FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS DEPARTAMENTO DE GEOTECNIA Y MINERIA INGENIERIA DE MINAS PERFORACION Y VOLADURA I TALLER 1. Porque es importante un estudio de geo mecánica del macizo rocoso, a la hora de implementar un sistema de perforación y voladura. Que propiedades se deben tener en cuenta en cuanto a la roca para determinar qué tipo de perforadora y explosivo usar. RTA/
2. ¿Es determinante las características fisicomecánicas de las rocas en la selección del equipo de perforación y explosivo para voladura? ¿Porque? RTA/ En efecto sí, pues las características fisicomecánicas de las rocas tales como la composición mineralógica, textura, tamaño del grano, color, porosidad, peso específico, permeabilidad, durabilidad, alterabilidad, resistencia a la compresión simple, resistencia a la tracción, velocidad de las ondas sónicas, resistencia y deformabilidad delimitan las características de la roca que se desea explotar y por consiguiente los equipos mínimamente necesarios para ejecutar la actividad de perforación dirigida en esencia hacia los altos rendimientos en la construcción de los barrenos ; también se tienen en cuenta estas características para conocer el tipo de material explosivo que cumpla y genere los mejores rendimientos en cuanto a cantidad de explosivo, energía, ubicación…etc. . en conclusión, no considerar las características de la roca donde se
piensan efectuar estas actividades propone márgenes de errores basados desde malos rendimientos de material desprendido desprendido luego de la detonación hasta mallas defectuosas en donde se generan presencia de bloques casi nulamente fracturados por la detonación.
3. Clasifique mediante un mapa de ideas las clases de perforación existentes, indicando métodos, tipo de maquinaria y tipo de trabajo donde las relacione. RTA/ CLASES DE PERFORACIÓN EXISTENTES SISTEMAS DE PERFORACIÓN A PERCUSIÓN Esta denominación engloba todas aquellas formas de perforación en las que la fragmentación de la roca se produce básicamente por impacto de un útil de filo más o menos aguzado sobre la misma.
1. Perforación por roto percusión La perforación con roto percusión se realiza mediante la fragmentación de la roca a t ravés de impactos producidos por un martillo que se transmite a la herramienta perforadora (boca), la misma que está en contacto con la roca, el movimiento de rotación se produce cuando percute a fin de repartir el impacto en toda la superficie del fondo, lo que a su vez facilita la evacuación de los detritus. Métodos de perforación por rotopercusión Roto percusión con martillo en cabeza se utiliza generalmente para sondeos cortos de hasta 100 m y cuando el terreno es duro. En este método, el martillo va en el exterior del pozo y comunica el movimiento a la boca de perforación a través de un varillaje hueco de un diámetro bastante más reducido que el del pozo. El hueco del varillaje se utiliza para inyectar aire a presión, el mismo que al salir por orificios que dispone la boca, arrastra la roca fragmentada a la superficie por el anular existente entre la pared del pozo y la pared exterior del varillaje. El martillo puede ser neumático o hidráulico. Roto percusión con martillo en fondo es generalmente usado para rocas duras con profundidades de hasta 300 m, en este caso el martillo va colocado entre el varillaje y la boca de perforación. El movimiento rotatorio se transmite por el varillaje, el cual es accionado por un motor hidráulico colocado en el exterior.
Tipo de trabajo Ambas suelen ser usadas en sondeos para minería (prospección), estudios de la estratificación y composición mineralógica de suelos o rocas, ya sea enfocado hacia minería o ingeniería civil. 2. Perforación por rotación La perforación por rotación, es aquella en la que una herramienta cortante produce la fragmentación de la superficie por: corte, compresión o la acción combinada de ambos, para terrenos inestables, cuyas paredes se derrumban con facilidad, por ejemplo: arenas, gravas, zonas descompuestas ó alteradas. Este método se lo divide en dos tipos de perforación que son: Rotación con tricono (a destroza) y rotación a testigo continuo.
Métodos de perforación por rotación Rotación con tricono Perforación rotativa directa es la que se realiza introduciendo desde la superficie una herramienta cortante, el sistema de giro suele ser una cabeza rotativa o una mesa de rotación. Tipo de maquinaria: La boca está unida al varillaje, el cual está formado por tubos roscados y es el encargado de transmitir el movimiento de giro y la presión; el mecanismo completo es accionado desde la superficie. Se inyecta lodo a presión por el interior de la tubería con el propósito de evacuar el detritus arrancado del fondo del pozo. Tipo de trabajo: Es habitual ver este método en perforaciones petroleras y de grandes bancos en open pit. Rotación a testigo continuo: Pozos con diámetro reducido (Slimhole).- Esta técnica de perforación se utiliza con el objetivo principal de reducir los elevados costos de la perforación convencional, se basa fundamentalmente en la relación que existe entre el coste de un sondeo y el volumen de roca extraído durante su perforación. Tipo de maquinaria: Los slimholes se realizan normalmente por perforación a rotación, utilizando trépanos de diamantes compactos policristalinos (PDC), diamantes policristalinos térmicamente estables (TSP) o diamantes naturales (ND), trépanos especiales de dos cuerpos y triconos.
Si se quiere obtener testigos se emplean coronas de diamantes mediante el sistema wireline, o bien con la tecnología coiled tubing (CT). Las profundidades que pueden alcanzar este tipo de sondeos son de hasta 5500 m. Tipo de trabajo: En ensayos geoquímicos y geofísicos, mediante equipos especialmente diseñados para trabajar en pequeños diámetros. Perforación con carrete de tubería (coiled tubing, CT).- Consiste en utilizar una tubería de varios miles de metros de longitud, de una sola pieza que se introduce en los sondeos y permite llevar a cabo distintas operaciones dentro de ellos, como son: descarga, limpieza, acidificación, estimulación, pesca y transporte de piezas, etc.
Tipo de maquinaria: Carrete para almacenar y transportar tubería. Cabeza de inyección que da la fuerza de tracción para introducir y extraer la tubería. Cabina de control desde la que un operador controla y monitorea la operación y, Unidad de potencia que genera la fuerza hidráulica y neumática requerida.
Tipo de trabajo: Perforación de pozos, perforación en terrenos no consolidados. Perforación con entubado (casing driling, CD).- Esta tecnología ofrece la posibilidad de perforar y entubar simultáneamente un pozo; por lo tanto el varillaje desaparece y es remplazado por la tubería de entubado (casing) que es la encargada de transmitir la energía mecánica e hidráulica a la boca de perforación. Tipo de maquinaria: Se utilizan bocas de operación convencionales (trépanos de diamante y PDC), las torres y mástiles son más pequeños y, finalmente, el nivel de las vibraciones se reduce. Tipo de trabajo: Sondeos de altas profundidades. 4. Grafique las variables de diseño para una labor subterránea RTA/
5. Grafique las áreas o zonas de perforación de una malla para voladura, en el avance de un túnel e indique cuál de estas es la más importante y justifique su respuesta. RTA/ 6. Mencione los tipos de sistemas mecanizados de cargue de barrenos, indicando que sistema de transporte utiliza cada uno de ellos. RTA/ SISTEMAS MECANIZADOS DE CARGUE DE BARRENOS: Los sistemas mecanizados de carga se clasifican en dos grandes grupos según que sean meros instrumentos de carga o sistemas integrado de fabricación y carga. Los métodos empleados en la actualidad para los tipos de explosivos más importantes son: 1. EXPLOSIVOS ENCARTUCHADOS
Estas unidades permiten cargas barrenos con diámetros entre 35 y 100mm, consiguiendo densidades de llenado del orden de un 15 a un 20% mayores que las manuales con atacados, o incluso del 30% si se utiliza en la operación un robot. Las capacidades de carga de estos sistemas para un equipo de 2 hombres oscilan entre los 500 y 1000kg por relevo, dependiendo de las dimensiones de los cartuchos.
Las cargadas constan de una recamara tubular con una válvula de compuerta en cada extremo, un embudo de carga por donde se introducen los cartuchos, una manguera de descarga y un conjunto de válvulas neumáticas. 2. EXPLOSIVOS TIPO ANFO
2.1 SISTEMA DE CARGA
Las cargadoras neumáticas se utilizan fundamentalmente en explotaciones de interior y pequeñas minas a cielo abierto, y los camiones cargadores se emplean exclusivamente en las grandes minas y obras de superficie.
Cargadores neumáticas
En estas cargadoras, el explosivo es impulsado a través de una manguera antiestática y semiconductora por medio del aire a presión contenido en un recipiente metálico de cierre hermético. La capacidad de estas cargadoras varía desde los 700 hasta los 750 litros y para su transporte van montadas individualmente sobre ruedas o incluso sobre unidades motorizadas.
Camiones cargadores
Los tipos de camiones cisternas que se utilizan en la carga de explosivos granulares tipo ANFO son:
-
Los camiones de descarga neumática, los cuales constan de un depósito cerrado de aluminio con bocas de carga superiores y fondo en forma de “V” invertida que evita que dicho
elemento soporte todo el peso de la carga. En el exterior del depósito existe un mecanismo de placa para regular la altura del explosivo sobre la cadena de arrastre, así como un cuentavueltas del rodillo motor de la misma cuya velocidad puede también variarse para dosificar la alimentación de la válvula rotativa desde la que el explosivo es impulsado por aire comprimido a través de una manguera antiestática hasta el interior del barreno. Los inconvenientes que plantea a este sistema son la segregación del aluminio cuando se utiliza ALANFO y la imposibilidad de cargar ANFO pesado. Los camiones de descarga por tornillo helicoidal, disponen en la parte interior del depósito y longitudinalmente, de un tornillo helicoidal protegido también por unas chapas deflectoras. Este tornillo alimenta a otro vertical que a su vez entrega el producto a un tercero pivotante sub horizontal. Este último tiene una longitud entre 5 y 6m y barre unos flexibles barrenos situados a 5 o 7 m de la parte trasera del camión.
7. Cree usted que es mejor usar en minería subterránea para avance de labores mineras un sistema de arranque con martillos picadores o un sistema de arranque con perforación y voladura, indique pro y contras en un cuadro comparativo. RTA/ ARRANQUE CON MARTILLOS PICADORES ARRANQUE CON PERFORACIÓN Y VOLADURA VENTAJAS DESVENTAJAS VENTAJAS DESVENTAJAS Menos interrupciones Trauma sonoro Altos rendimientos en Contamina el en el ciclo de producción ambiente minero producción en cuanto luego de efectuarse la a tiempo. tronadura. Menos costos en Inhalación de polvo Mayor seguridad para Requiere de estudios cuanto a equipos. durante la excavación el personal en el anteriores al diseño interior de la mina. de la malla de perforación. Mejora la calidad de Proyección de Afecta ampliamente el aire en las minas fragmentos estado de esfuerzos procedentes de la en el túnel. excavación Mejora la seguridad Caída de los Presencia de tiempos materiales de inactividad de los trabajadores procedentes de la mayores. excavación Desplome de la bóveda durante la construcción Desprendimiento materiales sobre operarios
de los
8. Que tipos de compresores se usan para implementar un sistema de perforación y que factores afectan el uso óptimo de este. RTA/ En perforación se utilizan fundamentalmente tres tipos distintos de unidades compresoras o sistemas de compresión: • De pistón. • De paletas.
• De tornillo.
9. ¿Un compresor con una capacidad determinada a 320 m.s.n.m. tiene mayor capacidad que uno ubicado a 120 m.s.n.m., si o no? Justifique. RTA/ NO, puesto que la altura del compresor no afecta su funcionamiento y rendimiento, la capacidad del compresor será la misma en donde quiera que sea ubicado, de esto también depende el uso que se la vaya a dar, pues este factor es determinante para la elección del compresor adecuado. 10. Que es un explosivo industrial y cuales propiedades se deben tener en cuenta. RTA/ Los explosivos industriales están constituidos por una mezcla de sustancias, combustibles y comburentes, que, debidamente iniciadas, dan lugar a una reacción química cuya característica fundamental es su rapidez. Esta velocidad define el régimen de la reacción, que debe ser de régimen de detonación. Si no se inicia adecuadamente, el mismo producto puede desencadenar un régimen de deflagración, o incluso, de combustión, lo que implica que el comportamiento del producto no sea el deseado. DINAMITA Este tipo de explosivos, reciben su nombre por su consistencia gelatinosa y se obtiene al mezclar nitroglicerina/nitroglicol (NG) con nitrocelulosa. Esta mezcla es aún más energética que el propio NG. Lleva en su composición, como elemento predominante, el nitrato amónico, además de combustibles y otros aditivos minoritarios. Dentro de la familia de las dinamitas se pueden distinguir dos tipos diferentes, gelatinosas y pulverulentas, en función de su composición. DINAMITA PULVERULENTA La dinamita pulverulenta está compuesta básicamente por nitrato amónico, un combustible que corrige su exceso de oxígeno y una pequeña cantidad (generalmente próxima a un 10%) de un sensibilizador, que puede ser nitroglicerina, trinitrotolueno o una mezcla de ambos. DINAMITA GELATINOSA Una forma de corregir la mala resistencia al agua de las dinamitas pulverulentas y, al mismo tiempo, aumentar su potencia, es incrementar su contenido de Nitroglicerina (o Nitroglicol) y añadir una cierta cantidad de nitrocelulosa, que actúa como gelificante, formando una pasta gelatinosa. ANFO
En la línea de reducir el contenido en nitroglicerina (o nitroglicol) del explosivo para incrementar su seguridad, surgieron los explosivos tipo ANFO (Ammonium Nitrate + Fuel Oil), explosivos compuestos por un 94 % aproximadamente de nitrato amónico que actúa como oxidante y en torno a un 6 % de gasoil que actúa como combustible. HIDROGELES Al objeto de mejorar la resistencia al agua de los explosivos de base nitrato amónico, se desarrollaron los slurries o papillas explosivas. Son productos que, paradójicamente, incorporan una cierta cantidad de agua en su composición. EMULSIONES En la misma línea de buscar un explosivo de la máxima seguridad y potencia que pueda ser utilizado en barrenos con agua, el último desarrollo en explosivos industriales lo constituyen las conocidas como emulsiones.
11. Qué diferencias hay entre el Anfo, Hidrogel y Emulsiones, realice un cuadro comparativo indicando las propiedades de cada agente explosivo y su factor de seguridad. RTA/
AGENTES EXPLOSIVOS ANFO
HIDROGEL
Mezcla el NA con un combustible, como el fuel-oil, en melvin cook (1956) preparó por primera vez una mezcl proporción estequiometria. aexplosiva con nitrato amó nico, aluminio, agua y gom a guar(agente gelificante y entrecruzante), logrando u n productoresistente al agua, de elevada densidad y con una velocidad de detonación muy alta
EMULSIONES Este grupo de explosivos, que es el de más reciente aparición en el mercado, mantiene las propiedades de los hidrogeles ya citados, pero a su vez mejora dos características fundamentales como son la potencia y la resistencia al agua.
PROPIEDADES
•Baja / media potencia.
• Elevada potencia.
• Alta velocidad de detonación
• Muy baja densidad (0,8). • Nula resistencia al agua,
• Densidad media/alta
(4.500-5.500 m/s)
(1,2-1,3)
• Excelente resistencia al agua. • Mucha menor sensibilidad al
• Excelente resistencia al ya que el nitrato amónico es soluble en agua y pierde agua • Velocidad de detonación su capacidad de detonar. • Baja velocidad de de 3.500 a 4.500 m/s. • Menor sensibilidad a la detonación (2.000 - 3.000 m/s). fricción o al impacto. • No son sensibles al detonador, por lo que necesitan de otro explosivo para iniciarse correctamente, lo que puede conseguirse con cordones detonantes, cebos de dinamita gelatinosa, cartuchos de hidrogel o multiplicadores
choque o a la fricción.
FACTOR DE SEGURIDAD
12. Mencione que criterios de selección se deben tener en cuenta para la selección del tipo de explosivo en el diseño de una voladura. RTA/ Las características de carácter práctico que son básicas de un explosivo son las que se señalan a continuación: • Potencia explosiva. • Poder rompedor. • Velocidad de detonación. • Densidad de encartuchado. • Resistencia al agua. • Calidad de humos • Sensibilidad.
• Estabilidad química.
13. Que es un accesorio de voladura, que clases existen y que es un conector. RTA/ Son dispositivos que se emplean en voladura con la finalidad de iniciar, propagar o retardar la acción de las cargas explosivas y pueden ser: SISTEMAS DE INICIACIÓN Los diferentes sistemas de iniciación, conocidos como detonadores, pueden emplearse tanto en voladuras a cielo abierto como en interior y la finalidad es la de iniciar los explosivos dentro del barreno, o bien el cartucho cebo o multiplicador que desencadene la detonación en el interior del mismo. DETONADORES ORDINARIOS Son aquellos que se inician mediante mecha lenta. 1. detonadores eléctricos El detonador eléctrico emplea la energía eléctrica para su iniciación. 2. detonadores no eléctricos Los detonadores no eléctricos se caracterizan porque no interviene ningún tipo de corriente eléctrica en su iniciación. 3. detonadores electrónicos La diferencia fundamental entre el detonador electrónico y cualquier otro, bien sea eléctrico o no eléctrico, es que la pasta pirotécnica que determina el tiempo de retardo ha sido sustituida por un circuito electrónico, en el cual, un microchip es el encargado de realizar la descarga de un condensador en el instante deseado. CORDÓN DETONANTE Un cordón detonante es un cordón flexible e impermeable que contiene en su interior un explosivo denominado pentrita, cuya velocidad de detonación es de 7.000 metros por segundo; el cordón detonante se emplea fundamentalmente para transmitir a los explosivos colocados en los barrenos la detonación iniciada por un detonador. RELÉ DE MICRORRETARDO Con el empleo del cordón detonante, únicamente es posible realizar voladuras instantáneas, lo que en ciertas ocasiones puede resultar un problema importante por el nivel de vibraciones que se producen, etc. Para evitar este inconveniente fue por lo surgieron los relés de microrretardo, que consisten en unos artificios que, intercalados entre dos tramos de cordón detonante, interrumpen la
detonación del mismo durante 15 ó 25 milisegundos según el tipo de relé, creando un efecto de retardo, en las voladuras conexionadas con cordón detonante, similar al proporcionado por los detonadores eléctricos de microrretardo. MULTIPLICADORES Los multiplicadores (también conocidos como boosters) son iniciadores de voladura que se utilizan para iniciar explosivos de baja sensibilidad, como pueden ser anfo, hidrogeles o emulsiones, tanto si se emplean en modalidad de encartuchados o a granel. MECHA LENTA La mecha lenta está formada por un núcleo de pólvora negra recubierto con varias capas de hilados y materiales impermeabilizantes que la hacen resistente a la humedad, abrasión y los esfuerzos mecánicos. Habitualmente se utiliza para la iniciación de detonadores ordinarios y de la pólvora de mina. OTROS ACCESORIOS NO EXPLOSIVOS Para hacer posible la iniciación de los explosivos, es necesario proveer de la energía necesaria al sistema de iniciación correspondiente. Esta energía se obtiene por medio de los denominados explosores. En este aspecto son destacables los explosores de condensador eléctricos, y los explosores, o iniciadores, de detonadores no eléctricos. 1. explosores eléctricos Se denominan explosores a las máquinas generadoras de corriente eléctrica que se utilizan para iniciar las voladuras con detonadores eléctricos. 2. óhmetros Un óhmetro es un aparato destinado a medir resistencias. Es imprescindible en voladuras eléctricas, pues permite al artillero comprobar y medir el circuito de voladura, investigar defectos de continuidad en detonadores, medir aislamientos, derivaciones, etc. 3. sistemas de iniciación no eléctrica Las voladuras con detonadores no eléctricos es necesario iniciarlas con sistemas de iniciación diferente a los explosores eléctricos. En estos casos, se necesita proporcionar la energía al extremo de un tubo de transmisión de modo que se asegure que se inicia correctamente. Esta energía puede obtenerse por diferentes medios: una chispa eléctrica o una pequeña energía que proporciona un pistón de caza. 14. ¿Qué recomendaría usted respecto al uso del ANFO si tiene un nivel freático alto, una vez realizado la malla de perforación? ¿Es viable o no? ¿Porque? Justifique RTA/ no sería viable debido a su consistencia pulverulenta y nula resistencia a la humedad lo cual no es aconsejable para minería subterránea a no ser de que sea mezclado con otros
explosivos como emulsiones para aumentar su potencia, ya que por lo general es poca y solo tienen resultados notorios cuando es usado en rocas blandas.
15. Sobre que teorías se apoya el proceso de fracturamiento de la roca, cuales son los criterios que comparten cada una de ellas. RTA/ 16. Defina los conceptos de trituración de la roca, agrietamiento radial y reflexión de la onda de choque, fracturación por liberación de carga y fracturación por cizallamiento y defina qué tipos de presiones físicas se ejercen en cada una de ellas. RTA/
17. Que tipos de esquemas de perforación comúnmente se usan en voladuras de banco y realice el grafico de cada uno de ellos. RTA/ ESQUEMA DE TIRO CON CUELE DE BARRENOS INCLINADOS Cada vez se utiliza menos este tipo de cuele, que, aunque ofrece alguna ventaja sobre el de barrenos paralelos, presenta también serios inconvenientes. Entre las ventajas cabría señalar las dos siguientes: • Menor perforación específica (Metros lineales perforados por metro cúbico arrancado) • Menor consumo de explosivo. Sin embargo, los inconvenientes de tipo práctico son importantes: • La perforación es complicada y, en las condiciones reales de trabajo, su exactitud problemática. • Los avances que pueden obtenerse por "pega" vienen condicionados por el ángulo mínimo que requiere el cráter (60º aproximadamente) y la posibilidad de situar la corredera del equipo de perforación dentro de la anchura del túnel con esta orientación. Por esta razón el máximo avance suele ser del orden de la mitad de la anchura del túnel. Esto, especialmente en secciones pequeñas, supone avances por pega mucho menores que los que se obtendrían utilizando un cuele de barrenos paralelos.
ESQUEMA DE TIRO CON CUELE DE BARRENOS PARALELOS Un cuele de barrenos paralelos es una disposición de barrenos en la que puede apreciarse una serie de barrenos muy próximos entre sí y situados alrededor de dos taladros vacíos de mayor diámetro. La "piedra" B de los barrenos de cuele no depende tanto de su carga explosiva como de la anchura de cara libre de que disponen, ya que al detonar, lo hacen formando un cráter de, como mínimo, unos 60º. Por ello, los barrenos que rompen hacia un barreno vacío se sitúan a una distancia igual a una o dos veces el diámetro "V" de éste (V
18. Que variables se deben tener en cuenta en una voladura de banco y defina cada una de ellos, manifestando cuales son los rango o límites de cada variable para diseño de una malla para voladura de banco. 19. Que es la piedra y espaciamiento y porque es importante en el diseño de mallas de voladura a cielo abierto. 20. Que es la sobre perforación en Minería a Cielo Abierto e indique cuál es su límite permitido.
21. Explique técnicamente que sucede cuando se excede la longitud de sobre perforación y además explique cuál sería el procedimiento técnico para corregirlo, para conservar el diseño del sistema de explotación para Minería a Cielo Abierto. 22. Qué medidas de seguridad industrial se deben tener en cuenta antes, durante y después de la implementación de un sistema de Perforación y Voladura (Decreto 1886/2015). A. Mencione dos ventajas y desventajas del Martillo de Fondo
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B. Mencione tres accesorios de un compresor: 1.______________________________ 2.______________________________ 3. ______________________________ C. Que sucede con el sistema de empuje cuando se alcanzan perforaciones profundas: ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ D. Qué tipo de parámetros se debe considerar para un programa de perforación: 1.________________________ 3.________________________ 5. ________________________
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E. CUAL ES LA RAZON PRINCIPAL DEL USO DE FLUIDOS EN UNA PERFORACION. F. DEFINA QUE TIPOS DE FLUIDOS SE PUEDEN USAR EN UNA PERFORACION G. MENCIONE VENTAJAS Y DESVENTAJES DEL AIRE COMO FLUIDO
