Calidad que se acredita internacionalmente
ASIGNATURA
PERFORACIÓN Y VOLADURA II
PRIMERA UNIDAD TEMA Nº 8 – SISTEMAS MECANIZADOS DE CARGA Y DESAGÜE DE BARRENOS.
DOCENTE: Ing. Benjamín Manuel Ramos Aranda
Huancayo, 2014
Asignatura: Perforación y Voladura II
MATERIAL DE ESTUDIO:
TEMA Nº 8 – SISTEMAS MECANIZADOS DE CARGA Y DESAGÜE DE BARRENOS.
Tema: SISTEMAS MECANIZADOS DE CARGA Y DESAGÜE DE BARRENOS. Compilado y adaptado de: LÓPEZ JIMENO, Carlos; LÓPEZ JIMENO, Emilio; GARCÍA BERMÚDEZ, Pilar. Manual de Perforación y Voladura de Rocas. Madrid: Ed. Entorno Gráfico Madrid, 2003. UBICACIÓN: UBICACIÓN: Biblioteca UCCI: 622.23/L87 Material preparado con fines de estudio de alumnos del curso de Perforación y Voladura de la Universidad Continental
Asignatura: Perforación y Voladura II
MATERIAL DE ESTUDIO:
Tema: SISTEMAS MECANIZADOS DE CARGA Y DESAGÜE DE BARRENOS. Compilado y adaptado de:
EXSA S.A. , Edición Especial, Manual de Práctico de Voladura Perú, 2000. Material preparado con fines d e estudio de alumn os d el curso d e Perforación y Voladura de la Universidad Continental.
CAPITULO 7
DIFERENTES RANGOS DE INICIACION DEL ANFO EN UN TALADRO DE DIAMETRO DETERMINADO Punto de inicio de la detonación autosostenida
Punto de inicio de la detonación Iniciación de ANFO con detonador simple solo. (No deseable)
Iniciación de ANFO con detonador reforzado o mini primer. Poco efectivo
Iniciación de ANFO con cebo de menor diámetro que el del taladro. Adecuado
Iniciación de ANFO con cebo de igual diámetro que el del taladro. (Optimo)
CARGA DE TALADRO Los métodos de carga son diferentes para los taladros de distinto diámetro. Por esta razón se acostumbra clasificar los taladros de acuerdo al diámetro, como sigue: -
De tamaño pequeño: 50 mm (< 2”) de diámetro.
-
De tamaño medio: 50 a 100 mm (de 2” a 4”) de diámetro.
-
De gran tamaño: 100 mm (> 4”) de diámetro, actualmente hasta 15” de diámetro.
Los taladros de pequeño diámetro tienen con frecuencia una profundidad limitada y son empleados principalmente en operaciones menores de voladura de bancos, zanjas, túneles y tajeos de mineral. Su inclinación puede ser vertical descendente hasta vertical ascendente, perforándose mucho los horizontales con máquinas jumbo pequeñas y los inclinados con máquinas manuales. Normalmente son cargados con altos explosivos (dinamitas o emulsiones) empleándose varillas atacadoras de madera para introducirlos y compactarlos en los taladros. Se inician fundamentalmente con mecha-fulminante, detonadores eléctricos y no eléctricos (en general del N° 6 hacia adelante) y se sellan con taco inerte, preferentemente de arcilla.
flujo libre con cargadores neumáticos provistos de mangueras antiestáticas (para Examon o ANFO). El encendido de frontones grandes se puede efectuar con mecha-fulminante prendida con mecha rápida; con fulminantes eléctricos o con detonadores no eléctricos de shock . En canteras y pocas labores subterráneas (como VCR) con cordón detonante. Los taladros de gran diámetro son aplicados para operaciones a gran escala en canteras y minas a tajo abierto. La perforación es vertical o poco inclinada y los explosivos empleados son normalmente agentes de voladura secos o acuosos (ANFO, slurries y emulsiones) cebados con primers o boosters de alto explosivo. El agente de voladura puede ser cargado en cartuchos grandes de polietileno (ejemplo: Slurrex ) que se sueltan libremente dentro del taladro; ser vertido mecánicamente al taladro con camiones mezcladores de cargador sin fin (augers para ANFO y heavy ANFO) o ser bombeado con manguera directamente al fondo del taladro mediante un camión fábrica mezclador-bombeador (emulsión y heavy ANFO con más de 50 a 60% de emulsión). Para el primer caso es conveniente tener presente la siguiente fórmula usual para determinar la elevación de nivel de agua al cargar los cartuchos de explosivos en un taladro de banco anegado:
Hf = Los taladros de tamaño medio se emplean mayormente para voladura de producción en minas subterráneas, en canteras y obras civiles perforándolos con máquinas grandes tipo jumbo y con track drills. La inclinación es usualmente vertical o casi vertical descendente, con una relación 3:1 recomendada para buena fragmentación. Normalmente son cebados con alto explosivo y la carga explosiva principal puede ser de alto explosivo o un agente de voladura normalmente granular. Si no son demasiado profundos pueden cargarse y atacarse con varilla de madera (para dinamitas); de otro modo se cargan a
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H0 x (Ø)2 (Ø)2 - (Øe)2
Donde: Hf H0
: :
Ø Øe
: :
altura final del agua. altura inicial del agua (medida con wincha y flotador. diámetro del taladro. diámetro del cartucho explosivo.
CAPITULO 7
CARGAS ESPECIALES EN PEQUEÑO DIAMETRO Ejemplos de carguíos de taladros con emulsión sensitiva
Taladro de ayuda de cuadradotes (Semexsa–E o Exagel–E) a.
Tapón
Cebo
Taladro de producción (Semexsa–E o Exagel–E) b. 1pie Taco inerte
Cebo
Taladro para voladura controlada (Exsacorte) c.
Taco inerte
Plumas centralizadoras
Cebo
Taladro cuadrador con sistema Air deck (Semexsa 80) d. 1pie Taco inerte
El carguío con manguera al fondo del taladro desplaza paulatinamente al agua. La altura final puede ser ligeramente menor, por el mayor confinamiento. Los taladros con agua estática suelen ser previamente drenados con bomba y cargados con un agente resistente al agua hasta la cota del nivel freático (ejemplo: Slurrex-AP 60 ) y el resto de la columna con ANFO previo taco inerte intermedio, el taladro se sella con taco de detritos de la misma perforación. Los taladros totalmente inundados se cargan sólo con agente altamente resistente al agua (ejemplo Slurrex-AP 60 , Slurrex- AP 80 , Slurrex-EG ) dejándose el agua como taco cuando la columna es baja, o sellándolo con detritos cuando la columna explosiva es alta. El Slurrex tiene excelente comportamiento en agua activa o surgente. Es importante para la operación seguir las normas de “Control de Calidad” en todo el trabajo, que en su mayoría son de criterio propio, pero contribuyen al buen resultado de la voladura una adecuada supervisión y la capacitación del personal.
Aire
Carga
Cebo
Un error u omisión puede provocar un desastroso resultado en seguridad y una pérdida por mal rendimiento. Antes de comenzar l a carga se debe chequear la profundidad, inclinación, espaciamiento y limpieza de los taladros, limpiar las obstrucciones y desaguarlos por bombeo o soplado con aire comprimido, si esto es posible. Los huecos demasiado profundos deben rellenarse hasta el nivel del proyecto. Tener cuidado con los demasiado cortos por la proyección de piedras, siendo preferible profundizarlos o perforar un nuevo hueco cercano (en este caso rellenar el abandonado). No debe perforarse ningún nuevo taladro si existe el riesgo de interceptar a otro cargado. Los taladros con agua deben cargarse con explosivo resistente a este elemento, previamente comprobado. Es muy importante el adecuado y cuidadoso tendido de los sistemas de iniciación, de cualquier tipo que sean y la correcta distribución de los cebos y tiempos de retardo por carga.
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CAPITULO 7
ESQUEMAS DE CARGA PARA HIDROGELES Y EMULSIONES ENCARTUCHADAS EN FUNDAS PLASTICAS 1.
Método recomendado con cebo al fondo del taladro, dando plena garantía de continuidad de la detonación.
2.
Métodos normalmente inadecuados para hidrogeles y emulsiones.
ESQUEMAS DE CARGA PARA DINAMITAS
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1.
Método óptimo con cebo al fondo del taladro (sin taquear), el resto de cartuchos taqueados, con tapón inerte.
2.
Similar al carguío anterior pero con cartucho “cama” al fondo (a veces éste no detona totalmente y queda un taco).
3.
Método con el cebo en la boca del taladro, eventual, para casos especiales en los que no se puede cargar al fondo. Se recomienda no prescindir del tapón inerte para sellar el taladro.
4.
Cebado intermedio, también para casos eventuales. Es el menos recomendado ya que la carga de fondo puede insensibilizarse por el fenómeno de la hipercompresión y la carga hacia la boca recibe iniciación indirecta disminuida.
CAPITULO 7
ESQUEMAS DE CARGA PARA DINAMITAS 5.
Cartuchos con espaciadores de material no sólido (ejemplo: carrizo), cebo en la boca con fulminante común, detonador eléctrico o no eléctrico y con tapón inerte. Alternativa: cordón detonante axial.
Espaciadores 6.
Similar al carguío anterior pero con cartuchos sueltos, sin espaciadores, iniciados con cordón detonante a lo largo de todo el taladro.
Nota: Los esquemas de carga que se han enumerado, son de aplicación general en trabajos de voladura de túneles, tajeos, piques y otros; variando su longitud, diámetro y carga, de acuerdo a la amplitud, condiciones del frente, roca y equipo de perforación disponible. Naturalmente estos gráficos son una guía práctica, al igual que los trazos de perforación que muestran en todo el texto, ya que en el campo se presentan muchas condiciones diferentes. El operador encargado del trabajo podrá aplicar el que le parezca conveniente o diseñar uno propio que se adapte mejor a sus necesidades.
ESQUEMAS DE CARGA DE TALADRO – CASOS PARTICULARES (Arranque con cordón detonante, detonador eléctrico o no eléctrico)
Examon Taco Gelatina Especial o Semexsa 80 Detonador
Taladros largos en abanico
Desplome
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CAPITULO 7 Carguío en subterráneo El carguío mecanizado de ANFO, Examon y otros nitrocarbonitratos granulares en subterráneo, está ampliamente difundido mediante cargadores neumáticos con capacidad desde 20 kg (portátiles) hasta más de 2 toneladas (camiones articulados) basados en la inyección del explosivo al taladro con aire comprimido, regulado mediante una válvula venturi, incluso en los taladros largos sobrecabeza donde el producto se compacta y agarra bien; pero con la emulsión pura (en contadas excepciones) y con el heavy ANFO, hasta el momento es difícil aplicarlo prácticamente, por varios motivos: -
Aún no hay productos adecuados y económicos para cargarlos en taladros de pequeño diámetro (diámetro crítico).
-
Requiere equipos de bombeo resistente, seguro, de dimensiones adecuadas, fáciles de operar y trasladar.
-
No siempre es posible aumentar la malla para su mejor performance, por la limitación de espacio de los frentes de voladura.
-
Si el control de carguío con ANFO es difícil, con las emulsiones es mayor, especialmente por los derrames que se producen.
-
A diferencia del carguío mecanizado en tajos abiertos, donde el volumen de explosivo y la rapidez son grandes, en subterráneo es difícil justificar la inversión en equipos, para cargar cantidades relativamente pequeñas de explosivo, al menos por el momento.
ESQUEMAS DE CARGA DE TALADRO – CASOS PARTICULARES (Arranque con cordón detonante, detonador eléctrico o no eléctrico)
Gelatina Especial
Nivel superior
Cordón detonante
Examon, taco (material inerte), según las condiciones de la roca
Orden de salidas
Taco de 0,3 a 0,9 arena Voladura de cráter en superficie Nivel inferior Carga “esférica” L = 6 x (máximo), con Slurrex L = longitud de carga
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Tapón Voladura de cráteres invertidos en subterráneo, con taladros pasantes
CAPITULO 7 Carguío de emulsiones a granel El uso de heavy ANFO en taladros con agua estática, previo bombeo o no, para drenarlos, constituye una alternativa importante que debe ser tomada en cuenta para la optimación de la voladura. Cabe destacar que una de las más recientes alternativas técnico económicas es el reemplazo parcial o total del ANFO por heavy ANFO de bajo contenido de emulsión (ejemplo: 30% emulsión y 70% ANFO) a granel en taladros secos, lo que permite una expansión de malla de perforación del orden de un 30% y mejora la fragmentación, disminuyendo el costo total de producción, ya que el Heavy ANFO tiene mayor densidad y potencia relativa por volumen que el ANFO. La metodología de carga a granel de emulsiones y agentes de voladura directamente al taladro en bancos de tajo abierto o canteras, tiene como elemento mecánico fundamental al camión cargador, que puede ser desde el modelo más simple y de menor capacidad, como es un mezclador/cargador para preparar y verter ANFO convencional (ANFO blend truck ) o uno que sólo sea bombeador, con su tanque, bomba y manguera (pump truck) para abastecer emulsión pura, hasta los modelos más completos, sofisticados y de gran tonelaje (blend and pump trucks), que cuentan con tolvas de diferentes capacidades para nitrato de amonio, emulsión, aluminio en polvo y tanque de petróleo, con descarga tanto por manguera como por brazo sinfín, capaces de dosificar mezclas en diferentes opciones de: -
ANFO convencional.
-
ANFO aluminizado.
-
Emulsión/ANFO (heavy ANFO) en proporciones que pueden ir de 0 a 100 o viceversa.
-
Heavy ANFO aluminizado.
-
Emulsión pura.
Los mecanismos que emplean los camiones para la mezcla de componentes y transportes del producto final al taladro son de diversos tipos, según el caso, por lo general tornillos sinfín (augers) que pueden tener disposición horizontal, inclinada o vertical, bombas de engranajes, de vanes, de diafragma, de cavitación progresiva y otras, conectados mediante sistemas reguladores y dosificadores controlados por el operador en el mismo camión, quien regula y dosifica la mezclas mediante
cuenta revoluciones, de acuerdo a la mayor necesidad de potencia que requieran los taladros en roca dura, o a la presencia de agua en los mismos, produciendo relaciones variables de emulsión-ANFO. Ejemplo: 10-90, 20-80, 60-40, 8020.La descarga final se efectúa según las características físicas del producto, sea bombeado con manguera hasta el fondo del taladro o vertido por la boca mediante brazos con tornillo sinfín, que pueden tener diferente ubicación para: -
Descarga posterior con brazo a nivel (acción de abanico).
-
Descarga posterior con brazo sobrecabeza.
-
Descarga frontal con brazo sobrecabeza
Sistema a seleccionar de acuerdo al método de trabajo prioritario aplicado en la mina y a la distribución de los taladros. Para los anegados: -
Descarga por bombeo, con manguera.
-
Descarga por brazo sinfín y bombeo.
Como referencia, vale la pena mencionar los dos siguientes aspectos resultantes de la experiencia de aplicación de emulsiones en voladura: -
Se considera que una emulsión requiere ser sensibilizada cuando se va a emplear pura, o cuando se quiera preparar heavy ANFO que contenga más de 50% de emulsión.
-
La mezcla con menos de 50% de emulsión puede no requerir emulsión sensibilizada si el disparo se va a realizar inmediatamente después de efectuada la mezcla y hecho el carguío en los taladros.
La resistencia al agua de un heavy ANFO puede considerarse excelente en mezclas que contienen un 60% o más de emulsión.Actualmente EXSA S.A. fabrica los siguientes productos para los siguientes trabajos: -
A granel, para carguío mecanizado: Slurrex-MA, Slurrex- EG .
-
Encartuchadas o embolsadas, en diámetros medianos a grandes, para carguío manual, como alternativa para las minas que no disponen de camión mezclador-cargador, o para taladros difíciles de alcanzar con el camión, también para cargar taladros sumamente fisurados y anegados: Slurrex-E, Slurrex-AP
EJEMPLOS DE CARGA CON PRODUCTO A GRANEL Manguera
Slurrex-AP Cebo iniciador 1.
Carga con sistema sinfín en taladro seco.
2.
Desplazamiento de la columna de Agua
Agua Slurrex-AP
Carga con sistema sinfín en taladro con agua.
Cebo 3.
Slurrex-AP o emulsión
Carga por bombeo al fondo, en taladro con agua 95
CAPITULO 7
ALTERNATIVAS DE CARGA EN TALADROS DE GRAN DIAMETRO Con Examon:
Superficie Taco inerte
Taco Examon Cebos con retardo
Taco
Examon Examon Taco Cebo (booster) iniciador
Slurrex-AP o Examon
Pentolita o Primagel
2. Cargas espaciadas (decks) para roca irregular, difícil de fracturar.
1. Carga normal para terreno suave, seco.
ALTERNATIVAS DE CARGA EN TALADROS DE GRAN DIAMETRO Con agetes de voladura slurry y emulsión: Es uemas de car a de taladros
Taco inerte
Taco
Taco
Taco Slurrex-AP Cebo 3
Slurrex-AP
Slurrex-AP Slurrex-AP
Slurrex-AP Cebo iniciador 2.
Carga reforzada para terreno duro seco.
1.
Slurrex-AP 60
Cebo 2
Slurrex 60, 80 ó Slurrex-EG
Taco Cebo 1
Cebo
Carga parcial para taladros con a ua.
Slurrex-AP 3.
Carga total para taladros inundado.
4.
Carga espaciada para taladros inundados.
Nota: La ubicación del primer en los taladros de voladura es normalmente al fondo de la sobreperforación, pero en algunas minas lo elevan hasta la altura del nivel del piso del banco (como en las figuras anteriores), para mejorar la rotura a ese nivel y evitar la formación de “lomos”. La ubicación ideal en cada mina se determina usualmente por pruebas de campo.
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CAPITULO 7
MODELOS DE CAMIONES CARGADORES DE EXPLOSIVO A GRANEL PARA TALADROS DE MEDIANO A GRAN DIAMETRO Camión mezclador convencional para ANFO:
Sinfín para el ANFO Tolva para el nitrato de amonio oroso
Tolva para el aluminio
Sinfín para el aluminio Sinfín central para el nitrato Inyectores de petróleo
Bomba de petróleo
Controles de mezcla descarga al taladro
Camión mezclador múltiple: -
Para ANFO.
-
Heavy ANFO.
-
Sinfín para el ANFO o Heavy ANFO
Tolva para nitrato de amonio poroso
Fuel Oil #2
Tolva para emulsión matriz (Slurrex-MA)
Aparejo para la manguera Tolva para aluminio en polvo
Descarga de ANFO o Heavy ANFO
Controles de mezcla y descarga dosificada al taladro
Descarga directa de la emulsión sensibilizada
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CAPITULO 7
ESQUEMA DE ABASTECIMIENTO DE EMULSION A GRANEL EN MINAS A TAJO ABIERTO
1. Emulsión base despachada de fábrica con camión cisterna. Descarga por bomba a tolva elevada o por gravedad a tolva a nivel.
2. Tolva de emulsión en la mina. Capacidad de aprox. 40 TM con descarga al camión mezclador por gravedad.
3. Camión mezclador-cargador de explosivos.
4. Tolva de nitrato de amonio en prills, con descarga por tornillo helicoidal, por faja transportadora o por gravedad. 5. Alimentación del nitrato de amonio al camión.
6. Alimentación de petróleo diesel N° 2.
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7. Camión cargador rumbo a la zona de carguío en mina.
8. Camión en la zona de carguío, mezcla el nitrato de amonio con el petróleo en el helicoide para producir ANFO. Luego a este ANFO lo mezcla proporcionalmente con emulsión para entregar heavy ANFO, según requerimiento del terreno.