Universidad de Santiago de Chile Departamento de Ingeniería en Minas Métodos de Explotación
Detonadores pirotécnicos y electrónicos
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Introducción…………………………………………………………………… ……………………………………. Sin duda alguna la minería en nuestro país adquiere una gran importancia, esto pues Chile es uno de los mayores exportadores de cobre a nivel mundial, por lo que es necesario ir desarrollando nuevas técnicas en minería. En nuestro informe nos centraremos en la tronadura, pero más específicamente en los detonadores. Un detonador es un dispositivo iniciador usado para explosionar bombas, cargas explosivas y otros tipos de material explosivo y dispositivos de explosión. Existen dos grandes categorías de detonadores, entre las cuales encontramos los pirotécnicos y los electrónicos. Los detonadores pirotécnicos a su vez se subdividen en electrónicos y no electrónicos, y han perdurado a lo largo de la historia de la minería, siendo los preferidos por muchas empresas
privadas o estatales, ya que proporcionan
buen control en la secuencia de explosiones y minimizan el impacto ambiental. Pero en la actualidad sus usos han disminuidos por la aparición en el mercado de detonadores electrónicos, que poseen mayor exactitud, seguridad y nuevas tecnologías que permiten un mejor manejo de las tronaduras. Este informe se enfocara en los detonadores pirotécnicos y electrónicos por la gran importancia que tienen y su larga trayectoria en la minería (en el caso de los primeros), por lo tanto el objetivo principal es que el lector al final del estudio comprenda lo siguiente:
Descripción general de los diferentes tipos de detonadores pirotécnicos Sus formas de uso Ventajas y desventajas de cada tipo Aplicaciones de cada tipo Costos de cada tipo
Desarrollo………………………………………………………………………… ……………………………….. Detonadores El nombre original de estos dispositivos es el de iniciadores. Los sistemas de iniciación, como su propio nombre indica, tienen la función de iniciar el proceso para explosionar bombas, cargas explosivas y otros tipos de material explosivo y dispositivos de explosión. En nuestro caso el estudio va enfocado al sector minero, por ende estaremos viendo que los detonadores son utilizados en voladuras de rocas, con el fin de obtener algún beneficio económico de ellas. Los detonadores se pueden clasificar dentro de dos grandes categorías, entre las cuales encontramos los detonadores pirotécnicos y los detonadores electrónicos. Dentro de los detonadores pirotécnicos encontramos los sistemas eléctricos y no eléctricos. Por su parte los detonadores eléctricos se subdividen en instantáneos y temporizados, siendo estos últimos subdivididos nuevamente en detonadores temporizados de retardo y detonadores temporizados de microretardo. En los detonadores pirotécnicos no eléctricos encontramos tres categorías: Los Nonel, y los detonadores ordinarios, mecha lenta y cordón detonante.
Detonadores pirotécnicos…………………………………………………………………… ………………. Estos detonadores se activan mediante un estímulo, ya sea eléctrico (en el caso de los detonadores eléctricos), u otro tipo de estímulo como calor o una onda de choque activada a través de un tubo de transmisión por ejemplo. Sistema no eléctrico
Detonadores ordinarios y mecha lenta: El detonador, es una cápsula explosiva que se emplea para iniciar los explosivos secundarios, es el elemento fundamental para la producción de una explosión, este elemento es una verdadera máquina de precisión, compuesto de un cilindro metálico en cuyo interior se encuentran todos los elementos necesarios para la inicialización de la explosión de los explosivos secundarios.
Éste es el elemento que transforma la llama de una mecha en una detonación que sirve de onda inicial para provocar la detonación de otro explosivo. Están formados por un casquillo de aluminio que contiene dos cargas: una carga base de un explosivo de alta velocidad de detonación en el fondo del tubo y una carga primaria de un explosivo más sensible. El procedimiento de iniciación de esta carga se lleva a cabo mediante una mecha lenta, la cuál es introducida por el extremo libre del detonador. Este extremo libre, deja a la vista parte del explosivo, éste es extremadamente sensible al choque y al rozamiento, por lo que no debe tocarse con ningún objeto, salvo por la mecha lenta al momento que queramos dar fuego al detonador (Fig. 1.1). La mecha está formada por un núcleo de pólvora negra en el interior de una envoltura cilíndrica formada por hilos textiles y capas impermeabilizantes, resistentes a la abrasión, a la humedad y a los esfuerzos mecánicos. Las mechas están clasificadas en tres categorías: CLASE A, Tipo III: Implica que es una mecha plástica recubierta con una cera parafínica, entrampada en un doble tejido ubicado sobre el recubrimiento plástico. Permite resistir al chispeo lateral y a la humedad. CLASE B, Tipo III: Este Tipo de mecha resiste Chispeo Lateral. CLASE C, Tipo III: Este Tipo de mecha no resiste Chispeo Lateral, ni la Humedad, es una mecha de muy baja calidad. El tiempo de combustión es normalmente de 2 minutos por metro, con una tolerancia del ± 10%. Aunque la velocidad de combustión de la mecha depende de la altitud geográfica donde se utilice.
Fig. 1.1 Casquillo del detonador La iniciación de este tipo de detonadores (Fig.1.2) se hace por medio de un ramal de mecha lenta engarzándose esta al detonador por su extremo abierto con unas tenacillas.
Fig.1.2 Interior del detonador
Forma de uso En el ensamblaje de la mecha lenta con el detonador hay que tener sumo cuidado que se produzca un buen contacto con la mezcla de la ignición del detonador. Esta debe estar normal al eje del núcleo de la misma tal como se muestra en la Fig.1.3.
Fig.1.3 Ensamblaje detonador
Aplicaciones: Las aplicaciones de estos accesorios se han ido reduciendo a lo largo del tiempo, siendo en estos momentos muy esporádica su utilización. Sin embargo, aún es usado en pequeñas operaciones de iniciación, tronadura secundaria, pruebas de laboratorios, donde se requiere aplicar métodos más económicos.
Ventajas: Simple manejo
Bajo Costo
Desventajas: No hay control absoluto luego de que la mecha es iniciada No es preciso Control de seguridad cuestionable
Costos: No hay mucha información acerca de este tipo de detonadores, pero son más económicos que los detonadores Nonel y los detonadores eléctricos.
Detonadores Nonel: Los detonadores no eléctricos (nonel), son quizás los más utilizados en la minería. Éstos se componen de una cápsula de aluminio, que contiene en su interior una carga base de pentrita, una carga primaria de nitruro de plomo, un elemento cilíndrico metálico portador de la pasta de retardo (portarretardo), un sistema amortiguador de onda de detonación y un tapón de goma semiconductora que sirve como elemento de engarce al tubo de transmisión. Una vez iniciado, conduce la onda de detonación de baja energía a una velocidad de aproximadamente 2.000 m/s. Este fenómeno de onda de choque se propaga con toda fiabilidad a través del mismo aunque en él existan dobleces, nudos o cocas. Esta onda de detonación no tiene influencia sobre la columna de explosivo contenida en el barreno, permitiendo la iniciación en el fondo del mismo, ya que la cantidad de materia reactiva contenida en él es tan pequeña que la superficie exterior del tubo queda intacta durante el paso de la mencionada onda de detonación. El tubo de transmisión no es de naturaleza eléctrica, no puede ser iniciado por ondas de radiofrecuencia, electricidad estática, corrientes erráticas o llama, o las fricciones o impactos comunes en la actividad normal de carga de voladuras. Volviendo a los detonadores no eléctricos, la carga base tiene la función de iniciar con suficiente energía el explosivo, mientras que la carga primaria de nitruro de plomo recibe la energía de iniciación de la columna pirotécnica del portarretardo y la transfiere a la carga de pentrita. El elemento portarretardo es de aluminio y contiene una mezcla pirotécnica, que es la que da el tiempo de retardo al detonador (Fig.2). La composición de la parte pirotécnica por su calidad y por el control a la que es sometida, da tiempos de combustión muy precisos y uniformes. El portarretardo recibe la energía de iniciación desde el tubo de transmisión a través de una composición
iniciadora situada en la parte superior del mismo que asegura la iniciación adecuada de la mezcla pirotécnica.
Fig.2 Detonador Nonel
Aplicaciones Estos detonadores son útiles en la minería subterránea, de superficie y obras civiles. Los Detonadores No Eléctricos de la serie Milisegundo (MS), son utilizados en tronadura de banqueo en minería a cielo abierto y en tronaduras de desarrollo horizontales, verticales e inclinados y producción en minería subterránea.
Ventajas Fácil de usar El sistema no se inicia por golpes Resistentes No perturba el taco ni el explosivo No puede iniciarse accidentalmente por descargas eléctricas, corrientes estáticas, transmisiones de radio de alta frecuencia, fuego y fricción ni es afectado por las corrientes extrañas. Buena precisión Alta seguridad
Desventajas: Puede llegar a cortarse producto de detritus de taco de mala calidad. Existe probabilidad de corte de iniciación cuando se emplea en combinación con cordón detonante no apropiado. Imposibilidad de comprobar los circuitos de disparo, teniendo que basarse ésta en la simple inspección visual.
Costos Detonador No Eléctrico MS chicote 4,2 mts = 2,87 us$/unidad Detonador No Eléctrico LP chicote 4,2 mts = 3,12 us$/unidad
Detonador Detonador Detonador Detonador
No No No No
Eléctrico Eléctrico Eléctrico Eléctrico
Handidet chicote 9,1 mt = 5,41 us$/unidad Conectadet chicote 9,2 mt = 4,25 us$/unidad TD chicote 100 mt = 29,45 us$/unidad MS Connector = 4,0 us$/unidad
Cordón detonante: Se trata de un cordón flexible con una envuelta impermeable de PVC, con un alma de pentrita, la cantidad varía según el tipo de cordón detonante, desde 3 gramos metro. Según la concentración lineal de PETN, en Chile se comercializan cordones de 1.5, 10.3.8, 5, 10, 32 y 42 gr/m rodeados por varias capas de hilados y fibras textiles, con un recubrimiento exterior de cloruro de polivinilo que permite que tengan unas características adecuadas de flexibilidad, impermeabilidad, resistencia a la tracción y a la humedad. El cordón detonante (Fig.3) es relativamente insensible y su velocidad de detonación es cercana a 7.000 m/s.
Fig.3 Cordones detonantes
Aplicaciones Su misión principal es transmitir la detonación iniciada por un detonador a una carga de explosivo, pero también se emplean en otros usos según su concentración de PETN. Dependiendo del caso el cordón detonante puede servir para multiplicadores y explosivos muy sensibles (1,5 a 3 g/m), líneas maestras conectando barrenos (6 g/m), iniciación de explosivos convencionales y de baja sensibilidad (12 a 20 g/m), prospecciones sísmicas y voladuras de contorno y demoliciones (100 g/m), entre otros.
Ventajas
Simple Ajuste de tamaño por corte Tiempos flexibles Consumido durante la detonación
Desventajas
Alto nivel de ruido Reacción violenta Perturba el taco y el explosivo No puede verificarse continuidad excepto por inspección visual.
Costos (confirmar costos)
Sistemas eléctricos Los detonadores eléctricos como su nombre lo indica, son los que se activan por medio de energía eléctrica. De acuerdo con el lapso de tiempo transcurrido entre el momento en que se energética el detonador y el instante en que se produce la detonación de las cápsulas se agrupan en: Detonadores instantáneos. Detonadores temporizados. Detonadores de retardo. Detonadores de microrretardo. Los detonadores eléctricos están constituidos por una capsula de aluminio o cobre donde se aloja un inflamador, un explosivo iniciador y un explosivo base. Cuando el detonador es de tiempo, tanto si es de retardo o microretardo, lleva incorporado entre el inflamador y el explosivo un elemento de retardo con un tiempo de combustión especificado. (Ver Fig.4)
Desde el punto de vista eléctrico los detonadores se clasifican según el impulso de encendido o energía por unidad de resistencia eléctrica que se precisa para provocar la inflamación de la píldora del detonador. Así pues en chile los tipos de sistemas usados y según su sensibilidad son: Detonador de Sensibilidad Normal. Detonador Insensible. Detonador Altamente Insensible.
Fig.4 Det. Instantáneo y Temporizado
El detonador eléctrico funciona de la siguiente manera: cuando una corriente eléctrica pasa por los hilos de conexión atravesando la pequeña resistencia de la cerilla con una intensidad de corriente suficientemente grande, hace que se caliente la resistencia hasta alcanzar la temperatura de inflamación de la pasta explosiva que la rodea. En los detonadores de tiempo, la inflamación de la cerilla provoca la del elemento retardador, de manera que cuando este elemento retardador, termina de arder, la combustión llega a la carga primaria que detona haciendo detonar a su vez a la carga base o secundaria. Si el detonador es instantáneo o de número cero, por no llevar portarretardo, la cerilla hace explosionar directamente a la carga primaria y ésta a la carga base. Es decir, la inflamación de la cerilla y la explosión de las cargas son instantáneas en este caso. En función de los tiempos de detonación, necesarios para obtener una buena secuenciación de las voladuras, se pueden clasificar en: Instantáneos: estos detonadores no llevan portarretardo, y por tanto la inflamación de la cerilla produce instantáneamente la explosión de la carga primaria y esta de la carga base. Uno de los hilos de estos detonadores es siempre de COLOR BLANCO.
De microretardo: estos detonadores llevan portarretardo, y por tanto la inflamación de la cerilla produce con un determinado desfase la explosión de la carga primaria y esta de la carga base. Uno de los hilos de estos detonadores es siempre de COLOR AMARILLO. De retardo: estos detonadores llevan portarretardo, y por tanto la inflamación de la cerilla produce con un determinado (500 ms) desfase la explosión de la carga primaria y esta de la carga base. Uno de los hilos de estos detonadores es
siempre
de
COLOR
AZUL.
En función del uso, se pueden clasificar los detonadores en: De cápsula de aluminio: son de uso más general De cápsula de cobre: son detonadores adecuados para su utilización en ambientes con grisú o inflamables. La cápsula e hilos de alimentación son siempre de cobre. Se fabrican todas las gamas, tanto en lo que respecta a características eléctricas (S, I, AI), como a los tiempos Sísmicos: son detonadores que se fabrican con un tiempo de reacción inferior a un milisegundo, siempre que se inicien con la intensidad adecuada. Para trabajos bajo grandes presiones de agua.
INSENSIBLE
ALTAMENTE INSENSIBLE
INSTANTÁNEO
ROJO-BLANCO
ROSA-BLANCO
VERDE-BLANCO
RETARDO (500 ms)
ROJO-AZUL
ROSA-AZUL
VERDE-AZUL
MICRORRETARDO (20ms)
ROJO-ROJO
ROSA-ROJO
VERDE-ROJO
MICRORRETARDO (30ms)
ROJOAMARILLO
ROSA-AMARILLO
VERDEAMARILLO
SENSIBLE
Tabla de colores de los detonadores según su clasificación
Aplicaciones
Existen en el mercado detonadores resistentes a altas presiones de agua para voladuras submarinas, detonadores de cobre para ambientes grisuosos o inflamables y detonadores para prospecciones sísmicas. Estos son utilizados en tronaduras y en minería a cielo abierto, subterránea y obras civiles.
Ventajas Se inician simultáneamente. El amarre correcto se puede confirmar al medir la resistencia antes de la iniciación. Exactitud y dispersión de las cápsulas con que funciona. Confiablidad.
Desventajas Susceptibilidad a la iniciación por efecto de rayos o corrientes eléctricas inducidas. El disparo de grandes tronaduras con detonadores eléctricos puede requerir varios sistemas de generación de potencia.
Costos Detonador Eléctrico Insensible Instantáneo chicote 2 mt = 3,86 us$/unidad Detonador Eléctrico Insensible MS chicote 5 mt = 4,61 us$/unidad Detonador Eléctrico Insensible LP chicote 5 mt = 4,55 us$/unidad (Costos aproximados, pertenecientes a la empresa ENAEX).
Detonadores electrónicos……………………………………………………………………… ……………..
Los detonadores electrónicos (Fig.5) son los dispositivos más modernos que se emplean actualmente en la minería de nuestro país. Este tipo de detonadores están constituidos, por una cápsula metálica de aluminio cerrada por un extremo, encontrándose en su interior un condensador, un chip, un inflamador, un explosivo iniciador o primario y un explosivo base o secundario. Estos detonadores tienen como principal características su seguridad y su precisión. Los detonadores se activan instantes antes de la detonación y requieren una corriente codificada para su iniciación.
Fig.5 Detonador Electrónico
Se pueden programar dando un tiempo de retardo de 1 a 14000 ms. en intervalos de 1 ms. Las labores están limitadas a 1.500 detonadores por disparo, con posibilidad de ampliación a 3000 acoplando una segunda consola de tiro. Con este tipo de detonadores no existen los conectores ya que el retardo de cada barreno viene determinado por su detonador. Existe una comunicación bidireccional entre detonadores y consolas de disparo y programación a través de un conductor de cobre de diámetro 7/10 mm de alta resistencia a la abrasión.
Aplicación Estos dispositivos por lo general se utilizan en minería en superficie, esto pues en minería subterránea no es rentable, ya que al poseer nuevas tecnologías, elevan su costo y hace poco rentable utilizar este tipo de dispositivos en la minería subterránea.
Ventajas
Mayor fiabilidad. Alta precisión. Los dispositivos electrónicos poseen gran exactitud.
Desventajas Poco manejo de información, puesto que es poco el tiempo en el mercado. Altos costos.
Costos No existe mucha información sobre los costos, pero al ser los más seguros, de mayor precisión y exactitud, y debido a la tecnología empleada, son más costosos que los otros detonadores, por lo general suelen ser 10 veces más caros que los detonadores tradicionales.
Conclusión……………………………………………………………………………… ………………………………………
Si bien resulta una inversión alta, sobretodo en los electrónicos, la eficacia que generan estos detonadores es altísima ya que con la nueva tecnología ha mejorado enormemente tanto la precisión de la explosión como la seguridad del sistema. Hay otros sistemas para efectos de tronadura, tales como ANFOS (muy ocupado), slurries o acuageles, pero en lo que respecta al informe los detonadores son necesarios y ventajosos tal como se puede ver en el desarrollo de este informe. Creemos que dadas las ventajas y desventajas es evidente que aún quedan muchas mejoras hacia estos iniciadores por hacer, sin embargo es necesario mencionar que estas ventajas son más relevantes que sus defectos. Por lo que nos parece importante que se conozcan los diferentes tipos de detonadores que se utilizan en la minería. Lo que se quiso entregar en este informe es la importancia que generan los detonadores en uno de los procesos más importantes de la explotación de algún mineral como lo es la tronadura.
Bibliografía……………………………………………………………………………… ……………………………………..
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