4 5
Estructuras pesadas o defensa civil Edificios industriales o de defensa civil Edificios residenciales Edificios sensibles con grandes arcos Edificios históricos en mal estado
1.70 1.20 1.00 0.65 0.50
Fm como: Clase
1 2 3 4
Tipo de material
Hormigón reforzado con acero Concreto no reforzado, ladrillo Concreto aireado Ladrillo y tabiqueria de madera
Fm
1.20 1.00 0.75 0.65
Normativas asociadas al control de daño a instalaciones y edificaciones cercanas
Factor de duración del proyecto Ft
Tipo de actividad
Ft
Trabajos de construcción de túneles o cavernas
1.00
Trabajos estacionarios como minería
0.75-1.00
Factor de distancia Fd El factor de distancia queda definido de acuerdo a la figura adjunta, donde:
Fd, para suelo tipo arcilla (N-1) :
Fd
Fd, para suelo tipo morrena (N-2) : Fd, para suelo tipo roca (N-3) :
0.19
1.56 x d
Fd
1.91 x d
Fd
2.57 x d
0.29
0.42
Factor de distancia
Carga máxima por RETARDO de acuerdo a lo exigido por la Oficina de Minería Superficial 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 que no se desee afectar Factor de distancia
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
Guía paso paso para desarrollar diseños de voladuras • Ejemplo de calculo. • Diámetro del explosivo (mm) = 102 • Densidad del explosivo (g/cc) = 0,85 • Energía explosiva AWS (J/G) = 3726 • Densidad de la roca (g/cc) = 2,4 • Altura del banco (m) = 9
Formulas para calculo de Voladuras (según Rodgers) •
Burden (m) = ((Den. del explosivo x 2/ Den. de la roca)+1,8) x (diámetro del explosivo (mm) / 25,4) x 0,3048 =3,07
•
Indice de rigidez del burden = Alt. del banco / Burden =2,9
•
Espaciamiento (m) = Burden x 1,15 = 3,53
•
Longitud del taco (m) = Burden x 0,7 = 2,15
•
Distribución de la energía (%) = 1 - (long. del taco/alt. del banco)x100= 76,12
•
Long. De la subperforación (m) = Burden x 0,3 = 0,92
•
Longitud del barreno (m) = Alt. del banco + Subper. = 9,92
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
Formulas para cálculo de voladuras (según Rodgers) (continuación) •
Volumen del tiro (Mt 3/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/Mt 3) = Peso del explosivo/vol. del tiro = 0,55
•
Factor de potencia (kg/ton) = Peso del explosivo / masa del tiro =0,23
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 fragmentación. Los factores de energía deberían fluctuar entre 500 y 1250 kj/ton. con un valor promedio para la primera voladura de 900 kj/ton.
Preguntas ?
Cebado
Consiste en la operación de introducción de los detonadores dentro del búster (explosivo de alto poder que inicia el explosivo vaciado en las perforaciones), para luego colocar este cebo dentro del pozo. •
EFECTO DEL CEBO O PRIMA 6.100
Barreno 165mm
APD 900 APD 450
4.600
3.100
APD
Anfo
CONFIGURACION DE CEBOS TACO
ZONAS DE BAJA DETONACION
EXPLOSIV0 COLUMNA
EXPLOSIVO ALTA VELOC.
POSICION DEL CEBO
ZONA REGIMEN
ZONA INICIACION ZONA REGIMEN
SISTEMAS INICIADORES Es una combinación de dispositivos explosivos y componentes accesorios diseñados para enviar una señal e iniciar una carga explosiva cuando ha sido adecuadamente instalada y activada desde una distancia segura.
NO-ELECTRICOS: (NONEL) Emplea tubos plásticos, recubiertos internamente con una sustancia 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 voladuras silenciosas, donde hay riesgo de electricidad extraña o en condiciones de humedad, donde es dudosa la conexión eléctrica
Ventajas • Es un sistema no eléctrico diseñado para
operaciones de campo, con las siguientes ventajas : – Seguridad – Flexibilidad – Tecnología
SEGURIDAD • Elimina el riesgo de iniciación prematura, en la
operación de carguío de explosivo, debido a que en esta fase no hay detonadores en superficie. • Elimina el riesgo de daño 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 .
FLEXIBILIDAD • Los detonadores de superficie y los del barreno
son independientes. • Es posible usar tubos de diferentes características para barreno y superficie. • Es posible cambiar secuencia de retardos una vez que se han cargado los barrenos.
TECNOLOGIA • Conector con capacidad para 7 tubos. • Excelente exactitud y precisión de los
retados. • Detonador de superficie fuerza 1. • Detonador de superficie redondeado.
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 respecto a la secuencia programada
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 disparo con resultados mas eficientes en la minería actual, tanto de cielo abierto como subterránea.
DETONACIÓN SECUENCIADA • La detonación secuenciada
corresponde a la iniciación desfasada de los barrenos de acuerdo a un diseño predefinido; cada tiro posee un tiempo de salida. • El orden de salida 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 mejores resultados de voladura. • El objetivo final de la voladura secuenciada es CREAR CARAS LIBRES.
PRICIPALES OBJETIVOS DE LA DETONACIÓN SECUENCIADA • Controlar la energía explosiva disponible • Mejorar la fragmentación • Proporcionar alivio 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
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 nuevas durante el proceso. Generalmente se obtiene una fragmentación óptima en roca masiva cuando se detona un barreno por retardo y el retardo entre las perforaciones de 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 barrenos de una misma fila.
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 voladura 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 desplazamiento. Habitualmente se requieren intervalos de retardo más largos (> 150 ms) entre las filas para maximizar el desplazamiento. Con frecuencia el tipo de excavadora determinara el grado de desplazamiento requerido, lo que indicará el intervalo de retardo entre las filas de barrenos.
Tiempos de retardo Sobre quiebre excesivo y material lanzado sobre el banco
Apretado
Contorno del Banco volado
Intervalo Insuficiente entre filas (menos de 6 ms / m de Burden)
Difícil de excavar, mala fragmentación
Contorno de la pila de material volado
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
Tiempos de retardo Cont... Poco sobre quiebre
Intervalo de tiempos entre filas (12 a 30 ms / m de Burden) Adecuado para excavación de cargador frontal
Suelto - bien tendido
Contorno del Banco tronado
Contorno de la pila de material tronado
Remoción del material volado
Consideraciones de diseño • Geología. Las capas débiles (vetas de barro) pueden interrumpir barrenos adyacentes no detonados. Las masas de roca muy fracturadas ventilan los gases explosivos en todas direcciones aumentando el potencial de interrupciones. Cuando se realicen voladuras 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 tiempo para su desplazamiento, de modo que se debe permitir más tiempo entre las filas para controlar la sobreexcavación (> 75 ms)
Consideraciones de diseño • Condiciones de agua Las masas de roca saturadas (barrenos llenos de agua) transmiten la presión del agua desde el punto de detonación hacia las zonas circundantes, esta presión puede producir el desacoplamiento de la carga explosiva o aumentar su densidad hasta el punto 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 agua, y usar retardos superiores a 42 ms.
Consideraciones de diseño • Simplicidad
Las configuraciones de retardo no deben ser tan complejas como facilitar que se hagan conexiones incorrectas. Los diseños complejos requerirán tiempo adicional para la evaluación de la secuencia y el control de las conexiones. • Costo
A medida que los diseños diseños se hacen más complejos complejos el costo del sistema de iniciación generalmente aumentara. Seleccione el intervalo de retardo entre las filas de barrenos en base a las prioridades anteriores. • Seleccione el tiempo entre los barrenos de una fila en base a un tercio o la mitad del tiempo entre filas.
Conexión en terreno
75 ms
75 ms
25 ms
75 ms
75 ms
25 ms
75 ms
75 ms
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 ser usado por un periodo de retardo. - Condiciones de agua (desacoplamiento o desactivación por presión). - Explosivos usados (detonarán o serán desactivados por el efecto de presión). - Fragmentación (los diseños que producen buen desplazamiento también proporcionaran una buena fragmentación). - Geología. - Control de la pared. - Determinar la dirección y desplazamiento deseado. - El patrón de distribución para iniciar las filas debe ser perpenticular a la dirección de desplazamiento deseada.
Tabla de Control Roca masiva Estructuras en bloques Roca fisurada Roca muy fisurada Pozos con agua Densidad de e xplosivo >1,3 Pila apretada Pila suelta Pila e xtendida Fragmentación aceptable Limite de sobrequiebre Vibraciones mínimas 0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
Milisegundos por metro de Burden
30
33
36
Típicos intervalos de retardo entre filas Roca masiva Roca con muchas grietas Fisuras débiles, planos desplazados Barreno lleno de agua Explosivo de densidad superior a 1,3 g/cc Material compacto (desplazamiento) Material Suelto Material desparramado Fragmentación media Optima fragmentación Quebradura hasta el fondo Control de Flyrock Escape mínimo de gases Vibraciones 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
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 sea necesario dar prioridad a algunos parámetros para determinar el rango más apropiado. • EJEMPLO Se requiere un rango para roca con muchas grietas (17 a 65 ms) Se requiere el material suelto (30 a 80 ms) Con fragmentación hasta el fondo (65 a 210 ms) El tiempo 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. • •
Consideraciones generales • En voladuras de filas múltiples (> de 4 filas) el uso de
intervalos cada vez más largos 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 retardo superiores a 150 ms entre filas pueden producir una perdida prematura de confinamiento 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 sobreexcavación.
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 estimular la iniciación del fondo del barreno. Como la precisión es de suma importancia, todos 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%
Consideraciones de diseño • Control de la pared. Intervalos de retardo demasiado cortos entre los barrenos de una fila y entre hileras, 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.
DAÑO DE LA PARED POR INTERVALO DE RETARDO DEMASIADO CORTOS sobreexcavación 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
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 excavación. • Generalmente se utilizan tres métodos según la masa de la roca, el diámetro de la broca y la sensibilidad del lugar - Perforación en línea - Voladura amortiguada - Voladura de precorte • Se deben utilizar perforaciones de amortiguación entre el plano de fractura y las perforaciones de producción para evitar el daño de la pared final.
Perforación en línea • Perforación de una línea de barrenos periféricos a una distancia • • • • •
• •
estrecha de unos de otros En estos barrenos no se utilizan explosivos No son mayores a 76 mm de diámetro La distancia entre barrenos es igual de 1 a 4 veces el diámetro del barreno En material agrietado es posible que no se produzcan los resultados apropiados Los barrenos 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 espaciamiento de los de producción. Es eficaz cuando la roca es de estructura masiva.
Voladura amortiguada o recorte • Hilera única de barrenos de voladura de diámetros que fluctúan • • • • • • •
entre 38 y 89 mm Se dispara después que se excava la voladura de producción El taco actúa como un amortiguador alrededor de la carga explosiva en el barreno, para reducir el daño en la pared. Los barrenos son detonados simultáneamente. El espaciamiento entre las perforaciones 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 interior del barreno es igual a la mitad del largo del cartucho. El burden es equivalente a 0,75 del burden de los barrenos de producción.
Voladura de Precorte • Las perforaciones de precorte son detonadas antes que los • • • • • •
barrenos de producción Puede producir una pared alta más definida. Tiene un burden y un espaciamiento igual a la mitad del de los barrenos de producción. El peso de la carga (kg) por perforación 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 diámetro de la carga = a la mitad del diámetro del barreno. La roca muy agrietada requiere un menor espaciamiento.
VOLADURAS CON UNA CARA LIBRE CARA LIBRE
CARA LIBRE
0
0 1 2 CUADRADO EN LINEA
5
3 4
1 2
1 2
3 4
CUADRADO EN V
CONFIGURACIONES DE DISEÑO
5
CASO CON RETARDOS DISTINTOS EN EL FONDO CARA LIBRE
2
1
0
1
2
2
1
0
1
2
2
1
0
1
2
3 3 3
CONECTOR DE SUPERFICIE
3 3 3
SISTEMA DE VOLADURA SILENCIOSA CON RETARDOS IGUALES EN EL FONDO Y RETARDOS EN SUPERFICIE 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
Cara libre
VOLADURA CON DOS CARAS LIBRES
PATRON FILA POR FILA DESPLAZAMIENTO DESEADO
0 1 2
Sistema de iniciación NO eléctrico, troncal de Cordón Detonante, Retardo en superficie con Conectores de Superficie
Tiempos nominales 0
9
18
100
109
118
127
209
218
227
236
27
36
45
54
136
145
154
245
254
Conector de superficie de 9 ms Conector de superficie de 100 ms
263
63 163
Conexión para una Voladura Silenciosa Retardo del fondo de 200 ms. Para todos los barrenos Tiempo de superficie
Tiempo de detonación nominal 0
17
34
51
200 52
217 69
234 86
251 103
252 104
269 121
286 138
303 155
304
321 de Superficie 338 de 17 ms 335 Retardo Retardo de superficie de 52 ms
PATRON EN V DESPLAZAMIENTO DESEADO.
Conector de superficie de 25 ms. Conector de superficie de 17 ms. Conector de superficie de 42 ms
PATRON EN V TIEMPOS NOMINALES
134
67
0
59
118
177
236
243 176
109
42
101
160 219
278
285 218
151
84
143
202
201
261 320
PATRON EN V VOLADURA SILENCIOSA Tiempos Nominales
165
115
65
0
50
100
150
200
207
157
107
42
92
142
192
242
249
199
149
84
134
184
234
294
42 ms 50 ms CUS 65MS
SALIDA EN ROMBO DESPLAZAMIENTO DESEADO
TIEMPOS NOMINALES 0
42
84
51
93
135
102
144
186
126
168
210
252
294
177
219
261
303
345
228
270
312
354
396
Conectores de superficie de 42 ms. Conectores de superficie de 9 ms.
Tiempos de retardo F il a por F ila
Desplazamiento deseado
9 ms 100 ms 100 ms
9 ms 9 ms 9 ms 9 ms 9 ms
Tiempos de retardo Chevron “V” del centr o
17 ms 25 25
42
17
42 17
42 ms
Tiempos de retardo Echelon de “Esquina”
42 ms 42 17 ms 17ms
17 17
42 17
42
42
42
42
Tiempos de retardo Zi g Zag
17 ms 17 ms 42 ms 17 ms 17 ms 42 42
42
VOLADURAS DE ZANJAS • Es necesario tomar medidas especiales en lo referente al
control de las vibraciones 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 la construcción de drenajes, servicios de alcantarillado, conducciones de agua, ductos eléctricos, gaseoductos y oleoductos.
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 roca. • Las mallas de perforación son mas cerradas, y sus diámetros de perforación son menores (32-65 mm) • Es necesario utilizar sistemas de protección frente a las proyecciones. • Los costos son mas altos respecto a las voladuras en banco.
VOLADURAS DE ZANJAS Diámetros de Perforación. Dimensiones de las zanjas (Mt.) Ancho Zanja AZ < 1 Mt Profundidad H < 1.5 Mt Ancho Zanja AZ > 1 Mt Profundidad H > 1.5 Mt
Diámetros de perforación (mm) 32 - 45 50 - 65
VOLADURAS DE ZANJAS Esquemas de Perforación. • Dependen básicamente de la excavación, se
fija el valor de la piedra (Burden) en función del diámetro de los barrenos y el espaciamiento dependiendo del ancho de la excavación.
VOLADURAS DE ZANJAS Esquemas de Perforación. VARIABLE DE DISEÑO
Piedra - B VARIABLE DE DISEÑO
Diámetro de Perforación < 50 mm > 50 mm 26 Dde la Zanja – 24 AZ D Ancho < 0.75 M, 0.75-1.5 M, 1.5-3 M
No. De Filas
2
Espaciamiento - S
AZ
3 AZ/2
4 AZ/2.6*
* En los barrenos de contorno se espaciamiento en un 20%.
reduce el
VOLADURAS DE ZANJAS • Sobreperforación = 0.5 * B (Piedra)
Nota: nunca debe ser menor a 0.2 Mt. • El Retacado = 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)
VOLADURAS DE ZANJAS • El explosivo mas adecuado es aquel que tiene una alta
densidad y energía, con el fin de aprovechar al máximo la perforación efectuada (Indugel AP). • Hay dos tipos de Zanjas, las convencionales y las suaves. • Las convencionales tienen esquemas desalineados en las que los barrenos centrales se colocan por delante de los de contorno los que salen inmediatamente después; las cargas del explosivo en todos los barrenos son iguales. Las concentraciones de explosivo en la columna se disminuyen con relación con la de fondo en un 30%.
V1/3
V1/3
V1
V1
V1/3
V1
2
1 V1/3 2
4
6
3
5
4
2
1 1
4
3 3 2
7
10
9
6 V1 8
10
6
10
5 5 4
8
6
8
7 7 8
9 9 10
Voladura en Zanja Convencional. B
T=B
qc = 0.25 a 0.35 qf qf
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 columna y de fondo son mayores que los de contorno, mientras que el retacado se disminuye en los de contorno a una longitud de 10D.
B
S
B 1
3 2
5 4
7 6
9 8
1
3
5
7
9
1
3 2
5 4
7 6
9 8
2 3
4 5
6 7
0
0
0 1
S
8 9
Voladura con Diseño en Zanja Suave qc = 0.4 qf
T=B
qf
T = 0.4B
VOLADURAS DE ZANJAS • Para calcular las longitudes de las cargas de
fondo se utilizan las siguientes expresiones, 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))
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 replantear y se reduce el volumen de sobreexcavación en las paredes de la zanja, pero la carga de los explosivos se complica al ser distinta en los barrenos de contorno y laterales y los niveles de vibración son superiores como consecuencia de las mayores cargas de estos últimos.
Fragmentación Secundaria y Voladuras Especiales • Los fragmentos de roca de un tamaño excesivamente grande que
se producen en las voladuras (sobretamaños), precisan ser fracturados para que puedan manipularse con los 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 adosados a la superficie. -Por medios mecánicos.
Fragmentación Secundaria Con Perforación de Barrenos • Con Perforación de Barrenos.
Estos fragmentos de gran tamaño se perforan con martillos manuales o con carros ligeros, perforando barrenos de pequeño diámetro con una profundidad 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 perforar dos barrenos y detonarlos instantáneamente. Dependiendo del grado de enterramiento del fragmento (sobretamaño), el consumo específico con un tipo de explosivo tipo hidrogel va aumentando de 50 gr./m3 hasta los 200 gr./m3.
Fragmentación Secundaria Con Perforación de Barrenos Tabla de Consumo Específico Condiciones del Fragmento
Consumo Específico de Explosivo CE (gr./m3 )
Descubierto 50 – 100 Semienterrado 100 – 150 Enterrado 150 – 200 Si se emplean explosivos menos potentes las cargas se aumentarán entre un 25 y un 50%.
Fragmentación Secundaria Con Perforación de Barrenos Esquemas de Perforación.
Cordón Detonante Retacado
Carga Retacado
Carga Retacado Carga
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 constituidas por varios cartuchos de diámetros pequeños. • Es recomendable cubrir el explosivo con una capa de arcilla o arena de unos 10 cm. De espesor como mínimo, para reducir el ruido y conseguir la rotura de la roca con una menor cantidad de explosivo. • Los consumos específicos normales oscilan entre los 700 y 1.000 gr./m3 para los explosivos gelatinosos. • En el caso de no cubrir las cargas estas se incrementarán en un 25% aproximadamente.
Fragmentación Secundaria Con Cargas Superficiales Esquemas Colocación de la Carga. Cordón Detonante
Explosivo
Recubrimiento de Arena o Barro
Fragmentación Secundaria Con Cargas Superficiales • Las ventajas de este método son que no se
precisan la perforación de los barrenos, las proyecciones son pequeñas y la ejecución es rápida. • Las desventajas son que la cantidad de explosivo requerida es cuatro o cinco veces mayor a la del taqueo con barrenos, y su empleo esta limitado a áreas alejadas a zonas habitadas debido al intenso ruido y onda aérea que se generan.
Fragmentación Secundaria Con Minivoladuras • Cuando se dispone de explosivos de alta potencia, el
taqueo de los fragmentos (sobretamaños) se puede llevar a cabo perforando pequeños barrenos de 22 mm. De diámetro, usando consumos específicos del orden de 0.02 a 0.04 Kg./m3. • Estas cantidades pueden reducirse hasta 0.01 – 0.02
Kg./m3, dependiendo de la forma y número de barrenos perforados.
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 este, para disponer de una cara libre y así lograr una mejor fractura.
Fragmentación Secundaria Con Cargas Conformadas Direccionales • Estas se utilizan principalmente en las minas subterráneas
donde se producen habitualmente atascos en los puntos de evacuación del material volado, coladeros piqueras, etc.., el taqueo clásico resulta peligroso para el personal, costoso y lento. • Se desarrollan unas cargas conformadas que al detonar se lanza contra los fragmentos , desde un punto alejado, un dardo metálico o disco balístico con suficiente energía para fragmentarlas y removilizar el material apelmazado.
Fragmentación Secundaria Con Cargas Conformadas Direccionales Esquema de Voladura
Empleo de Cargas Conformadas de Proyección.
Fragmentación Secundaria Voladuras Especiales Voladuras en Zanjas de tierra. • Las voladuras de Zanjas en tierra son frecuentemente utilizadas cuando
los medios mecánicos de excavación no son aplicables, por ejemplo en zonas pantanosas y arboladas. • 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 deseada de la zanja. • Los explosivos empleados deberán ser resistentes al agua en zonas pantanosas. • La iniciación se suele hacer con una línea principal de cordón detonante, detonándose instantáneamente todas las cargas.
