Estándares Para El Diseño de La Voladura

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ASIGNATURA ASIGNATURA DE TRONADURA

Cuarto Civil de Minas

ESTÁNDARES PARA PARA EL DISEÑO DE LA VOLADURA  RIC!ARD AS! " Actualmente no es bien entendido qué es lo que pasa durante la voladura. Probablemente la cosa más importante a la persona promedio es conocer cómo los efectos de la voladura pueden ser controlados para adecuarlas a los requerimientos de sus operaciones. En este sentido hay disponible cinco estándares estándares básicos con los cuales podemos evaluar una voladura voladura., ., todos todos los cuales son parámetros sin dimensiones. Ellos pueden ser aplicados tanto a la minería de cielo abierto como subterránea. Por simplicidad, sin embargo, su uso será discutido como aplicado a cielo abierto. os estándares son definidos cómo sigue ! "er #igura $.% $. &a'ón (ur (urden ) * ( +  es la ra'ón ra'ón de la distan distancia cia del del burden burden e-pre e-presad sado o en pies al diámetro del e-plosivo en en pulgadas, pulgadas, igual a * (  De

en pulgadas,

$/

B De

.) E-presando ( en metros y

B

K B

=

0.0/12 De

B

,

=

K B De 0.0/12

+

/. &a'ó &a'ón n Prof Profun undi dida dad d del del hoy hoyo ) * 3 +  es la ra'ón de la profundidad del hoyo al burden, ambos medidos en pies, o * 3 

H B

4

H

=

K H B

5. &a'ó &a'ón n Pasa Pasadu dura ra ) * 6 + %% es la ra'ón de la pasadura pasadura usada al burden, ambos e-presados en pies, o * 6 

J

4

B

J

=

K J B

2. &a'ón 7a 7aco ) * 7 +  es la ra'ón de la altura altura del taco taco , o distancia distancia del collar collar al burden, burden, ambas medidas medidas en pies, o * 7 

T B

4

T

=

K T B

1. &a'ó &a'ón n Esp Espac acia iami mien ento to ) * 8 + %% es la ra'ón del espaciamiento espaciamiento al burden, ambos medidos medidos en pies, o * 8 

S B

4

S

=

K S B

RA#$N %URDEN El factor más crítico e importante en voladura es el (urden. 3ay dos requerimientos para definirlo propiamente. Para cubrir todas todas las condiciones 4 el burden debiera ser considerado considerado como la distancia distancia de una carga medida perpendicularmente a la cara libre más cercana y en la dirección en la cual el despla'amiento ocurrirá. 8u valor actual dependerá de una combinación de variables, incluyendo la cara caract cter erís ísti tica ca de la roca roca , el e-pl e-plos osiv ivo o usad usado, o, etc. etc. Pero Pero cuan cuando do la roca roca es comp comple leta tame ment ntee fragmentada, pero se ha despla'ado poco o nada, uno podría asumir que el valor crítico ha sido apro-imado. 9sualmente, una cantidad levemente menor que el valor crítico es preferido en la mayoría de los disparadores.

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ASIGNATURA DE TRONADURA


TABLA 1. Razones estándares de voladura para hoyos verticales ( Todo tipo de voladura de superficie, 2 tipos diferentes de rocas, profundidad de los hoyos de ! a 2" ft, y diá#etros de hoyo de 1 !$%& a 1 !$%& para todos los 'rados de eplosivos ) Todas las operaciones, ecepto el strippin' de #inas de car*+n Grupo 10-13 14-17 18-21 22-25 26-29 30-33 34-37 38-41 42-45 46-49 50-53

B Frecuencia 0 5 13 51 74 66 44 20 7 4 0

Total

284

:edia :odo :ediana

50 5< /?

 Grupo Frecuencia 0.0-0.9 0 1.0-1.9 43 2.0-2.9 70 3.0-3.9 56 4.0-4.9 45 5.0-5.9 22 6.0-6.9 22 7.0-7.9 11 8.0-8.9 4 9.0-9.9 2 10.0-10.9 8 11.0-11.9 0 12.0-12.9 1

Total :edia :odo :ediana

Grupo

 Frecuencia

0.00-0.09 0.10-0.19 0.20-0.29 0.30-0.39 0.40-0.49 0.50-0.59 0.60-0.69 0.70-0.79 0.80-0.89

284

Total

2.0 /.> 5.2

:edia :odo :ediana

15 18 27 26 25 2 6 2 0

125 0./< 0./2 0./=

T Grupo Frecuencia 0.10-0.19 0 0.20-0.29 6 0.30-0.39 12 0.40-0.49 18 0.50-0.59 18 0.60-0.69 25 0.70-0.79 19 0.80-0.89 13 0.90-0.99 6 1.00-1.09 14 1.10-1.19 7 1.20-1.29 7 1.30-1.39 3 1.40-1.49 2 1.50-1.59 2 Total 2 152 :edia :odo :ediana

0.=2 0.>1 0.>=

3ay muchas fórmulas que proveen valores apro-imados del burden, pero la mayoría requieren cálculos engorrosos y comple@os al hombre promedio en el terreno. :uchos también requieren del conocimiento de las varias cualidades de la roca y los e-plosivos, tales como la

resistencia a la tensión y presión de detonación, etc. omo una regla , la información necesaria no está realmente disponible ni es entendida. a e-periencia muestra que cuando * (  50 , el disparador puede usualmente esperar resultados satisfactorios para condiciones de campo promedio ) 7abla $ +. Así, para el diámetro de e-plosivo de 5B , un burden de =,1 ft ) 50-5;$/ + podría ser una ra'onable apro-imación. Para lograr un despla'amiento más grande , el valor de * ( podría ser reducido ba@o 50, y los resultados esperados serían de una granulometría más fina.

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5



Para e-plosivos de ba@a densidad, tales como las me'clas de AC#D, necesariamente requiere el uso de un * ( mucho más ba@o ) /0 a /1 +, mientras que los e-plosivos densos, tales como los slurries y gelatinas, permiten el uso de un * ( cerca de 204 el valor final seleccionado debiera ser el resultado de a@ustes hechos para adecuarlo no solamente a los tipos de roca, e-plosivos y densidades, sino también al grado de fragmentación y despla'amiento deseado. Para estimar el valor deseado de * ( , uno debiera conocer que las densidades para los e-plosivos son raramente más grandes que $.> o menor que 0.< gr;cc. 7ambién, para la mayoría de las rocas que requieren voladura , la densidad en gr;cc raramente e-cede de 5./ ni es menor que /./, con /.= le@os el valor más comn ) $>11 lb;cu.ft + . Así, la primera apro-imación del burden empie'a por tomar un valor entre /0 y 50 para * (, ahora el detonador puede hacer algunos a@ustes hacia /0 ) o 20 + para adecuarlo a la roca y a las características del e-plosivo, cualidades que e@ercerán una gran influencia. Así, para e-plosivos livianos en roca densa, usar * (  /0 4 para un e-plosivo denso en roca liviana, usar * (  204 para e-plosivos livianos en una roca promedio, usar * (  /14 para un e-plosivo pesado en roca promedio, usar * (  51, etc. a #igura / ilustra las relaciones entre los burdens y el diámetro del e-plosivo, y puede ser usado para hacer apro-imaciones rápidas. Febiera de ser observado, sin embargo, que el burden para diámetros pequeGos debieran ser más cuidadosamente seleccionados que para los diámetros mayores, confirmado por las e-periencias de campo.

RA#$N PRO&UNDIDAD DEL !O'O omo una regla, la perforación nunca debiera ser perforado a una profundidad menor que la dimensión del burden, esto si se quiere evitar el sobre quebrantamiento y el efecto de cráter. El burden y la ra'ón * 3 tiene una influencia importante sobre la profundidad mínima requerida, por eso que la forma y dirección de la onda determina donde y cuál es la cara estresada primero. En la práctica, los hoyos son generalmente perforados de $ H a 2 veces el burden.4 y la voladura es hecha frecuentemente con un * 3 de /.>. 9no podría entonces suponer que cuando usamos un diámetro de 5B de e-plosivo de densidad promedio, en una roca normal con un burden de =H ft., profundidad de hoyos de $0 ft a 50 ft podría normalmente dar resultados satisfactorios. A medida que la profundidad aumenta sobre 50, problemas de despla'amiento podría resultar, de@ando I patas I ) tro'o de roca que queda intacto en el piso del banco después de la voladura + debido a la falla de despla'ar el alto total de la columna. a perforación inclinada ayudará a solucionar esta dificultad. Pero una profundidad de hoyo menor que el burden , por e@emplo
RA#$N PASADURA a ra'ón primaria para perforar los hoyos ba@o el nivel del piso es asegurar que la cara completa sea removida. Pisos irregulares causados por montículos o patas, generalmente generan problemas para la pró-ima voladura, así como en las operaciones. Para la mayoría de las condiciones, la pasadura requerida )6+ nunca debiera de ser menor que 0./ veces el burden, un *@ de mínimo de 0.5 es preferido para bancos masivos. ) 7abla $ + a cantidad de pasadura necesaria, lógicamente depende de sus características estructurales y densidad de la roca, pero en la dirección de los hoyos, los hoyos inclinados requieren menos pasadura y los hoyos hori'ontales no. (a@o ciertas condiciones, la pasadura no es requerida , como podría ser el caso del stripping de muchas minas de carbón, o rocas de canteras que tienen una

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división importante en el piso del nivel. 8in embargo, la pasadura para rocas relativamente masivas, se requiere de un mínimo 0.5 veces el burden ba@o el piso para asegurar el alto total del banco. Para un e-plosivo de 5B de diámetro y un burden de = H ft , el hoyo debiera ser perforado a mínimo / H ft ba@o el nivel del piso.

RA#$N DE TACO() ollar y taco son a veces usados para e-presar la misma cosa. 8in embargo el taco se refiere al llenado del barreno en la región del collar con detritus de la perforación para confinar los gases e-plosivos. Pero, collar es la parte no cargada del barreno, y hace otras funciones además de la confinación de los gases. Puesto que la onda energética via@a mucho más rápido en la roca sólida que en el material no%consolidado, los esfuer'os ocurrirán mucho más temprano en el material sólido que en el compactado del material del taco . 8i la cantidad de collar es ) 7 + , y si no se usa taco, esta situación determina el balance de esfuer'os en esa región. El uso de material de detritus en el taco ayuda al confinamiento de los gases, provocando una acción de retardo que podría ser de suficiente largo en el tiempo, para permitir la reali'ación del traba@o necesario, antes que ocurra el movimiento de la roca y la eyección del taco. Para el balance del esfuer'o en bancos de material masivo, el valor de 7 debiera de ser igual al burden (. 9sualmente un valor de * 7 menor que $ en una roca sólida causará algn efecto de cráter, con quebradura y posible violencia, particularmente para el primado de la carga en el collar. 8in embargo, si hay discontinuidades estructurales en la región del collar, ondas de energía de refracción y refle-ión reduce los efectos en la dirección del largo de la carga. Así, el valor de * 7 puede ser reducido ba@o tales circunstancias, la cantidad depende del grado de reducción de energía en las interfases estructurales. E-periencias de terreno muestran que para un valor de * 7  0.= ,es ra'onable la apro-imación para el control de la voladura aérea y el balance de esfuer'os en la región del collar. ) 7abla $ +. Así, para un diámetro de e-plosivo de 5B, usando un burden de =.1 ft , 1 a > ft de collar es generalmente satisfactorio.

RA#$N DE ESPACIAMIENTO E-plosivos comerciales usualmente requieren el uso de barrenos mltiples, haciendo necesario para el e-plosivista conocer si hay o no hay efectos mutuos entre las cargas. 8i cargas adyacentes son iniciadas separadamente ) en secuencia + , con un intervalo de tiempo de retardo suficientemente largo, para permitir que cada carga complete su acción , no habrá interacción entre sus ondas de energía .#igura 5)a$+. 8in embargo, si el intervalo de tiempo para iniciar las cargas ad@untas es reducido, efectos comple@os resultan. 3abrá refor'amiento o cancelamiento de esfuer'os, dependiendo de las magnitudes de las fuer'as y direcciones en el punto de interferencia. Para cargas iniciadas simultáneamente, o a un intervalo e-tremadamente corto, la acción de refor'amiento aumenta con ángulos más grandes de las fuer'as de colisión. Esta acción produce efectos más grandes de las fuer'as de vibración.#igura 5)a/+. 8in embargo, como fue descrito anteriormente, los niveles de energía de los esfuer'os en la roca son reducidos por el efecto de ventilador, a medida que la distancia aumenta desde el origen de la energía. a acción de refor'amiento mutuo tiende parcialmente a minimi'ar la reducción de la energía debido a las reducciones de los efectos de ventilador, permitiendo así espaciamientos más grandes entre barrenos iniciados simultáneamente, que cuando son retardados. a manera en la cual la roca entre hoyos es quebrada, depende no solamente del particular sistema de iniciación%tiempo usado, sino también del espaciamiento. El balance de energía ideal

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entre cargas se produce usualmente cuando el espaciamiento es cercano al doble del burden ) * 8  / + cuando las cargas son iniciadas simultáneamente. #igura 5)a/+. Para retardos de intervalo largo, el espaciamiento se apro-ima al burden, o )*s  $ +. Para retardos de corto intervalo, el * 8 variará de $ a / , dependiendo del intervalo usado. 8in embargo, ya que los planos estructurales de debilidad tales como las diaclasas, etc., no están perpendiculares unas a otras, el e-acto valor para * 8 normalmente variará de $./ a $.< , el valor preferido debe adecuarse a las condiciones locales. as mayores dificultades que resultan de las voladuras pueden ser atribuidas al uso de una inadecuada relación de * 8. Por e@emplo, de la figura 5)b$+ , que ilustra la posición de las ondas compresivas, uno puede ver que cuando el fracturamiento empie'a para una iniciación simultánea, aumentando el espaciamiento ) * 8 más grande que / +, siempre lleva a la formación de cráteres hori'ontales. a acción siempre de@a en el piso del nivel montículos o patas entre los tiros. 9n espaciamiento demasiado cerca , por otro lado, causa un corte prematuro entre los tiros. #igura 5)b/+. Esta condición produce roca finamente quebrada entre los tiros, asegurando que todo el e-plosivo reaccione, bolones o la@as se forman en la 'ona del burden. orte prematuro y pérdidas de confinamiento promueve cambios de volumen, con la consiguiente caída de presión en la 'ona del tiro, por lo que un agente de tronadura relativamente insensitivo, puede matar la reacción completamente y fallar su iniciación. a acción usualmente también aflo@a el taco tempranamente, y permite liberar los gases hacia fuera, a través del collar. A menos que una acción de corte deliberada es deseada, como en las técnicas de precorte, las cargas debieran ser reducidas y e-plosivos de ba@a sensibilidad es usado4 las voladuras normales e-hiben la formación de cráteres verticales, voladura de rocas violento, quebrantamiento no uniforme, y patas en el piso del nivel. Puede generalmente asumirse que la uniformidad del tamaGo es un resultado directo de la ra'ón * 8. 8i en el disparo de un simple hoyo la roca es satisfactoriamente quebrada y removida limpiamente sin e-cesivo despla'amiento, puede ser asumido que el burden es satisfactorio. Femasiado a menudo los e-plosivistas reducen el burden más que e-tender el espaciamiento, en su deseo de eliminar los bolones o producir una granulometría más uniforme. os principios básicos para la selección del espaciamiento aplicado a una voladura multi% carga, es que todos los hoyos sean perforados paralelos y en la misma dirección relativa uno a otro. a #igura 2 ilustra el patrón de perforación básico para la mayoría de las condiciones de terreno y puede ser resumida como sigue ! ) $ +, para secuencias con retardos en la misma fila , el * 8 debiera estar cerca de $4 ) / +, para iniciación simultánea de los hoyos en la misma fila , el * 8 preferido es cerca de / 4 ) 5 +, para secuencias en la misma fila e iniciación simultánea lateral en filas adyacentes, la voladura entera debiera ser perforada en un arreglo cuadrado en orden de evitar el desbalance de esfuer'os4 y ) 2 +, el arreglo escalonado de perforación es preferido entre filas dentro de las cuales todas las cargas son iniciadas simultáneamente. Febiera de ser observado que el burden actual ) o verdadero + puede ser diferente de ese normalmente considerado para cada condición de voladura, si tomamos en cuenta el hecho de que el burden se mide en la dirección en la cual el despla'amiento ocurre. Por e@emplo, en la #igura $, el burden verdadero para un hoyo inclinado no es la distancia hori'ontal actual, puesto que el estresamiento ocurrirá primero en un punto situado sobre una línea perpendicular a la cara libre del

banco. Así, el burden hori'ontal normalmente considerado puede ser e-tendido inclinando el tiro an cuando el burden verdadero podría ser el mismo discutido previamente. ) * 8  /0 a 20 +. Fe la #igura 5, uno puede ver que el * 8 preferido nunca cambia, indiferente de las condiciones, con un * 8 cerca de $ para voladuras con secuencia, y cerca de / para simultánea. Puesto que el movimiento hacia la cara libre es de 21J para los movimientos secuenciados, cuando los hoyos en filas adyacentes medidas lateralmente son iniciados al mismo tiempo , su burden actual verdadero debe ser considerado como medido lateralmente, puesto que el movimiento

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es perpendicular en esa dirección . Así, para diferentes patrones de perforación, pero usando el mismo valor de * (, el área actual ) o volumen + de roca fracturada no debiera de cambiar. Esto puede ser e-plicado por el e@emplo de un burden de =$;/ ft, para un diámetro de e-plosivo de 5B , donde un esquema cuadrado de $0-$0 ft es deseable para un secuenciamiento en la misma fila4 pero un esquema escalonado de =$;/-$5 ft podría traba@ar igualmente bien, cuando todos los hoyos en la misma fila son quemados @untos. 9n esquema típico de <-$/ ft. es usado en terreno es meramente un esquema promedio entre los esquemas más deseables. 8in embargo, el diseGo no da un quebrantamiento uniforme, particularmente en rocas masivas, no importando cual sistema de tiempo es usado, debido a los esfuer'os no balanceados, resultando sobre quiebre en las esquinas. (a@o ciertas condiciones el radio * 8 controla el despla'amiento tornándose en una venta@a. 8i el timing es correctamente seleccionado para dar un efecto deseado de la voladura, pequeGos a@ustes pueden ser hechos a la ra'ón * 8, tal que el material quebrado se coloque en otra posición distinta a su posición normal. Por e@emplo , para un * 8 de 0.= a 0.? ) donde el espaciamiento llega a ser el burden + el uso de secuenciamiento de tiempo causa que el material quebrado se mueva paralelo a lo largo de la cara del banco y no sobre el piso, como es el efecto a menudo es deseado en el stripping del carbón. Por otro lado, un * 8 de $./ a $.2 para cargas secuenciadas mueve el material quebrado le@os de la cara del banco.

TA%LA * Di+ensiones del es,ue+a de -er.ora/i0n nor+al -ara /ondi/iones de voladura -ro+edio(  todos los valore est1n en -ies e2/e-to el di1+etro del e2-losivo " Esquemas equivalentes

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Es/alonado Cuadrado Tie+-o Tie+-o Si+ult1neo Se/uen/ial

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5-5 =-= $0-$0 $5-$2 $>-$> /0-/0 /5-/5 />-/= /?-50 5/-5/ 51-5> 5<-5?

RESUMEN a mayoría de las dificultades en la voladura ocurre debido a un pobre entendimiento de cómo la roca es quebrada y el uso impropio de las prácticas de ubicación de la carga y la iniciación. a manera de conocer cuando una voladura no está correcta es observando los rendimientos de la tronadura! si los resultados del quebrantamiento es o nó uniforme, la e-istencia de patas , sobre% fracturamiento y violencia de la voladura, y otros efectos indeseables. on el fin de asegurar el correcto uso de los e-plosivos ba@os las condiciones de terreno dadas , ciertos estándares son usados para ayudar la evaluación de la voladura. Estos estándares pueden también proveer una guía de

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cuales pueden ser los a@ustes necesarios para corregir muchas dificultades. os estándares son simples y fácil de aplicar, basado en el conocimiento de dos cualidades fundamentales! diámetro del e-plosivo y altura del banco. os estándares son! * (  /0 a 20 ) 50 promedio + * 3  $ H a 2 ) /,> promedio + * 6  0,5 :ínimo * 7  0,1 a $ ) 0,= promedio + KS = 1 a 2 omo una regla, la relación de * ( es el primer estándar que se puede aplicar ya que provee la dimensión del burden. 9na e-cepción a esto es en bancos e-tremadamente ba@os o muy altos. En tales casos la ra'ón se debe a@ustar al alto del banco. Para condiciones normales y usando un e-plosivo de /B de diámetro por e@emplo, el burden estará cerca de los 1ft para profundidad de hoyo no menor que = H ni más de /0 ft., con una pasadura mínima de $ H ft. y taco cerca de 5 H ft. El alto del banco )  + podría ser de 1 a > ft. hasta cerca de $< H ft. a 7abla / entrega algunos antecedentes para condiciones normales de operación. 8in embargo, el valor del espacio entre las cargas dependerá enteramente del sistema de retardos usados y sobre los aspectos estructurales de la roca4 pero variará de 1 a $0 ft. para el e@emplo dado. Para alto de bancos menor que el mínimo, diámetros de e-plosivo pequeGos debieran de ser usados4 a pesar de eso, sobre carguío y violencia ocurrirá. Para caras muy altas , el burden debe ser reducido, o el diámetro del e-plosivo aumentar. o ltimo puede ser acompaGado por perforaciones verticales más largas , alargando los hoyos en el fondo, usando perforación adicional o perforaciones hori'ontales, hoyos en la región de la pata, hoyos inclinados, etc. 9n problema adicional a menudo se presenta en voladuras en rocas en capas, o capas de roca dura en la parte superior del banco. os estándares podrán ser encontrados completamente convenientes y tiles, después de una pequeGa práctica , no solamente para el diseGo de voladuras iniciales, sino también, en proveer un delineamiento sobre la cual corregir las dificultades de la tronadura actual, lo cual ocurre de ve' en cuando. 8in embargo, se debe ser realista, ya que los estándares no son el remedio de todo, puesto que la voladura depende grandemente del costo y de consideraciones de seguridad, como también de los tipos de e-plosivos usados, las características de los materiales, y las técnicas empleadas.

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/i'ura 2

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Relaci+n entre el diá#etro del *arreno y el *urden para distintos tipos de roca

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/i'ura 1

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0eo#etra de los hoyos de perforaci+n

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(a1)

(a2)

(*1)

(*2)

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Estándares Para El Diseño de La Voladura

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