Manual de Perforación y Voladura. Tema 2, 3 y 4 Variables, Explosivos y Mecanica

MANUAL DE PERFORACIÓN Y VOLADURA DE ROCAS]

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VARIABLES CONTROLABLES DE LA VOLADURA EXPLOSIVOS DE USO MINERO MECANISMOS DE ROTURA DE LA ROCA

Ing. José L. Contreras Prof. de la Catedra Perforación y Voladura de Rocas

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CAPITULO VII 7.

VARIABLES CONTROLABLES DE LAS VOLADURAS Antes de comenzar el tema de voladuras a cielo abierto es importante hacer hincapié en las variables que son

controlables en todo trabajo de voladura, estos llegan a clasificarse en tres grupos a saber: 

Geométricas (diámetro, longitud de carga, espaciamiento, retiro, etc.)



Químico – Físicas (Tipo de explosivos, potencia del explosivo, energía, sistemas de carga, etc.)



De Tiempo (Tiempos de retardo, secuencia de iniciación, tiempos de salida).

Una vez determinadas estas variables, es aconsejable darle forma a los parámetros y nomenclaturas que se utilizan en todo trabajo de voladura en bancos a cielo abierto, en la Figura 8.1, se puede observar cuales son estas variables de diseño.

Fig. 7.1. Esquema de una voladura tipo Variables de Diseño H

Altura de Banco

Be

Retiro Efectivo

2

L

Longitud del Barreno

S

Espaciamiento

3

Roca Saliente o en Voladizo

LV

Longitud de la Voladura

Se

Espaciamiento Efectivo

4

Sobre excavación

AV

Ancho de la Voladura

β

Angulo de Inclinación de Barreno

5

rea del Barreno

Grieta de Tracción

Øb

Diámetro del Barreno

J

Sobreperforación

6

Descabezamiento

I D

Longitud de la Carga Diámetro de la Carga

T Θ

Retacado Angulo de Salida

7 8

Cráter Carga Desacoplada

B

Retiro

1

Repié

2

rea del Barreno


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7.1. DEFINICIONES Algunas definiciones para tener en consideración para su mejor entendimiento y que serán utilizadas en este Capitulo, son: 

Bancos: Superficie en el terreno, generalmente horizontal con características geométricas tales, que facilitan las operaciones de perforación, están dispuestas en una altura en metros definida en plan el de mina y en forma escalonada.



Altura de Banco (H):corresponde a la cota topográfica definida por los estudios geotécnicos y avalada en el plan de minas por los entes reguladores, en el caso venezolana esta función corresponde al Ministerio de Petróleo y Minería (MENPETM) y al Ministerio de los Recursos Naturales (MARN), la relación optima de la altura de banco esta definida por la ecuación (H/B ≥ 3). Si H/B = 1, se obtiene una fragmentación gruesa con problemas de repiés y sobrexcavación, si H/B = 2,estos efectos se aminoran,, pero con H/B ≥ 3, losefectos son

casi nulos. Esta relación se cumple en canteras y minería de carbón, pero en minería de metálicos, la altura de banco viene impuesta por el alcance del equipode carga y la dilución mineral. 

Longitud del Barreno (L):Longitud de perforación realizada en el áreaa volar definida por laaltura del banco.



Área a Volar:Denominación que recibe el sector previamente seleccionado para ser volado.



Diseño localizado:Es la ubicación exacta de los barrenos ya perforados en los planos de diseño topográficos.



Bolones: Son rocas de gran tamaño, producto a veces de una mala voladura.



Malla de Perforación:Representa la disposición de los barrenos en el terreno definida por el espacial burden o retiro y espaciamiento.



Diámetro del Barreno (Øb): definido por el diámetro de la broca de perforación, diseñado según las características del macizo rocoso, el grado de fragmentación deseado, la altura del banco, configuración del as cargas y por el equipo de perforación seleccionado.



Burden o retiro (B):Distancia más corta a la cara libre, en una malla de perforación, esta variable depende del diámetro de la perforación, de las propiedades de laroca, de los explosivos a utilizar, de laaltura del banco y el grado de fragmentación y desplazamiento del material deseado, los valores de esta se encuentran entre 25 a 40D, dependiendo fundamentalmente del macizo rocoso. Valores menores o mayores con respecto al teórico previsto pueden darse en al s siguientes situaciones: a.

Error de posicionamientoo replanteo del barreno.

b.

Falta de paralelismo entre el barreno y la cara del banco.

c.

Desviacionesdel barreno durante la perforación.

d.

Irregularidadesen el frente del talud.

Si el burden es excesivo, los gases de explosión encuentran mucha resistencia para agrietar y desplazar la roca y parte de la energía se transforma en energía sísmica aumentando la intensidad de lasvibraciones, este fenómeno se puede observar en lasvoladuras de precorte donde el confinamiento es total yse registran niveles de vibraciones hasta cinco veces superiores a los registrados en voladuras en banco, si por el contrario los


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valores son reducidos los gases se escapan y expanden a una velocidad muy alta hacia el frente libre, impulsando a los fragmentos de roca, proyectándolos de forma incontrolada y produciendo un aumento en la sobrepresión aérea y el ruido. 

Espaciamiento (S): Distancia más larga entre barrenos de una misma fila en una malla de perforación, así como en el calculo del Burden, esta variable depende del retiro y se calcula en función al retiro, el tiempo de retardo de los barrenos y entrebarrenos y de la secuencia de encendido. Espaciamientos pequeños (Ver Figura 8.2.) producen entre las cargas un exceso de trituración y roturas superficiales en cráter, bloques de gran tamaño por delante de la filade barrenos y problemas de repiés.

Fig. 7.2. Influencia del espaciamiento en una voladura en banco 

Retacado (T): Volumen del barreno relleno de material inerte generalmente en superficie y que esta definido por la relación de carga del barreno y el diámetro del mismo, por regla general al aumentar el diámetro del barreno, aumenta el retacado, guarda relación con este mediante la forma (T/Øb <60). Tiene la misión de confinar y retener los gases producidos durante la explosión para permitir que se desarrolle por completo el proceso de fragmentación de la roca. Si este es insuficiente se produce un escape prematuro de los gases generando problemas de onda aérea y riesgo de proyecciones, si este es excesivo se obtienen grandes cantidades de bloques, poco esponjamiento de la pila de material y altos niveles de vibración. Para su determinación se debe tomar en cuenta: 1.

El tipo y tamaño del material utilizado, y

2.

La longitud de la columna de retacado.

Por lo general se emplea el material de detritus de perforación ya que esta disponible junto al barreno, sin embargo se recomienda el material producido en la trituración y seco, ya que el aumento de la humedad disminuyen el riesgo de eyección de la roca, el tamaño del material de retacado debe estar entre 1/17Øb y 1/25Øb. Respecto a la longitud del retacado óptima se considera entre 20Øb y 60Øb, aumentando esta conforme disminuye la competencia y calidad de la roca, se recomienda contar con una longitud de


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retacado superior a 25Øb, para evitar problemas de onda aérea, proyecciones, cortes y sobreexcavaciones. 

Sobreperforación (J):Es la longitud del barreno por debajo del nivel del piso que se necesita para romper la roca a la altura del banco y lograr una fragmentación y desplazamiento adecuado que permita al equipo de carga alanzar la cota de excavación prevista. Si la sobreperforación es pequeña, nose producirá el corte a la rasante proyectada, dando como resultado la aparición de repiés con un considerable aumento en los costes de carga, pero si esta es excesiva se producirá: 1.

Aumento de los costos de perforación y voladura.

2.

Incrementode los niveles de vibraciones.

3.

Fragmentaciónexcesiva en la parte alta del banco inferior, que provocara problemas en la perforación del mismo y afectara en las zonas finales de cotaa la estabilidad de lostaludes.

4.

Un aumento en los riesgos de descabezamiento y sobreexcavación al acentuarse la componente vertical de desplazamiento de laroca.

La rotura en el fondo del barreno se produce en forma de cono invertido con un ángulo con la horizontal dependiendo de la estructura del macizo y de las tensiones residuales, normalmente esta entre 10° y 30°. El valor de la sobreperforación se puede obtener de la formula: J = 0,30B Puesto que se cumple la relación S = 1 a 1,40B y además J / B = Tagαx ( S / 2),

Donde:

α = ángulo con la horizontal (10° a 30°)

Para eliminar la sobreperforación se recomienda utilizar explosivos con alto valor de concentración de energía por unidad de longitud en laparte inferior de la carga yel empleo de barrenos inclinados. Como dato curioso en laslabores de minería de carbón encapas horizontales, para eliminar los efectos de trituración de los extremos de las cargas, la sobreperforación toma valores negativos ya que se efectúa un relleno en el fondo delbarreno en longitud aproximada de 4Øb. 

Angulo de Salida ( θ): Corresponde al ángulo de incidencia de un barreno respecto a la disposición de los barrenos en la malla de perforación.



Angulo de Inclinación del Barreno ( β): Corresponde al ángulo que se le da a la perforación respecto a la vertical y que se encuentra relacionado con los parámetros geotécnicos de la roca, mientras la perforación este inclinada se presentan ventajas a saber: 1.

Mejora la fragmentación, desplazamiento y esponjamiento de la pila de material, ya que el valor B se

2.

mantiene uniforme, aumentando el ángulo de la trayectoria de la proyección. Mejoran los problemas de cortes en las líneas de iniciación y por consiguiente los fallos en las voladuras.

3.

Taludes con paredes más sanas, estables y seguras en los nuevos bancos creados.


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4.

Los equipos de carga sobre ruedas obtienen mayores rendimientos, debido a la menor altura y mayor esponjamiento de la pila.

5.

Menor sobreperforación y mejor aprovechamiento de la energía del explosivo, lo que se traduce en una reducción en las vibraciones en el terreno.

6.

Menor consumo especifico de explosivo al reflejarse de forma más eficiente la onda de choque en el pie del banco, y posibilidad de aumentar la dimensión del retiro con menor riesgo de aparición de repiés.

7.

En minería de carbón, no se produce sobre trituración de este durante la voladura del estéril.

8.

Mayor rendimiento de la perforación por unidad volumétrica arrancada.

Fig. 7.3. Ventajas de la perforación inclinada Por el contrario existen inconvenientes en a perforación inclinada a saber: 1.

Desviación de los barrenos cuando estos tienen grandes profundidades.

2.

Aumento de la longitud de perforación.

3.

Maniobras de posicionamiento de los equipos de perforación más exigentes.

4.

Mayor supervisión repercutiendo en los tiempos de producción.

5.

Disminución de la energía de empuje de las perforadoras, por lo que en rocas duras el avance esta limitado al ángulo de inclinación de la torre de la perforadora.

6.

Mayor desgaste de los elementos de corte en las perforadoras, lo que se traduce en una menor disponibilidad mecánica de los equipos.



7.

Para excavadoras de cables, una mejor altura de la pila repercute en su rendimiento.

8.

Mayor dificultad en la evacuación del detritus de perforación, requiriendo mayor caudal de barrido.

9.

Dificultades en la carga de los barrenos con explosivo en especial en barrenos con presencia de agua. Relación entre Voladura y Carguío: El logro de un m ejor resultado en la fragmentación del macizo rocoso influye positivamente en el rendimiento de los equipos de carguío. Esto ocurre principalmente por ocupar menores tiempos en la remoción de bolones desde la frente, en la mayor facilidad que tiene la pala para cavar el material, y por el incremento en el factor de llenado del balde.



Esquema de Perforación: En las voladuras en banco, los esquemas utilizados son en cuadrado (Ver Figura 7.4) ó rectangular debido a la facilidad del replanteo en el emboquille, no obstante el esquema mas


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efectivo es el denominado tresbolillo (Ver Figura 7.5), y el mejor de estos es el que replantea barrenos en forma de triángulos equiláteros. Si

se

considera

un

esquema

cuadrado, como en la Figura 7.4, de 4,50 metros de lado, el punto mas alejado y equidistante de los cuatro barrenos se encuentra a 3,18mt de distancia, en el caso de un esquema Tresbolillo con triángulos equiláteros como en la Figura 7.5, la malla equivalente es de 4,20 x 4,80mt y el centro del triangulo esta a una distancia de los barrenos de 2,79mt.

Fig. 7.4. Esquema de perforación cuadrado

Como la caída de la tensión producida por la onda de choque es proporcional al cuadrado de la distancia en el punto equidistante de los barrenos con esquema cuadrado se registrara un 23% menos de energía que es el esquema al tresbolillo equivalente. En rocas blandas, los resultados con

esquemas

cuadrados

son

buenos, y no es necesario disponer de barrenos en tresbolillo. Fig.7.5. Esquema de perforación tresbolillo 

Geometría del Frente Libre: la geometría del frente mas efectiva es aquella en la que cada punto de esa superficie equidista del centro de la carga del explosivo, con pequeñas cargas esféricas, esta situación se presenta en las rocas (voladura secundaria), donde con una pequeña carga confinada en el barreno se consigue la rotura con unos pocos consumos que llegan a ser bajos del orden de 80 – 100 gr/m3. Sin embargo en voladuras de producción con cargas cilíndricas las condiciones difieren y son necesarias mayores cantidades de explosivo. La geometría del frente mas efectiva se consigue: 1.

Disponiendo la cara libre y los barrenos de forma que sean paralelos o formen el ángulo mas pequeño posible.

2.

Estando la roca próxima a la superficie algo fracturada por las voladuras precedentes.

3.

Diseñando una secuencia de encendido en la que cada barreno disponga de un frente que forme una superficie semicilíndrica convexa o biplanar.

En el caso de voladuras subterráneas, en los cueles de los túneles o cuando se abren chimeneas disparando barrenos contra un frente libre cóncavo, la fragmentación y el desplazamiento se consiguen con grandes dificultades, esto explica que la distancia desde los primeros barrenos a dichos huecos sean mas pequeñas que las que se precisarían disponiendo de una cara libre plana o biplanar (Ver Figura 7.6)


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En cuanto a las condiciones del frente este debe encontrarse limpio y sin repiés, realizando antes de la voladura las labores auxiliares necesarias. Cuando se dispara un banco perforado teniendo aun sin cargar material de una voladura anterior que se apoya sobre el frente libre, los problemas que pueden aparecer son los que continuación:

se

mencionan

a

Fig. 7.6. Voladura de una chimenea 1.

Se generan mayores intensidades de vibración, más sobreexcavaciones y riesgos de inestabilidad.

2.

Se precisa un esquema más cerrado y un mayor consumo especifico de explosivo para obtener el mismo grado de fragmentación y esponjamiento que con el frente descubierto.

3.

Es probable la aparición de repiés con un aumento en los costos de carga y necesidad de realizar voladuras secundarias.

Para eliminar alguno de estos problemas se recomienda iniciar la voladura desde un área alejada del frente cubierto y diseñar la secuencia de encendido con una dirección de salida paralela a dicho frente. 

Tamaño y Forma de la Voladura: El tamaño de la voladura debe ser tan grande como sea posible, pues se consiguen las siguientes ventajas: 1.

Disminución de los tiempos improductivos de los equipos de perforación y cargas, de las operaciones de replanteo, de los tiempos de trabajo del personal, etc…

2.

Menor longitud porcentual de la zona perimetral de las voladuras, donde se produce una fragmentación mas deficiente debido a: 

La mayor dificultad de establecer esquemas regulares.



Riesgos de encontrar bloques reformados en voladuras anteriores.



Escape prematuro de los gases por las grietas existentes, y



Mayor tiempo de supervisión y control que implica en si la voladura.

En general, la fragmentación en voladuras múltiples es menor que en las de una sola fila, también en voladuras de minerales metálicos en labores subterráneas dan mejores resultados. La forma de la voladura debe ser tal que: 

Con un frente libre la relación Longitud de Frente / Anchura (LV/AV) sea mayor de 3.



Con dos frentes libres, las voladuras deben diseñarse con LV/AV > 2.

En contraposición, los inconvenientes de voladuras con filas múltiples son: 

Aumento de la intensidad de las vibraciones y onda aérea producidas, por lo que en algunos

casos, como en zonas pobladas o próximas a trabajos de voladuras, no es recomendable. Ing. José L. Contreras Prof. de la Catedra Perforación y Voladura de Rocas

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

Aparición de sobreexcavaciones (back break) y proyecciones en las ultimas filas si no se ha

disparado con una secuencia correcta. En rocas muy blandas, reducción en la bonificación del volumen arrancado por sobreexcavación al disminuir el número de voladuras. 

Volumen de Expansión Disponible: Cuando la roca se fragmenta se produce una reducción del volumen, si el barreno en que se expande el material en menor al 15% del volumen de este, los mecanismos de rotura se verán afectados negativamente y los fragmentos de roca tenderán a entrelazarse dando como resultado un apelmazamiento o confinamiento de estos. En voladuras subterráneas de gran tamaño, se recomienda que el volumen de expansión disponible sea mayor al 25% para conseguir un flujo adecuado de la roca hacia los puntos de carga y evitar la formación de campanas colgadas (material amontonado en el frente volado). En túneles y galerías si el barreno del cuele es de un volumen pequeño, se produce un fenómeno de sinterización o deformación plástica del material finamente volado, siempre que sea posible se recomienda que el volumen de expansión sea mayor al 15% del propio volumen del cuele. Caso excepcional en voladuras donde no se dispone de barrenos vacíos, el empuje de la roca se conseguirá a expensas de aumentar la carga específica en dicha zona.



Configuración de las Cargas: Cuando los barrenos sean de pequeña longitud se recomiendan columnas continuas de explosivos, pero si los barrenos son de gran longitud, la mejor relación costo/efectividad se obtendrá con cargas espaciadas. Haries y Hagan (1979), han demostrado que la tensión de una carga detonada aumenta cuando la relación I/ Øb se incrementa de 0 a 20, permaneciendo constante a partir de ese valor. De esta forma, empleando la relación

I/Øb = 20, se

obtendrá la fragmentación máxima y se alcanzara el valor óptimo del Burden, si esas cargas son iniciadas en los puntos medios se producirá una intensa fragmentación en las zonas hemiesféricas de cada uno de los extremos, por lo que se ha visto que una carga continua con I/Øb = 52 no es mejor que la espaciada con I/Øb = 20, y un retacado (T) de 12Øb, como se puede apreciar en la Figura 7.7. Sin embargo el empleo de cargas espaciadas, puede afectar adversamente al rendimiento de las palas de ruedas como consecuencia del menor desplazamiento y esponjamiento del material.

Fiig. 7.7. Columnas de cargas continuas Y espaciadas

Donde este problema no es un condicionante, el interés por este tipo de configuración de cargas dependerá de la diferencia entre el ahorro potencial de explosivo y el tiempo, grado de complejidad y costos de iniciación añadido a la columna seleccionada. El atractivo por el empleo de cargas espaciadas se vera reflejado en el aumento en los costos de los explosivos, el retacado puede mecanizarse y cuando las vibraciones constituyan una limitación y sea preciso disminuir las cargas operantes mediante la selección y secuenciado del explosivo dentro de un mismo


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barreno. En Obras a cielo abierto, la altura de banco mínima para aplicar cargas espaciadas de forma efectiva debe ser tal que H/ Øb > 70. En voladuras donde la litología del terreno, presenta una relación de diaclasas y fisuras en la roca de cuidado y donde se producen grandes bloques procedentes de la zona de Retacado, es recomendable utilizar cargas puntuales, como se puede observar en la Figura 7.8. También cuando la perforación es vertical y el horizonte rocoso de la zona de retacado, es de mayor resistencia que el resto del banco, se aconseja perforar barrenos de descarga o auxiliares, que ayuden a conseguir una mejor fragmentación, estos barrenos por regla general

Fig. 7.8. Empleo de cargas puntuales en la zona de retacado (t)

deben hacerse entre los barrenos principales, a

una profundidad no mayor a 40Øb y con secuencia de salida instantánea al barreno de la fila inmediatamente posterior en la voladura. 

Desacoplamiento de las Cargas: La curva Presión – Tiempo de los gases de la explosión (Ver Tema 3), puede controlarse para un explosivo encartuchado con dos técnicas conocidas como desacoplamiento y espaciamiento de las cargas. El primero consiste en dejar un espacio vació o relleno co n material inerte entre la carga y la pared del barreno (Ver Figura 9.1 Pto. # 8). La segunda se basa en dividir la carga por medio de separadores de aire (Air back), conos o material poroso. Al emplear desacoplamiento del 65 al 75%, se demuestra que en algunas rocas se mejora la fragmentación y uniformidad de la granulometría, disminuyéndose el porcentaje de la voladura secundaria entre 2 y 10 veces, así como el consumo especifico de explosivo y la intensidad de las vibraciones. La presión efectiva de los gases sobre las paredes del barreno con cargas desacopladas o espaciadas viene dada por la formula: Donde: 1, 2

 Ve  PBe  PB     Vb 

PB =

Presión de Barreno

Ve =

Volumen del Explosivo

Vb =

Volumen del Barreno

En la actualidad, la tendencia para controlar la curva de presión, consiste en emplear un explosivo a granel al que se le añade un material diluyente en la proporción adecuada, este método es menos laborioso, mas efectivo y económico y se esta aplicando con profusión en las voladuras de contorno. 

Explosivos: La elección de un explosivo para una determinada operación, requiere una cuidadosa atención tanto de las propiedades de la roca que se desea fragmentar como de los explosivos disponibles en el mercado.


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Cuando se arrancan rocas masivas, casi toda la superficie especifica del material se crea en la voladura y los explosivos adecuados son los de mayor potencia y velocidad de detonación, que producen una alta presión de barreno, para rocas intensamente fracturadas o estratificadas en las que la superficie total de las discontinuidades representa un área relativamente mayor que la que se crea en la voladura, en estos casos los explosivos de baja densidad y VOD son los mas eficientes. Fragmentar la roca, lograr su esponjamiento para mejorar la carga con un buen rendimiento en el acarreo son necesarios; en cada caso se debe determinar el equilibrio entre la Energía de Tensión (ET) y la Energía de los Gases (EB), cada explosivo define estas energías dependiendo del diámetro de las cargas, de la densidad y del sistema de iniciación. En este orden, las emulsiones poseen alta ET y aplican en rocas masivas duras y en las situaciones donde no es requerido un máximo desplazamiento. Si en una detonación se producen muchos finos por efecto de la trituración de la roca, se deben emplear los ANFOS o agente de voladura de baja densidad o en casos las mezclas con sustancias inertes. 

Distribución de los Explosivos en el Barreno: En voladuras en banco (Figura 8.9), la energía necesaria para que se produzca la rotura de la roca, no es constate en toda su altura. En efecto la energía generada por el explosivo debe superar la resistencia a trac ción de la roca en la sección (CDD`C`) y la resistencia resistencia a cizallamiento en la sección (A`B`C`D`). Como la resistencia a Cizallamiento es superior a la resistencia a tracción, es preciso emplear una distribución de cargas selectiva, de forma que la energía específica en el fondo del barreno sea de 2 a 2,5 veces superior a la energía de la columna. Esto significa que deben emplearse explosivos de gran densidad y potencia en la carga de fondo y explosivos de baja densidad en la carga de columna. La carga de fondo debe tener al menos una longitud de 0,6B para que su centro de gravedad este por encima o a la misma cota que el piso del banco. Según Langefors, prolongar la carga de fondo por encima de una longitud igual al valor del Burden no contribuye apreciablemente al efecto

Fig. 7.9. Distribución del explosivo en un barreno

de rotura en el plano en el pie del banco, por lo que la carga inferior debe estar comprendida entre 0,6 a 1,3B. Para cargas cilíndricas alargadas en explotaciones mineras a cielo abierto de gran diámetro (299 415)mm, se ha extendido el uso de cargas continuas de ANFO a granel, mezclas (Emulsión/ANFO) y en algunos casos cargas selectivas constituidas en el fondo por ANFO Aluminizado, Hidrogeles o emulsiones con longitudes de 8 a 16D.

En los casos donde se empleen cargas selectivas, se pueden dar las siguientes ventajas: 1.

Aumento en el rendimiento de la perforación como consecuencia de un esquema más amplio y la menor longitud de sobreperforación.


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2.

Mejora la rotura en el fondo, eliminando los problemas de repiés y favoreciendo la operación de carga de escombros.



3.

Disminución en los costos de perforación y voladura, especialmente en rocas duras.

4.

Baja en el consumo especifico de explosivos debido a un mejor aprovechamiento del mismo.

Consumo Específico de Explosivos: La cantidad de explosivo necesario para fragmentar 1m3 o 1t de roca es el parámetro conocido como Consumo Especifico (CE). Este parámetro no constituye la mejor ni única herramienta para diseñar las voladuras, a no ser que se refiera a un explosivo patrón o se exprese como consumo energético, fundamentalmente porque la distribución espacial del explosivo en el barreno perforado en el macizo rocoso tiene una gran influencia sobre el resultado de las voladuras. El CE de las voladuras se incrementa con:

1.

El aumento del diámetro de los barrenos, la resistencia de la roca y el grado de fragmentación, desplazamiento y esponjamiento requerido.

2.

Con una mala distribución de la carga, disminución de la resistencia a la eyección del retacado, disparo contra un frente libre cóncavo biplanar o cubierto de escombros, relación Longitud/Altura inadecuada y tiempo efectivo de retardo inadecuado.

Cuando se utilizan barrenos paralelos al frente libre y esquemas triangulares equiláteros iniciados con secuencias en V1 o V2 los consumos específicos serán menores. Los CE altos además de proporcionar una buena fragmentación, desplazamiento y esponjamiento de la roca, dan lugar a menores problemas de repiés y ayudan a alcanzar el punto óptimo de los costos totales de operación (Perforación, Voladura, Carga, Transporte y Trituración). TIPO DE ROCA

CONSUMO ESPECIFICO

▪ Rocas masivas y resistentes ▪ Rocas de resistencia media ▪ Rocas muy fracturadas, alteradas

o blandas

(Kg/m3) 0,60 – 1,50 0,30 – 0,60 0,10 – 0,30

En la Tabla podemos ver los valores típicos del CE en diversas clases de rocas para voladuras en banco a cielo abierto. Para voladuras subterráneas el CE puede variar entre 0,90 – 7 kg/m3, dependiendo del tipo de roca, superficie libre, diámetro el barreno y tipo de cueles. 

Iniciación y Cebado de Cargas : Para un tipo de explosivo, mediante el empleo de iniciadores o cebos (Booster minero), puede variarse el equilibrio entre la ET y la EB desarrolladas durante la voladura, para adecuarse a las características resistentes y estructurales de la roca. También cuando se desea aumentar la tensión en un tramo de la roca mas dura dentro del área de influencia de un barreno, pueden colocarse iniciadores en esos niveles.



Tiempos de Retardo y Secuencias de Encendido: Los tiempos de retardo entre barrenos y las secuencias de encendido juegan en las voladuras un papel muy importante puesto que pueden disminuir las cargas operantes y por consiguiente los niveles de vibración producidos y hacer que se consiga una mayor


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efectividad de los mecanismos de rotura y control sobre el desplazamiento de la roca, la sobreexcavación, los repiés y las proyecciones. 

Perforación Especifica (PS): Se define por Perforación Especifica, el volumen o la longitud de los barrenos perforados por una unidad de volumen de roca, al igual que sucede con otros parámetros de diseño, la Perforación Especifica es función de la volubilidad de las rocas. La expresión que sirve para calcular la Perforación Especifica (PS) en m/m 3 es: Donde:

H   cos   J   PS   B     S  H  cos  

H = Altura de Banco (mt) J = Sobreperforación (mt) B = Burden o Retiro (mt) S = Espaciamiento (mt) β = Anglo de los barrenos con respecto a la vertical (grados)



Calidad de la Perforación: Este punto será tocado en el tema 1, por lo que podemos revisar lo relativo a los errores a que se incurre en la perforación tales como:

1. 2. 3. 4. 5.

Errores en el replanteo de los barrenos. Errores de inclinación y de dirección. Errores de desviación. Errores en la profundidad de los barrenos. Efectos de la desviación de los barrenos en la práctica: para determinar estos valores se puede tomar como criterio guía la siguiente ecuación, para estimar la precisión de la perforación cuando se utilizan accesorios adecuados a las longitudes de los barrenos: Donde:

 2b    r  L   1.000 

s 

s = Desviación típica (mt) de la desviación del barreno de longitud L (mt) r = 0,03 para barrenos verticales 0,04 para barrenos inclinados L = Longitud del barrenos (mt) Øb = Diámetro del barrenos (mm)

6.

Control de las desviaciones de los barrenos: actualmente se utilizan herramientas para ejercer control en las desviaciones como; sistemas de brújulas magnética-clinómetro, clinómetro químico de ácido, Girocompás y Sistemas de dos Clinómetros.


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7.2. TERMINOLOGÍA Términos usados en Explosivos y Voladuras. Abolladura:

Roca sin fragmentar dentro del contorno final.

Aceleración:

Unidad de vibración del terreno en g (1g = 9,81 mm/seg2).

Adit:

Entrada horizontal a la mina.

Agente de voladura:

Explosivo insensible a iniciación sin el uso de un multiplicador.

Alto explosivo:

Cualquier explosivo sensible a un detonador no 8 que reacciona en forma supersónica.

Altura de arco:

Altura del hastial al punto más alto del techo del túnel.

Altura del hastial:

Altura del piso del túnel al hastial.

Aluminio:

Metal usado como combustible o agente sensibilizador en explosivos y Agentes de voladura: Aumenta el contenido energético.

Amplitud:

Ver desplazamiento.

ANFO:

Agente de voladura a base de nitrato de amonio y fuel oil.

rea de voladura: Avance:

rea cercana a una voladura influenciada por proyección y/o concusión. Excavación horizontal subterránea en roca, longitud excavada del túnel por cada disparo.

Balance de oxígeno:

Estado de equilibrio de una mezcla de combustibles y oxidantes donde los humos residuales de la detonación son principalmente dióxido de carbono, vapor de agua y Nitrógeno libre.(humos inocuos).

Banco inferior:

Banco subterráneo volado del desarrollo horizontal superior.

Banco:

Escalón de roca horizontal.

Barreno de alivio: Barreno de bloque:

Barreno grande central en un cuele paralelo. Barreno para cargas pequeñas.

Barreno de carga:

Barreno perforado en roca para colocar explosivos.

Barrenos de contorno:

Barrenos perimetrales de una excavación.

Barrenos facilitadores de cuele:

Barrenos cercanos al cuele usados para alargar la abertura formada por el cuele.

Barro explosivo:

Explosivo acuoso de alta densidad que contiene nitrato de amonio, sensibilizado por un combustible y llevado a una consistencia gelatinosa. También se llama gel de agua.

Bloque:

Roca sobredimensionada para ser volada.

Boca:

Abertura de un barreno en el tope.

Bola de caída:

Peso de acero suspendido por una guaya usado para romper bloques por impacto.

Booster:

Carga de alto explosivo usado para intensificar la reacción del explosivo y aumentar la estabilidad de detonación. También se le conoce como reforzador, multiplicador o primer.

Brisancia:

Propiedad relacionada directamente con la velocidad de detonación del explosivo.

Cable de conexión:

Cable que une los detonadores eléctricos con el cable de disparo o para usos de extensión.

Cable de disparo:

Cable que conecta el frente a la fuente.

Cámara:

Fondo del barreno que se ensancha con cargas explosivas pequeñas permitiendo la


109


[

colocación de cargas mayores. Cara del túnel:

Cara de la roca al final del túnel.

Cara:

Superficie de roca contra la que se dispara.

Carga base:

Carga explosiva principal de un detonador.

Carga de columna:

Carga de explosivo o agente de voladura en la sección de columna y sobre la Carga de fondo.

Carga de concusión:

Carga superficial para volar bloques.

Carga de fondo:

Carga concentrada en el fondo del barreno.

Carga especifica:

Consumo de explosivos por metro cúbico de roca.

Cartucho de cebo:

Cartucho que contiene el detonador.

Cartucho:

Contenedor del explosivo en forma rígida o semirígida.

Cebado axial:

Sistema de cebado de agentes de voladura donde el núcleo del cebo se extiende a través de la columna de agente de voladura.

Circuito de voladura:

Circuito eléctrico usado para disparar uno o más detonadores eléctricos.

Cobertor de voladura:

Dispositivo de protección para evitar proyecciones como cauchos, maderos, tela, guayas o lonas.

Conector de retardo:

Dispositivo de retardo para cordón detonante.

Cordón detonante:

Cordón con núcleo de alto explosivo de cubierta plástica o trenzada con recubrimiento de cera usado para iniciar cargas explosivas.

Corte en " V ":

Corte de túnel en forma de v. también llamado corte de cuña.

Cortes:

Parte de barrenos cargados sin detonar, mayormente debido a influencia de la detonación de barrenos con retardos menores.

Cuele de barreno paralelo:

Cuele de túnel donde todos los barrenos son paralelos y perpendiculares a la cara de la roca. el (los) barreno(s) sin carga es (son) normalmente mayores que los barrenos de carga.

Cuele en abanico:

Cuele para voladura de túneles donde los barrenos se perforan en forma de abanico.

Cuele quemado:

Cuele de barrenos paralelos cercanos. uno o varios de los barrenos no llevan carga.

Cuele:

Apertura de un túnel que proporciona la cara libre necesaria.

Cuello:

Distancia del tope de la carga de columna a la boca del barreno. se llena con material de retacado.

Decibel:

Unidad de presión de sonido para medir ondas aéreas.

Deflagración:

Reacción explosiva rápida subsónica.

Densidad de carga:

Densidad del explosivo expresado en términos de kilogramos de explosivo por metro lineal de barreno para un diámetro específico.

Densidad:

Peso específico de un explosivo expresado en gramos por centímetro cúbico.

Desplazamiento:

Unidad de vibración de terreno (altura de deflexión en mm).

Detonación prematura:

Cuando la carga detona antes de lo previsto.

Detonación:

Reacción explosiva supersónica que crea una onda de choque de alta presión, calor y gases.

Detonador corriente:

Detonador también llamado común o simple. se usa únicamente en conjunción con la mecha de seguridad.

Detonador de ½ seg:

Detonador de retardo con intervalos de 0.5 seg entre números subsecuentes.

Detonador de milisegundo:

Detonador de retardo corto con menos de 100 milisegundos de retardo entre números


110


[

subsecuentes. Detonador de retardo:

Detonadores eléctricos o no-eléctricos con retardos incorporados.

Detonador eléctrico:

Detonador diseñado para ser iniciado por una corriente eléctrica.

Detonador instantáneo:

Detonador carente e elementos de retardo.

Detonador:

Dispositivo que contiene una carga detonante usada para iniciar un explosivo.

Detrito:

Polvo de roca que se forma durante la perforación.

Diámetro crítico:

Diámetro mínimo de un explosivo para que se propague con una detonación estable.

Diario de voladura:

Diario de campo que contiene toda la información de cada voladura.

Dinamita:

Alto explosivo inventado por Alfred Nobel. Cualquier alto explosivo que contiene nitroglicerina como sensibilizador.

Dinamitero:

Persona calificada para cargar una voladura.

Disparador:

Persona que ejecuta la voladura. el o ella tiene el control de la operación de voladura con autoridad para decidir cargas, patrones de retardo, etc.

Distancia escalada:

Relación utilizada para predecir vibraciones del terreno.

Electricidad extraña:

Energía eléctrica diferente a la corriente de encendido que constituye un peligro para detonadores eléctricos. se presenta en forma de electricidad estática, relámpagos, corrientes erráticas, radio frecuencia y energía inductiva y capacitiva.

Emulsión:

Explosivo con oxidantes que se disuelven en agua y rodeados de combustibles inmiscibles.

Energía de burbuja:

Energía de los gases que se expanden de un explosivo medido en una prueba subacuática.

Escaleo:

Proceso de limpieza de la superficie rocosa de material suelto después de la voladura.

Escarificado:

Remoción de la sobrecapa.

Espaciamiento:

Distancia entre barrenos de una fila.

Esponjamiento:

Diferencia de volumen de un material de su estado sólido a cuando está fracturado.

Explosión:

Proceso termoquímico en el cual reaccionan mezclas de gases, sólidos o líquidos con la formación casi instantánea de presión y temperatura.

Explosivo a granel:

Explosivo usado en masa sin empaques.

Explosivo primario:

Explosivo sensible a chispa, fricción, impacto o llama que se usa en un detonador para iniciar la explosión.

Explosivo:

Mezcla química que al reaccionar forma gases y calor a alta velocidad ocasionando altas presiones.

Explosor:

Máquina expresamente diseñada para iniciar detonadores eléctricos u otros tipos de detonadores.

Falla de disparo:

Carga o parte de ella que no se inició de acuerdo a lo planeado.

Falla:

Grietas naturales en la roca.

Fisuras:

Planos en la masa rocosa que los separan.

Fragmentación:

Acto de fracturar la roca, así como la distribución de los tamaños de partícula de la

Frecuencia:

roca volada. Unidad de vibración del terreno (períodos por segundo).

Frente:

Grupo o serie de barrenos que conforman una voladura cuando son interconectados.

Fuel oil:

Combustible residual diesel.


111


[

Fuga de corriente:

Arqueo de la corriente de ignición a tierra o agua.

Galvanómetro:

Aparato que mide la resistencia u ohnímetro.

Grano:

Sistema de medida de peso. 7000 granos equivalen a una libra (15400 granos = 1 kg). se usa para expresar el gramaje del cordón detonante en granos/pie. 50 granos/pie son aproximadamente 10 g/m.

Hastial:

Sección de un túnel donde se encuentra la pared y el techo.

Hertz:

Término usado para expresar la frecuencia de vibraciones de terreno y onda aérea.

Humos:

Gases tóxicos o venenosos provenientes de una voladura.

Iniciación:

Acto de detonar un explosivo por medio de un detonador o un multiplicador.

Iniciador de mecha de seguridad:

Dispositivo pirotécnico para encender la mecha de seguridad.

Intervalo:

Diferencia en tiempo de retardo entre detonadores.

Levantadores:

Barrenos en un túnel que rompen en forma ascendente.

Línea de menor resistencia:

Distancia de la carga explosiva de un barreno a la cara libre más cercana. También se llama retiro.

Línea descendente:

Línea de cordón detonante en un barreno que transmite la iniciación de las Líneas troncales a la carga de fondo.

Línea troncal:

Línea de cordón detonante usado para conectar las líneas descendentes en un frente de voladura.

Material suprayacente:

Consiste en la capa de estéril que está por encima de una mena. en voladuras de construcción representa la capa superior a ser removida.

Mecha de seguridad:

Núcleo de pólvora negra cubierto con hilos y materiales impermeables usado para iniciar detonadores corrientes.

Mecha engargolada:

Mecha de seguridad con un detonador simple.

Mecha rápida:

Mecha pirotécnica que se utiliza para encender la mecha de seguridad con un conector apropiado.

Medidor de circuito:

Instrumento para medir los circuitos de una voladura eléctrica.

Microbalones:

Esferas huecas de vidrio o plástico que se añaden a los materiales explosivos para aumentar su sensibilidad asegurando un contenido adecuado de aire entrampado. en emulsiones explosivas, los microbalones actúan de esta forma.

Milisegundo:

Unidad de medida de intervalos de retardo cortos iguales a 1/1000 seg.

Monóxido de carbono:

Gas venenoso producto de la detonación de explosivos con insuficiencia de oxígeno.

Muerte por presión:

Explosivo que se desensibiliza por presión.

Nitrato de amonio (AN):

Oxidante más común usado en explosivos y agentes de voladura.

Nitroglicerina:

Aceite explosivo usado srcinalmente como sensibilizador de las dinamitas.

Nivelado:

Voladura de bancos bajos donde la altura del banco es menor que el doble del retiro (2xb).

Ohnímetro:

Se usa para chequear la resistencia de un detonador eléctrico, detonadores en serie y paralelo y la resistencia total del circuito, debe ser aprobado por las autoridades para ser usados en operaciones de voladuras.

Onda aérea:

Onda de choque resultante de una detonación, puede ser causada por movimiento de roca o expansión de gases.

Oxidante:

Componente de un explosivo o agente de voladura que proporciona el oxígeno que se combina con el combustible para formar los productos gaseosos de la detonación.


112


[

Patrón de perforación:

Distancias entre barrenos en un túnel o banco. la línea de menor resistencia y el espaciamiento se expresan en metros y el diámetro de los barrenos en mm.

Perforación en línea:

Método para controlar sobrerompimiento. Consiste en barrenos perforados con espaciamientos muy pequeños a lo largo del perímetro de la excavación, estos barrenos no se cargan con explosivos.

Perforación específica:

Metros perforados por metro cúbico de roca (ml/m3).

Pie:

Porción de un barreno intacto después de una voladura, puede contener explosivo y se considera peligroso.

Pila: Plan de voladura:

Disposición del material de roca volada en el frente del banco. Indica plan de perforación, carga, iniciación y medidas de seguridad en una voladura.

Polvorín:

Edificación especialmente diseñada para almacenar explosivos y otros materiales afines.

Potencia en volumen:

Potencia de un volumen dado de explosivo comparado con un volumen equivalente de gelatina explosiva.

Potencia por peso:

Potencia de un explosivo de peso conocido comparado con un peso equivalente de gelatina explosiva.

Pozo ascendente:

Túnel o pozo que se excava de un nivel inferior a uno superior con una inclinación de por lo menos 45º.

Pozo descendente:

Pozo subterráneo que se excava verticalmente y hacia abajo.

Precorte:

Voladura de barrenos con espaciamientos cortos a lo largo del perímetro de la excavación. se dispara antes de la voladura principal.

Presión de detonación:

Presión creada por la detonación a través de la columna explosiva.

Prill:

Esfera porosa de nitrato de amonio usado para la fabricación de ANFO.

Probador de fuga de corriente:

Aparato para detectar fugas.

Propagación:

Detonación de cargas explosivas por impulso de cargas cercanas.

Proyección:

Proyección de roca no deseada en una voladura.

Puente de incandescencia:

Filamento de cable fino dentro de la masa pirotécnica iniciadora del detonador eléctrico.

Resistencia al agua:

Habilidad del explosivo de permanecer expuesto al agua sin deteriorarse o desensibilizarse.

Retacado:

Material inerte que se usa para confinar los gases generados por la carga, también llamado taco.

Retacador:

Palo de madera o plástico usado para retacar.

Retacar:

Comprimir el explosivo de un barreno.

Sensibilidad al detonador:

Sensibilidad de un explosivo a ser iniciado por un detonador no 8 o fracción de éste.

Sensibilizador:

Ingrediente usado en un explosivo para facilitar su iniciación y propagación de detonación.

Sensitividad:

Susceptibilidad del explosivo a ser detonado al recibir un impulso externo como impacto, llama o fricción.

Series de perforación:

Series de barras integrales en las cuales la punta decrece 1 mm por cada incremento de 0.8 m en la longitud de la barra.

Simpatía:

Detonación entre cargas o barrenos separados.

Sobreperforación:

Parte de la perforación por debajo del nivel de piso esperado.


113


[

Sobrepresión de aire:

Ver onda aérea.

Sobrerompimiento:

Fractura excesiva de roca más allá del contorno teórico, roca fragmentada más allá de los límites de la última hilera de barrenos.. También es llamado Back break

Tiempo de retardo:

Tiempo entre la iniciación y la detonación.

Tiempo de vida:

Lapso de tiempo que un explosivo puede ser almacenado sin perder sus propiedades.

Tormenta eléctrica:

Disturbio atmosférico que crea peligro en operaciones de voladura con detonadores eléctricos.

Transmisión:

Distancia mínima a la cual un explosivo puede hacer detonar a otro.

Túnel de acceso:

Túnel de la superficie al desarrollo subterráneo.

Túnel:

Excavación subterránea horizontal.

Velocidad

de

detonación

confinada: Velocidad

Velocidad de un explosivo o agente de voladura bajo confinamiento en barreno o un tubo de hierro.

de

detonación

no

Velocidad de detonación de un explosivo sin estar confinado en un barreno u otro

confinada:

medio de confinamiento.

Velocidad de detonación:

Velocidad a la cual la onda de detonación viaja a través de la columna explosiva. se puede medir con la carga confinada y sin confinar.

Velocidad de partícula:

Medida de vibración del terreno. velocidad a la cual la partícula del terreno vibra cuando es alcanzada por una onda sísmica.

Velocidad de propagación:

Velocidad de la onda de choque del terreno.

Velocidad de vibración:

Unidad de vibración de terreno en mm/seg.

Vibración del terreno:

Onda de choque que emana de una voladura y se transmite al medio circundante.

Visión externa o Look out:

Angulado de los barrenos de contorno de un túnel por afuera del contorno teórico para dejar espacio al equipo de perforación para el siguiente ciclo.

Voladura amortiguada:

Técnica de voladura para obtener pendientes competentes en voladura de bancos.

Voladura con retardos:

Uso de detonadores o relés de retardo para disparar cargas separadas a intervalos diferentes.

Voladura controlada:

Técnica usada para control de sobrerompimiento y daños colaterales a la superficie de roca remanente.

Voladura cuidadosa:

Operación donde es necesario controlar proyecciones, vibración del suelo y ondas de choque aéreas.

Voladura de banco:

Voladura de un banco con al menos dos caras libres.

Voladura- Od:

Tipo de perforación y voladura a través del material suprayacente, usado generalmente en voladuras subacuáticas. las siglas significan overburden drilling.

Voladura secundaria:

Voladura de bloques sobredimensionados producto de la voladura principal.

Voladura suave:

Método de voladura controlada en la cual se perforan barrenos poco espaciados en el perímetro de la excavación y llenados con cargas bajas para reducir el sobrerompimiento, estos barrenos perimetrales son disparados con un retardo mayor que el resto del frente.

Voladura: Web:

Detonación de explosivos para fragmentar roca. Masa de roca entre barrenos de precorte.


114


[

CAPITIULO VIII 8.

. EXPLOSIVOS. La rotura de un macizo rocoso empleando explosivos, consiste en la utilización de un medio físico para disponer de una energía bajo unas características químicas concentradas y muy particulares, que se alojan en cantidades de unidades de peso adecuadamente distribuidas en el interior del macizo rocoso de tan manera que al ser liberada esta energía de forma controlada en espacio y tiempo pueden lograr la fragmentación de dicho macizo. Un concepto generalizado en el medio minero, es el dispuesto por Berthelot, “La repentina expansión de los gases en un volumen mucho más grande que el inicial, acompañada de ruidos y efectos mecánicos violentos” Los tipos de explosión son: 

Mecánicos.



Eléctricos



Nucleares y



Químicos, siendo estos los de interés para este tema

8.1. DEFLAGRACIÓN Y DETONACIÓN La naturaleza propia de una sustancia como la forma de iniciación y condiciones externas, que gobierna el desarrollo de un proceso de descomposición de una sustancia explosiva, a saber: 

Combustión Propia: Se define como la reacción química con la capacidad de desprender o generar calor, pudiendo ser o no percibido por el humano.



Deflagración: Es un proceso exotérmico en el que la transmisión de la reacción de descomposición se rige bajo el principio de conductividad térmica, se trata de un fenómeno superficial en el que el frente de deflagración se propaga por la superficie del explosivo en capaz paralelas a una velocidad baja que por lo general no supera los 1.000m/seg.



Detonación: Es un proceso físico-químico caracterizado por su gran velocidad de reacción y formación de gases en grandes cantidades a temperaturas elevadas, que adquieren una gran fuerza expansiva. La cesión por conductividad del calor generado en una detonación por las moléculas gasificadas de un explosivo al alcanzar su velocidad máxima, no es posible, sino que es transmitida a las demás moléculas por choque a la zona inalterada de carga, deformándola y produciendo su calentamiento y explosión adiabática con generación nuevos gases. La energía de iniciación en los explosivos deflagrantes o pólvoras puede ser una llama, mientras que en los explosivos detonantes, se requiere de una energía en forma de onda de choque. Una vez hincado el explosivo, se genera una onda de choque a presión que se propaga a través de su masa, esta onda da la energía necesaria para activar las moléculas de la masa del explosivo alrededor del foco iniciador de energetizado, provocando así una reacción en cadena.


115


[

El explosivo que reacciona produce una gran cantidad de

VR

gases a altas temperaturas, esta actúa sobre la masa que

DETONACIÓN

aun no ha detonado en forma de una presión secundaria, su efecto se suma al de la onda de presión primaria, pasando de un proceso de deflagración a otro de

TRANSICIÓN

detonación, (Como se puede ver en la Fig. 8.1). En el caso en que la onda de presión de los gases actúe en

INICIACIÓN

sentido contrario a la masa del explosivo sin detonar, se produce un régimen de deflagración lenta, ralentizándose la

DEFLAGRACIÓN

TIEMPO (Tf)

reacción explosiva de tal manera que al ir perdiendo energía la onda de detonación primaria llega en casos a ser incapaz de energizar al resto de la masa de explosivo

Figura.8.1.Desarrollo de una Detonación

masa de explosivo, produciéndose la detención de la detonación, en estos casos los barrenos quedan cargados siendo un peligro para la seguridad de las demás actividades en la mina o cantera, incluso en obras civiles. 8.2. PROCESO DE DETONACIÓN La detonación consiste en la propagación de una reacción química que se mueve a través del explosivo a una velocidad superior a la del sonido en dicho material, transformando a este químicamente, caracterizando esta reacción por la iniciación y soportada por una onda de choque supersónica. El proceso de iniciación del explosivo se genera en la cabeza del explosivo, viajando la onda de choque primaria a todo lo largo de lo que se denomina zona de reacción, determinando el plano llamado de ChapmantJouguet (C-J), donde se admite el equilibrio químico; por detrás del plano C-J, se producen reacciones químicas importantes, particularmente de las partículas de gran tamaño y de los combustibles metálicos. Estas reacciones secundarias pueden afectar el rendimiento del explosivo, pero no influyen en la velocidad de detonación y en la estabilidad de la reacción. En un explosivo normal la zona de reacción primaria esta sujeta al diámetro del mismo, del orden de milímetros, este es el caso de los Booster o iniciadores, mientras que en los explosivos de baja densidad y potencia esta zona es mucho mas extensa, como en el caso del ANFO, que llega a alcanzar el diámetro del barreno. Por detrás del plano C-J, se encuentran los productos de reacción, y en casos existen partículas inertes, generándose productos como gases a altas temperaturas del orden de (1500 - 4000)ºc, y presiones por el orden de (2 - 10)GPa. Los gases bajo estas condiciones de P y T, se expanden rápidamente y producen una onda de tensión alrededor de la zona que les rodea. El plano C-J se mueve a muy alta velocidad (VOD), mientras que la velocidad de los productos de explosión, determinada por Cook mediante un método fotográfico de rayos X, alcanza un valor de 0,25 la Velocidad de Detonación, si se tienen los siguiente fundamentos: Donde;

PD  e  VOD  Up Nota: 1MPa = 145,037 lbf/in²


PD ρe

= Presión de Detonación (kPa) = Densidad del explosivo (gr/cm³)

VOD

= Velocidad de Detonación (m/s)

Up

= Velocidad de Partícula (m/s)

116


[

Y teniendo en cuanta que Up = 0,25 x VOD, se obtiene: Donde;

PD 

e  VOD2

PD

= Presión de Detonación (MPa)

4

ρe

= Densidad del explosivo (Kg/m³)

VOD

= Velocidad de Detonación (m/s

La Presión Termoquímica o presión máxima disponible para efectuar un trabajo (PE), se considera que vale la mitad de la Presión de Detonación (PD), si por el contrario la carga explosiva se encuentra en contacto con la pared del barreno, la presión ejercida sobre la misma por los gases de explosión es igual a la Presión Termoquímica. Para iniciar un explosivo, es necesario suministrar un determinado nivel de energía por unidad de volumen en un punto del explosivo, una de las teorías que explica el mecanismo de iniciación es la denominada Teoría de los Puntos Calientes o “Hot Spots”, que son pequeños element os de materia donde se encuentra la

energía aportada al explosivo, estos se pueden formar por compresión adiabática de pequeñas burbujas de aire, gas o vapor, retenidas dentro del explosivo, por fricción entre los cristales constituyentes de la sustancia explosiva y por el calentamiento producido en el movimiento de la masa explosiva en condiciones extremas. Se estila colocar micro esferas de vidrio, partículas sólidas o de aire, para sensibilizar a algunos agentes explosivos. 8.3. TERMOQUÍMICA DE LOS EXPLOSIVOS Esta se refiere a los cambios de energía interna, en forma de calor, la energía almacenada en un explosivo se encuentra en forma de energía potencial, latente o estática. La energía potencial liberada a través del proceso de detonación se transforma en energía cinética ó mecánica. La Ley de Conservación de la Energía, establece que en cualquier sistema aislado la cantidad total de energía es constante, aunque su forma puede cambiar: ENERGIA POTENCIAL = ENERGIA CINETICA = CONSTANTE Pero no toda la energía e transforma en trabajo útil ya que se generan algunas perdidas. Es frecuente hacer un calculo teórico basado en el conocimiento de las leyes físico-químicas, para predecir las propiedades de los explosivos ó parámetros del a detonación. Un calculo aproximado se puede hacer con aquellos explosivos con un balance de Oxigeno nulo o muy ajustado, con los que en la detonación ideal solo se produce CO2, H2O, N2 y O2, es en estos casos donde se aplica el Método de Análisis Termodinámico, cuando el explosivo no tiene un balance de oxigeno equilibrado, determinar los parámetros de detonación del explosivo se hace complejo y no es mas sino con el empleo de ecuaciones no lineales que se pueden conseguir. 8.4. PARÁMETROS DE DETONACIÓN DEL EXPLOSIVO Los parámetros termoquímicos más importantes y el método simplificado de cálculo se exponen seguidamente: 

Calor de Explosión: Cuando se produce una explosión a presión constante, solo se ejerce un trabajo de expansión o compresión. La primera Ley de la Termodinámica establece que:


117


[

Donde;

Qe  Ue  P  V 

Qe

= Calor Liberado por la Explosión

Ue

= Energía Interna del explosivo

P

= Presión

V

= Volumen

Como Ue + P x V, se refiere al calor contenido o Entalpía (Hp), entonces Qe = ΔHp, asi el calor de explosión a presión constante es igual al cambio de entalpía, y se estima estableciendo el balance térmico de la reacción, haciendo el producto de los calores de formación de los productos finales por el número de moles que se forman de cada uno y sumándolos, para restar al calor de formación del explosivo. ΔHp(explosivo) = Hp(productos) - Hp(explosivo)

Si se considera al ANFO, se tendrá: 3NH4O3 + 1CH2 = CO2 + 7H2O + 3N2 Hp(explosivo) = 3(-87,3) + (-7) = 268 kcal Hp(productos) = (-94,1) + 7(-57,8) + 3(0) = - 498,7 kcal Qmp = ΔHs(explosivo) = - [(-498,7)+ 268,9] = 229,8 kcal Como el peso molecular del explosivo (Pm), es: Pm = 3(80,1) + 1(14) = 254,3 El calor de explosión que resulta es: Qkp = ( 229,8 kcal ÷ 254,3 gr ) x 1000 gr/kg = 903,7 kcal/kg El calor a presión constante no tiene interés técnico, pues el proceso de detonación tiene lugar

a

volumen constante, de este modo para calcular este hay que incrementar el calor a presión constante con el calor consumido en la expansión adiabática: Donde;

Qmv  Qmp  0,58  npg 

npg

= Número de moles de los productos gaseosos

Si se desea determinar el calor desprendido por kilogramo de explosivo, tenemos: Qkv = ( 229,8 kcal + [11 x 0,58]) x 1000 gr/kg = 928,74 kcal/kg 254,3gr Si existen productos sólidos entre los de explosión (SiO2, Al2O3, carbonatos, cloruros, etc..), se invierte calor de la reacción en su fusión, en la primera fase, por tanto el calor total consumido, no es mas que la diferencia del total del calor menos el producido para lograr la fusión de los productos de los componentes sólidos del explosivo. 

Balance de Oxigeno: Salvo la Nitroglicerina (NG) y el Nitrato de Amonio (NA), la mayoría de los explosivos son deficientes en oxigeno, pues no disponen de suficiente oxigeno para convertir un átomo de carbono e


118


[

hidrogeno en dióxido de carbono y agua. No es usual que un explosivo utilice oxigeno atmosférico durante el proceso de detonación, por lo que el calor que genera la explosión de un producto deficiente en oxigeno, es menor que el generado en condiciones de oxidación completa. En los casos donde la deficiencia de oxigeno esta presente esta se denota de forma negativa, en algunos explosivos la potencia, la sensibilidad y el poder rompedor aumentan conforme lo hace el balance de oxigeno, hasta alcanzar un máximo en un punto de equilibrio. Así para en Trinitrotolueno (TNT), se tiene: 2CH3C6H2 (NO2)3

12C0 + 2CH4 + H2 + 3N2

Se necesitan 16,5 moles de O2, para alcanzar el equilibrio de oxigeno de 2 moles de TNT u 8,25 moles de O2 por mol de TNT. El balance de oxigeno de la reacción será: 100% [(3,00 ÷ 8,25) x 100] = 63,6%, expresado como - 63,6% En explosivos con balance de oxigeno positivo, el oxigeno disponible se combina con los átomos de carbono y producen CO2, y óxidos de nitrógeno, algunos con tonalidades de color rojo. Los humos rojos en una detonación indican un déficit de combustible en la reacción, que se puede deber a una mezcla o perdida de combustible. Cuando el balance de oxigeno es negativo, se forman óxidos incompletos como el CO, que es venenoso e incoloro. Los gases nitrosos se reducen mucho, por lo que los explosivos se formulan con un pequeño balance de oxigeno negativo. 

Volumen de Explosión: Es el volumen que ocupan los gases producidos por un Kilogramo de explosivos en condiciones normales. El volumen molecular en condiciones normales es 22,4 lt. Así para en Nitroglicerina (NG), se tiene: 4C3H5 (NO3)3

12CO2 + 10H2O + 6N2 + O2

La explosión de 1,00gr/mol de NG, genera (29/4 = 7,25 gr/mol) de productos gaseosos a 0°c y a presión atmosférica, por lo que el volumen de explosión será: 7,25 gr/mol x 2,4 lt/gr-mol = 162,4 lt A una temperatura mayor los volúmenes de gases aumentan de acuerdo a la Ley de Gay-Lussac, si consideramos un incremento de 10°c, se tiene: 162,4 lt x [283x 273] = 171,3 lt Por regla general el volumen de explosión se expresa en términos de moles de gas por kilogramo de explosivo, a saber: Donde;

npq 1.000 nex  Pm 

npg

= Moles de los productos gaseosos

nex

= Moles de explosivos

Pm

= Peso molecular del explosivo

Energía Mínima Disponible: Se entiende como la cantidad de trabajo que realizan los productos gaseosos de una explosión cuando la presión permanece constante a 1Atm.


119


[

Tomando como ejemplo la NG que al detonar produce un incremento del volumen molecular alrededor del 700%, mientras que la presión resistente se mantiene constante. La ecuación diferencial para el trabajo de expansión (We) es: Donde;

dWe  Fe  dl

Fe

= Magnitud de la Fuerza

dl

= Elemento de distancia a través de la que se aplica la fuerza

Como la Fuerza es igual a la Presión por unidad de superficie, puede escribirse: d We = P x As xd l Al ser (As x d l) el cambio de volumen experimentado por los productos gaseosos, ya que p es constante se tiene: Donde;

We  P  V2  V1 

We P V1 V2

= Trabajo de expansión = Presión resistente (1Atm) = Volumen de explosivo = Volumen de los gases de explosivo

Como el volumen V1 es despreciable vs V2, la cantidad de trabajo disponible viene dada por:

We  P  V2 

Temperatura de la Explosión: La temperatura absoluta en cualquier caso de combustión viene dada por la formula: Donde;

Qkv Te  mr  ce

Qkv

= Calor total desprendido a volumen constante

mr ce

= Peso en kg de cada producto de la reacción = Calor especifico a la temperatura Te

Como ce = f (Te), donde, ce = a-(b/Te), de esta manera se puede establecer que:

Te 

Qkv  mr  b  mr  ce

La función ce = a-(b/Te), de los productos de explosión son: Del vapor de agua……………….(0,943 – 1.153/Te) kcal/kg

Del nitrógeno……………….…… (0,234 – 49,0/Te) kcal/kg Del oxigeno sobrante……………(0,212 – 34,4/Te) kcal/kg Del óxido de carbono……………(0,943 – 1.153/Te) kcal/kg Del anhídrido carbónico…………(0,290 – 87,8/Te) kcal/kg 

Presión de Explosión: Para los gases perfectos se cumple la igualdad P x V = R x Te, pero para los gases reales se debe aplicar la Ley que recibe el nombre de Noble y Abel:



P  R  Te  

e

  , de donde:

  1    e 

La coaccionado


120


[



P  0,03526 Vk 20  Te  

e

  , para ά = 0,92 x [1 – 1,07 x e-1,39 x V3]

  1    e 

Esta ecuación considera V (volumen del barreno aproximado al volumen del cartucho de explosivo en la primera fase de la explosión) 8.5. PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS Los explosivos convencionales y los agentes explosivos tienen características que los diferencian y los caracterizan y que son aprovechados por los explosivistas en la correcta selección de estos de acuerdo al tipo de voladura que se desea realizar bajo condiciones muy particulares del terreno, atmosféricas y de estructuras aledañas. La fragmentación y desplazamiento del material rocoso que se desea volar están sujetos a la buena selección de los explosivos, además de las condiciones físicas del terreno como la generación de vibraciones y ondas sísmicas. 

Potencia y Energía: La potencia es una de las propiedades mas importantes ya que definen la cantidad de energía disponible para la generación de un efecto mecánico.

Existen diferentes formas de expresar la

potencia de un explosivo, cuando la dinamita era el explosivo base, la potencia se media de acuerdo al porcentaje de Nitroglicerina (NG), con la sustitución parcial de esta por otros productos y la ejecución de ensayos de laboratorio se dio srcen a la expresión Potencia Relativa en Peso ( Relative Weight Strength o RWS) y Potencia Relativa por Volumen (Relative Bulk Strength o RBS), para lo cual se toma como patrón al ANFO, al cual se le asigna el valor 100. Existen entonces varios métodos para medir la potencia o la energía de un explosivo, todos ellos discutibles si son comparados con los resultados obtenidos en una voladura, a saber podemos comentar: 

Método Traulz: Determina

la

capacidad de expansión que produce la detonación de 10 gr de explosivo en el interior de un bloque cilíndrico de plomo. La diferencia entre el volumen total obtenido y el volumen inicial de 62cm 3 del valor de Traulz real, como lo demuestra la Fig. 8.2 Cuando se compara el volumen con el producido por 7 gr de ácido pícrico se obtiene el denominado Índice de Traulz. 

Figura 8.2. Ensayo Traulz

Mortero Balístico:Consiste en comparar la propulsión de un mortero de acero montado sobre un péndulo balístico por efecto de los gases cuando se hace detonar una carga de 10 gr de explosivo. El índice T.M.B se calcula con la ecuación: T.M.B =100 x


1  cos  1  cos  

121


[

Donde ά y β son los ángulos registrados en el retroceso del péndulo, correspondiente al explosivo a ensayar y al explosivo patrón. Ambos procedimientos descritos no pueden ser aplicados en pruebas sobre ANFO o explosivo a base de agua (hidrogeles), debido a que el diámetro pequeño que se utiliza en el péndulo (20cm) y en el método de Traulz (25mm), son inferiores al diámetro critico de estos explosivos, el retacado de 2cm n Traulz es insuficiente ya que es proyectado por los gases que se generan con estos explosivos, en el mortero la carga debe estar desacoplada y ante todo, estas pruebas se adecuan a explosivos sensibles a la iniciación con detonadores y los tiempos de reacción son pequeños. 

Método de Aplastamiento de un Cilindro: Este método define el poder rompedor de un explosivo, que esta relacionado

con

la

capacidad

de

fragmentación del a roca, por medio del aplastamiento que produce una carga sobre un molde cilíndrico de metal. Existen varios métodos pero el de Hess es el mas empleado. Como se puede observar en la Fig. 8.3., este ensayo refleja bien la energía de la

Figura 8.3. Ensayo Hezz

onda de tensión que esta ligada a la presión de detonación 

Formulas Empíricas: 1.

La formula sueca propuesta para determinar el RWS de un explosivo es: Donde:

 5   Qe   1   Vg      x   x  6   Qo   6   Vgo 

Qo =

Calor de explosión de 1 Kg de explosivo LFB (5 MJ/kg) en condiciones normales de

RWS = 

Presión y Temperatura Qe =

Calor de explosión de 1 Kg de explosivo a emplear

VGo =

Volumen de los gases liberado por 1 kg de explosivo LFB (0,85 m3/kg)

VG =

Volumen de los gases liberado por el explosivo a emplear

Como en algunos casos la potencia se refiere al ANFO, primero se puede calcula la potencia respecto al explosivo patrón LFB y el valor que se obtiene dividirlo entre 0,84 que es la RWS del ANFO con respecto a dicho explosivo, el ANFO tiene valores de Qe = 3,92 MJ/kg y VG = 0,973 m3/kg. 2.

Paddock (1987) sugiere comparar los explosivos mediante el denominado Factor de Potencia (FP), definido por:


122


[

Donde;

FP  PAP  VOD  e

PAP

= Potencia Absoluta en Peso del Explosivo (x) (cal/gr)

VOD

= Velocidad de Detonación (mt/seg)

ρe

= Densidad del Explosivo (gr/cm3)

Si es tomado el ANFO como explosivo patrón, se cumple: PAP ANFO = 890 cal/gr PAV ANFO = PAP ANFO x ρe = 890 x 0,82 = 730 cal/cm3 

Velocidad de Detonación: Es la velocidad a la que la onda de detonación se propaga a través del explosivo y por lo tanto es el parámetro que define el ritmo de liberación de energía. Dentro de los factores que podemos mencionar que afectan la VOD, tenemos: o

Densidad de la Carga

o

El Diámetro

o

El Confinamiento

o

La Iniciación, y

o

El Envejecimiento del Explosivo

Para los tres primeros, conforme aumentan estos parámetros, la VOD resultante crece significativamente. En cuanto a la iniciación, si no es lo suficientemente energética puede hacer que el régimen de detonación comience con una velocidad baja y respecto al envejecimiento, este hace que la VOD disminuya al verse afectado el volumen y numero de las burbujas de aire presentes en el explosivo, en especial en las emulsiones, ya que son generadores de puntos calientes. Los valores de VOD pueden ser medidos con los siguientes métodos: 

Método D'Autriche: Este método compara la VOD de un explosivo de prueba vs la VOD conocida del cordón detonante. El procedimiento consiste en tomar el cordón detonante con una determinada longitud y marcar el punto medio del mismo, que debe ser coincidente con una marca realizada sobre una plancha de plomo, posteriormente se insertan los extremos del cordón dentro del explosivo a una distancia d. ( Fig. 8.4 ). La carga de explosivo alojada en un tubo metálico, es iniciada en un extremos con un detonador. Como la onda de choque energiza a su vez en instantes de tiempo diferentes al cordón detonante, la colisión del tren de ondas en ambos extremos del tubo tiene lugar sobre la plancha de plomo a una distancia (a) del punto medio del cordón, asi la VOD se determina con la formula: VODe =



VODc  d 2a

Figura 8.4. Método D'Autriche

Monitor BMX: Blastronics en Australia desarrollo este monitor, consistiendo en una tarjeta de datos (CAD) que registran las señales eléctricas producidas por un sensor, este puede estar formado por


123


[

acelerómetros, sensores de presión o geófonos; Para medir la VOD, se utiliza un accesorios llamado Blastronics VOD, un PC que forman parte del sistema integral de medición y de registro de los datos. Como sensor de VOD se emplean cables cinta de 24 conductores, que generan 23 señales de medición de VOD por barreno, estos cables tienen una longitud activa de 10,50 mt de un total de 30 a 100 mt, los sensores tienen una separación en el cable de 0,50 mt. 

Sistema con Sensor de Alta Resistencia: Esta basado en el principio de resistencia eléctrica y consiste en utilizar un generador de corriente constante para mantener una corriente de intensidad uniforme a todo lo largo de un sensor de alta resistencia. Los cambios de voltaje asociados con los cambios de resistencia contando el sensor es consumido por el avance de la detonación son registrados por un osciloscopio. Al ser la corriente constante a todo lo largo del evento, los cambios de tensión serán proporcionales a los de resistencia. Conocida la caída total de voltaje y la resistencia por unidad de longitud del sensor, se puede determinar la VOD del explosivo mediante la interpretación de la pendiente del grafico Voltaje vs Tiempo. Para mediciones en columnas explosivas de gran diámetro y longitud, se ha

desarrollado un cable

sensor coaxial que permite la aplicación de este método a barrenos de producción. La resistencia del hilo de conductor de microbio es 

constante y viene especificada de fábrica.

Monitor de Fibras Ópticas: El principio de operación consiste en medir el intervalo de tiempo en que que la luz que acompaña al frente de detonación del explosivo tarda en pasar por los sensores de fibra óptica, uno de los sistemas que existen en la actualidad es el desarrollado por Kontinitro AG, casa Alemana que se especializa en dispositivos de medición de señales. ( Ver Fig. 8.5 ) Figura 8.5. Método de Fibras



pticas

Densidad: La densidad de la gran mayoría de los explosivos varia entre (0,80 – 1,60) gr/cm3, y al igual que con la VOD, mientras mayor es, mayor es el efecto rompedor del explosivo. En los explosivos tipo agentes la densidad puede ser un factor critico, puesto que al ser bajas son sensibles al cordón detonante que los comienza a iniciar antes de la detonación del multiplicador o cebo, pero si esta es muy alta pueden hacerse insensibles y no detonar. Esta densidad límite se llama Densidad de Muerte. La densidad de un explosivo es muy necesaria para poder desarrollar el calculo de las cantidades de explosivo a utilizar en una voladura, por regla general en el fondo del barreno que es donde se requiere mayor concentración de energía para el arranque de la roca, se emplean explosivos mas densos, como los booster y las emulsiones encartuchadas, mientras que en la columna de carga se requieren explosivos menos densos como el ANFO, los pulverulentos o las mezclas de Emulsión/ANFO. La concentración lineal de carga (ql), en un barreno de diámetro (Øb), y una densidad ( e), se calcula a partir de la formula:


124


[

Donde; 4

Ql  7,854x10  e  b

2

Ql

= Concentración lineal de carga (kg/m)

ρe


Øb

= Diámetro de carga (mm)

Cuando los barrenos tienen una gran longitud, suele presentarse un fenómeno de variación de la densidad del explosivo a lo largo de la columna, como consecuencia de la presión hidrostática. 

Presión de Detonación: La presión de detonación de un explosivo es función de su densidad y del cuadrado de su VOD y se mide en el plano C-J, de la onda de detonación cuando se propaga a través de la columna de explosivo. Esta también depende de los componentes con los que esta elaborada, una formula que permite estimar este parámetro es:

PD = 432 x10

6

 VOD2    e    1  0,8e 

Donde; PD


ρe


VOD

= Velocidad de Detonación (m/s)

Los explosivos industriales tienen una PD que varia de 500 a 1500 MPa. Para la fragmentación de rocas duras y competentes, el empleo de un explosivo con alta PD, efectúa el trabajo más fácilmente, debido a la relación de esta y los mecanismos de rotura de la roca. Para la medición de la PD en los explosivos se utilizan censores que son colocados dentro del explosivo, a saber: 

Sensores de Presión: Estos se utilizan para medir presiones producidas por golpes de aire, ondas de choque bajo el agua, ensayos de impacto y otros efectos dinámicos en donde la magnitud del evento es relativamente pequeña comparada con las presiones generadas en el frente de detonación. Los sensores mas empleados son de cuarzo, ya que este mineral posee propiedades piezoeléctricas, respondiendo a solicitaciones externas generando una señal en forma de cargas eléctricas, se emplean para medición de magnitudes no mayores a 25KBar. La magnitud de la presión de detonación de un explosivo llega hasta los 400 KBar, un ANFO esta en el orden de 60 – 70 KBar. , para poder medir estos valores se han desarrollado sensores piezoresistivos (g rafito, manganin, etc..)l



Ensayos en Piscina: El método consiste en colocar un extremo de un ci lindro de explosivo en contacto con el agua dentro de una piscina, valiéndose de técnicas fotográficas (cámaras Streak), se mide la VOD del explosivo simultáneamente con la velocidad de la onda de choque en el agua (Vsw), esta ultima entre la superficie de contacto del explosivo con el agua, se utilizan relaciones derivadas de las leyes físicas de transición y reflexión de ondas de choque de un medio a otro, empleando la formula: Donde;

 w  Vsw   w VOD Pd= Pw    2  w  Vsw 

  

Pd


Pw

= Presión transmitida al agua

ρw

= Densidad inicial del agua

ρe

VOD

= Densidad del Explosivo (gr/cm3) = Velocidad de Detonación (m/s)

Vsw

= Velocidad inicial de la onda de choque transmitida al agua


125


[



Estabilidad: Los explosivos deben ser químicamente estables y no descomponerse en condiciones ambientales normales. Un método de determinar la estabilidad en mediante la prueba Abel, que consiste en el calentamiento de una muestra durante un tiempo determinado y a una temperatura especifica, observando el momento en que se inicia su descomposición. Por ej. la NG tarda 20 min a 80°c para descomponerse. La estabilidad de los explosivos es una de las propiedades que se encuentran íntimamente relacionados con el tiempo de fabricación y almacenamiento, para que las demás propiedades no se vean mermadas al ser empleadas en los trabajos de voladura.



Resistencia al Agua: Esta propiedad esta referida a la capacidad de resistir durante cierto tiempo a la exposición en un medio acuoso sin perder sus características, esta varia de acuerdo a la composición química de los explosivos y por regla general guardan relación con la proporción de Nitroglicerina o aditivos especiales que contengan, por lo que podemos encontrar productos como las emulsiones que son muy resistentes al agua, mientras que la propiedad higroscópica de las sales oxidantes como el Nitrato de Amonio (NA) en el ANFO, lo hacen fácilmente alterable en presencia de agua. Se ha desarrollado una escala para definir la capacidad de resistencia al agua de los explosivos que va desde: RESISTENCIA AL AGUA TIEMPO DE RESISTENCIA



Nula

Limitada

Buena

Muy Buena

Excelente

0 Hr

2Hr < 8Hr

< 12 Hr

12 Hr

> 12Hr

Sensibilidad: Esta característica depende del tipo de acción exterior que se produzca sobre el explosivo. 

Sensibilidad a la Iniciación: Un iniciador adecuado debe ser suficiente para iniciar un explosivo sensible, esta capacidad varia de acuerdo al tipo de producto, en este orden los explosivos gelatinosos deben ser sensibles a la iniciación con detonadores, mientras que los agentes explosivos como el ANFO requieren por lo general de un multiplicador o cebo de mayor presión y VOD. El ensayo de sensibilidad a la iniciación consiste en colocar el explosivo con dimensiones determinadas sobre una placa de plomo y con diferentes disparos se determina la potencia mínima del detonador que lo inicia. De esta manera se clasifican los explosivos de acuerdo al detonador que los inicia en: -

Explosivos sensibles al detonador # 8 (Cap sensitives) y

-

Explosivos No sensibles al detonador # 8 (No Cap sensitives)

El Detonador # 8, tiene una carga de 2,00gr de mezcla de fulminato de mercurio (80%) y clorato de potasio (20%) o una carga de Pentrita presada equivalente. 

Sensibilidad al Choque y a la Fricción: Existen explosivo sensibles al efecto de estímulos subsónicos, como el choque por fricción, por seguridad es preciso conocer el grado de sensibilidad frente a estas acciones, especialmente durante su manipulación y transporte. El ensayo de resistencia al choque se realiza con un martillo de caída (Kast), que consiste en colocar cobre un Yunque una muestra de 0,10 gr de explosivo y dejar caer sobre el un peso de acero de 0,50 a 10 kg desde diferentes alturas y observar si explosiona o no. Por Ej., la NA detona con una distancia de caída del


126


[

peso de 4 a 5 cm, los explosivos amoniacales con caídas de 40 a 50 cm, las dinamitas con caídas de 15 a 30 cm. Para el ensayo de fricción se utiliza el Método de Julius Peters, que consiste en someter al explosivo a un proceso de rozamiento entre dos superficies de porcelana sin barnizar sobre las cuales se ejercen diferentes presiones. Tras la prueba se puede apreciar si ha existido carbonización, deflagración o explosión, los resultados son expresados en Kg, que corresponde a la presión con la que actúa el punzón de porcelana (a) sobre la placa (c) donde es depositado el explosivo (b). 

Figura. 8.6. Esquema del aparato de Julius Peters

Sensibilidad al Calor: Un explosivo al ser sometido a calentamiento de forma gradual alcanza una temperatura en la que se descompone repentinamente con desprendimientos de gases, aumentando estos hasta un punto donde se produce la deflagración o bien una pequeña explosión, a esa temperatura se le llama Punto de Ignición. Este punto en la pólvora esta entre (300 - 350)°c y los explosivos industriales esta entre (180 - 230) °c. Este punto difiere de la sensibilidad al fuego, ya que tanto la pólvora como la NG son altamente sensibles a una chispa.



Diámetro Crítico: Un explosivo con forma cilíndrica tienen un diámetro por debajo del cual la onda de detonación no se propaga o si lo hace es con una velocidad muy por debajo a la de régimen, a esta dimensión se le denomina diámetro critico. La variación de la VOD con el diámetro de la carga de explosivo corresponde a la  b      2 b   VOD= VODi  e    

ecuación del tipo (Sun, Ch, et al, 2001): Donde; b=

Constante relacionada con las propiedades del explosivo

VODi =

Velocidad de Detonación Ideal (m/s)

Øb =

Diámetro de la Carga de Explosivo, d ≥ dcr, siendo dcr el diámetro critico de la carga de

explosivo 

Transmisión de la Detonación: La transmisión por simpatía es el fenómeno que se produce cuando un cartucho al detonar induce en otro próximo a su explosión. Una buena transmisión dentro de los barrenos es garantía para conseguir la completa detonación de las columnas de explosivo, pero cuando esos barrenos se encuentran próximos a las cargas dentro de ellos se diseñan espaciadas, se puede producir la detonación por simpatía por medio de la transmisión de la onda de tensión a través de la roca, por la presencia de aguas subterráneas y discontinuidades estructurales o por la propia presión del material inerte del retacado intermedio entre las cargas. En todos estos casos los resultados finales de la voladura en cuanto a fragmentación y vibraciones se ven perjudicados.

Figura 8.7. Ensayo de Transmisión por Simpatía


127


[

El método de los Coeficientes de Autoexcitación, es el método mas empleado y consiste en determinar la distancia máxima en la que un cartucho cebado hace detonar a otro próximo sin cebar y dispuestos en línea según su eje y apoyados bien sobre una superficie plana metálica o de tierra o incluso dentro de tubos de diferentes materiales. En la gran mayoría de los explosivos industriales las distancias máximas hasta donde se produce la detonación por simpatía están por el orden de 2 a 8 veces su diámetro, mediante la aplicación de este método se determino que la distancia máxima para la detonación por simpatía Inversa es de un 50% de la energía que da la Directa. 

Desensibilización: Se ha observado que la sensibilidad en muchos explosivos disminuye al aumentar la densidad por encima de un determinado valor, esta propiedad se ve reflejada en aquellos productos que no contienen sustancias como el TNT o NG. Para el ANFO y los explosivos tipo hidrogel, la variación de la sensibilidad con la densidad es mucho mayor comparados con los explosivos gelatinosos. En el caso del ANFO se ha determinado que la influencia de la densidad al aumentarla de 1,1 gr/cm 3, sobre la VOD esta cae drásticamente, por lo que a las densidades y presiones que producen estos niveles de confinamiento se les denominan Densidades y Presiones de Muerte. La desensibilización puede estar producida por Presiones hidrostáticas y por presiones dinámicas. 

Desensibilización por Presiones Dinámicas: 1.

Desensibilización por Cordón Detonante: El cordón de medio gramaje no inicia a los hidrogeles y emulsiones e incluso pueden llegar a hacerlos insensibles a otros sistemas de cebado, a saber: -

Para el ANFO, el cordón detonante según su potencia lo inicia parcialmente o no crea mas que un régimen de detonación débil.

-

En Hidrogeles, los cordones son insuficientes para generar una onda de detonación estable comprimiendo las burbujas que producen punto calientes haciéndolas insensibles a un multiplicador o una onda de choque posterior.

-

En emulsiones, los cordones de bajo gramaje pueden romper la estructura de composición diseñadas para aportar al explosivo su sensibilidad ante un cebado posterior.

2.

Desensibilización por Efecto Canal: Si se introduce un explosivo encartuchado dentro de un barreno de mayor diámetro, la detonación de la carga va acompañada por un flujo de gases que se expanden en el espacio vació comprimiendo al aire, este as alta presión ejerce una presión lateral sobre el explosivo por delante del frente de detonación, resultando un aumento de la densidad y por consiguiente una desensibilización del mismo que puede provocar una caída en la VOD. Es aplicable la formula desarrollada por Johansson para explosivos gelatinosos: 0,25 < [ (St – Sc ) ÷ Sc ] < 1,36 Siendo St la sección transversal del tubo y Sc la sección transversal de la carga, para el ANFO y los hidrogeles, estos valores están en: 0,85 < [ (St – Sc ) ÷ Sc ] < 2,25


128


[

3.

Presión Ejercida por Cargas Adyacentes: La desensibilización srcinada por la detonación de cargas adyacentes, puede ser debida a: -

Paso a través de la carga de la onda de choque generada por otras adyacentes.

-

Deformación lateral del barreno y consiguiente estrechamiento de la carga debido al movimiento de la roca o a aguas subterráneas.

-

Compresión de la carga por empuje del material de retacado.

-

Infiltración de los gases de explosión a través de fisuras o fracturas abiertas en el macizo.



Resistencia a las Bajas Temperaturas: Si la temperatura ambiente es de -8°c, los explosivos a base de Nitroglicerina tienden a congelarse, por lo que se les añade una porción de Nitroglicol que hace bajar el punto de congelación unos -20°c.



Humos: La detonación de un explosivo produce vapor de agua, Nitrógeno, Dióxido de Carbono y eventualmente sólidos y líquidos, entre los gases inocuos también existen siempre un porcentaje de gases tóxicos como el Monóxido de Carbono y los Óxidos Nitrosos, al conjunto de estos productos resultantes se les denomina humos. Los explosivos tienen a balancearse en oxigeno, reduciendo de esta forma la generación de gases tóxicos, un exceso de o2 redunda en la formación de Óxidos de Nitrógeno, mientras que una deficiencia genera Monóxido de Carbono. Los principales factores generadores de humos son: -

Balance de Oxigeno en la formulación química.

-

Cebado inadecuado.

-

Ataque del agua.

-

Diámetro de carga cercano al diámetro critico.

-

Mala carga del barreno generada por cavidades en la columna de explosivos. Deflagración del explosivo ( por reacción incompleta)

Para clasificar los gases tóxicos se has diseñados las siguientes tablas: CLASE A B C

CONCENTRACION DE GASES TOXICOS (lt/kg) < 78 156 78 – B 234156 – Explosivos Permisibles (U.S. Bureau Of Mines)

CONCENTRACION DE GASES TOXICOS (lt/kg) < 10 10 – 21 21 - 42 Explosivos No Permisibles (Institute Of Makers Of Explosives)

CLASE A

C

Tabla 8.1. Clasificación para los Gases Tóxicos Las tablas se refieren a la detonación de 200gr de explosivo, con una envoltura de papel en la denominada Bomba Bichel, de acuerdo a esto los explosivos A, pueden ser empleados en minas subterráneas, los tipo B solo si se garantiza buena ventilación y los tipo C en superficie.


129


[

8.6. CLASIFICACION DESCRIPTIVA DE LOS EXPLOSIVOS DE APLICACION MINERA En la siguiente tabla se hace una reseña de la clasificación y descripción de los explosivos de uso en actividades mineras, clasificación tomada de la International Society of Explosives Engineers (ISEE):

Tabla 8.2. Clasificación de los Explosivos elaborada por la International Society Explosives Engineers (ISEE)


130


[

8.7. EXPLOSIVOS DE APLICACION MINERA Una vez vistas las propiedades generales de los explosivos, ya se pueden ver las distintas clases de explosivos que nos ofrece el mercado, para elegir el adecuado en cada aplicación. Dividiremos los explosivos comerciales en dos grandes grupos. 

Explosivos con Nitroglicerina.



Explosivos sin Nitroglicerina.

La Nitroglicerina (NG): Esta es muy sensible al choque ó la fricción debido a la debilidad del enlace N-O y a la reactividad de los grupos NO2, que están cerca. Al ser expuesta a la intemperie, es muy inestable, ya que podría descomponerse por hidrólisis soltando NO3H, que es una reacción exotérmica, produciendo en 6 muchos casos su inflamación y detonación espontánea también inestable. Al congelarse srcina dos formas cristalinas: una rómbica (estable) a 13,2 °C y otra triclínica (inestable) a 2,2 °C, y su descongelación puede ser de riesgos para los que estén cerca. Su densidad es 1,6 con un balance de oxígeno positivo y detona según reacción que se describe: 4 C3H5(NO3) → 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2 + 1500 cal/g A una presión de detonación de 250.000 Atm y una VOD de 7.926 m/s aproximadamente. El Nitroglicol (NT), esta sustancia por su bajo punto de congelación (-20 °C), se añade a la nitroglicerina para bajar al punto de congelación de ésta y así sea más estable. El Trinitrotolueno (TNT), llamada también trilita, es menos sensible que la nitroglicerina por su menor debilidad del enlace N-C y la mayor separación de los grupos NO2. Además, es más estable, pues no sufre hidrólisis y tiene un balance de oxígeno negativo. La Pentrita (PETN) es muy estable por la estructura simétrica de la forma química que posee. Nitrato Amónico (NA), fue descubierto a mediados del siglo XVII, pero a fines del siglo XIX empezó a adquirir importancia como ingrediente de los explosivos, ya en el año 1867 los suecos Ohlsson y Norrbein patentaron un explosivo basándose en nitrato amónico y combustibles llamado por ellos “pólvora de amoniaco”. El problema era

su gran higroscopicidad, el mismo que se resolvió luego debido al descubrimiento por Alfred Nobel de las gelatinas explosivas, en el año 1875, que al recubrir a los granos de nitrato amónico los protegía de la humedad. Luego el nitrato amónico ha ido adquiriendo gran importancia creciente como componente de explosivos, hasta llegar a ser actualmente un ingrediente importante de todos los explosivos industriales. La presentación del nitrato amónico comercialmente es en forma de cristales, esferas o granos. Las esferas se obtienen por pulverización de una solución concentrada de nitrato amónico, que cae desde la parte superior de una torre encontrándose con una corriente de aire ascendente inflado desde la base de aquella. La caída de la solución hace que se enfríe y el NA solidifica en gránulos redondos o “prills” del tamaño esperado .

Propiedades Físicas del Nitrato Amónico: 

La temperatura de fusión del nitrato amónico es de 169,6 °C y es muy soluble en agua, creciendo la solubilidad con la temperatura. Para el estado sólido se presentan cinco formas cristalinas que se distinguen por sus temperaturas de transición:


131


[

-18°C

32°C

84,2°C

125,2°C

Α

Β

γ

δ

Ε

(Tetragonal)

(Ortorrómbica)

(Ortorrómbica)

(Tetragonal)

(Cúbica)

La transición a la temperatura de 32 °C, que va acompañada de un aumento de volumen de los cristales del 3,6%. Luego de esto los cristales se rompen en otros menor, a la vez que el agua, como consecuencia de la humedad superficial de los granos, disuelve mayor cantidad de NA. Al enfriarse, los pequeños cristales tienden a aglomerarse por efecto de la humedad, debido a que la solución de NA concentrada que rodea los granos precipita NA, que une unos granos con otros, formándose grandes trozos endurecidos El endurecimiento puede reducirse modificando el hábito cristalino del NA, mediante la adición de ciertos tipos de colorantes en cantidades pequeñas. Además, actúan como agentes modificadores el fosfato amónico y las aminas alifáticas de cadena larga, como el acetato de laurilamina. El nitrato amónico tiene una elevada higroscopicidad, convirtiéndose en líquido en contacto con aire con humedad relativa del 60%. Propiedades Explosivas del Nitrato Amónico: En ciertas condiciones el nitrato amónico puede detonar, descomponiéndose según la reacción: NH4NO3 → N2 + 2 H2O + ½ O2; Q = 1550 kJ/kg. Esto supone una producción de 980 litros de gases por Kg. de producto 8.7.1. Explosivos con Nitroglicerina (NG). Son sin duda los más potentes de los dos. Esta cualidad no es siempre la mejor, ya que en ocasiones se prefieren explosivos menos potentes, con el fin de conseguir una granulometría grande. Son explosivos más delicados, necesitan mejores condiciones de almacenamiento. 8.7.1.1. Dinamitas: Se entiende como tales aquellas mezclas sensibles al detonador entre cuyos ingredientes figura la nitroglicerina. Su número y clase es extremadamente variado según países y marcas, variando también sus componentes adicionales, siendo los principales componentes los siguientes: -

Explosivo base: nitroglicerina.

-

Explosivos complementarios: trilita, nitrobenceno, etc.

-

Aditivos generadores de oxígeno: nitrato amónico, nitrato sódico, nitrato potásico, así como cloratos y percloratos.

-

Sustancias que aumentan la potencia : aluminio, silicio y magnesio.



Clases de Dinamitas: Reciben su nombre por su consistencia gelatinosa ya que están constituidos por nitroglicerina

(NG) gelatinizada con nitrocelulosa (NC). A la “gelatina explosiva”, llamada “ Goma Pura”, es una

mezcla del 93% de NG y 7% de NC. La preparó por primera vez por Nobel en el año 1875, al descubrir que la NG disolvía a la NC y cuando la NC de alta viscosidad era añadida a la NG en la proporción ya indicada se obtenía una sustancia gelatinosa que es la nitroglicerina. De esa manera, además de inmovilizarse la NG líquida, se adquiere un balance de oxígeno de la mezcla nulo, por lo que la energía desarrollada es aún superior a la de la NG pura. Este producto obtenido es una


132


[

sustancia gelatinosa de consistencia plástica, muy apropiada para su uso en labores de voladura por adaptares bien al barreno, debido precisamente a consistencia plástica que adquiere: Gomas: Están constituidas fundamentalmente por nitroglicerina y nitrocelulosa, pudiendo llevar en su composición los elementos anteriormente dichos. Sus principales ventajas son su consistencia plástica, una gran densidad, magnífico comportamiento al agua y una gran potencia, siendo la goma pura el más potente de los explosivos comerciales. Estos explosivos han sido sustituidos por las denominadas gomas especiales debido precisamente a su elevada sensibilidad unida a su alto precio.

Figura 8.8. Dinamita base nitrada en empaque(Caja)

El tipo de explosivos gelatinosos que llevan en su composición nitrato amónico como oxidante se llama Gelatinas Especiales. Actualmente, casi todos los explosivos gelatinosos se fabrican con NA, debido a su mayor potencia a igualdad en contenido de NG en comparación con otros oxidantes. Los inconvenientes de su menor resistencia al agua (el NA es muy higroscópico), con respecto a las gelatinas con nitrato sódico, pueden ser superadas con la ayuda de productos especiales, tales como jabones metálicos, goma guar, etc., que al agregarse en su composición mejoran mucho su resistencia al agua. Gomas Especiales: Incorporan como agente oxidante el nitrato amónico, que no siendo un explosivo base, contribuye a la energía de la explosión, al mismo tiempo que actúa como oxidante, para obtener un balance de oxígeno adecuado. Esto permite obtener un explosivo de potencia algo menor que las anteriores gomas, con menores proporciones en nitroglicerina. Ya no son tan excesivamente sensibles y además nos ofrecen un menor costo por unidad de potencia. Figura 8.9. Dinamita base amoniacal encartuchada (Caja) Conservan su plasticidad, tienen un comportamiento algo peor al agua, pero excelente de todas maneras, pero son los más adecuados para la mayoría de los trabajos que se presentan en la práctica, pudiéndose utilizar en barrenos llenos de agua. Su aplicación fundamentalmente es como carga de fondo de barrenos de mediano y gran diámetro, y para la voladura de rocas de consistencia de dura a muy dura, utilizándose como carga de columna nagolita. Para diámetros por debajo de dos pulgadas suele utilizarse como carga única del barreno porque al ser 2 pulgadas el diámetro crítico de las nagolitas, su utilización es imposible.

Un inconveniente que tienen los explosivos gelatinosos es que presentan un fenómeno de envejecimiento rápido, disminuyendo su velocidad de detonación muy rápidamente con el tiempo, de tal modo que un explosivo gelatinoso, que recién fabricado puede tener una velocidad de detonación de unos 5000 m/s, sólo llega a 2500 m/s a los dos meses de su elaboración.


133


[

8.7.2. Explosivos sin Nitroglicerina (NG). Estos explosivos son menos potentes que los contentivos de NG. Esta cualidad le da características de mayor seguridad en el manejo y almacenamiento, pero los hacen explosivos menos potentes, entre estos tenemos: 8.7.2.1.

Booster de Pentolita: Los iniciadores de alta presión de detonación formulados con Pentrita (PETN, 40%) y Trinitrotolueno (TNT, 60%), están diseñados para desarrollar la iniciación requerida para generar la máxima energía que los explosivos iniciados solicitan. Su sensibilidad se limita a la generada por un detonador No.8, tienen un comportamiento excelente ante el ataque químico

Figura 8.10. Booster Pentolita (Diferentes Presentaciones) Su aplicación fundamentalmente es como carga de fondo de barrenos de mediano y gran diámetro en del agua por altos periodos de tiempo.

voladura de rocas de consistencia de dura a muy dura, utilizando como carga de columna los ANFOS. Especificaciones Técnicas:

8.7.2.2.



Densidad (gr/cm 3):

1,60



Potencia Relativa en Peso (RWS):

83



V.O.D. Confinado (m/sg):

7.900



Potencia Relativa en Volumen (RBS):

128



Presión de Detonación (KBar):

250



Categoría de Humos:

1ª



Energía Teórica (Cal/gr):

990



Resistencia al Agua:

Excelente

Agente Explosivo de Baja Densidad: ANFO, ANFOAL, Nagolitas:

Se

conocen

con

el nombre

de

explosivos

polvurolentos, siendo conocidos como Nagolitas en los paises del cono Sur y España. Empezaron a emplearse en al década de los setenta, llegando su consumo a ser el 75% de los explosivos utilizados en le mundo. Es un explosivo con unas características individuales muy malas, (hidroscópico, poco potente, mala conservación, sensible al agua), sin embargo su precio lo hace el más utilizado hoy en día en minas a cielo abierto. Se trata en esencia de una mezcla de Nitrato de Amonio (NA) más Fuel Oil (FO).

Figura 8.11. ANFO en saco de poliuretano de alta resistencia

Características más Importantes del ANFO: Se descubrió sobre el 1950 después de una desastrosa explosión que tuvo lugar en una fábrica de Nitrato de Amonio ò Amónico (NA) en EE.UU. Aparte de otras consecuencias, este hecho centró la atención de los fabricantes en el potencial demostrado por el Nitrato Amónico, y a partir de los años 60 se empezó a utilizar con éxito el Nitrato Amónico sensibilizado con fuel-oil.

Así surgieron los Anfos, que por su potencia relativamente elevada, facilidad de manipulación y sobre todo por su bajo precio, ganó con rapidez la supremacía en la mayoría de las canteras y minas a cielo abierto existentes.


134


[

Características Intrínsecas: Se llaman intrínsecas aquellas en las que el operario no puede actuar. Las más importantes son: 1.

Tamaño y Tipo de Grano: Tienen forma de granos, parecidos a los granos de arroz, son porosos, rellenos de aire, ya que así tienen una mayor velocidad de liberación de la energía. La porosidad óptima parece estar próxima a 0´07 cm³ /gr

2.

Contenido en Fuel-Oil: La influencia del Fuel Oil incorporado a la mezcla de nitrato amónico, en proporciones variables viene reflejada en la figura. La máxima velocidad de detonación se alcanza para un contenido en fuel-oil de 5´5 %; igualmente para esta proporción se alcanza el equilibrio en oxígeno.

En la zona (1), al disminuir el porcentaje en fuel-oil, significa que aumenta

el porcentaje en nitrato,

y como este es un dador de oxígeno, la zona (1) presenta un claro exceso en oxígeno. En esta zona se ve que la velocidad de detonación disminuye muy rápidamente, a la vez que el descenso en porcentaje en fuel-oil. En la zona (2), donde ya la proporción en nitrato amónico es más pequeña, hay un defecto de oxígeno, y si bien la velocidad de detonación también disminuye, lo hace de forma más suave que en la zona (1). V (m/s) Equilibrio en ox í e no

4000 3500 3000 1

2500

2

3

4

(1)

5

6

7

8

9

10

11

(2)

% Fuel - Oil Grafica 8.1. Contenido de Fuel Oil en el ANFO 3.

Contenido de Agua: En el grafico

9.2,

se

muestra

la

influencia del agua sobre la velocidad

de

detonación

del

ANFO. Es de sobra conocida la propiedad del nitrato amónico de ser muy hidroscópico (absorbe la humedad). Con porcentajes de contenidos en agua inferiores al

Grafica 8.2. Contenido de Agua en el ANFO

9% la velocidad va disminuyendo, pero conservando siempre velocidades mayores a los 2000 m.


135


[

Con humedades superiores al 9% no se debe utilizar ANFO a granel; En este caso habría que utilizar ANFO envueltas en plástico para retrasar dicha absorción de agua. 4.

Sensibilidad: Se entiende por sensibilidad la mayor o m enor facilidad que tiene un explosivo para ser detonado. Los Anfos son unos explosivos de detonación “ no ideal ”, es decir, son muy

insensibles, cualidad esta que es útil para evitar accidentes, pero puede provocar el fallo en el barreno. En la mayoría de los casos se usan como carga de columna, siendo la carga de fondo las gomas, encargándose estas de la correcta explosión de toda la carga. En ocasiones la nagolita se puede utilizar sola en grandes diámetros de sondeo, mayores siempre de 7 pulgadas. En este caso conviene aumentar l sensibilidad, consiguiéndose esto con el aumento de la densidad en el interior del barreno, prensando la nagolita con la tacadera, con cuidado en pasarnos, ya que la nagolita podría sufrir fallos, debiendo procurar que la densidad no sobrepase del 0´95 – 0´96 %. Factores externos son aquellos en los que el usuario tiene mucho en que actuar. 5.

Densidad de la Carga: El Grafico 9.3, muestra la influencia de la densidad de carga sobre la velocidad de detonación. Se observa que el aumento de la velocidad de detonación es casi lineal con el aumento de la densidad. En la figura se muestran tres diámetros de sondeo siendo casi paralelas las tres curvas. La densidad de carga debe conseguirse en el proceso mismo de su colocación en el barreno mediante técnicas que van desde el compactado hasta el llenado por cargadores especiales. De esta forma

podríamos

conseguir

densidades incluso superiores a la unidad,

pero

en

general

la

sensibilidad disminuye notablemente con densidades superiores a 0´95. 6.

Grafico 8.3. Densidad de Carga

Diámetro de Carga: El efecto del diámetro de carga sobre la velocidad de detonación en los ANFOS se aprecia en el siguiente cuadro; en el se puede observar como crece la velocidad de detonación (VOD) a medida que el diámetro de barreno aumenta hasta cierto límite, (9 – 8 pulgadas), a partir del cual la velocidad de detonación permanece constante. Este hecho ha llevado a la tendencia de utilizar calibres de perforación cada vez mayores,

porque

de

esta

manera

aprovechamos mejor las características del ANFO, a la vez que se reducen los costos totales por metro cúbico de roca arrancada. Los ANFOS se pueden usar de carga única de barreno para diámetros de entre 10 a 12 pulgadas y en terrenos Grafico 8.5. Efecto del Diámetro sobre la VOD


136


[

semiduros como máximo. Se sabe que un diámetro próximo a las dos pulgadas es el diámetro crítico más bajo para lograr una autopropagación satisfactoria de los ANFOS, por lo tanto nunca se debe usar este explosivo con diámetros inferiores a las dos pulgadas. Lo más normal es utilizarla como carga de columna utilizando como carga de fondo explo sivos muy potentes: Boosters y Emulsiones. En este caso con diámetros de 3 pulgadas a mayores se pueden utilizar para rocas de semiduras a duras. 7.

Iniciadores: Al estudiar la iniciación de un explosivo hay que tratar de conseguir de él una VOD lo más barata posible para conseguir un mayor aprovechamiento de su potencia. El iniciador de un barreno cargado de ANFO debe proporcionar una energía suficiente para provocar la detonación de todas sus partículas, porque de no ser así puede provocar deflagración o Detonación Parcial. Este fenómeno se puede observar por la emisión de humo naranja que es desprendido después de la explosión. Estos gases son óxidos nitrosos provocados por: 

Insuficiencia de cebado.



Presencia de agua en el barreno.

Figura 8.12. Iniciación de una carga de Emulsión en el Fondo



Mala mezcla de N.A. y F.O.

Figura 8.13. Iniciación de una carga de Emulsión Repartida

Diversos estudios han demostrado que independientemente de que se consiga la potencia mínima necesaria para iniciar el ANFO, es imprescindible también utilizar una cantidad mínima de un explosivo muy potente. Todos los parámetros vistos (diámetro de barreno, dimensión de los granos, homogeneidad de la mezcla, etc.) influyen en el valor de la velocidad de detonación alcanzada. Para diámetros de barreno inferiores a 6 pulgadas estas consideraciones tienen muy poco valor, puesto que será prácticamente imposible alcanzar velocidades de detonación superiores a los 3000 metros, por muy bien que las iniciemos. Actualmente se siguen investigando diversas sustancias metalizadas a base de aluminio, manganeso, etc., para aumentar sus características energéticas. De momento no se han obtenido resultados concluyentes.


137


[

Para barrenos de 12 pulgadas se han podido conseguir hasta velocidades de detonación de hasta 4500, utilizando como método de iniciación la iniciación axial, que consiste en introducir por el eje del barreno cordón detonante con cartuchos de goma 2, hasta alcanzar 370 gramos de concentración de explosivo por metro lineal. La iniciación conseguida es la mejor de las posibles, puesto que logran transmitir a todos los granos de ANFO una perfecta iniciación. Especificaciones Técnicas:  

Densidad (gr/cm 3):



V.O.D. Confinado (m/sg): Presión de Detonación (KBar):




0,7-0,85 3.400 23 912


100



Potencia Relativa en Volumen (RBS): Categoría de Humos:

100 1ª




Baja

 

¿Por qué es necesario acelerar el ANFO a tan grandes velocidades de detonación? La teoría de mecánica de rocas indica que el explosivo más adecuado para fracturar una determinada roca es aquel que tiene una velocidad de detonación igual o parecida a la velocidad propia de transmisión de la roca. La mayoría de estas rocas, entre las que se encuentran los granitos, dioritas, basaltos, cuarcitas, etc., tienen una velocidad de transmisión siempre superior a los 4000 m/s. Si para su arranque utilizáramos ANFO del orden de velocidad de detonación de 3000 m/s, se obtendría, a parte de una mala fragmentación, un frente de trabajo totalmente irregular y por lo tanto muy inseguro puesto que el ANFO no tiene la velocidad de detonación suficiente que garantice una potencia desarrollada capaz de producir buenos efectos de fragmentación en rocas tan duras y compactas. Podemos pues concluir que el ANFO puede ser un explosivo, que con una iniciación eficaz, puede proporcionar una serie de ventajas en su utilización, que de otro forma le haría muy poco útil en aquellas rocas que por sus características necesiten mayor potencia. En Venezuela el ANFO, que es suministrado en sacos de 20 kg, es también factible introducirlo en mangas plásticas o en cartuchos, siempre con calibres, diámetros, superiores a 45mm, según el diámetro de la perforación, esto en los casos donde el nivel freático inhabilita la posibilidad de su uso a granel. La aplicación más corriente de este explosivo es como carga total en rocas blandas y diámetros superiores a 7 pulgadas, y como carga de columna en rocas de semiduras a duras, utilizando en este caso como carga de fondo un explosivo potente, como pueden ser los Boosters o las Emulsiones en sus diferentes presentaciones. 8.7.2.3. Hidrogeles (SLURRIES): Podemos definir los hidrogeles como composiciones explosivas formuladas en términos de un sistema de oxidación – reducción. Están constituidas por una parte oxidante (nitratos inorgánicos) y otra reductora, con suficiente cantidad de O2 como para reaccionar violentamente con el exceso de O2 del agente oxidante. La parte reductora puede estar constituida por cualquier materia combustible.


138


[

Pueden ser sustancias explosivas deficitarias en O2 como la trilita, algunas pólvoras, o bien sustancias no explosivas como hidrocarburos y metales ligeros, como el aluminio y el magnesio. Estas mezclas así formadas presentan un excelente comportamiento en el agua, lo que constituye una de las propiedades más notables de estos productos. Figura 8.14.Hidrogeles (Slurries) Principales Aplicaciones. Los hidrogeles nacieron para paliar los defectos que presentaban el ANFO, pero sin embargo potencian al máximo el resto de sus cualidades.

En

consecuencia

vamos

a

analizar las ventajas de los hidrogeles respecto de los ANFOS. En los barrenos con agua no existe comparación posible, mientras que en los barrenos secos es donde es necesario evaluar todos los factores que influyen en el costo de toda la explotación antes de dar una

Grafico 8.6. Curva de Rendimientos de los Hidrogeles

respuesta. En general, cuanto más seca y menos dura sea la roca, menos ventajas presentan los hidrogeles respecto de los ANFOS. Un factor importante que le presenta una ventaja a los hidrogeles es que por tener mayor potencia, es necesaria una menor perforación. En los ANFOS podemos obtener una velocidad máxima de detonación de entre 2000 y 2500 m/s, mientras que los hidrogeles alcanzan los 4000 m/s. El comportamiento de los explosivos en cuanto a presión de detonación está representado en el Grafico 9.6. El pico inicial de altísimas presiones generadas por los hidrogeles produce una compresión de la roca que rodea al barreno los suficientemente fuertes como para fracturar. Este fenómeno se extiende solamente una distancia pequeña alrededor del barreno (2 x diámetro). Después la presión disminuye rápidamente de tal forma que este repentino descenso de la compresión permite a la roca expandirse, y al ser tan rápido el suceso, se sobrepasa el límite de resistencia a la tracción de la roca, srcinando su rotura por tensión. Como la resistencia a la tracción es aproximadamente un centésima parte de su resistencia a la compresión, el fenómeno va prolongándose hasta que se produzca la rotura de la roca. Estos hechos tienen lugar antes de que se empiece a producir ningún movimiento en la roca. Posteriormente se produce el movimiento de la masa de roca, dando lugar a una reducción del tamaño de los fragmentos por choques y caídas de los fragmentos. En contraste, el ANFO con una mayor generación de gas y una velocidad de detonación menor, produce una presión mucho más baja y sin pico, pero que se mantiene durante más tiempo que en los hidrogeles. En este caso la roca se rompe por este empuje mantenido, que fragmenta la roca aprovechando sus puntos más débiles, como pueden ser juntas o fracturas naturales. Debido a la escasa presión ejercida por le ANFO, las distancias a las caras libres a las que se puedan romper Ing. José L. Contreras Prof. de la Catedra Perforación y Voladura de Rocas

139


[

formaciones duras, son muy pequeñas, y este hecho es aún más pronunciado cuando las partes a volar están cerradas; es decir, sin superficies libres que permitan su desplazamiento, como sucede en las partes bajas de los bancos y en las filas posteriores de las voladuras. Esta es la razón por la cual los hidrogeles se usan preferiblemente como carga de fondo en aquellas formaciones en las que el ANFO solo puede arrancar las partes más altas del banco. Por otro lado los hidrogeles son capaces de fragmentar formaciones rocosas en las circunstancias más difíciles, cuando no hay prácticamente salida, propiedad que los hace los apropiados como carga de fondo para evitar repiés. Para poder efectuar una comparación objetiva entre los hidrogeles y el ANFO es necesario considerar todos los factores determinantes del coste de una explotación: perforación, carga y transporte, gastos de fracturación y costes de mantenimiento. Es evidente que la razón más importante de la gran utilización del ANFO es la de ser la fuente de energía más barata; no obstante conviene tener en cuenta que el uso de los ANFOS lleva asociado gran cantidad de costes ocultos, como un exceso de perforación (sobreperforación), problemas ocasionales con los repiés (menor rendimiento de las palas cargadoras), mayores gastos de mantenimiento, etc. Estos gastos pasan desapercibidos muy a menudo en el conjunto de los gastos operativos. Sobre este particular es muy útil tener en cuenta que en muchas ocasiones un pequeño incremento en el coste del explosivo queda ampliamente compensado en virtud a los considerables ahorros que ello produce en otras partidas del coste total de la explotación. Como consecuencia de todo lo dicho, podemos afirmar que en la mayoría de las ocasiones los hidrogeles compiten ventajosamente con el anfo, siendo tanto mayor esta ventaja cuanto más dura y húmeda este la roca. Pero aún en los casos en que las diferencias no sean apreciables, la mejor solución resulta una combinación de ambos, utilizando los hidrogeles como carga de fondo y los ANFOS como carga de columna. Como síntesis pueden resumirse como ventajas de los slurries: 1. Por su gran insensibilidad son muy seguros, tanto en voladura como en la manipulación y en el desescombro. 2. Permiten la carga a granel con un llenado de grado del 100 %, cualidad importantísima para que el explosivo realice todo el trabajo útil. 3. Su resistencia al agua es siempre excelente. 4. Poseen elevada velocidad de detonación, densidad y potencia. 5. Permiten la mecanización del procedimiento de carga. El transporte se realiza con camiones cisterna, llenándose los barrenos con una manguera con un diámetro inferior al diámetro crítico del explosivo como medida de seguridad para que en caso de accidente, la explosión no se propague al camión. Desventajas más importantes: 1. 2.

Precio más elevado. Operaciones de carga menos sencillas que en el caso de los ANFOS.

3.

Si existieran grietas en los barrenos, pueden haber pérdidas de explosivo.


140


[

8.7.2.4. Emulsiones: Este grupo de explosivos es el de más reciente aparición en el mercado, mantiene las propiedades de los Hidrogeles, pero a su vez mejora dos características muy importantes como son la potencia y loa resistencia al agua. Las emulsiones son del tipo explosivos con bases en aceites, en las que la fase acuosa esta compuesta por sales inorgánicas oxidantes disueltas en agua y la fase aceitosa por un combustible liquido inmiscible con el agua del tipo hidricarbonatado, como se puede ver en la Figura 8.15. Para conseguir una sensibilización adecuada se precisa de un mecanismo físico como lo son las burbujas de gas, que al ser comprimidas adiabáticamente producen el fenómeno de Puntos Calientes, que favorecen tanto la iniciación como la propagación de la detonación. La tendencia actual es la de emplear las

Figura 8.15 Emulsión Gasificada

emulsiones ya que representan grandes ventajas a saber: 







Menor precio ya que en su fabricación no se precisa del uso de féculas de alto coste. Excelente resistencia al agua. Posibilidad de conseguir productos con densidades de 1 a 1,45 gr/cm 3. Elevadas velocidades de detonación, 4000

– 5000 m/sg, con poco efecto del diámetro del

encartuchado. 

Gran seguridad en su fabricación y manejo.



Posibilidad de mecanizar la carga y preparar mezclas con ANFO. Especificaciones Técnicas: 

Densidad (gr/cm 3):

1,16




116



V.O.D. Confinado (m/sg):

3.900



Potencia Relativa en Volumen (RBS):

170



Presión de Detonación (KBar):

35



Categoría de Humos:

1ª




950




Excelente

8.7.2.5. Emulsiones a Granel: De igual forma que las emulsiones encartuchadas se las puede utilizar a granel, por lo que es una de las características más interesantes de estos productos. También las emulsiones se bombean en los barrenos desde camiones cisterna, lo que facilita la carga de los mismos, desde barrenos de 50 mm de diámetro. 8.8. PROCESO DE FABRICACIÓN DE EXPLOSIVOS 8.8.1. Fabricación de los Explosivos Gelatinosos: Los explosivos gelatinosos se fabrican en dos fases: la preparación de la pasta explosiva y el encartuchado. Para mezclar se hace por lotes, tras pesado y dosificación de los diferentes componentes en una cuba móvil que se alimenta a las máquinas mezcladoras, o amasadoras. Las máquinas son de tipo planetario, verticales (tipo Drais) u horizontales (tipo Tellex, de la empresa Fr). Niepmann, G.m.b.H). Se tiene la pasta explosiva, de aspecto consistencia semejante a la masa de pan, que Ing. José L. Contreras Prof. de la Catedra Perforación y Voladura de Rocas

141


[

transportar en cantidades reducidas a las máquinas encartuchadoras. Una máquina muy eficaz y segura en el encartuchado de explosivos gelatinosos es la Rollex. La pasta se extiende en ella en una lámina sobre una cinta transportadora; un brazo automático toma la cantidad precisa de pasta y la deposita en la lámina de papel parafinado, que pasa a

ser

la

cartucho grandes

envuelta

de

goma.

calibres,

cartuchos

se

del En los

hacen

comúnmente de plástico. Aquí la pasta se alimenta mediante un sinfín en el interior del tubo de plástico; al ser dosificada la cantidad Figura 8.16. Fabricación de explosivos gelatinosos. Teller Mixer

precisa de pasta, se grapa

(Curso de Tecnología de Explosivos, Sanchidrían/Muñiz)

el final del cartucho y el

principio del siguiente y se corta el plástico separando un cartucho del posterior. 8.8.2. Proceso de Fabricación de los Explo sivos Pulverulentos: Su fabricación es parecida a los explosivos gelatinosos, cabe diferencia la fase de mezclado, o fabricación de la pasta explosiva, y el encartuchado. El mezclado, no se diferencia mucho de lo expresado anteriormente; un tipo de mezcladora clásica de estos explosivos es la tipo Werner (horizontal, con dos ejes que llevan palas espirales), también se

lo

puede

realizar

con

mezcladoras Drais. Se

puede

realizar

el

encartuchado de los explosivos pulverulentos

por

gravedad,

debido a sus características de fluencia.

Figura 8.17. Fabricación de explosivos pulverulentos con Mezcladoras Werner (Curso de Tecnología de Explosivos, Sanchidrían/Muñiz)


142


[

El cartucho se prepara previamente en una m áquina “canutera”, y se alimentan a la encartuchadora con

un extremo abierto. Para llenar el cartucho se lo realiza mediante un husillo que dosifica e introduce verticalmente, por gravedad, la pasta en cada cartucho. 8.8.3.

Proceso de Fabricación de las Emulsiones: El proceso de fabricación convencional de las emulsiones consta de cuatro fases: a) Preparación de la emulsión básica. La preparación de la emulsión básica es a partir de una fase acuosa oxidante, una fase orgánica reductora y un agente que sirve de emulsificante. Consta la fase oxidante acuosa de una solución de sales inorgánicas en agua. Entre las sales predomina el nitrato amónico, y se disuelven en agua por medio de agitación y calefacción, formando una solución concentrada y caliente de 80 a 90 °C de temperatura. En la fase orgánica reductora suelen estar presentes gasóleo, parafinas y otros aceites minerales, a los que se adicionan los agentes emulsificantes. Las dos fases que son dosificadas en proporciones adecuadas, se bombean a un agitador donde se prepara una emulsión grosera. En este proceso se produce una rápida agitación fuerzas de cizalladura elevadas que rompen la interfase de los líquidos inmiscibles, formando gotas de la fase acuosa que se dispersan en la fase oleosa, que forma la fase continua. La operación puede producirse en forma discontinua o por medio de un mezclador continuo. b) Refino de la emulsión básica. El objetivo del refino de una emulsión es reducir el tamaño de las gotas de la fase acuosa, desarrollando su estabilidad y homogeneidad, incrementando al mismo tiempo su sensibilidad, al permitir un contacto mejor entre el combustible y el oxidante. El proceso utilizado consiste en hacer pasar la emulsión por un molino coloidal, el mismo que tiene un rotor troncocónico que gira a gran velocidad en el interior de un cilindro o estator, ambos son de acero inoxidable c) Mezclado de la emulsión básica con otros productos sólidos para la obtención del producto final. Cuando se tiene la emulsión refinada o emulsión matriz, se pueden adicionar a ella algunos

ingredientes

sólidos,

como

aluminio, agentes reductores de densidad que pueden ser microesferas de vidrio, etc., para

darle

especiales,

al sin

producto

propiedades

que

cambie

se

la

consistencia gelatinosa del producto final. El proceso se realiza en una mezcladora horizontal, a la que se lleva la emulsión mediante

bomba

dosificadora,

gravedad

desde

el

molino

o

por

coloidal,

quedando el producto final preparado para que sea encartuchado.

Figura 8.18. Fabricación emulsiones explosivas (Curso de Tecnología de Explosivos, Sanchidrián/Muñiz)


143


[

d) Encartuchado del producto final. Para el encartuchado se emplea un sistema automático; se realiza en una máquina que forma un tubo a partir de un filme de polietileno o poliéster. Este filme se suelda longitudinalmente por calor o por medio de un adhesivo apropiado 8.9. ACCESORIOS DE VOLADURA DE APLICACION MINERA A parte de la correcta elección de un explosivo, el éxito de una voladura está frecuentemente condicionada al buen uso de los elementos accesorios, que participan directamente en el proceso primario de la iniciación. 8.9.1. Detonador Eléctrico: Dentro de estos accesorios, la técnica de voladura empleando el sistema de iniciación eléctrica, sin duda el más importante de estos accesorios es el detonador, tanto por los riesgos que pudiera entrañar su manipulación como, sobre todo, por la influencia sobre los resultados de la voladura y fragmentación del escombro. Cuando el detonador es de tiempo, tanto si es de retardo como de microrretardo, lleva incorporado entre el inflamador y el explosivo un dispositivo denominado pasta de retardo, cuya longitud varía según el número de detonador; cuanto más alto sea el número, más largo es el detonador (0 no tendrá pasta de retardo).

Figura 8.19. Detonador Eléctrico

Figura 8.20. Partes de un Detonador Eléctrico

Según al Fig. 8.20, está constituido por una cápsula metálica de cobre o aluminio, cerrada por un extremo y con un tapón en el lado opuesto, lo cual hace que el detonador sea estanco al agua. En su interior lleva un explosivo base, uno primario, un inflamador y una pasta de retardo. El inflamador constituye el dispositivo eléctrico, y está formado por dos electrodos cuyos extremos están unidos entre sí por un filamento metálico calibrado, que se pondrá rojo cuando sean atravesados por una intensidad de corriente suficiente. Los hilos de alimentación se enrollan en madejas según su longitud, de tal forma que se pueden extender sin que formen nudos. Al atravesar una corriente actúa la píldora inflamadora provocando la explosión del detonador, en el caso de que sea instantánea, número 0, o bien el encendido de la pasta retardadora cuando el detonador es de tiempo. Al pasar la corriente eléctrica por los hilos de conexión, atraviesa la pequeña resistencia de la cerilla, si la intensidad de corriente es lo suficientemente grande, hace que se caliente la resistencia hasta alcanzar la temperatura de inflamación de la pasta explosiva que rodea a la cerilla. Cuando la cerilla se inflama provoca la


144


[

inflamación del elemento retardador caso de que el detonador sea de tiempo; cuando el elemento retardador termina de encender, la combustión llega a la carga primaria que detona y hace detonar a su vez a la carga base o secundaria. Clasificación de Detonadores Eléctricos Se clasifican en función de los siguientes criterios: 1.- Por su Retardo en la Detonación. a) b)

Detonadores de retardo de medio segundo. Detonadores de microrretardo de 20 a 30 milisegundos.

c)

Detonadores instantáneos.

e)

Detonador de Retardo de Medio Segundo. Estos hacen explosión con una determinada secuencia a intermedios regulares de medio segundo. Se diferencian de los instantáneos en que están provistos de una pasta, que interpuesta entre la píldora del inflamador y la cara primaria, produce el efecto de retardo. Con este tipo de detonadores se consigue, al existir un intervalo de tiempo suficiente entre un número y el siguiente, que cada barreno produzca el arranque de la parte de roca correspondiente, dejando al barreno consecutivo una superficie libre. La roca empieza a agrietarse en las proximidades de un barreno tan pronto como se produce la explosión, completándose este agrietamiento en algunos milisegundos, pero siendo proyectada fuera de su lugar unos 100 milisegundos después del disparo. Aunque este dato no es una constante absoluta, sino que depende de la naturaleza de la roca, tipo de explosivo y sistema de carga; podemos calcular en pizarras y calizas que es un valor de 100 milisegundos. Se fabrican con una secuencia de encendido de 0´5 segundos, siendo este tiempo muy grande en voladuras a cielo abierto porque cuando se ha desprendido la roca, los barrenos de la fila de atrás no han salido, pudiendo existir robos de carga, con el gran peligro que esto entraña, primero porque pueden quedar barrenos con el explosivo al descubierto y no salir, y segundo, de no existir robos de carga totales, la cara libre que quedase es tan pequeña que las proyecciones de la voladura son totalmente incontroladas, quedando un frente de trabajo totalmente irregular e inseguro, quedando estos detonadores fuera de uso en minería a cielo abierto.

f)

Detonadores de Microrretardo: Estos detonadores son de constitución análoga a los de retardo con la diferencia de que la pasta de retardación tiene una velocidad de combustión mucho mayor. Estos detonadores, que en realidad deberían llamarse de milirretardo teniendo en cuanta el

intervalo de tiempo entre dos detonadores distintos, (20 – 30

milisegundos), han constituido un gran avance en la técnica de arranque por explosivos y su empleo es indispensable en cielo abierto y explotaciones subterráneas. g)

Detonadores Instantáneos. Son detonadores sin pasta de retardo, reducidos al número cero. Se aplican a cielo abierto en la primera línea de tiro, al lado del frente libre, y en taqueos


145


[

secundarios. En estos detonadores al incidir la píldora sobre la carga primaria, la explosión coincide en el instante de apretar el botón del explosor. 2.- Por su Sensibilidad Eléctrica. a)

Detonadores Sensibles (S): Son los que más se utilizan y son aptos para lugares en los que no existe peligro de corrientes estáticas y extrañas, que son producidas por las líneas eléctricas, tormentas etc. Tiene uno de los hilos este detonador siempre de color rojo. El otro hilo tiene color, según veremos, indicativo del tiempo de retardo. Ninguno de los detonadores tipo (S) debe hacer explosión al ser atravesado por una corriente de 0,18 amperios durante cinco minutos. En estos detonadores UEE recomienda una intensidad mínima de disparo de 1,2 amperios

b)

Detonadores Insensibles (I): Los detonadores Insensibles resultan más seguros que los detonadores sensibles ante las corrientes extrañas. Su impulso de encendido, es cinco veces mayor y su corriente de seguridad superior al doble. Este tipo de detonadores se utiliza en los casos, en que si bien no es previsible la existencia de energía peligrosa, se quiere tener un mayor margen de seguridad. Tiene uno de los hilos de este detonador es siempre de color rosa. El color del otro hilo indica el tiempo de retardo. Ninguno de los detonador tipo (I) debe explotar con una corriente de 0,45 amperios durante cinco minutos. En los detonadores tipo (I) UEE recomienda utilizar una intensidad mínima de disparo de 2,5 amperios. c)

c)

Detonadores Altamente Insensibles (A.I): Estos detonadores tipo Altamente Insensibles (AI) reducen ampliamente los riesgos de autoencendido cuando existe energía peligrosa, debido a líneas eléctricas, emisoras, electricidad estática, etc. Los detonadores AI no es que sean resulten totalmente seguros en todos los casos en que exista este tipo de problemas. A pesar de que su corriente de seguridad es veinte veces mayor y su impulso de encendido trescientas veces mayor que en los detonadores tipo S, puede existir algún caso en que estas corrientes peligrosas mencionadas, sobrepasen los límites de seguridad incluso de los detonadores AI, por lo siempre deben tomarse las precauciones debidas. Ninguno de los detonadores AI debe explotar al ser atravesado por una corriente de 4 amperios durante cinco minutos. En estos detonadores UEE, recomienda utilizar una intensidad de disparo de 25 amperios. Tiene uno de los hilos de esos detonadores es siempre de color verde, el otro hilo tiene el color de acuerdo al tiempo de retardo. Dentro de los distintos tipos de detonadores eléctricos, éstos pueden ser de tres tipos, según

sensibilidad o cantidad de energía eléctrica que necesitan para que se produzca la inflamación de la cerilla: detonadores Sensibles, detonadores Insensibles y detonadores Altamente Insensibles. Los detonadores Insensibles, como su nombre lo indica, necesitan más energía eléctrica que los detonadores Sensibles, y los detonadores Altamente Insensibles todavía más que los Insensibles. Por lo tanto podría entenderse teóricamente que todos los detonadores de un determinado tipo de sensibilidad, deben inflamarse con la misma corriente mínima, es decir, que si un detonador se inflama con una cierta corriente, se deben inflamar todos los que tengan la misma sensibilidad y


146


[

en el mismo tiempo en una voladura. Sin embargo, esto no sucede en la realidad, porque ningún fabricante puede garantizar que todos los detonadores tienen exactamente la misma sensibilidad, y siempre podrían existir unas pequeñísimas diferencias, que hacen variar los tiempos de retardo ligeramente Características de los Detonadores según su sensibilidad eléctrica:

Figura 8.21. Características, clasificación y código de colores de los diferentes detonadores eléctricos fabricados por Unión Española de Explosivos en su fábrica de Galdácano (UEE, S.A.) Las características son: 

Resistencia al puente, que es la resistencia del puente de incandescencia o resistencia de la cerilla, medida en ohmio (Ω).



Resistencia total del detonador, que es la suma de las dos anteriores, medida en ohmio ( ).



Intensidad de corriente recomendada que es la intensidad mínima que el fabricante recomienda, y por lo tanto, que se debe utilizar para asegurar que todos los detonadores conectados en serie en una voladura, reciben energía suficiente para su explosión. Es medida en amperios (A).



Corriente de seguridad, que es la máxima intensidad de corriente, que atravesando el puente de incandescencia de un detonador durante cinco minutos no provoca su inflamación, medida en amperios (A).



Impulso de encendido o sensibilidad eléctrica de los detonadores, es la energía eléctrica por cada unidad de resistencia que se necesita para provocar la inflamación de la cerilla. Habitualmente, la energía eléctrica se suele medir en kilovatios hora, es decir, mil vatios hora, pero como la energía que necesitan los detonadores eléctricos es pequeña, se mide en una unidad menor. Por consiguiente, la sensibilidad eléctrica o impulso de encendido de los detonadores se mide en milivatios segundo y dividido por la resistencia del circuito en ohmios (mws/Ω).


147


[

3.- Por su Aplicación. a)

Detonadores Sísmicos: Sísmicos, son detonadores que se fabrican con un tiempo de reacción inferior a un milisegundo, siempre que se inicien con la intensidad adecuada. La empresa UEE fabrica estos detonadores para dos tipos de sensibilidad S e I; y aptos para resistir altas presiones hidrostática.

b)

Detonadores Antigrisú: De cápsula de cobre que son detonadores adecuados para su utilización en ambientes grisuosos o inflamables. Deben ser de cobre la cápsula e hilos de alimentación. Existen en todas las gamas, tanto en lo que respecta a características eléctricas (S, I y AI), como a los tiempos de retardo.

c)

Detonadores Bajo Presión de Agua: Para trabajos bajo grandes presiones de agua, se fabrican detonadores con un cierre especial estanco que les proporciona una hermeticidad que se puede resistir presiones de hasta 100 kg/cm2, manteniendo el resto de las características de los detonadores convencionales.

d)

Detonadores de Cápsula de Aluminio: Que son de uso general.

Figura 8.22. Secuencia de Iniciación de los Retardos Principales Ventajas que da el Uso Retardo en la Detonación: 1.

Mejor fragmentación para la misma carga explosiva, con la consiguiente reducción de consumo de explosivos en el taqueo.

2.

Menor riesgo de proyecciones al disminuir el peligro de que unos barrenos sean descabezados por los anteriores.

3.

Mejor control en el nivel de vibraciones. El mejor grado de fragmentación que se obtiene con estos detonadores en comparación con los de

retardo se explica de la forma siguiente: si en el momento en que hace explosión un barreno, la roca que va a ser abatida por él se halla en tensión como consecuencia de la explosión de un barreno anterior, con retardo de número anterior, es evidente que el segundo barreno producirá el máximo efecto de rotura, ya que la roca está sometida al efecto de las tensiones que inician su agrietamiento disminuyendo su resistencia . Para aprovechar al máximo este efecto es preciso que el transcurso de tiempo entre ambos detonadores esté comprendido entre ciertos límites, que dependen del tipo de roca, estratificaciones, separación entre barrenos, esquema de encendido y procedimiento de cebado. Por una parte este tiempo no debe ser tan pequeño como para que los disparos resulten instantáneos, sobre todo cuando pertenecen a dos filas diferentes, y por otro lado no debe ser tan grande como para que hayan desaparecido ya las tensiones internas y se haya desprendido la roca de la primera fila de barrenos.


148


[

Con respecto al tiempo mínimo entre dos disparos consecutivos, parece lógico que el segundo haga tiempo después de que en el primero se halla ultimado en proceso de agrietamiento. Aunque existen discrepancias a la hora de definir el tiempo de retardo más conveniente entre dos números consecutivos, puede decirse que este oscila entre 15 y 40 milisegundos. Como estos detonadores tienen un tiempo de retardo de 20 milisegundos, están dentro de ese intervalo y por lo tanto cumplen con lo anteriormente dicho. Sensibilidad Eléctrica. Respecto a la sensibilidad de los detonadores respecto a la corriente eléctrica, se observa una marcada tendencia mundial hacia los detonadores más insensibles tipo I (insensibles) y A.I. (altamente insensibles), como consecuencia directa de la creciente preocupación que existe a todos los niveles por la seguridad en el trabajo. No obstante, si las condiciones de la voladura son las adecuadas, no hay tormentas eléctricas, no hay líneas de alto voltaje, todas las emisoras están paradas, etc., los detonadores sensibles se pueden utilizar, ya que el tiempo que se emplea en tirar la línea hasta llegar al sitio donde se va a colocar el artillero, es mucho mayor con detonadores A. I e I, ya que el peso del carrete es infinitamente mayor, y la mina ha de estar parada durante el tiempo de conexión de la pega, por lo que la decisión de utilizar el tipo de detonador queda a buen criterio del jefe de la mina.

Detonador

Impulso de encendido

S

1

I

16

A.I.

2500

Intensidad de corriente Intensidad de corriente mínima máxima 0´18

0´8 –

0´8

8–

1´5

0´45

1100 –

25

4

Tabla 8.3. Datos Técnicos de Seguridad para los detonadores Para significar la importancia de la sensibilidad eléctrica de cada tipo de detonador, vamos a determinar la posibilidad de detonación fortuita de un detonador de cada tipo por el que circulase una intensidad de 1 Amperio. Para ello calcularemos el tiempo necesario para que se alcance el impulso de encendido según especificaciones de cada detonador. Detonador por el que pase 1 A. S=I².t

t=S/I²

(S)

t = 3 / 1 = ms

(I)

t = 16 / 1 = 16 ms

(A.I ) t = 2500 / 1 = 2500 ms La experiencia nos refleja que para los detonadores I y A. I no se produciría una iniciación fortuita debido a que el tiem po necesario para alcanzar el impulso de encendido es lo suficientemente grande como para que se produzcan pérdidas de calor tanto por conducción como por radiación, no produciéndose la inflamación de la cerilla del detonador. Riesgos de Iniciación de Detonadores Eléctricos por Electricidad Estática. Los fenómenos electrostáticos descansan en procesos de contacto; por ello depende siempre de las superficies, las cuales, debido a que constantemente se encuentran en mutación, hace muy difícil que se


149


[

puedan reproducir, y se comprende que sus efectos sean en la mayor parte de los casos inesperados. De aquí que al abordar un estudio de esta naturaleza, y a pesar de que resulte seguro que no existe ninguna diferencia esencial entre las leyes de la electricidad estática y las de la dinámica, y de las condiciones especiales de las descargas electrostáticas, requieren de un cambio de mentalidad mucho más importante de lo que parece a simple vista. Vamos a desarrollar algunas ideas fundamentales sobre el encendido involuntario de los detonadores eléctricos debido a estas corrientes: 1º Caso: Encendido de un Detonador por Descarga de un Cuerpo Cargado. Este caso se produce cuando uno de los terminales hace contacto con tierra (potencial nulo), y el otro toca un cuerpo cargado (un operario cargado con electricidad estática), la ddp existente provoca que el filamento se ponga incandescente provocando su explosión. La manera de evitarlo sería mantener los finales de la madeja unidos, consiguiendo que los dos terminales estén en al mismo potencial, ddp = 0. De todas maneras esta medida pierde su efectividad en el momento de conectar la pega. Para evitar este riesgo habría que reducir la sensibilidad eléctrica del detonador, es decir, utilizar los de alta insensibilidad que requieren una energía de iniciación, como se ha visto, 1000 veces superior a los de los detonadores normales S.

Figura 8.23. Secuencia de Encendido de un Detonador por Descarga de un Cuerpo Cargado

2º Caso. Iniciación por descarga eléctrica. Por descarga entre el filamento y el casquillo. Este caso se puede presentar cuando un operario cargado electrostáticamente al desenrollar la madeja deja caer el detonador y este hace masa con tierra. Si mantiene en las manos un terminal, se produce el mismo caso anterior. La manera de evitarlo es mantener cortocircuitados los terminales del detonador para que no haya ddp y no se produzca el accidente. Pero ocurre todo lo anteriormente dicho, por lo que se recomienda utilizar los detonadores A. I.

Figura 8.24. Iniciación por Descarga Eléctrica

Tensión kw

Distancia mínima

70

20 m

130

30 m

220

40 m

400

60 m

Tabla 8.4. Relación Distancia-Tensión (Caso 3)

3º Caso. Iniciación fortuita de los detonadores por proximidad de líneas de

transporte de energía.

Para detonadores S. Las líneas eléctricas pueden inducir en los detonadores corrientes capaces de provocar la explosión de los mismos. Las distancias a las que pueden emplearse los detonadores eléctricos dependen del voltaje de


150


[

la línea y de la sensibilidad del detonador. Para el caso de los detonadores sensibles, las distancias mínimas son las que se indican en la tabla. 4º Caso. Iniciación por acción galvánica. Se ha comprobado que en algunas minas metálicas en las zonas de contacto de dos minerales distintos, e incluso mineral con estéril, es posible que se produzcan efectos galvánicos, capaces de provocar la explosión del detonador. Para evitar esto se tomarán las medidas antes explicadas. 5º Caso. Emisoras de Radio. Las emisoras de radio hay que apagarlas para que no haya coincidencia de frecuencias de distintos usuarios, ya que pueden provocar la detonación. 6º Caso. Tormenta con Aparato Eléctrico. Ante la duda de que pueda aparecer una tormenta eléctrica, no cargar los barrenos, y si están cargados no poner los detonadores y dejar la pega para otro día. Tendencias Actuales sobre Fabricación de Detonadores Eléctricos. Si se pudiesen iniciar los detonadores sin utilizar la energía eléctrica, desaparecían la mayor parte de los riesgos ya comentados; por este motivo los fabricantes están tratando de encontrar otros sistemas en los que no intervenga la energía eléctrica. En Suecia se ha desarrollado otro detonador, el Detonador NONEL , cuyo objetivo es permitir el cebado de los barrenos sin utilizar líneas eléctricas. Son detonadores en los que la iniciación se produce a través de una pasta explosiva alojada en el interior de un tubo de plástico, con una velocidad de detonación de unos 1800 m/s. Pueden adquirirse en la longitud del barreno que se emplee en la voladura. La seguridad de manejo de estos detonadores es muy alta así como es muy sencilla su manipulación, lo que hace que al margen de su elevado costo, constituye una notable ventaja. El desarrollo de este detonador, a parte de no estar plenamente desarrollado, puesto que se admiten fallos del 1 %, no pudiendo competir con el precio con los detonadores eléctricos. Clasificación de las Series de Detonadores de Microretardo. Las series de milisegundo se pueden prolongar con retardos de centisegundos (100 ms) para túneles. Los detonadores de milisegundo se usan principalmente en voladuras de banco y trincheras. Los detonadores de retardo de medio segundo tienen 500 ms (0.5 s) de retardo entre intervalos. Se usan exclusivamente en voladura de túneles donde se requiere de caras libres que permitan el movimiento de las masas rocosas voladas. En Europa, los detonadores eléctricos se dividen en 4 grupos basados en su capacidad inherente de resistir riesgos de electricidad extraña. Otra denominación Grupo 1



Tipo A/S/NT

Grupo 1ª

Tipo U

Grupo 2

Tipo VA

Grupo 3

Tipo HU/XS

Los Detonadores del Grupo 1 (llamados por Dyno Nobel detonadores.NT) son detonadores eléctricos convencionales. La corriente de seguridad es ≤0.25 A. Se requiere de por lo menos 0.6

A para iniciar 1 detonador del grupo 1 y 1.0 A para iniciar una serie. Ing. José L. Contreras Prof. de la Catedra Perforación y Voladura de Rocas

151


[



Los Detonadores del Grupo 1A son algo más seguros que los del grupo 1. La corriente de seguridad es ≤0.45 A. Se requiere de por lo menos 1.0 A para iniciar 1 detonador del grupo 1A y

1.5 A para iniciar una serie. 

Los Detonadores del Grupo 2 son detonadores de alta seguridad. La corriente de seguridad es ≤ 1.2 A. Se requiere de por lo menos 2.2 A para iniciar un detonador del grupo 2 y 3.5 A para

iniciar una serie. 

Los Detonadores del Grupo 3 son detonadores de muy alta seguridad. La corriente de seguridad es ≤4.0 A. Se requiere de por lo menos 6.0 A para iniciar un detonador del grupo 3 y

25 A para iniciar una serie. Pega eléctrica. Aparatos de iniciación y control de las voladuras.

Figura 8.25. Esquema de Iniciación con Detonador Eléctrico Tres son los posibles sistemas para el encendido de los detonadores eléctricos: 1.

Por Conexión a Una Red de Energía Eléctrica. No es aconsejable el uso de la corriente alterna para el disparo de pegas eléctricas debido al carácter

sinusoidal de la corriente da la posibilidad de que la conexión se produzca en el momento en que la onda de intensidad pase por un cero, pudiendo dar lugar a fallos por diferencia de sensibilidades de los detonadores. Este sistema solamente es aconsejable en aquellos casos de voladuras de un tan elevado número de detonadores como para que la capacidad de los explosores convencionales resulte insuficiente. En cualquier caso el voltaje de la línea deberá calcularse con un 50 % de exceso sobre el teórico necesario para poder alcanzar la intensidad de tiro deseada. Caso de no disponer en la red de la energía de voltaje deseado, será necesario el uso de transformadores intermedios. Por otro lado, el empleo de unos voltajes muy elevados puede traer como consecuencia la perforación de las líneas de tiro que producirían fallos en la voladura. Por todo lo expuestos y porque se trata de un método caro, si se observan todas las normas de seguridad, para evitar riesgos de electrocución, es un sistema de uso muy poco frecuente. 2.

Empleo de Baterías de Acumuladores. (Corriente Continua – CC). La baja capacidad de encendido, así como la dificultad que presentan su manejo, son delicadas y

pesadas, son desventajas tan grandes frente a los explosores convencionales, que hoy en día puede decirse que no tienen ninguna utilidad. 3.

Empleo de Explosores. Es el sistema más usado por la autonomía, ligereza y seguridad que presentan respecto a los otros dos

métodos.


152


[

a)

Explosores de Dinamo: Los explosores de dinamo son generadores eléctricos donde el giro del inducido se consigue mediante un engranaje de cremallera - piñón, o lo que es más común, mediante manivela. Para evitar fallos estos explosores llevan incorporado un dispositivo especial de tal forma que la conexión se produce en el instante en que el rotor ha alcanzado la velocidad de giro suficiente para mantener la F.E.M. en los bornes del aparato. Este tipo de explosores poseen características, tales como: 

Condensador: 10mF



Energía: 5WS



b)

Tensión de trabajo: 1000V



Figura 8.26. (A) Explosor de Dinamo de 16-33mF, (B) Explosor de Dinamo de 10mF (MeteorComm)

Capacidad de detonación. -

Detonadores Sensibles, con un impulso de disparo de hasta 4mJoule/Ohm, y

-

Detonadores insensibles con un impulso de disparo de hasta 20mJoule/Ohm

Explosores de Condensador: Son los más utilizados actualmente, y constan de una manivela encargada de cargar el condensador, que en condiciones normales está en cortocircuito, mediante cualquier sistema (por ejemplo un botón), al oprimirle y accionar la manivela, el condensador se carga, y una vez que alcanza la tensión nominal, si se continúa accionando la manivela sobrepasando la carga límite, esta se desprenderá de su exceso de carga a través de un dispositivo destinado a tal efecto. Disponen de unos indicadores, normalmente analógicos, que cuando nos indica que ha alcanzado su máxima carga el explosor, está listo para el disparo. Si por cualquier motivo se dejara de oprimir el botón, automáticamente el explosor se descarga, puesto que abre el circuito de descarga entre las placas del condensador.

Figura 8.27. Explosor (Nitro Bickford)

Circuito Eléctrico - Conexiones de l os Detonadores Los detonadores eléctricos que inician una voladura se conectan entre sí formando un circuito, que se une a la fuente de energía (explosor) por medio de las líneas de tiro. Las conexiones pueden hacerse en serie, en paralelo ó en serie – paralelo. Las conexiones detonador – detonador o detonador línea, deben ser hechas procurando que siempre estén aisladas del suelo, sobre todo si estos son húmedos, porque de lo contrario podrían producirse derivaciones que comprometieran el éxito de la voladura, aconsejándose por ello el uso de conectadores, que proporcionan un eficaz aislamiento y son muy baratos. Las voladuras (en serie) necesitan un voltaje elevado para su activación, siendo necesario para soportarlo emplear hilos de buena calidad y aislamiento. El aprovechamiento de hilos restantes de otras voladuras puede ser perjudicial y srcen de fallos. Ing. José L. Contreras Prof. de la Catedra Perforación y Voladura de Rocas

153


[

1.

Conexión en Serie: Cada detonador se conecta al anterior y al siguiente por los dos terminales; los extremos libres del primer y último detonador de la serie se conectan a la línea de tiro. Es importante que la línea de tiro permanezca cortocircuitada por el otro extremo hasta el momento de realizar ala comprobación del circuito. La resistencia total teórica, que debería coincidir con la real, medida en el ohmómetro es: Donde:

Rt = Rl + N x Rp + 2 x m x N x 0´ 065

Rt

= Resistencia Total de la Pega.

Rl N

= Resistencia de la Línea de Tiro. = Número de Detonadores.

Rp

= Resistencia del Detonador.

M

= Metraje de los Hilos del Detonador.

0´ 065

= Resistencia por Metro Lineal de Cobre de 0´ 6 mm de Diámetro.

2.

Conexión en Paralelo: .Así como la conexión en serie se caracterizaba por una elevada resistencia eléctrica, en paralelo la resistencia del circuito es muy pequeña y la intensidad de corriente es muy alta. Esta conexión apenas es utilizada salvo en casos de muy pocos detonadores y en lugares donde por sus características especiales es previsible que se den derivaciones y sea difícil garantizar un perfecto aislamiento en las conexiones. En estos casos, la pequeña resistencia eléctrica frente a las altas resistencias de la conexión anterior aseguran el éxito de la pega. La resistencia total viene dada por: Rt= RI

3.

  Rd   N 

Donde: Rt Rl

= Resistencia Total. = Resistencia de la Línea de Tiro.

Rd

= Resistencia de cada Detonador.

N

= Número de Detonadores.

Conexión Serie – Paralelo. En este sistema procuraremos emplear el m enor número de detonadores posible, así como el menor número de series posible. La resistencia total viene dada por la formula:

 1  1   1   1          ....     R1   R2   R3   Rn 

Rt= 

Figura 8.28. Esquema de Conexión en Paralelo


Figura 8.29. Esquema de Conexión en Serie – Paralelo 154


[

8.9.2. Detonador No Eléctrico (No Electrical -

NONEL

™)

El detonador No Eléctrico, es producto

de

detonador

la

con

invención

del

fulminato

de

mercurio de Alfredo Nobel, que en 1867 logró que la iniciación de todos los explosivos fuera más

Figura 8.30. Estructura interna de un Detonador No Eléctrico

segura y eficiente. Los detonadores de uso civil han sido desarrollados todos de ideas básicas de Nobel. Los detonadores no eléctricos tienen características que se resumen a: 

Carga explosiva: El extremo inferior del detonador contiene una carga base de PETN y una carga



Cushion Disk: Está diseñado para otorgar una gran resistencia al impacto y a la detonación por



Tren de retardo: formado por uno, dos o tres elementos pirotécnicos.



Delay Ignition Buffer: Acelerador de energía, permite una mayor precisión y evita el problema de



Sello antiestático: elemento fundamental para eliminar el riesgo de iniciación por descargas

primaria de Azida de Plomo lo que le confiere una potencia equivalente a fuerza N° 12. simpatía.

reversión de la onda de choque. estáticas accidentales. 8.9.2.1. Tubo de Choque Diseñado

por

Per

Anders Persson (Nitro Nobel) en 1960, consta de un tubo plástico con un contenido de octógeno

aluminizado

(HMX) adherido al tubo en su parte interior (adherencia > 95%).

Figura 8.31. Tubo de choque NONEL ™ (Corte transversal y longitudinal)

La carga del tubo es próxima a 0,015 gramos por 1 metro de tubo ó equivalentes a 0.15 gramos por 10 metros. La velocidad de detonación del tubo de choque es de alrededor 2000 m/s (2 m por ms) El tubo plástico tiene un diámetro externo de 3mm y por dentro lleva una capa fina de material reactivo que transmite la onda de choque a una velocidad aproximada de 2000 m/s. El plástico no se afecta por la onda de choque y consecuentemente no inicia ninguna columna de explosivo que atraviese, tal como se puede observar en la Figura 8.31. En el sistema

NONEL

™, la reacción es

contenida en el tubo y no afecta a nada externamente, mientras que el cordón detonante explota y puede iniciar el explosivo que atraviesa o matarlo por presión. 8.9.3. Clasificación de Detonadores No Eléctricos (No Electrical -

NONEL

™)

Detonadores NONEL ™. El sistema de tubo de choque NONEL ™ es el srcinal introducido en el mercado por Nitro Nobel Suecia en el comienzo de los años 70. Su nombre dice lo que es: un sistema de iniciación no-eléctrica. Con la invención


155


[

del NONEL ™, los usuarios tuvieron el remplazo largamente esperado del detonador eléctrico, que posee sus ventajas pero ninguna de sus desventajas. Los sistemas de iniciación eléctrica han tenido más receptividad en Europa que en los Estados Unidos donde se utilizan más comúnmente los sistemas no-eléctricos o

NONEL

™. Sus características de retardo

son las mismas de los detonadores eléctricos, con la diferencia de que se han eliminado los riesgos eléctricos remplazando los cables por un tubo de choque. Los cuales se clasifican en: * Detonadores no eléctricos. * Detonadores electrónicos El

NONEL

™ es completamente inmune a cualquier riesgo eléctrico y por lo tanto ideal cuando el disparo

eléctrico no es posible o permitido. El detonador NONEL ™ funciona como un detonador eléctrico de retardo, con la diferencia de que los cables se han substituido por un tubo plástico que transmite una onda de choque. La llama final de la onda de choque inicia el elemento de retardo del detonador. En Venezuela el proveedor de los sistemas de iniciación no eléctrica

NONEL

™, es Orica Mining Service,

empresa que pone a la disposición del mercado los sistemas, catalogados como: Detonadores 

Exel™ LP



Exel™ MS



Exel™ Handidet Detonador

Conectores   

Exel™ Conectadet™ Exel™ TD™ Exel™ MS Conector Bidireccional

8.9.3.1. Detonador No Eléctrico ( Exel™ LP) El detonador Exel™ LP (Long Period), es una serie completas de detonadores no eléctricos con largos intervalos de período de retardo (LP), entre los tiempos de iniciación sucesivas. Exel™ LP en su ensamblaje consta de un detonador no eléctrico y un tubo de choque NONEL ™ de color amarillo que lleva la señal al detonador y de una longitud que se fabrica bajo pedido. El detonador incorpora elementos de retardo (Azina de Plomo) y un compuesto de una carga base (> UE #3: Pent) que suministra fuerza de arranque, alojados dentro de una carcasa de aluminio. El tubo

NONEL

™ provee un

señal de alta resistencia, esta fabricado con un polímero plástico resistente a la abrasión e impregnado en las paredes interiores de un alto explosivo (HMX) que transmite la señal de iniciación al detonador.

Figura 8.32. Detonador No Eléctrico ( Exel™ LP)

Figura 8.33. Esquema de Uso del Exel™ LP

En uno de los extremos del tubo de choque se engarza en el casquillo del detonador, mientras que el otro extremo está cerrado por un sello impermeable, donde se coloca un conector tipo “J”, que tiene la Ing. José L. Contreras Prof. de la Catedra Perforación y Voladura de Rocas

156


[

función de acoplarse bien a otro tubo de choque o a un cordón detonante que le transmite la señal de iniciación a la voladura. El tiempo de retardo entre períodos varía de 75 a 500 ms y se dispone de 25 períodos. La manera más sencilla de conectar el NONEL LP es usando los conectores de madeja NONEL que consiste en una eslinga de cordón detonante conectado a una unidad ℮clipO. Aplicaciones de los Detonadores Exel™ LP 

Los detonadores Exel ™ LP, proporcionan una serie de tiempos de retardo adecuados para el

desarrollo en minería subterránea y en las operaciones en túneles de obras civiles. 

Los detonadores Exel ™ LP, inician explosivos sensibles al detonador # 8 (Booster y emulsiones), y pueden ser iniciados tanto por un tubo de choque NONEL ™ como por cordón detonante (>

3,8gr/m), dando un mayor control a la voladura a través de una baja dispersión y seguridad en su manejo. Recomendaciones para la Iniciación del detonador Exel ™ LP : 

Tubo de choque de conexión tipo arnes (cordón detonante, con una carga básica de pentrita entre



Gancho Bunch para la conexión de tubos de choque

3,6 y 5,0 g / m), utilizando el conector estándar Tipo “J”, también llamado c onector de gancho. NONEL

™ de, entre 5 a 20 detonadores Exel

™ LP, reunidos en un grupo, se pueden conectar directamente en amarre circular con cordón detonante o utilizando el Conector Exel™ B. (Observe la Figura 8. 33). Hay que asegúrese de que

todos los tubos de choque no se crucen para que la señal llegue a estos, y deben encontrarse a una distancia no menor a los 200 mm del cordón detonante. Procedimiento de conexión del detonador Exel ™ LP: Los tubos NONEL ™, que deberían ser alrededor de 2 m más largos que la profundidad del barreno, se recolectan en madejas de máximo 20 tubos. Se aseguran las madejas con cinta adhesiva. Se coloca alrededor de la madeja un conector de madeja NONEL. Inmediatamente antes de evacuar la zona para el disparo se juntan todos los conectores de madeja a un conector ℮clipO o a un iniciador el cual va a

conectar la línea de disparo. Los conectores también pueden ser amarrados y conectados juntos a un cordón detonante de 5g/m. Debido a que la cantidad de cordón es mayor en la superficie de la roca, el riesgo de corte es mayor. Las longitudes de tubo estándar de los detonadores NONEL MS son 4.8, 7.8 y 15.0 m. Otras longitudes se pueden ordenar desde 2.4 m a intervalos de de 0.6 m. El NONEL LP solamente se fabrica en longitudes estándar de 6.0 y 7.8 m. Periodo (LP)

0

1

2

3

4

5

6

7

Tiempo Nominal (ms)

0

100

150

200

250

300

350

400

Periodo (LP) Tiempo Nominal (ms) Periodo (LP) Tiempo Nominal (ms) Periodo (LP) Tiempo Nominal (ms)

8

9

10

11

12

13

14

15

450

500

550

600

700

800

900

1.000

16

17

18

19

20

21

22

23

1.100

1.200

1.400

1.600

1.800

2.000

2.400

2.800

24

25

26

27

28

29

30

31

3.200

3.600

4.000

4.400

4.800

5.200

5.600

6.000

Tabla 8.5. Tabla de Intervalos de tiempo para los Detonadores Exel™ LP


157


[

Especificaciones Técnicas de los Detonadores Exel™ LP: Tubo de Choque

Amarillo Exel™

Ø Exterior (mm)

3,0

Resistencia a la Tensión Nominal

300 N at +20 °C

Longitud (m)

4,8 a 7,8

Detonador Carga Base (EN 13763-15)

Min. EU #3, (Old # 8)

Carga de Retardo (EN 13763-15) Material del Casquillo:

Azina de Plomo Aluminio (Al)

Clasificación

1.1B

1.4B

1.4S

UN No:

0360

0361

0500

Certificado Tipo EC:

ENB/D/009/11

8.9.3.2. Detonador No Eléctrico ( Exel™ MS) Los detonadores Exel™ MS son una serie de detonadores no eléctricos de alta potencia con intervalos

de retardo de milisegundos (MS) entre los sucesivos tiempos de disparo. Los detonadores Exel™ MS constan de un detonador no eléctrico y un tubo de transmisión de la señal

NONEL

™ de diferentes

longitudes. El detonador incorpora elementos de retardo y una carga base de alta potencia dentro de una cápsula de aluminio. El tubo Exel™ q ue transmite la señal de iniciación al detonador posee una alta fuerza y una alta resistencia a la abrasión. Uno de los extremos del tubo de transmisión de la señal esta unido al detonador, y el otro extremo está hermética e impermeablemente cerrado. Los detonadores NONEL (Exel™ MS), se conectan o bien a otro tubo de choque mediante un Conector MS o TD, ó también pueden ser conectados al cordón detonante si no se vislumbran problemas de onda de choque aérea o ruido. El tubo NONEL ™ debería conectarse al cordón detonante con un MULTICLIP ya que la conexión debe ser perpendicular. Cada MULTICLIP aloja dos Tubos NONEL ™.

Figura 8.34. Detonador No Eléctrico ( Exel™ MS)

Figura 8.35. Esquema de Uso del Exel™ MS

Aplicaciones de los Detonadores Exel™ MS 

Los detonadores Exel™ MS proporcionan una serie de tiempos de retardo adecuados para su uso

en minería de superficie, canteras y en voladuras de interior. Los detonadores Exel™ MS inician


158


[

directamente los multiplicadores o los cartuchos de explosivos usados como iniciadores que son sensibles al detonador. Recomendaciones para la Iniciación del detonador Exel ™ MS: Los detonadores Exel™ MS deben ser usados siempre introduciéndolos dentro de un cartucho iniciador

de forma que queden completamente introducido el detonador dentro del cartucho. Los detonadores por si mismos no deber ser colocados dentro de los barrenos o de mangueras de carga. Los detonadores Exel™ MS usados dentro de los barrenos deben estar colocados con la base del detonador apuntando hacia la boca del barreno. No debe someterse a una fuerza excesiva a los tubos de transmisión de la señal de los detonadores dentro de los barrenos colocados dentro de los cartuchos. Si un cartucho iniciador se atasca cuando se intenta recuperarlo o reposicionarlo en un barreno, entonces debe usarse otro detonador que sustituya al que quedó dentro de este cartucho. Periodo (MS)

1

2

3

4

5

6

7

8

Tiempo Nominal (ms)

17

25

75

100

125

150

175

200

Periodo (LP) Tiempo Nominal (ms) Periodo (LP) Tiempo Nominal (ms)

9

10

11

12

13

14

15

16

225

250

275

300

325

350

375

400

17

18

19

20

425

450

475

500

Tabla 8.6. Tabla de Intervalos de tiempo para los Detonadores Exel™ MS Los detonadores Exel™ MS pueden ser iniciados de forma segura mediante conectores de superficie Exel™ (Ver Fig. 8.30). Una voladura realizada con detonadores Exel™ MS puede ser iniciada de forma segura mediante el uso de Exel™ Start DS2, Exel™ Rem o Exel™ Start HN1 o detonadores eléctricos

del número #8. Especificaciones Técnicas de los Detonadores Exel™ MS: Tubo de Choque

Amarillo Exel™

Ø Exterior (mm)

3,0


25Kg ( +20 °C / 2min)

Longitud (m)

4,8 a 27,0

Carga de Base del Detonador

# 8 (Potencia)

Clasificación

1.1B

1.4B

1.4S

UN No:

0360

0361

0500


ENB/D/009/11

8.9.3.3. Detonador No Eléctrico ( Exel™ Handidet™ Detonador) Este es un detonador compuesto por dos cápsulas y un tubo de choque NONEL ™. Una de las cápsulas se utiliza en superficie para iniciar tubos no eléctricos, mientras que la otra se usa en el interior de los pozos tanto para para iniciar boosters como explosivos encartuchados. Los detonadores no eléctricos Exel™ Handidet™ están compuestos principalmente por 4 elementos:

a)

Cápsula de baja potencia (Fuerza 1), ensamblada al interior de un conector de superficie, diseñado para iniciar hasta seis tubos no eléctricos.

b)

Cápsula potencia 12, cuya función es iniciar la carga explosiva que va al interior del barreno.


159


[

c)

Tubo de choque

NONEL

™ de color naranja, componente que transmite la señal a la cápsula de

retardo. En el momento que el tubo es iniciado, transmite interiormente una onda de choque de baja energía la cual inicia los retardos de ambas cápsulas. d)

Etiqueta de retardo, elemento que indica el tiempo de retardo nominal de ambas cápsulas y el largo del detonador.

El conector ℮clipO incluye un detonador con una potencia correspondiente a 1/3 de un detonador # 8.

Está diseñado solamente para iniciar el tubo

NONEL

™. Cuando la onda de choque pasa a través del

tubo NONEL ™ (1), llega al bloque conector (2) iniciando el detonador transmisor y éste a su vez todos los tubos conectados al bloque. De esta manera el impulso de iniciación se transmite a uno a varios detonadores (3) e igualmente al próximo bloque conector (4) donde se repite el procedimiento. El conector NONEL ℮clipO está diseñado especialmente para voladuras de banco y puede alojar hasta 8

tubos en el bloque.

Figura 8.36. Detonador No Eléctrico ( Exel™ Handidet™)

Figura 8.37. Esquema de Uso del Exel™ Exel™ Handidet™

Aplicaciones de los Detonadores Exel™ Handidet™: El detonador Exel™ Handidet™ se utiliza en voladuras a cielo abierto. Este producto está

diseñado para ser utilizado en conjunto con el Exel™ Conectadet™, entre sus beneficios se cuenta con: • Mayor seguridad en la operación gracias a la gran resistencia que tiene el tubo no eléctrico. • Mayor control de la voladura a través de una baja dispersión. • Producto seguro y fácil de conectar. • Fácil y rápida verificaci ón de conexión. • Reduce inventarios en polvorines. • Apto para utilizarse en voladuras cercanas a sitios poblados gracias al bajo nivel de ruido que

genera. Recomendaciones para la Iniciación del detonador Exel ™ Handidet™: 

No estirar, retorcer o aplicar una tensión indebida al tubo no eléctrico ya que esto podría



srcinar un mal funcionamiento. Usar el producto más antiguo almacenado en los polvorines.



Almacenamiento adecuado según reglamento de explosivos y polvorines.



Este producto puede ser utilizado en ambientes de alta humedad y abrasión.


160


[

Color ( NONEL ™)

Naranja

Amarillo

Amarillo

Verde

Naranja

Naranja

Tiempo Nominal Sup/Fondo.(ms)

17/350

17/500

17/700

25/350

25/500

25/500

Color ( NONEL ™)

Blanco

Blanco

Blanco

Tiempo Nominal Sup/Fondo.(ms)

42/475

42/500

42/700

Tabla 8.7. Tabla de Intervalos de tiempo para los Detonadores Exel™ Handidet™ Especificaciones Técnicas de los Detonadores Exel™ Handidet™: Tubo de Choque Naranja Exel™ Ø Exterior (mm)

3,0


25Kg ( +20 °C / 2min)

Longitud (m / ft)

6,1 a 30,5 / 20 a 100

Carga Base del Detonador de Sup.

Alta potencia, 780 mg (12 granos) base de carga de PETN (USBM 8+)

Carga Base del Detonador de Fdo.

# 6 (Fuerza 1)

Clasificación

1.1B

1.4B

1.4S

UN No:

0360

0361

0500


ENB/D/009/11

8.9.3.4. Conector No Eléctrico (Exel™ Conectadet™) El conector no eléctrico Exel™ Connectadet™ , es un dispositivo de conexionado con tiempos de iniciación cortos que se emplea entre las líneas troncales de la voladura, provisto de un detonador alojado en un conector plástico eClip ™, que se conecta al detonador que viene del hoyo, se usa por lo general en conjunto con el detonador Exel™ Handidet™ o con el detonador Exel™ MS, el cual se ensambla al tubo de choque de este. Exel™ Connectadet™ le provee flexibilidad al diseño de la voladura y es de fácil uso. Se emplea en voladuras en canteras, operaciones de carbón en superficie, Open Pit y en minas subterráneas y en proyectos de obras civiles donde se requieran tiempos exactos en superficie.

Figura 8.38. Conector No Eléctrico (Exel™ Conectadet™)

Figura 8.39. Esquema de Uso del Exel™ Conectadet™

Beneficios del uso de los Conectores Exel™ Connectadet™: 

Se elimina el uso de líneas de cordón detonante en las troncales



No se requiere tapar la línea, ya que se genera bajo potencial de daño por proyecciones



Proporcionan un excelente control de la voladura y es flexible


161


[



Permiten una conexión sencilla, incluso usando el operador guantes



Permita el arreglo de la secuencia de detonación antes de la voladura



Permite la verificación de la conexión rápida y fácil



No se generan desperdicios de material, y es fácil de recoger una vez ocurrida la voladura

Características de los Conectores Exel™ Connectadet™: 

Tubos de choque

NONEL

™ robustos, resistentes a la abrasión



Diseño innovador de baja energía (Fuerza 1)



Precisión en los tiempos, cronometrado hasta en ocho diferentes periodos



Rápido y de fácil conexionado, con un tubo 6 de diseño y uso ergonómico



Puede alojar hasta 8 tubos de choque

NONEL

™ en el conector eClip ™

Recomendaciones para el uso de los Conectores Exel™ Connectadet™: 

Evite daños en el tubo de choque. No tire nunca tan fuerte como para estirar o rompa el tubo de descarga. Una detonación prematura puede resultar del mal empleo en las líneas si se conecta de manera indebida el Exel ™ de Connectadet ™



El Exel ™ de Connectadet ™ puede ser iniciado con otro tubo de choque o con un detonador eléctrico.

 

El Exel ™ de Connectadet ™ , no esta diseñado para iniciar cordón detonante. El bloque del conector eClip ™ del Exel ™ ™ Connectadet ensamblado contiene un artefacto explosivo que puede ser iniciado por el calor, impacto o la fricción. Color ( NONEL ™)

Gris

Amarillo

Rojo

Naranja

Blanco

9

17

25

33

42

Azul

Negro

Naranja

Tiempo Nominal Superficie.(ms) Color ( NONEL ™)

Tiempo Nominal Superficie.(ms) 65 100 200 Tabla 8.8. Tabla de Intervalos de tiempo para los Conectores Exel™ Conectadet™ Especificaciones Técnicas de los Detonadores Exel™ Handidet™: Tubo de Choque

Naranja Exel™

Ø Exterior (mm)

3,0


25Kg ( +20 °C / 2min)

Longitud (m / ft)

3,6 a 10,2 / 14 a 40

Carga Base del Detonador de

Alta potencia, 780 mg (12

Superficie.

granos) base de carga de PETN (USBM 8+)

Clasificación

1.1B

1.4B

1.4S

UN No:

0360

0361

0500


ENB/D/009/11

8.9.3.5. Conector No Eléctrico (Exel™ TD™) El conector Exel™ TD ™, constan de una tubo de choque de color amarillo y de longitud bajo pedido con un detonador estándar (# 8) unido a un extremo y el otro extremo sellado.


162


[

Figura 8.40. Conector No Eléctrico ( Exel™ TD™)

Figura 8.41. Esquema de Uso del Exel™ TD™

El detonador está ubicado en un bloque de plástico tipo bisagra que facilita una fácil conexión a otro tubo de choque como al cordón detonante. Un gancho tipo “J” de color blanco se fija cerca del extremo sellado para facilitar la conexión con cordón detonante. A su vez posee una etiqueta con código de color que deja visualizar el tiempo de retardo y el tiempo nominal de disparo. El bloque de plástico tiene la capacidad de alojar hasta ocho (8) tubos de choque o un (1) cable de detonación de línea descendente. Recomendaciones para el uso de los Conectores Exel™ TD™: Por recomendaciones de aplicación detalladas, SIEMPRE consulte los manuales del producto: 

SIEMPRE sujete los tubos de choque de las unidades NONEL TD que conducen a otros agujeros en el cordón detonante con el J-gancho. Fije el gancho J a la línea descendente de cordón detonante entre el bloque de montón anterior y el cuello del barreno dejando al menos 30 cm (12 pulgadas) entre el bloque de montón al lado.



Siempre deje 13 cm (5 pulgadas) entre el gancho J y cualquier nudo del cordón detonante.



Asegurarse de que los tubos de choque salientes conectar en ángulo recto con la mecha detonante y que la tapa está herméticamente cerrado. NUNCA bucle de tubo de choque cerca del bloque de



Coloque siempre el bloque de montón por lo que la tapa está hacia abajo y cubrir el montón de

racimo o cordón detonante. bloques con los recortes de perforación u otro material inerte para evitar la metralla de corte después de conectar el bloque de montón de cordón detonante o un tubo de descarga. 

Asegúrese siempre de que los tubos de choque salientes o los cordones detonantes conducir de inmediato desde el bloque NONEL TD manojo unidad por lo menos 30 cm (12 pulgadas). Nunca doble la tubos alrededor del extremo del bloque de racimo, de nuevo sobre la parte superior del bloque o permitir que el líneas troncales de salida del tubo de choque o líneas descendentes de bucle a cerca del bloque de montón.



NUNCA coloque tanto cordón detonante y un tubo de descarga en el mismo montón NONEL TD



Coloque todos los tubos descendentes de choque y salientes conduce troncal en el bloque de



Cuando utilice unidades NONEL TD con una línea descendente de cordón detonante, SIEMPRE

bloquear. Fallos del encendido puede resultar. racimo con el detonador apuntando en la dirección deseada de iniciación.

coloque la bloque montón a la cola de la línea descendente mecha detonante se extiende desde el agujero para se inició. Coloque el cordón detonante en el bloque de racimo con el detonador señalando en la dirección deseada de iniciación.


163


[

Color ( NONEL ™) Tiempo Nominal Superficie.(ms) Color ( NONEL ™) Tiempo Nominal Superficie.(ms)

Gris

Amarillo

Rojo

Naranja

Blanco

9

17

25

33

42

Azul

Negro

Negro

65

100

109

Tabla 8.8. Tabla de Intervalos de tiempo para los Conectores Exel™ TD™

8.9.3.6. Conector No Eléctrico (Exel™ MS) El sistema de conectores NONEL MS, consiste de dos unidades de detonadores bidireccionales engarzados en un bloque y estos a su vez sujetos a un tubo de choque de 46cm (18pulg) de longitud de color naranja. Los detonadores alojados en el bloque plástico cuyo color define el código referido al tiempo de detonación, este bloque facilita el amarre de la línea de cordón detonante, posee a su vez etiquetas de visualización del tiempo nominal de los detonadores. Los conectores NONEL MS, se emplean para proporcionar tiempos de demora entre barrenos en superficie individuales con múltiples aplicaciones para voladuras en las que se emplee el uso del cordón detonante como sistema de iniciación en labores mineras en explotaciones de canteras y en obras de construcción.

Figura 8.42. Conector No Eléctrico (Exel™ Conector MS)

Figura 8.43. Esquema de Uso del Exel™ Conector MS

Recomendaciones para el uso de los Conectores Exel™ MS: 

El conector MS, esta recomendado para ser empleado junto con el cordón detonante de 3,6 a 18 gr/m; .este debe ser acoplado al bloque, no lo utilice en contacto con el tubo de choque, ya que puede causar la ruptura de este debido al fuerte impacto generado en la detonación del cordón detonante.



El conector MS debe ser protegido contra impactos o daños, los conectores de superficie contienen detonadores que pueden ser accionados por fuertes impactos, mientras que los tubos de choque pueden dañarse o cortarse lo que daría lugar a fallos en el encendido, nunca pise con un equipo los bloques de los conectores MS activos.



Es recomendable cortar el exceso de cordón detonante adosado al bloque del conector MS, las colas de cordón detonante adyacentes al tubo de choque pueden interferir la transmisibilidad de la señal de un bloque a otro, puesto que la VOD del cordón detonante es alta, ocasionando fallos.


164


[



Nunca conecte al MS en líneas troncales de cordón detonante, hasta tanto no hayan sido cargados y taqueados las perforaciones o cuando se percaten de la presencia de personal o vehículos ajenos a la actividad de conexionado.



Para colocar el conector MS a una línea troncal de cordón detonante, se debe cortar la línea troncal en el punto donde se planifico colocar el retardo de superficie, conecte el MS a los extremos de la línea en los bloques y corte el excedente de cordón detonante, no es recomendable acoplar dos o mas cordones detonantes a un mismo bloque. Tiempo Retardo ms)

Bloque (color)

Tiempo Retardo ms)

Bloque (color)

9

Gris

65

Purpura

17

Amarillo

67

Azul

25

Rojo

100

Rosado

35

Negro

109

Negro

42

Blanco

200

Azul

50

Anaranjado

Tabla 8.9. Tabla de Intervalos de tiempo para los Conectores Bidireccionales Exel™ MS 8.9.4. Detonadores Electrónicos En el detonador electrónico se remplaza el elemento de retardo pirotécnico por un chip electrónico preprogramable. El sistema de iniciación electrónica es muy flexible con 1000 tiempos de retardo individuales entre 1 ms y 16000 ms (16 s). El sistema se compone de detonadores digitales programables y equipos de testeo y control (Logger y Blaster) que ofrecen: 

Proporciona al usuario la posibilidad de un retardo exacto de la carga con alto nivel de precisión (hasta 1000x más preciso que los pirotécnicos).

 

La secuencia de disparo se puede determinar en etapa temprana o justamente antes del disparo. Los detonadores son primados dentro de los barrenos sin un tiempo de retardo asignado. El tiempo es



Amplio rango de retardo (hasta 15,000 ms) y con una mayor capacidad disponible (hasta 4,800

asignado durante el proceso de cargado de los barrenos. detonadores en una voladura) proporcionando flexibilidad en los rangos de tiempo de secuencia de voladura. 

Aplicaciones para voladuras remotas: CEBS (Sistema Central de Voladura) para aplicaciones subterráneas y SURBS (Sistema de Detonación de Superficie por Control Remoto) para aplicaciones en minas Cielo Abierto.



Software integrados, SHOTPlus-i & SHOTPlus i UG, para los diseños de voladuras y la programación automática de los detonadores. Programabilidad completa, facilitando la reducción de inventarios y simplificando los reportes para las entidades regulatorias.



Comunicaciones codificadas de mejor interacción y mayor seguridad, bidireccionales inherentemente seguras en el campo, con opción de cable premium para aplicaciones especiales (i-kon™ RX)

Equipo Básico de Operación Electrónica: 1.

Detonador i-kon™ (estándar) Los detonadores i-kon™ son totalmente programables, tienen circuitos digitales para programar el tiempo y almacenamiento de energía, lo que les permite funcionar de manera independiente una vez que la señal de disparo es enviada al detonador, donde la carga explosiva alojada dentro de la cápsula


165


[

de aleación de cobre y zinc detona y proporciona una adecuada potencia de detonación asociada a una onda de choque dinámica para iniciar otros agentes explosivos. El cable del detonador es de cobre revestido de acero, entregando mayor resistencia a la tensión, y esta recubierto con un polipropileno que le proporciona al alambre un excelente aislamiento y resistencia del mismo a condiciones abrasivas presentes en la mayoría de las minas y canteras. En el otro extremo del cable opuesto al detonador hay un conector plástico con resina que permite conectarlo rápida y fácilmente al Harness Wire. El detonador se

Figura 8.44.Detonador Electrónico (Estándar)

adapta a todos los tipos de boosters convencionales. Para condiciones particularmente rigurosas en el terreno se recomienda i- kon™ RX. 2.

Detonador i-kon™ (RX) El detonador i-kon™ RX es similar al detonador i -kon™ estándar con la excepción que el cable tiene una mayor resistencia, ya que posee un recubrimiento de poliuretano termoplástico (TPU) que incrementa la protección contra la abrasión en aplicaciones de voladura en terrenos difíciles.

3.

Detonador i-kon™ Logger El Logger es utilizado durante la conexión de los detonadores a la línea para asignar la secuencia de retardo y realizar funciones de prueba. El Logger lee y almacena el número identificador único de cada detonador (ID) y le asigna el tiempo de retardo que queda grabado en la memoria del Logger y del Detonador. Cada Logger puede almacenar hasta 200 detonadores en un solo registrador y asignarles tiempos de retardo en incrementos de 1 milisegundo (ms) de 0 a 15.000 ms. y en una misma voladura pueden ser utilizados hasta 24 Loggers, como se muestra en la Fig.8.47. El Logger por sí mismo no puede iniciar un detonador i-kon™. El Registrador tiene varios modos para simplificar el proceso de registro

Figura 8.45.i-kon™ Logger

incluyendo SHOTPlus-i ® modos, Auto y Manual para adaptarse a diferentes aplicaciones. 4.

i-kon™ Blaster El Blaster es utilizado para iniciar, testear y controlar la secuencia de inicio de los detonadores. Hay cuatro tipos diferentes de Blasters. El Blaster400 puede iniciar hasta 400 detonadores usando 2 Loggers. El Blaster2400S puede iniciar hasta 2.400 detonadores usando 12 Loggers y 4.800 detonadores cuando se sincroniza a otro Blaster. Los Blasters remotos también están disponibles: SURBS (Sistema de Detonación de Superficie por Control Remoto) para aplicaciones a cielo abierto y CEBS (Sistema central de voladuras) para aplicaciones subterráneas que pueden iniciar hasta 2.400 detonadores. Figura 8.45. i-kon™ Blaster


166


[

Fig. 8.46. Conexionado i-kon

Figura 8.47. Secuencia de acoplamiento de varios Logger al Blaster

Proceso de Alimentación de los Tiempos de Detonación Electrónica: Inicio de la sesión después de cargada la voladura :. Una vez que todos los barrenos son



cargados, el Logger es conectado a un extremo del cable o línea de conexión (Harness Wire) y el personal encargado de la voladura debe comenzar a conectar cada detonador a la línea de acuerdo a la secuencia de diseño de disparo correcta. En la medida que cada detonador dentro del pozo es conectado a la línea, el tiempo es asignado a dicho detonador y es descargado a través del diseño de voladura SHOTPlus®-i o sobre la base de un auto-incremento programado en el Logger o introduciendo manualmente el tiempo de retardo a través del teclado del Logger. Inicio de la sesión durante el cargado : Dado que el proceso de registro es inherentemente seguro,



el tiempo de secuencia de inicio puede ser asignado a los detonadores al mismo tiempo que los pozos son cargados. En este caso el cable o línea de conexión (Harness Wire) no es utilizado, más bien el Logger es conectado al detonador ya sea a través del cable “pigtail” o utilizando los nuevos

conectores i-kon™ y Logger. El tiempo es asignado, ya sea en la base de un auto incremento programado en el Logger o manualmente introduciendo el tiempo de retardo en el teclado del Logger. Más tarde el cable o línea de conexión es extendida y los detonadores son conectados en cualquier orden. De esta forma el personal de la voladura permite utilizar el tiempo operacional paralelamente al tiempo de cargado de lo barrenos (se evita el tiempo de inactividad operativa si se espera que el disparo sea cargado en forma completa). En todos los casos, el Logger también pone a prueba la funcionalidad del detonador durante la carga.



Cuando la voladura esta lista, el Harness Wire y Logger (s) son conectados al Blaster en un lugar distante y seguro, una prueba final se realiza, luego se envía la señal de detonación a los detonadores a través del Blaster. Áreas de uso: i. Voladura de contorno ii. Áreas con problemas de vibración de terreno iii.

Control de fragmentación.

El detonador electrónico esta recomendado para su uso en labores mineras de superficie donde la carga de explosivos se hace a granel (Camiones fabrica), y donde se requieren volar altos volúmenes de roca, donde las operaciones de carga mecanizada se hacen a gran escala. Ing. José L. Contreras Prof. de la Catedra Perforación y Voladura de Rocas

167


[

Características Técnicas del Detonador Electrónico: Línea Descendente del Alambre:

Standard

0,6mm

RX

0,6mm

Resistencia a la tracción del

Standard

30kgf/200N

Alambre:

RX

30kgf/250N

Longitud de Fabricación:

Standard

6,15,20,30,40, 60m

RX

15,20,30,40m

Aislamiento:

Standard

PP

Base de Carga:

RX AII

TPU 750mg de Pentolita

Carga Primaria:

AII

90mg de Azida de Plomo

Conectores:

AII

De Bisagras

8.9.5. Cordón Detonante El Cordón detonante resistente y flexible, compuesto por un núcleo de PETN recubierto por un tejido de fibra, que a su vez esta envuelto por otro recubrimiento que puede ser plástico (Cordtex™ P) 0 de cera (Cordtex™ W). EI cord6n detonante Cordtex™ satisface la mayoría de los requerimientos tanto en minería,

canteras como en obras civiles. Los cordones detonantes de 40 g/m, 80 g/m y 150 g/m se usan en voladuras de pre corte y voladuras suaves. Su alta velocidad de detonación combinada con su baja emisión de gases elimina el riesgo de muerte por presión en el barreno. El cordón detonante no se acopla a las paredes del barreno minimizando las fisuras ocasionadas por el proceso de pulverización en la etapa inicial de detonación. El cordón detonante puede ser iniciado por un detonador # 8 y su velocidad de detonación alcanza los 7.000 m/s. Consta

Figura 8.48. Cordón Detonante

de un aislante de plástico que no se afecta por la temperatura. Se puede almacenar durante un largo período de tiempo. El cordón detonante es un dispositivo de disparo muy común en todo el mundo. Se ha adaptado su uso en países con condiciones climáticas difíciles con tormentas frecuentes que inhabilitan el uso de sistemas de disparo eléctricos. Inicia todos los explosivos, pero se debe tener especial cuidado cuando se utilizan con ANFO en barrenos pequeños y medianos, ya que los cordones de bajo gramaje tienden a formar detonaciones incompletas y a veces ocasionan fenómenos de muerte por presión. El cordón detonante se fabrica con núcleos de carga de 3 g/m a 80 g/m. El más usado es el de 10 g/m (50 granos/pie). Los cordones de 40 y 80 g/m se utilizan principalmente para prospección sísmica y otros propósitos especiales (voladuras suaves, etc). Con la utilización de relés de retardo se pueden realizar disparos de filas múltiples. Se dispone de una amplia gama de retardos desde 5 ms a 50 ms. Igualmente se usa cuando se requieren detonaciones simultáneas exactas de varios barrenos como en el caso de precortes. El cordón detonante se utiliza igualmente como suplemento de otros métodos de disparo en barrenos difíciles de cargar.


168


[

Conexión del cordón detonante: 

Mantenga cada conexión de cordones en ángulo recto. Los conectores de plástico son convenientes y



La distancia entre cordones paralelos no debe ser menor a 0.2 m.

confiables. 

La distancia entre un relé de retardo y cordones paralelos debe ser de por lo menos 1.0 m.



No se permiten dobleces ni vueltas.



El detonador iniciador siempre debe apuntar en la dirección de detonación deseada.

Aplicaciones del cordón detonante: 

Este producto puede ser usado en minería a cielo abierto, minería subterránea, canteras y obra civil.



El principal uso del cordón detonante es como línea maestra para conectar los barrenos, para iniciar detonadores no eléctricos y como iniciador a lo largo de la columna del barreno

Características Técnicas del Cordón Detonante: Producto

6N

12N

20N

100N

Carga Nominal de Explosivo (gr/m)

6 + 0,1/-0,2

12 ± 1,0

20 ± 1,5

100 ± 5,0

VOD (m/s)

> 6.500

6.900 ± 5%

> 6.200

> 6.500

Resistencia a la Tracción (N)

589

981

981

981

Energía Especifica (kJ/m)

8,03

16,06

26,76

133,8

4,68

9,36

15,6

78

Volumen de Gases (l/m) Sensibilidad al Impacto (cm) Diámetro Exterior (mm) Color Cubierta Exterior

Por encima de 10 J - caída de martillo de 2 kg desde una altura 50 cm – no produce detonación 4,0 ± 0,2 5,4 ± 0,2 7,0 ± 0,3 12,0 ± 0,6 Rojo PVC

Verde PVC

Rojo PVC

Rojo PVC

Como Iniciar el Cordón Detonante : El cordón detonante que puede ser iniciado con detonador corriente # 8 de forma fiable. Es recomendable fijar el detonador de forma firme al cordón detonante; al menos a 20 cm del extremo del cordón detonante con la cápsula en la dirección de la iniciación. Para prevenir la posibilidad de que la cola del cordón detonante quede sin detonar, enrollar ésta en forma de lazo según muestra la figura y asegurar con cinta aislante al detonador.

Figura 8.49. Esquema de iniciación del Cordón Detonante En la Fig. 8.50, se pueden observar los diferentes tipos de amarres que se pueden hacer con el cordón detonante, (A, B, C) a las líneas troncales, (D) en

Figura 8.50. Diferentes amarres con Cordón Detonante

la misma fila de barrenos, y (E) con la mecha lenta adosada al detonador # 8.


169


[

8.9.6. Mecha de Seguridad. Formada principalmente por un núcleo de pólvora negra, rodeada de varias capas de hilados encerrada en una envoltura e algodón revestida de un textil impermeable; su característica principal es ser de baja velocidad, debe poseer un tiempo de combustión bastante controlado, debiendo evitarse el contacto de la mecha con aceite, petróleo (kerosén), y gasolina, ya que el material circundante puede disolverse y producir daño en el núcleo de la pólvora. Al unir la mecha y el detonador de serse cuidadoso, ya que la carga del detonador es susceptible a la humedad, por lo tanto la unión de la mezcla debe ser de forma que no penetre agua, ni humedad al detonador. (Figura 8.51)

Figura 8.51. Mecha de seguridad mostrando el flamazo inicial que es un chorro de fuego que lanza la mecha al encenderse el núcleo de pólvora. La mecha de seguridad viene embalada en cajas de cartón octogonal de 15 cm de lado por 33,5 cm de alto. Contiene 1000 m en dos rollos de 500 m cada uno. El peso neto de cada caja es 24,4 kg (aproximado). Características que pueden ser observadas en la Tabla 8.10.

SIMPLE

(*) Valores medidos a

REFORZADA

2400 m.s.n.m., que

Contenido de pólvora, en g/m

5,0 mínimo

5,0 mínimo

tienden variar en

Peso lineal, en g/m

24,4 +/- 3%

24,4 +/- 3%

función de la presión

Diámetro exterior, en mm

5,10 +/- 3%

5,25 +/- 3%

atmosférica.

Longitud de chispa (dardo) (*), en cm

Producto embalado y debidamente empacado en rollos de mechas de

Tiempo de combustión (*), en s/m Resistencia a la tensión, en kg (3 minutos)

seguridad de acuerdo a

Impermeabilidad en 1 de m 3agua

pedido.

Color exterior de forro plástico

5 mínimo

5 mínimo

160 +/- 5%

160 +/- 5%

30 +/- 10% 24 horas blanco

28 +/- 10% 24 horas naranja

Tabla 8.10. Especificaciones técnicas de las mechas de seguridad 8.9.7. Detonador Corriente # 8. El fulminante corriente No. 8, es uno de los componentes del sistema tradicional de voladura. Esta conformado por un casquillo cilíndrico de aluminio sellado en uno de sus extremos, en cuyo interior lleva una carga primaria de un explosivo sensible y otra carga secundaria de alto poder explosivo, su diseño permite que la carga primaria sea activada por la chispa de la mecha de seguridad, la cual inicia la carga secundaria y esta a su vez al iniciador de la columna de explosivos. En su desarrollo se ha tenido cuidado especial en la compatibilidad del funcionamiento que debe existir con la mecha de seguridad. Figura 8.52.Corte de un Detonador # 8


170


[

El fulminante corriente No. 8, tiene todas las garantías para el buen funcionamiento, siempre y cuando, se cumplan con las recomendaciones de un adecuado engargolado a la mecha de seguridad, controlando principalmente la impermeabilidad en el punto de contacto, se usa completamente con el fulminante corriente No. 8 y al momento de quemarse la potencia de la chispa tiene la capacidad suficiente para activarlo sin restricciones de ninguna naturaleza, siempre que se cumplan con las recomendaciones de la forma correcta al fijar el fulminante a la mecha de seguridad. CARACTERISTICAS

UNIDADES

ESPECIFICACIONES

Longitud Diámetro Externo

Mm mm

45,00 +/- 0,10 6,30 +/- 0,10

Diámetro Interno

mm

5,86 +/- 0,10

Volumen de Trauzl

cm3

23,36

Resistencia al Impacto

2 Kg/m

Si cumple

Carga Explosiva Total

Mg

900

Sensibilidad a la Chispa de la Mecha de

Buena

Seguridad Tabla 9.11. Especificaciones técnicas del Detonador simple # 8 8.9.8. Productos Especiales 8.9.8.1. Mezcla de Emulsión a Granel

EI sistema de mezclas de emulsión a granel bombeable ha sido diseñado para ser usado en aplicaciones de voladura con agua. Los explosivos mezclas son dopados por los prilles de nitrato de amonio mas diesel y sensibilizados por gas. Características Técnicas de las Mezclas de Emulsión a Granel: Producto: Unidad (gr/cm3)

Densidad Diámetro mínimo de barrenos

Mezcla 65

Mezcla 70

1,181,33 –

1,20

(mm)

140

Profundidad máxima de barrenos

(m)

30

Máxima longitud de carga

(m)

Tipo de barrenos

– 1,35

25 Seco, húmedo, con o sin agua

Sistema de Carga

Bombeado

Iniciador recomendado VOD típico

(gr)

900

(m/s)

3.900 – 6.400

Energía Relativa Efectiva Fuerza Relativa en Peso (RWS)

111 - 119

110 – 118

Fuerza Relativa en Volumen (RBS)

170 - 180

172 – 182

Emisión de CO 2

(Kg/t)

159

156

Clasificación

1.1D

UN No:

0241



Explosivo Voladura. Tipo E ENB/D/009/11

171


[

Aplicaciones de las Mezclas de Emulsión a Granel: 

EI sistema de mezclas de emulsión a granel bombeable ha sido específicamente diseñado para ser sado en todo tipo de rocas presentes en la industria de la minería a cielo abierto del carbón puede ser usado dondequiera que se presenten barrenos con agua. No se aconseja para terrenos que presentan sulfuro reactivo. Beneficios de las Mezclas de Emulsión a Granel:



Las mezclas de emulsión son confiables en barrenos secos, húmedos, desaguados ó con mucha



presencia de agua. EI producto puede ser cargado a distintas energías y densidades para maximizar la fragmentación mejorando la productividad del sistema de trituración y molienda.

8.9.8.2. Cargas Huecas de Demolición El concepto teórico de la carga hueca fue formulado por el científico norteamericano Monroe en 1.890. El efecto se consigue disponiendo el explosivo en forma cóncava (forma de tazón vacío) o cónica alrededor de un cono, generalmente de cobre. Al producirse la explosión, la fuerza de esta "rebota" en el interior del cono, desviándose de forma perpendicular a las paredes de este. El efecto resultante es una suma de las componentes normales en el centro del cono, convirtiéndose en un chorro de gases (Plasma) a alta presión y temperatura, que arrastra al metal fundido del propio cono y lo proyecta hacia el punto de impacto, con lo que se produce un efecto de penetración de hasta 30 ó 40 cm en hormigón o acero, según la carga de explosivo en (kg) o el tipo de explosivo (PENT, RDX, HMX, etc.,). Como muestra la Fig. 8.53, una carga de demolición lineal esta conformada por: (1) Cuerpo de cobre, (2) Carga de alto explosivo, (3) Alas de base cóncava, (4) Angulo de barrido, (5) Pieza de metal Figura 8.53.Carga Hueca El efecto Monroe consiste de: La carga conformada emplea un cono de cobre rodeado de un alto explosivo que al momento del impacto crea una explosión, la cual dado a que la carga es un cono invertido se direcciona en un pequeño chorro de material fundido a gran velocidad. El ángulo más adecuado para el cono es 60 grados, también hay que optimizar la distancia de la base del cono al blindaje con lo que se mejora sensiblemente el poder de penetración, este sistema de disponer el explosivo en forma de carga hueca se basa en el efecto Monroe.

Figura 8.54. Diferentes Facetas en la Etapa de Detonación de Una Carga de Demolición


172


[

En la figura 8.54, se puede observar el desarrollo energético de generación de calor y energía en una carga de demolición, se puede ver en la imagen (A) el inicio de la fase de detonación del explosivo, (C) Proceso de expansión lateral por efecto de la detonación, (D) Avance energético en los laterales de la carga, (E ) Efecto de chorro de la carga de explosivo (Efecto Monroe). Hoy día la tecnología de demolición en el ámbito civil aplica en el diseño de nuevas cargas en forma de “V” en un molde en cobre en pequeñas barras donde el explosivo de alto poder (PENT, RDX, etc., )

es alojado, el efecto de corte que se logra sobre el metal que conforman puentes, vigas, pilares metálicos de algunas maquinas como las bases de grúas portuarias u otra estructura de acero en construcción aseguran una fisura limpia, mientras que si es utilizado para demoliciones de blindajes, el empleo de la carga en forma de “V” cónica es mas eficiente. 8.9.8.3. Sistemas de Carga de Explosivos en M inería A medida que la industria de los explosivos dio inició a la conversión de los productos de ANFO a granel en la gran minería, se comenzó a pensar en métodos más eficaces para la carga de las voladuras, basados en esta orientación se adaptaron camiones para la carga y proceso de ANFO y posteriormente se desarrollo la mezcla (Emulsión a granel + ANFO), desarrollando camiones robustos y equipados con tecnología electrónica que permiten la mezcla de los sub-productos explosivos y de los aditivos (sensibilizantes como el Nitrito de Sodio) de manera eficaz y rápida, así como la descarga al barreno en la proporción adecuada empleando sistemas de bombeo.

Figura 8.55.Camión Mezcla de Explosivos

Figura 8.56.Contenedor para Mezcla SubT

En la Fig. 8.55 se observa un camión para despacho a granel de explosivos, llegan a tener capacidad de hasta 30 tn de explosivo en sus diferentes relaciones. En la Fig. 8.56, se observa un contenedor para el llenado de barrenos verticales u horizontales para emulsión, con capacidad de 650 a 4.400kg, y una capacidad de llenado de 90kg/min, de fácil transporte por arrastre o montado sobre ruedas. En la Fig. 8.57, se observa un contenedor de uso exclusivo en labores subterráneas para emulsión, con capacidad de hasta 1.725kg, y una capacidad de llenado de 27 a 40kg/min. Fig. 8.58, Camión para llenado de barrenos en túneles de desarrollo vertical, este vehículo esta equipado con un sistema de Bombeo vertical que permite la carga Figura 8.57.Contenedor de Carga en Túneles ascendente de los barrenos en obras de minería subterránea y construcción de túneles de uso civil, esta equipado con un tanque de capacidad que va de 1.400 a 4.500kg, y con una rata de carga de las


173


[

perforaciones de 56 kg/min (125 lb/in), este tipo de vehículos están diseñados exclusivamente para la inyección

ascendente

de

emulsión o de mezclas mediante un brazo con extensión y extraíble de la boca del barreno, acoplado a un soporte del tipo 4CE. Figura 8.58.Camión de carga ascendente extraible Partes de un Camión MMU: (1) Tanque de Diesel (2) Tolva de Aluminio (3) Tolva de NA (4) Tornillo Helicoidal (5) Conducto de Combustible (6) Cámara de Mezcla (7) Salida de Mezcla (8) Limpieza Figura 8.59. Partes de un camión fabrica (MMU) Sistema de Control y Supervisión en los MMU. Para lograr la entrega al barreno de las cantidades exactas de mezcla (emulsión a granel + ANFO), las directivas de regulación y eficiencia operativa de la mina exige rigurosamente tener un control en la gestión del negocio para su facturación y control de inventarios de explosivos, Para asegurar la eficiencia operativa y el uso óptimo de

los

productos,

es

imprescindible contar con la última tecnología en la forma de un sistema de control y registro de datos y , de fácil operación.

Figura 8.60. Sistema de Control proBlast TREAD

La empresa Tread Corporation, ha desarrollado el sistema proBlast TREAD y los sistemas de registro de datos de control, después de haber diferentes niveles de sofisticación, proporcionará un flujo de capacidades que son por encargo específico configurado a las necesidades del cliente. Este sistema cuenta con bondades tales como: 

El proBlast TREAD sistema de control está diseñado para ser simple, fácil de operar, extremadamente precisa y ofrece el mayor nivel de funcionalidad y capacidad de expansión para la industria de explosivos. Permite el seguimiento de las tasas de producción, relaciones de emulsión, totales, totales de barrenos cargados y permite detener automáticamente la carga cuando el "preset" cantidad ha sido alcanzada.


174


[

La función de Datalogger está diseñada para captar niveles muy amplios de la información operativa



de carga relativa, la profundidad del barreno, las temperaturas, la calibración, los volúmenes, las fórmulas, las alarmas, el tiempo de trabajo y otros criterios operativos. Información que está disponible en el proBlast, por lo tanto TREAD puede personalizar un programa específico para el seguimiento necesario del cliente y los requisitos de datos de informes. Los controles proBlast TREAD están diseñados para la eliminación total de accidentes en la



industria de explosivos. La pantalla a color legible bajo luz solar es confiable en el medio ambiente fuera de la carretera y puede funcionar a temperaturas extremas. Todos los módulos de control están sellados (IP67) para todas las condiciones climáticas, y resisten a vibraciones extremas. El proBlast puede ser programado con hasta 12 fórmulas únicas. Tiene la opción de utilizar el "modo



sencillo" para las necesidades básicas del usuario, o cambiar al modo normal para mayores opciones y control de usuarios. El sistema proBlast ofrece múltiples estaciones de control con pantallas de visualización, palancas y



controles de pulsador para la selección de todas las fórmulas y funciones. Los controles del sistema montados en la cabina o en un talbero al lado de los mandos externos o



ambos, son compatibles con cualquier tipo de camión a granel. Así, proBlast garantiza que el operador tendrá la interfaz de control exacto, independientemente de que utilice otro camión. A medida que el operador está capacitado y cómodo con un camión, puede operar cualquier tipo de camión con un sistema de control de proBlast. El sistema proBlast TREAD le permite definir sus propias fórmulas de antemano para asegurar la



consistencia del producto, y, tienen la capacidad de tener proBlast, ajustando las tasas de cámaras de gas en base a la temperatura del producto. El proBlast TREAD sistema de control se ha incorporado en las capacidades de auto-diagnóstico



que localizar e identificar los errores en el improbable caso de un problema. 

El proBlast TREAD utiliza una interfaz de bus CAN, plug-and-play, con compatibilidad para más de una docena de diferentes dispositivos del bus se puede (mando a distancia, lecturas adicionales, paneles de botones) a través de un único cable de conexión.

8.9.8.4. Contenedores de Almacenamiento de Explosivos Cuando el almacenamiento de explosivos a granel es una exigencia en la mina, se debe contar con un depósito para alojar tanto emulsión como ANFO en capacidades que satisfagan la demanda de mina, esta por lo general debe estar por el orden de las 60 tn de productos que es el mínimo requerido en voladuras a cielo abierto. Dentro de sus características debemos: 

Diseño para una capacidad de hasta 60tn.



La construcción de acero DIN 318



10 'o 12' de alto para descarga en camión.



Barandilla de seguridad superior stándard.

 

Escaleras con jaulas de seguridad. Escotillas de inspección con bisagras situada en la parte superior del recipiente con aldabas del candado. (ANFO -1; EMULSIÓN - 3)


Figura 8.60. Contenedor de Producto a Granel

175


[

 

Escalera interior Válvulas con dispositivos de boqueo para el cierre hermético después de la descarga.

8.9.8.5. Multiplicador de Alta Velocidad El Nobel Prime es un multiplicador de muy alta velocidad de detonación diseñado especialmente para iniciar ANFO y otros agentes de voladura insensibles al detonador. Mayormente se usa en labores subterráneas donde se usan equipos de carga neumáticos o bombeo de emulsiones explosivas. El Nobel prime se utiliza también en voladuras de mini barrenos en ambientes sensitivos. El método de los mini barrenos puede ser de gran utilidad en las siguientes tareas: i.

Voladura de bloques.

ii. Nivelación. iii.

Trincheras para cable y tuberías

iv.

Bases de pilares y postes.

v. Demoliciones.


176


[

CAPITIULO IX 9.

MECANISMOS DE ROTURA DE LA ROCA. Durante el proceso de detonación de una carga explosiva dentro de un barreno perforado en la roca, las condiciones de solicitación que se presentan están caracterizadas por dos fases de acción:



1ra FASE: Se produce un fuerte impacto debido a la onda de choque, vinculada a la Energía de Tensión durante un breve espacio de tiempo.



2da FASE: Actúan los gases producidos detrás de la zona de reacción que a alta presión y temperatura son portadores de la Energía Termodinámica o también llamada de burbuja. Existen diversas teorías que han querido explicar el comportamiento de la roca bajo los efectos de una explosión, estas teorías se han venido desarrollado desde los años 50, siendo hasta hoy día uno de los grandes dilemas a resolver en un todo integral, así como la definición de la tecnología de aplicación de los explosivos de arranque. 9.1. MECANISMOS DE ROTURA La intervención de al menos ocho mecanismos de rotura de la roca al ser estas afectadas por una carga explosiva, le dan a este proceso un carácter estrictamente complejo, íntimamente ligados uno a otro al éxito de los resultados que se requieren en una voladura, podemos entonces definir cada uno de estos a saber; 9.1.1.

Trituración de la Roca La primera acción que se observa luego de la detonación de la carga explosiva, donde la presión en el

frente de la onda de choque se expande de forma cilíndrica alcanzando valores que superan ampliamente la resistencia dinámica a compresión de la roca provocando la destrucción de la estructura intercristalina e intergranular de esta. El efecto de la onda de choque se expande, desarrollándose un anillo de roca triturada, que a su vez va aumentando con la Presión de Detonación del Explosivo y con el acoplamiento de la carga a las paredes del barreno. Según Dubai y Atchison (1957), con explosivos de alta potencia y en rocas porosas, este efecto puede llegar a tener un radio de hasta 8Øb, pero lo normal es que se encuentre en un rango de (2 - 4) Øb. La variación de las tensiones de compresión generadas por dos cargas de explosivo acopladas, se pueden observar en el Cuadro 4.1., La trituración de la roca se produce a una presión de 4 GPa, por lo que la curva (A) del explosivo que produce en la pared del barreno 7GPa tiene una pendiente de caída fuerte esto debido al gran aumento de superficie especifica que tiene lugar durante la pulverización de la roca. El caso con el explosivo (B), no aumenta la superficie especifica por trituración, presentando una pendiente mas atenuada que en (A)


Grafica 9.1-Variación de la Tensión de Pico con la Distancia a la Pared del Barreno

177


[

Según Hagan (1977), este mecanismo de rotura consume casi el 30% de la energía que transporta la onda de choque, colaborando en la fragmentación de la roca con un volumen muy pequeño, que esta en el orden del 0,1% del volumen total que corresponde al arranque normal de un barreno. Como conclusión el empleo de explosivos de muy elevada potencia no se justifican aun cuando generan altas tensiones en las paredes del barreno en la roca, de aquí nace la iniciativa de que en algunos casos es aconsejable el desacoplamiento de las cargas y el aumento de la Energía de los Gases (EB), a costa de la Energía de Tensión (ET) Agrietamiento Radial

9.1.2.

Durante la propagación de la onda de choque, la roca alrededor del barreno es sometida a intensos esfuerzos de compresión radial que generan componentes de tracción en los planos tangenciales del frente de dicha onda. Cuando estas tensiones superan la resistencia dinámica a tracción de la roca se inicia la formación de una densa zona de grietas radiales alrededor de la zona triturada que rodea al barreno, como se puede observar en la Figura 9.1. El número y longitud de estas grietas radiales aumenta con: 

La intensidad de la onda de choque en la pared del barreno o en el limite exterior del anillo de roca



La disminución de la resistencia dinámica a tracción del a roca y el factor de atenuación de la Energía

triturada, y de Tensión (ET).

Figura 9.1. Agrietamiento Radial del Barreno Detrás de esta zona interior de intenso agrietamiento, se puede observar el avance asimétrico de algunas fracturas que están distribuidas alrededor del barreno, la velocidad de propagación de las grietas esta ene. Orden de (0,15 – 0,40) veces la de la onda de choque, aun cuando las primeras microfisuras se desarrollan en el orden e 2 milisegundos. Si la roca tiene fracturas naturales, la extensión de las grietas que se generan guardan estrecho vinculo con estas, si las fracturas se encuentran interceptadas de forma longitudinal con la columna de explosivo, estas se abren por efecto de la onda de choque y se limita el desarrollo de las grietas radiales en otras direcciones, si las fracturas se encentran paralelas a la columna de explosivo a cierta distancia, se produce la interrupción de las grietas radiales.


178


[

9.1.3.

Reflexión de la Onda de Choque

Al alcanzar la onda de choque una superficie libre, entonces en este momento se generan una Onda de Tracción y otra de Cizallamiento, siempre y cuando las grietas radiales hayan alcanzado una distancia de 1/3 equivalente a la distancia entre la carga y la superficie libre. La magnitud relativa de la energía asociada a estas ondas generadas depende del ángulo de incidencia de la onda de choque primaria, la fracturación de la roca es causada por lo general por la onda de tracción reflejada. Si las tensiones de tracción superan la resistencia dinámica de la roca, entonces se produce hacia el interior el fenómeno conocido como Descostramiento o Spalling. En las rocas la Resistencia a Tracción alcanza valores entre (5 - 15) % de las Resistencia a Compresión. Como se puede observar en la Fig. 9.2., el frente de la onda reflejada es mas convexo que el de la onda incidente, por lo que el índice de dispersión de la energía de la onda de tracción es mucho mayor cuando la superficie es cilíndrica, como lo es la de un barreno central de un cuele en una malla de perforación para galerías en túneles, que como cuando se dispone de una plano como sucede en las voladuras a cielo abierto. Este

mecanismo

no

aporta

energía

significativa al proceso global de fragmentación,

Figura 9.2. Reflexión de la Onda de Choque en el Barreno

en base a este análisis se infiere que la carga de explosivo necesaria para producir la rotura de la roca por la acción exclusiva de la reflexión de la onda de choque seria 8 veces mayor que la carga normal, sin embargo en las discontinuidades internas del macizo rocoso que se encuentran próximas a la carga, es decir a distancias (d < 15D), y no se encentran rellenas estas discontinuidades con material meteorizado, entonces el efecto de la reflexión de la onda en mayor debido a la diferencia de impedancias. 9.1.4.

Extensión y apertura de las Grietas Radiales Una vez hecho el trabajo por la onda de choque se generan los gases de detonación, la presión de

estos gases provoca un campo de tensiones cuasiestático alrededor del barreno, es entonces cuando los gases que se han generado comienzan a expandirse y a penetrar las fracturas, este evento ocurre durante o después de la formación de las grietas radiales por la componente tangencial de tracción de la onda. Hay un a prolongación de las grietas radiales producto de la concentración de las tensiones en los extremos de estas, el número y magnitud de las grietas abiertas y desarrolladas depende de la presión de los gases, por lo que el escape prematuro de estos por efecto de un mal retacado, presencia de zonas débiles en el frente del banco, fracturas de gran magnitud en la roca, cavernas u otro evento geológico, puede producir una reducción drástica en el aprovechamiento de la energía del explosivo. 9.1.5.

Fracturación por Liberación de Carga

Antes de que la onda de choque alcance el frente libre efectivo, la energía total transferida a la roca por la compresión inicial varia entre (60 - 70)% de la energía de la voladura (Cook et al 1966), después del paso de la onda de compresión se produce un estado de equilibrio cuasiestático, seguido de una caída súbita de presión en el barreno, debida al escape de los gases a través del retacado, de las fracturas radiales y al desplazamiento de la roca. Ing. José L. Contreras Prof. de la Catedra Perforación y Voladura de Rocas

179


[

Figura 9.3. Fracturación por Liberación de Carga Como se puede observar en la Figura 9.3, la energía de tensión almacenada se libera rápidamente, generándose solicitaciones de tracción y cizallamiento que provocan la rotura del macizo, esto afecta a un gran volumen de roca, tanto por delante de los barrenos como por detrás de estos, en la línea de corte de la voladura (Fig. 9.3. B), efecto que produce daños que se ha logrado determinar a varias decenas de metros del nuevo frente de voladura. 9.1.6.

Fracturación por Cizallamiento Cuando la geología de la zona esta definida por yacimientos sedimentarios compuestos de varias capas

con características litológicas diferentes, los estratos presentan diferentes módulos de elasticidad o parámetros geomecánicos, se produce la rotura en los planos de separación al paso de la onda de choque por las tensiones diferenciales ó cortantes en dichos puntos. Como puede observarse en la Figura 4.4., Los Estratos X y Y, difieren en sus características litológicas, por ende los módulos de compresión, densidad de la roca y la geomecánica de los mismos hacen que los gases de la detonación ejerzan distintos módulos de energía, produciendo divergencia en la fracturación de la roca. Figura 9.4. fracturación por cizallamiento (hagan) 9.1.7.

Rotura por Flexión

Durante y después de los mecanismos de agrietamiento radial y descostramiento, la presión ejercida por los gases de explosión sobre el material situado frente a la columna de explosivo, hacen que la roca actué como una viga doblemente empotrada en el fondo del barreno y en la zona comprendida por el taco de material inerte en superficie, produciendo un fenómeno de deformación y el posterior agrietamiento de la misma por efecto de la flexión. Como puede observarse en la Fig. 4.5, el material adquiere plasticidad y es proyectado hacia el frente de voladura.


Figura 9.5. Mecanismo de Rotura por Flexión

180


[

9.1.8.

Rotura por Colisión Los fragmentos de roca creados por los mecanismos anteriormente señalados y acelerados por los

gases, son proyectados hacia la superficie libre colisionando entre si y dando lugar a una fragmentación adicional, efecto que ha podido ser observado mediante filmaciones en fotografías ultrarrápidas. 9.2. TRANSMISIÓN DE LA ONDA DE CHOQUE EN UN MEDIO ROCOSO Visto en el Tema referido a las propiedades de los explosivos, la Presión de Detonación (PD), viene expresada en:

PD(MPa) =

 exp .x.VOD

2

4

Donde: PD

=

Presión de Detonación (MPa)

Ρe

=

Densidad del explosivo (Kg/m³)

VOD

=

Velocidad de Detonación (m/s

La máxima Presión Transmitida a la roca equivale a: Donde; PTm =

nz =

2 1  nz

xPD

 exp .x.VOD

nz

=

Relación entre la Impedancia del Explosivo y de la Roca

ρe

=

Densidad del explosivo (Kg/m³)

ρr

=

Densidad de la roca (Kg/m³)

VC

=

Velocidad de Propagación de la Onda en un medio rocoso (m/s)

r.x.VC

Esto significa que la onda explosiva se transmite tanto mejor a la roca cuanto mas se acerca la impedancia del explosivo a la de la roca, dado que nz tendera a 1, mientras que PT lo hará simultáneamente hacia PD. La presión de la onda en la roca decrece con una ley exponencial, de modo que la tensión radial generada a una determinada distancia será: Donde;

 rb    DS 

X

i  PB  

ξi

=

Tensión radial de Compresión

PB

=

Presión en la Pared del Barreno

rb

=

Radio del Barreno

DS

=

Distancia del Centro del barreno al Punto de Estudio

x

=

Exponente Ley de Amortiguación (2) para Cargas Cilíndricas

Si durante la transmisión de la onda de choque, esta se encuentra con materiales diversos, como estratos de diferentes litologías, densidades, presencia de agua o aire, esta se ve gobernada por la relación de impedancias de los distintos tipos de rocas. 9.3. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA VOLADURA Como podrá verse la acción de los explosivos sobre las rocas es la resultante de un conjunto de acciones elementales, que actúan secuenciadas y en algunos casos simultáneamente, en fracción de segundos, asociadas a los efectos de la Onda de Choque que transporta la Energía de Tensión y a los efectos de los gases de explosión o Energía de Burbuja.


181


[

La energía total desarrollada por el explosivo y medida por el método propuesto por Cole, se puede expresar como la suma de estas dos componentes: ETD = ET + EB

ET =

Donde:

K1 2 p .xdt.cal / gr  Q

EB =



K2 xTe 3 .cal / gr  Q

Según estimaciones realizadas por Hagan (1977) han puesto de manifiesto que solo el 15% de la energía total generada en la voladura es aprovechada como trabajo útil en los mecanismos de fragmentación y desplazamiento de la roca. En una roca dura, la Energía de Tensión de un explosivo rompedor es más importante en la fragmentación que la Energía de Burbuja, sucediendo lo contrario en las formaciones blandas, porosas o fisuradas y losa explosivos de baja densidad. Bloque de granito con

Voladura convencional

Bloque de granito

confinamiento infinito

de granito en banco

sumergido en agua

- Pulverización

15%

25%

15%

- Figuración Radial Primaria

3%

3%

2%

- Prolongación de Fisuras

0%

16%

39%

- Energía Transmitida

82%

34%

22%

- Energía Aprovechada

18%

34%

56%

Tabla 9.1.Rreparto de la Energía de la Onda de Choque De ensayos realizados por Rascheff y Goemas se resume en la Tabla 9.1., el reparto de la energía de la onda de choque. De este cuadro se puede deducir que la gran mayoría de la energía de la onda de choque en voladuras convencionales en banco, esta se transforma en energía sísmica que da lugar a las vibraciones del terreno a la cual se suma parte de la energía de los gases. Debe tenerse en cuenta que el éxito de una voladura no solo redunda en conseguir resultados óptimos en la fragmentación, sino también en esponjar la roca y desplazarla una determinada distancia, por lo que los gases un papel decisivo en las ultimas etapas de la voladura. El método de distribución de energía simplifica el proceso de la voladura y aporta una valiosa percepción de a donde va la energía durante las diferentes fases del proceso. También proporciona una comparación aproximada de la magnitud de las diferentes fracciones de energía utilizadas

1

en las diversas fases de la voladura cuando los gases de explosión se expanden desde la presión inicial en el 2

barreno a la presión atmosférica

3 4

5

Grafica 9.2.Diagrama P-V de los Gases de Explosión, mostrando la Distribución de la Energía en la Voladura


182


[

ZONA

ENERGIA

1

• Componente cinética de la energía de choque o tensión

2

• Componente de tensión de la energía de choque

1+2

• Energía Rompedora

3+4

• Energía Liberada durante la propagación de las grietas

2+3

• Energía de fragmentación

4 1+2+3+4 5

• Energía de tensión en la roca en el instante de escape de los

gases

• Energía de voladura • Energía de proyección y perdida de energía en escape de

los gases 1+2+3+4+5

• Energía total disponible o valor de potencia absoluta.

Tabla 9.2. Descripción de las Energías según de Distribución en la Grafica 9.2


183

Manual de Perforación y Voladura. Tema 2, 3 y 4 Variables, Explosivos y Mecanica

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