UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA VOLADURA DE ROCAS
ASIGNACION N° 1
CONTENIDO • • • • • •
OBJETIVOS INTRODUCCION EMULSIONES GASIFICADAS GASIFICACION QUIMICA APLICACIÓN CONCLUCIONES, RECOMENDACIONES Y BIBLIOGRAFIA
INTRODUCCIÓN Han pasado 149 años desde que Alfred Nobel inventó la dinamita, a la que llamó Polvo de Seguridad para Explotar en 1865. Desde entonces, el campo de los explosivos se benefició de muchos cambios que han ido de la mano con el desarrollo científico.
INTRODUCCIÓN • Un Avance significativo en la minería masiva, en cuanto a explosivos, ocurrió durante la década de 1970 en la forma de emulsiones. • El principio de la emulsión consiste en un concentrado de solución de nitrato de amonio en agua, dispersado en forma y tamaño de micras de gotitas, en un aceite combustible y sensibilizada por pequeñas burbujas de gas o micro-esferas de vidrio.
DATOS HISTORICOS • 1947: Desastre en Texas. • 1956: Slurry (Dr. Melvin A. Cook)
• 1965: Gasificación para el control de densidad • 1969: Emulsiones y mezclas Anfo • 1993: Creación del Explosivo de Emulsión Gasificada por los investigadores Mark Owen Delagey y Hermanus Joachim de Klerk.
• 1999: DYNO NOVEL INC. Explosivo en Emulsión con Gas. • 2002: AN/CO Ph.D. Carlos Agreda Turriate.
• 2008: Tyler Dave Alfred y Taylor Michael William patentaron en Sudáfrica la emulsión explosiva (describen el proceso de gasificación) • 2009: Primeras publicaciones acerca del uso de emulsiones gasificadas en Perú (pruebas).
EMULSIONES GASIFICADAS • Tiene casi las mismas características conocidas de las emulsiones convencionales con la diferencia que su sensibilización se realiza mediante gasificación. • EMULSIONES: Sistema que contiene dos fases líquidas naturalmente inmiscibles entre sí, una de las cuales se dispersa como pequeñas gotas (fase discontinua) dentro de la otra (fase continua).
COMPOSICIÓN • SOLUCIÓN OXIDANTE Constituida por sales inorgánicas nitrosas, esta solución es una solución acuosa concentrada.
• COMBUSTIBLE De origen orgánico tales como los derivados del petróleo, el combustible es la fase continua.
• EMULSIFICANTE El ingrediente necesario para estabilizar a la fase continua con la fase dispersa. Es una mezcla soluble en aceite que forma una película alrededor de cada gota que sirve para evitar la coalescencia.
• SENSIBILIZADOR Por la naturaleza aerófobica de las emulsiones, se hace necesario emplear micro burbujas de aire en micro esferas de vidrio, como regulador de la densidad y para que de la sensibilidad al iniciador
Fase discontinua Agua Sal inorganica Vacios
Fase continua *Sensibilizador Combustible Emulsificador*
10-22% 65-85% 1-2%
0.4-4% 3.5-8% 0.8-1.2%
EMULSIONES GASIFICABLES • Son MEC formadas por una emulsión matriz gasificable que, al mezclarse con el sensibilizador, forma burbujas de nitrógeno, cuyo tamaño y distribución determinan la velocidad de detonación.
Características de las emulsiones
gasificadas • Es resistente al agua. • En la emulsión la reacción química es muy rápida. • El control de la viscosidad de fabricación permite mayor estabilidad y mayor duración. • Las emulsiones no son explosivas en si sino que para funcionar como explosivos deben sensibilizarse • Las emulsiones destinadas a productos encartuchados tienen celdas más finas que las emulsiones de uso a granel y por lo tanto viscosidades también mucho más altas y por ende ,una estabilidad más alta.
COMPOSICION • Un explosivo de emulsión gasificada caracterizado por estar compuesto fundamentalmente de: nitrato de calcio de 0-35%, anhídrido poliso butileno succinico (pibsa) de 0,1-2,0%; mono oleato de sorbitan (smo) de 0,0-2,0%, ester de fosfato de 0,1-2,0%, aceite (o aceite de cera) de 2,5-20,0%; agua de 1,0-24,0%, reactivo gasificador de 0,4-5,0% y el resto nitrato de amonio expresado como porcentajes en peso de la composicion, en la cual el ph esta entre 2,0-6,5
GASIFICACION • Mediante esta reacción química se generan • burbujas de nitrógeno que bajan la densidad un nivel tal que el emulsión se sensibiliza convirtiéndose en explosivo. • La sensibilidad y la velocidad de detonación quedan determinadas por el tamaño y la distribución de las burbujas. • El control de la gasificación se efectúa mediante un PLC (Programable Logic Controller).
SISTEMA DE GASIFICACION IN-SITU • 1. Un depósito (tolva) de emulsión matriz gasificable. • 2. Un depósito (tanque) de solución sensibilizante. • 3. Un depósito (tanque) de agua. • 4. Una bomba para emulsión. • 5. Mangueras de alta presión. • 6. Mezclador Estático (ME).
UNIDAD DE BOMBEO UBT
PANEL DE CONTROL
MEZCLADOR ESTATICO (ME)
• ELEMENTOS MEZCLADORES
PROPIEDADES
CONTROLES DURANTE EL CARGUIO DE EMULSION GASIFICADA • CONTROL DE LA DENSIDAD • CONTROL DE LA TEMPERATURA
• CONTROL DEL TACO
REGLAS DE DEDO DURANTE EL CARGUIO • Primera Regla: “Observar el color y textura de la emulsión gasificada y comparar con el aspecto ideal para una densidad dada” • Segunda Regla: “Si se va ha cargar con una emulsión caliente por encima de los 36° C, sin duda afectara a la densidad requerida, para tal caso se debe disminuir el porcentaje de sensibilizante para que la reacción no se tan rápida” • Tercera Regla: “A mayor porcentaje de sensibilizante se tiene menor densidad de la emulsión y a menor porcentaje mayor densidad ” Usando en combinación estas 3 reglas practicas nos ayudaran a fijar y mantener constante la densidad requerida durante todo el proceso de carguio.
RESISTENCIA DE LA EMULSION GASIFICADA • RESISTENCIA AL AGUA
• RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CONFINAMIENTO
• RESISTENCIA AL FUEGO
• RESISTENCIA AL IMPACTO
• RESISTENCIA AL FRIO
ETIQUETADO
GASIFICACIÓN QUÍMICA • Generación de un gas inerte (nitrógeno) a partir de una reacción química controlada. • Reacciones Químicas: aNH4NO3 + bCH2 + cH2O + dC18H34O2 + e NaNO2 fCO2 + g H2O + h N2 + j Na2O
• Cuesta menos que adicionar micro esferas de vidrio y tienen mayor resistencia al agua que las emulsiones que adicionan prills de Na.
Reacciones Químicas • PROCESO DE LIBERACIÓN GAS NITRÓGENO NO2- + NH4+ → N2 ↑ + 2H2O NO2- + H+ → HNO2
ECUACION DE LA REACCION DEL NITRATO DE AMONIO CON EL PETROLEO
3NH4NO3 + CH2 → CO2 + 7H2O + N2 FORMULA QUIMICA
ENTALPIAS DE FORMACION
NH4NO3
-366.1 KJ/mol
CH2
390.46 KJ/mol
CO2
-393.52 KJ/mol
H2O
-285.54 KJ/mol
N2
0 KJ/mol
Encontraremos la entalpia de formación ∆𝐻 = −168.46 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙
ECUACIÓN DEL NITRITO CON EL AMONIO
NO2- + NH4+ → N2 + 2H2O FORMULA QUIMICA
ENTALPIAS DE FORMACION
NO2-
-106 KJ/mol
NH4+
-138.8 KJ/mol
N2
0 KJ/mol
H2O
-285.54 KJ/mol
Encontraremos la entalpia de formación ∆𝐻 = −326.28 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙
ECUACION DEL SUSTITUYENTE HIDRURO DE CALCIO CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 +2H2 ↑
FORMULA QUIMICA
ENTALPIAS DE FORMACION
CaH2
186 KJ/mol
H2O
-285.54 KJ/mol
Ca(OH)2
-986.6 KJ/mol
H2
0 KJ/mol
Encontraremos la entalpia de formación ∆H=-787.52 KJ/mol
ECUACION DEL SUSTITUYENTE HIDRURO DE SODIO NaH + H2O → Na(OH) + H2 ↑ FORMULA QUIMICA
ENTALPIAS DE FORMACION
NaH
-57.3 KJ/mol
H2O
-285.54 KJ/mol
Na(OH)
-426.7 KJ/mol
H2
0 KJ/mol
Encontraremos la entalpia de formación ∆𝐻 = −83.86 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE USAR EMULSION GASIFICADA VENTAJAS
DESVENTAJAS
SEGURIDAD • Reducción del volumen de explosivos almacenados en el lugar. Sólo iniciadores y detonadores. • Se obtienen una menor proyección de rocas (fly rocks) que suelen constituir un factor de riesgo para personas y equipos con el uso de la emulsión gasificada.
• Periodo de almacenamiento (3 meses)
• Temperatura de gasificación bajo 35°C (hasta –10°C) • Las burbujas grandes tienden a salir de la emulsión, lo que provoca con el tiempo una disminución de la sensibilidad.
VENTAJAS Y DESVENMTAJAS DE USAR EMULSION GASIFICADA VENTAJAS TRANSPORTE: •
Es manejado y transportado como material normal. Antes de su gasificación se transporta, almacena y transfiere una emulsión inerte de alta estabilidad sin riesgo de explosión.
EFICIENCIAS DE MANO DE OBRA : •
Se reduce el personal encargado de las operaciones de Perforación y Voladura.
DESVENTAJAS • Para obtener la Emulsión Gasificada in situ, se deben modificar los tradicionales camiones - fábrica de ANFO pesado, acoplándoles un sistema de gasificación, cuyo elemento principal es el Mezclador Estático (ME), que es el reactor dentro del cual la emulsión matriz y la solución sensibilizante entran en contacto y son uniformemente mezclados.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE USAR EMULSION GASIFICADA VENTAJAS GENERACIÓN DE GASES •
Las emanaciones gaseosas es menor (gases nitrosos contaminantes del aire) producto de la combustión incompleta o desbalanceada en oxígeno de las mezclas explosivas (HANFO)
COSTOS • Mejores Costos Globales con el uso de la emulsión gasificada. • Aumento de avance por voladura • Menor tiempo en evacuación de gases • Granulometría menor y homogénea
DESVENTAJAS • La calibración del equipo debe hacerse después de cada turno debido a que, puede existir una descompensación en la cantidad del sensibilizador gasificado. • El tamaño de las burbujas depende de la velocidad de la reacción. A menor velocidad se obtienen burbujas más finas y viceversa.
APLICACIÓN EN MINA COMARSA
PROBLEMA GENERAL •
¿Al hacer uso de las emulsiones gasificantes (SAN-G), qué mejoras se puede alcanzar en el rendimiento de la carga explosiva Compañía Minera Aurífera Santa Rosa - COMARSA?
PROBLEMAS ESPECIFICOS • ¿Cuál es la innovación tecnológica que se aplica cuando se usa las emulsiones gasificantes para obtener un mejor rendimiento de la carga explosiva, al realizar la voladura? • ¿Al hacer uso de las emulsiones gasificantes en la columna explosiva podemos mejorar la productividad y reducir los costos? • ¿Cuándo se emplea las emulsiones gasificantes en la columna explosiva, qué beneficios en la seguridad y el medio ambiente se podrá obtener?
OBJETIVO GENERAL • Determinar que mejoras se puede alcanzar en el rendimiento de la carga explosiva en la Compañía Minera Aurífera Santa Rosa-COMARSA, al hacer uso de las emulsiones gasificantes.
OBJETIVO ESPECIFICOS Conocer el procedimiento tecnológico que se realiza cuando se usa las emulsiones gasificantes. Determinar las mejoras de la productividad y reducir los costos, al hacer uso de las emulsiones gasificantes.
Determinar los beneficios en la seguridad y el medio ambiente que podrá obtenerse al hacer uso de las emulsiones gasificantes
RESUMEN •
El Asiento Minero Santa Rosa, se encuentra ubicado en el paraje del Cerro Pampa Larco, a una altura de 3500 m.s.n.m. en el distrito de Angasmarca, provincia de Santiago de Chuco, región de La Libertad.
• •
Las operaciones se realizan por el método de minado a tajo abierto. Se observó la ventajosa aplicación de EMULSIONES GASIFICADAS reemplazando al explosivo utilizado la cual era HEAVY ANFO 40/60. La emulsión que se fabrica en planta, transportada a mina, almacenada en Silos, trasvasada a los camiones fábrica y finalmente bombeada a los taladros es sólo
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una solución oxidante no explosiva
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CARACTERIZACION DEL MACIZO ROCOSO
PARAMETROS DE DISEÑO
SECUENCIA Y TIEMPO DE SALIDA
TRABAJO EN CAMPO •
Se prima igual que con Heavy AN/FO, pero el carguío es deacuerdo a la cantidad de carga programada y no está en función de la longitud del taco.
CONTROL DEL TACO FINAL
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Se ha comprobado que el tapado con detritus de la perforación no tiene ninguna influencia negativa, sin embargo puede mejorarse mediante el uso de retenedores de energía.
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En la pantalla PLC se programa el porcentaje de N-20 y la cantidad de carga que hay que entregar a cada taladro, deacuerdo al plan de voladura. La pantalla PLC controla los siguientes procesos: Emulsión matriz (kg) Solución N-20 (kg) Producto (kg) Agua (kg) Cantidad entregada (kg)
DISEÑO DE PERFORACION Y VOLADURA
DISEÑO DE CARGA USANDO HEAVY AN/FO 40/60
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Para una roca tipo R3 se emplean 160 Kg. AN/FO PESADO
DISEÑO DE CARGA USANDO EMULSION GASIFICADA
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Para una roca tipo R3 se emplean 126 Kg. De Emulsión Gasificada
SIMULACION DEL ESPONJAMIENTO
•
Después de colocar el explosivo, la columna explosiva crece 90 cm. Es decir un 17.6 %
COMPARACION EN LA ETAPA DE DISEÑO
• Se espera reducir el factor de carga un 22%
ESTIMACION DE COSTOS DE VOLADURA •
Se estima reducir el costo por taladro en un 20% y el costo unitario en un 16.6%.
ANALISIS DE FRAGMENTACIO Del análisis se deduce que: • El 90% de la pila de escombros pasa por una malla de 7”• Que el 8.8% está entre 7” y 10”. • Y que solo el 1.6% está entre 10” y 19”.
EFECTOS SOBRE EL COSTO DE VOLADURA
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Hay una reducción de 18.5% en el costo unitario, debido únicamente a la sustitución masiva del ANFO pesado por la Emulsión Gasificada.
CONSUMO ESPECÍFICO
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Hay una reducción en el factor de carga de 17%, debido únicamente a la sustitución masiva del ANFO pesado por la Emulsión Gasificada.
CONCLUSIONES • En cuanto a la fragmentación, usando EG se tiene una granulometría igual o mejor que con el tradicional ANFO pesado, para el caso de mina Comarsa,usando EG se obtiene un P90 < 4.9” mientras que con AP se venia obteniendo P80< 5”. Lo cual significa una mejora en el 10% de la pila de fragmentada. . • Los costos de voladura se han reducido en un 18.5%, lo cual esta directamente relacionado con la reducción del consumo especifico que se ha dado en un 17%. La eyección usando EG es de 25m, mucho menor a 60 m del AP hay una reducción del 58%, lo cual sugiere un mejor aprovechamiento de la energía y 2. menor riesgo de flyrock. • Aunque el termino EmulsiónGasificada, pudiera sugerir para algunos la producción 3. de gases tóxicos, se ha demostrado que no se producen gases tóxicos de detonación. 4.
CONCLUSIONES • En cuanto a vibraciones, para una misma carga operante e iguales condiciones del macizo rocoso, se espera tener un mayor nivel de vibración, según la proyección de la curva de atenuación este aumento seria del orden 5-8 mm/s mas que lo obtenido con AP. 5. • La ventajas adicionales de la EmulsiónGasificada en cuanto a seguridad y cuidado del medioambiente que son evidentes desde su primer uso se vienen documentando y cuantificando, de tal forma que muchos especialistas sugieren que la EG será un futuro cercano el agente de 6. voladura estándar en las operaciones a cielo abierto.
RECOMENDACIONES • Tiempo de almacenamiento recomendado es 6 meses. • No se transporta con accesorios de voladura. • Si bien los detritus que se usan para el taco no afectan demasiado en la performance del explosivo, tratar de evitarlo. • Se recomienda esperar alrededor de 20 minutos para que se produzca todo el esponjamiento y se pueda colocar el taco necesario.
BIBLIOGRAFIA • • • • • • • • • • • • • • •
Escuela de Postgrado – UPC, Nelson Anchayhua S. http://spanish.rioaltomining.com/ La Arena Project, Peru Technical Report Prepared by Coffey Mining Manual Practico de Voladura EXSA 4ta Edición. The science of Industrial Explosives Dr. Melvin A. Cook. Introducción a la Tecnología de Explosivos Dr. Carlos Agreda Turriate. Open Pit Blast Design Analysis and Optimization Julius Kruttschnitt Queensland Australia Blasters’ Handbook 2011 www.famesa.com.pe SME Mining Engineering Handbook, Third Edition SASOL ANAEX DYNO NOBEL ROCK BLASTING EXPLOSIVES SYSTEM PERUMIN(2011)
