Manual Práctic Dyno

1 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS

Ingeniero Químico: HERNAN MUÑOZ ASTETE

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MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS CAPITULO I EXPLOSIVOS Son compuestos o mezclas de sustancias químicas capaces de transformarse por medio de reacciones químicas de óxido-reducción, en productos gaseosos y condensados, de tal forma que el volumen inicial ocupado por el explosivo sólido, se convierte en una masa gaseosa de un volumen superior a unas 10.000 veces, estos gases alcanzan altas temperaturas y en consecuencia muy altas presiones. Estos fenómenos son aprovechados para realizar trabajo mecánico aplicado en el rompimiento de rocas, lo que constituye la técnica de tronadura en rocas. En el presente Manual no se incluirán los aspectos teóricos sobre la mecánica de la detonación y sus faces de reacción, sólo se comentarán los aspectos prácticos de los explosivos y su aplicación en las tronaduras. CARACTERÍSTICAS PRACTICAS DE LOS EXPLOSIVOS Son las propiedades físicas que identifican a cada explosivo y que se emplean para seleccionar el más adecuado para una tronadura determinada, entre ellas mencionaremos las siguientes: POTENCIA RELATIVA BRISANCE O PODER ROMPEDOR DENSIDAD VELOCIDAD DE DETONACIÓN APTITUD A LA TRANSMISIÓN SENSIBILIDAD ESTABILIDAD CATEGORÍA DE HUMOS RESISTENCIA AL AGUA

3 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . POTENCIA RELATIVA: Es la medida del "contenido de energía" del explosivo y del trabajo que puede efectuar. Se mide mediante la Prueba TRAULZ que determina la capacidad de expansión que produce la detonación de 10 gr. de explosivo, dentro de un molde de plomo cilíndrico de dimensiones específicas, comparando la proporción de la fuerza desarrollada por igual peso de dinamita pura, que se considera como patrón con 100 % de potencia.

10 Gramos Dinamita Pura Eq. 100 %

Volumen explosión Dinamita Pura 100 %

Volumen explosión Dinamita 60 % %

Otra forma de medir la Potencia es mediante el PÉNDULO BALÍSTICO, que mide la abertura angular a la que el explosivo desplaza el brazo del péndulo, comparado con el desplazamiento que produce igual cantidad de dinamita pura al detonar en la masa del péndulo (otro método similar es el del MORTERO BALÍSTICO). Carga explosiva

Distancia recorrida

MORTERO BALÍSTICO


100 % 80 % 60 % 40 %

10 Gramos de Explosivo

PÉNDULO BALÍSTICO

BRISANCE O PODER ROMPEDOR: Es el efecto "demoledor o triturador" que aplica un explosivo sobre la roca para iniciar su rompimiento. Como factor dinámico de trabajo es consecuencia de la onda de choque, está vinculado a la densidad y a la velocidad de detonación, o en otras palabras a la presión de detonación, que muchas veces se utiliza como base comparativa. El poder rompedor se determina experimentalmente mediante la Prueba HESS, que expresa en mm. el aplastamiento que sufre un molde de plomo cilíndrico, de dimensiones determinadas por efectos de la explosión de 100 gr. de explosivo colocado sobre en disco de acero colocado sobre el bloque de plomo. Los valores obtenidos se comparan con el aplastamiento producido por igual cantidad de dinamita pura en un bloque patrón, en el cual se produce un aplastamiento de 25 mm.

5 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Carga Explosiva Placa de acero

h’

h

H DENSIDAD:

La densidad es medida en relación a la unidad (agua a 4º C y 1 atm.), la densidad de los explosivos varía entre 0,8 a 1,60 y al igual que con la velocidad cuanto más denso es el explosivo proporcionará mayor efecto de brisance. En los explosivos denominados Agentes de Tronadura (insensibles al detonador Nº 8) si la densidad es baja pueden ser sensibles al cordón detonante el que los inicia antes de la detonación del cebo ( cargas de columna de Anfo ), en otros casos pueden perder sensibilidad (cargas de Anfos diluidos), o bien si la densidad es muy alta pueden hacerse insensibles y no detonan. La densidad es un elemento muy importante para el cálculo de la cantidad de carga de una tronadura. Normalmente varía entre 0,75 y 1,0 entro los agentes de tronaduras, entre 0,9 y 1,2 en los acuageles y emulsiones explosivas y entre los 1,2 a 1,5 en las dinamitas.

δ=1

δ=1,5

AGUA

DINAMITA

Volumen = 1 litro

δ=1,19

δ=0,78

ANFO

EMULSION

1 litro

=

1 Kgr.

6 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VELOCIDAD DE DETONACIÓN: Es la medida de la velocidad con la que viaja la onda de detonación a lo largo de la masa o columna de explosivo, sea al aire libre o en condiciones de confinamiento. Se mide mediante el método de DAUTRICHE o por un cronógrafo electrónico, la lectura se expresa en metros por segundo y para un mismo explosivo varía si es al aire libre o si es confinada, también la velocidad de detonación varía con los diferentes diámetros , por lo que las normas recomiendan efectuar la prueba en cargas de 1.1/4" de diámetro (32 mm.).

DINAMITA 60% 2.600 m/seg.

PRUEBA AL AIRE LIBRE

5.200 m/seg.

CILINDRO DE ACERO

APTITUD A LA TRANSMISIÓN: Es la capacidad de un explosivo de hacer detonar a otro colocado a una distancia próxima a él por "simpatía", una buena transmisión es la garantía para la completa detonación de una columna explosiva. La determinación de esta aptitud se efectúa colocando alineados axialmente varios cartuchos del mismo diámetro, espaciados entre sí a diferentes distancias, detonando el primero se busca determinar la máxima distancia hasta la cual es transmitida la detonación de un cartucho a otro, esta distancia varía en los explosivos industriales entre 2 a 8 veces su diámetro, según sea el tipo de explosivo.


DIRECTA

INVERSA

Mediante esta prueba es posible determinar que un detonador colocado axialmente en un cartucho y orientado con su base hacia la mayor longitud de la carga explosiva, permite una iniciación de mayor rendimiento de los explosivos a lo largo de la columna de carga, lo que se denomina transmisión directa, en el caso contrario si el detonador es colocado en sentido contrario, la transmisión se denomina inversa y produce un menor rendimiento sobre la carga explosiva, transmitiéndose el 50% de la energía que da la directa. SENSIBILIDAD: Tradicionalmente en nuestro país se ha definido a esta característica como la capacidad de un explosivo a ser detonado por un iniciador adecuado, esta capacidad varía según el tipo de explosivo, de tal forma que éstos se han clasificado en explosivos sensibles al detonador de potencia Nº 8 y en "agentes de tronadura" que son explosivos insensibles a los detonadores y deben ser iniciados mediante un explosivo de mayor presión y velocidad como lo son explosivos encartuchados de dinamita, acuageles, emulsiones explosivas sensibles a los detonadores Nº 8 o cargas cilíndricas de pentolita ("explosivos"). Esta característica puede denominarse como "sensitividad" para diferenciarla de la "sensibilidad al calor" que es la mayor facilidad que puede tener un explosivo de descomponerse por efectos de la temperatura, produciendo una

8 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . deflagración, o de la "sensibilidad al golpe", que es la propiedad que tienen algunos explosivos de detonar fácilmente por efecto de golpe, impacto o fricción. Por razones de seguridad es importante conocer el grado de sensibilidad de un explosivo a estos estímulos, tanto para su transporte, manipulación o carga.

CATEGORÍA DE HUMOS: Se designa a esta característica al conjunto de los productos resultantes de la explosión, entre los que se encuentran gases, vapor de agua y productos sólidos finamente divididos. Si los humos contienen gases nocivos, como monóxido de carbono o vapores nitrosos, su presencia en faenas subterráneas con ventilación deficiente puede ocasionar molestias o intoxicaciones graves de las personas que se encuentren en ellas. Según sea la faena, esta característica es de suma importancia en la selección del explosivo adecuado, de tan forma que para una labor subterránea el explosivo debe tener una proporción suficiente de oxígeno capaz de asegurar una combustión completa. Esta característica se denomina balance de oxígeno, cuando éste es positivo existe un exceso de oxígeno y se producen vapores nitrosos si el balance es negativo se produce una mayor liberación de óxido de carbono, producto de la reacción incompleta y alta temperatura de la explosión.

Balance de Oxígeno del ANFO 3NH4 +

NO2

+

CH2

7H2O + CO2 +

3N2

RESISTENCIA AL AGUA: Es la habilidad para resistir una prolongada exposición al agua sin perder sus características. Varía de acuerdo a la medida en que aumenta la cantidad de sales oxidantes sólidas en su composición.

9 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . En el caso de los explosivos del tipo nitrocarbonitratos secos (anfos), estos poseen una mala resistencia al agua, en cambio los explosivos del tipo acuageles o emulsiones poseen excelentes condiciones de resistencia al agua ya que las sales oxidantes están en la composición es fase líquida (solución), para las dinamitas, su mayor resistencia al agua esta dada por la mayor cantidad de nitroglicerina que tenga y el tipo de envoltura de los cartuchos.

CAPITULO II TRONADURA

-

PROCESO DE FRACTURARON.

Mecánica de la fragmentación: La onda de choque se transfiere a la roca y se difunde a través de ella en forma de fuerzas de compresión. Estas fuerzas al llegar a la cara libre del frente de tronadura se reflejan al cambiar de medio en el aire y regresan a la roca como fuerzas de tensión, que sí afectan a la roca creando fisuras y grietas de tensión a partir de sus planos de debilidad. Luego los gases calientes en expansión producen la rotura y desplazamiento de los fragmentos resultantes al introducirse por las grietas. El trabajo de fragmentación será más eficiente en las rocas compactas y homogéneas, ya que en las naturalmente muy fisuradas los gases tenderán a escapar a través de ellas, disminuyendo su energía útil. Cara libre

Ondas de Tensión

Cara libre

AIRE Ondas de Compresión

Teóricamente la detonación tiene un efecto de expansión esférica donde en el punto central de la presión y alta temperatura causan volatilización y

10 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . trituración de la roca, seguidas hacia afuera por deformación plástica, rompimiento y fisuramiento, que disminuyen gradualmente hasta disiparse.

En un barreno la zona de volatilización creará un "cráter" donde el material original es roto y expulsado, rodeado de una zona radial de fracturación intensa que va disminuyendo hasta un fisuramiento débil.

ASPECTO DE LA ROCA VOLADA: 1. roca volatilizada. 2. roca con fragmentación chica. 3. roca con fragmentación gruesa. EFECTOS EN EL CRÁTER: A. zona muy fracturada B. zona de fisuras. C. zona de deformación plástica y sin agrietamiento.

El rompimiento de rocas con explosivos comprende a dos procesos básicos: el FISURAMIENTO RADIAL y la ROTURA FLEXURAL. El fisuramiento radial da lugar a la formación de planos de rotura vertical concordantes con el eje del barreno, por el efecto de presión ejercido por los gases de expansión. La rotura flexural da lugar a la formación de planos de rotura horizontales a partir de la cara libre, como resultado de los esfuerzos de tensión producidos cuando la roca llega a su límite de deformación plástica durante el; proceso de dilatación o ensanche de las paredes del barreno. DIAGRAMAS DEL PROCESO Área de infuencia del barreno

barreno

Grietas radiales en superficie

Fisuras de tensión


Planos de rotura Vertical

Planos de rotura horizontal

La interacción entre las grietas radiales creadas por los barrenos vecinos produce un fracturamiento masivo, intenso y multidireccional de la roca, mayor cuanto mejor distribuidos y cargados estén los barrenos. Un efecto diferente se creará con barrenos alineados en una determinada dirección y muy juntos entre sí, al anularse la fracturación radial formándose únicamente una grieta continua, este efecto es aprovechado en la geometría de los barrenos de precorte.

UTILIZACIÓN DE LOS EXPLOSIVOS PARÁMETROS FUNDAMENTALES En una tronadura se aprovecha la disponibilidad instantánea de alta energía de los explosivos como una herramienta para producir la rotura de rocas en forma eficaz y económica. Esta operación comprende de dos efectos fundamentales: La fragmentación y el desplazamiento. El primero se refiere al tamaño promedio de los fragmentos obtenidos, su distribución y porcentaje por tamaños, mientras que el segundo se refiere al movimiento de la masa de roca triturada. Una buena fragmentaciones importante para facilitar la remoción y transporte del material tronado. Un escaso esponjamiento puede dificultar esta trabajo o por el contrario una proyección excesiva producirá dispersión y mezcla del material, (dilución de leyes en caso de mineral). La planificación cuidadosa de una tronadura requiere considerar todos los aspectos que puedan influir en sus resultados, que se resumen en cuatro "condiciones": de la roca, del explosivo, de la carga y de seguridad. Cada una comprende a una serie de factores o "parámetros" relacionados entre sí, y que de uno u otro modo influyen en el resultado final del disparo. Entre estos parámetros mencionaremos a los siguientes: A)

PARÁMETROS DE LA ROCA

12 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Son los más determinantes. Los explosivos y sus métodos de aplicación deben adecuarse a las condiciones de la roca. Densidad (δ) Indica aproximadamente su dificultad de tronar y si va a ser necesario o no emplear explosivos de alta presión de detonación para romperla. También es fundamental para calcular el tonelaje a mover. Dureza Indica el grado de dificultad para su perforación, según ello las rocas pueden ser suaves, intermedias y duras pudiendo llegar a extremadamente duras y abrasivas, usualmente se emplea este término para indicar su facilidad de tronadura. Tenacidad Indica la facilidad o dificultad de rotura bajo los efectos de las fuerzas de compresión tensión producidos por la detonación y la resistencia interna de la roca. De acuerdo a su tenacidad se clasifican en fáciles de romper, intermedias y tenaces (muy difíciles de romper). Una roca tenaz no siempre será dura, como es el caso del yeso o la sal, que son blandos pero difíciles de romper por ser "elásticos". Frecuencia sísmica Es el rango de velocidad con el que las ondas sísmicas atraviesan una roca. La velocidad de detonación de un explosivo preferentemente debe ser igual o mayor para romperla con facilidad. Resistencia a la compresión y tensión Las rocas en general resisten bien a las fuerzas de compresión, pero no a las de tensión que son las que las rompen. Esta resistencia está vinculada a la densidad de la roca y su estado de alteración. Textura y Estructura Son características netamente geológicas. La textura se refiere a la trama o forma de amarre de los cristales o granos, su distribución y porcentaje, mientras que la estructura se refiere a la forma de presentación de la roca en su yacimiento.

13 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Así tenemos texturas cristalinas, granulares, amorfas, concoidales, etc., y estructuras volcánicas de derrame, estratificadas, intrusivas, etc.

Grado de fisuramiento. Indica la intensidad del fracturamiento natural de la roca, el tipo, rumbo y buzamiento de las fisuras, diaclasas, planos de estratificación y fallas. Tiene enorme importancia en la planificación y en el resultado de la tronadura, ya que los gases producidos por la detonación tienden a escaparse por las fracturas disipando la energía útil. Las rocas con frente y amplio diaclasamiento tienden a producir bolones, los que muchas veces es difícil de eliminar con sólo ajustar los parámetros de la tronadura. Variabilidad Las rocas no son homogéneas, varían en su composición y textura aún en un mismo yacimiento, lo que se refleja en diferentes resultados para tronaduras efectuadas en las mismas condiciones. Grado de alteración Las rocas están sujetas a deterioro por efectos del intemperismo y de las agua freáticas, haciéndose menos "resistentes" que las rocas "frescas". Normalmente la fisuración facilita la descomposición a profundidad de los yacimientos de roca. Existen otros tipos de alteraciones como son los endurecimiento por recristalización y silificación. Porosidad Indica la proporción de poros y huecos contenidos en la roca y su capacidad para captar y retener agua, al contrario de la densidad usualmente califica a la roca como suave y fácil de romper. Humedad Indica el contenido de agua normalmente en porcentaje. La capacidad de la roca para captar agua hasta saturarse se denomina "inhibición". Tanto la porosidad como el contenido de agua tienden a amortiguar a las ondas de la explosión.

14 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B)

PARÁMETROS DEL EXPLOSIVO

Son los que tipifican a cada explosivo y que sirven para buscar sus equivalentes. La selección del más adecuado para el trabajo se basa principalmente en conocer sus "características prácticas" anteriormente (densidad, velocidad de detonación, brisance, etc.).

descritas

Es necesario agregar a estos parámetros los conceptos de "presión de detonación" expresada en kilobar (kbar), en kg/cm² o en megapascal (MPa). como factor de trabajo representa la fuerza práctica aplicada a la roca en el momento de la detonación. Además del concepto de "volumen normal de gases" que es la cantidad de gases en conjunto que se generan como resultado de la detonación de 1 kgr. de explosivo a 0º C a 1 ATM de presión expresado en litros por kilo de explosivo. Este volumen es un indicio de la "cantidad de energía disponible" para el trabajo a efectuar con el explosivo, y generalmente varía entre 600 y 1.000 litros/kg. en los explosivos industriales. Puede servir como referencia de selección para tronaduras en rocas suaves, fáciles de romper y naturalmente fracturadas, o para trabajos donde se requiere un mayor desplazamiento del material tronado. La energía disponible en una explosión debe ser de magnitud suficiente para que después que se haya consumido gran parte de ella en la fracturación de la roca, quede un remanente suficiente para mover el material triturado.

C)

PARÁMETROS DE CARGA

Estos corresponden a la forma de ubicar y distribuir la carga explosiva en la zona de tronadura. A diferencia de los parámetros de la roca y del explosivo, que son propios y que no podemos modificar, los de carga podemos adecuarlos a nuestro criterio, por lo que en cierta forma el resultado de una tronadura dependerá del criterio y habilidad del encargado de prepararle.

15 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Los parámetros que tienen una mayor influencia en los resultados de una tronadura se enuncian a continuación con una breve descripción de ellos:

Geometría de la carga. Esta definida como la relación entre el largo de la carga con su diámetro y el punto donde es iniciada. Diámetro de la carga. Este dependerá tanto de las dimensiones y características del equipo de perforación disponible, como de los parámetros de la tronadura (altura del banco, longitud de perforación, volumen a mover, etc.). Tiene influencia directa sobre el rendimiento del explosivo (diámetro crítico"). En trabajos de superficie y frentes subterráneas grandes se tiende a usar diámetros grandes, en cambio en frentes estrechas o espacios confinados se obtienen mejores resultados con barrenos de pequeño diámetro. De hecho en frentes de 10 m2 prácticamente los barrenos delgados se imponen por su mejor rendimiento. Grado de confinamiento. El confinamiento depende del "taqueo" (atacado), del uso del taco inerte (tapón del barreno), de la geometría de la carga (burden, espaciamiento). Determina el grado de acoplamiento y densidad del cargío. Un alto grado de confinamiento por excesivo taqueo puede hacer insensible a un explosivo, por el contrario un mal taqueo determina una baja de rendimiento en la tronadura. El acoplamiento físico estas definido por la fijación del explosivo en el barreno y su contacto con las paredes de éste, un mal acoplamiento determina una baja sobre el trabajo del explosivo ya que la presión decrecerá, esto se hará más significativo en aquellos explosivos que requieren un mayor confinamiento para aumentar su velocidad y presión de detonación. Se recomienda que para tronaduras convencionales la relación entre el diámetro del barreno y el diámetro del cartucho no sea mayor de 1,2:1. Densidad del cargío.

16 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Da la medida del grado de llenado de un barreno. Indica la cantidad de explosivo en kg. por longitud y depende de la densidad del explosivo con que se carga, normalmente es necesario cargar el fondo del barreno con un explosivo más denso (carga de fondo), con lo que se obtiene una mayor concentración de carga, empleando en la carga de columna un explosivo de menor densidad (carga de columna). Este parámetro tiene que ver directamente con la distribución de la carga ya sea en cada barreno como el tipo de carga para lograr efectos especiales (tronadura amortiguada, tiros de precorte, etc.).

D)

CONDICIONES DE SEGURIDAD

Sin mencionar los riesgos propios de la manipulación, transporte y almacenamiento de los explosivos, ni las normas de seguridad existentes al respecto, en una tronadura se presentan riesgos particulares que deben tenerse presente, así como desprendimiento de rocas, contaminación con humos tóxicos, desplazamiento de los soportes de galerías, debilitamiento de las cajas, vibraciones, etc. Siendo la mayor preocupación el evitar accidentes personales y deterioro de equipos, al diseñar una tronadura debe cuidarse el factor de carga, la orientación de las salidas y el sistema de iniciación con los intervalos de tiempos necesarios para lograr un mejor rendimiento con el máximo de seguridad.

EVALUACIÓN DE LA TRONADURA Si las condiciones anteriormente nombradas sobre las condiciones del terreno, carga explosiva y método de iniciación son las adecuadas a nuestro concepto, podremos esperar una buena tronadura. De lo contrario, se tendrá que ir ajustando parámetros en una serie de disparos sucesivos hasta obtener el resultado esperado, procedimiento que conjuga la técnica propia de la tronadura con la experiencia del programador.

17 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Una tronadura se evalúa por los resultados obtenidos. Para calificarla deberán observarse los siguientes aspectos: Volumen o tonelaje de material movido. Deberá ser igual o cercano al volumen teórico calculado previamente.

Avance del frente disparado. En túneles deberá ser a lo menos igual a la profundidad de los barrenos perforados, la periferia en las galerías deberá ser igual a la proyectada; si resulta menor el túnel quedará estrecho requiriendo ensanche (desquinche) adicional. por otro lado si se sobrepasa el diámetro especificado resultarán problemas de estabilidad y mayores gastos en soportes. Grado de fragmentación. Debe observarse el porcentaje de bolones resultantes que tendrán que ser reducidos mediante tronadura secundaria. La fragmentación depende del tipo de trabajo en que se va a emplear el material, en general la fragmentación demasiado gruesa o demasiado fina son inconvenientes. Sobrerotura. Denominada también sobreescavación, en túneles debilita y agrieta la roca en toda la periferia , lo que obligará a usar fortificaciones para evitar derrumbes del techo o paredes. Con incremento de costo y riesgo. Dispersión de fragmentos a distancia. Tiene el inconveniente de "diluir" al material de valor económico al mezclarlo con estéril. Presente una gran proyección del material, dañando los equipos que no han sido debidamente protegidos. Generalmente indica una excesiva carga explosiva hacia la boca del barreno, o falta de taco. Nivel de pisos. En túneles denota una falta de carga de fondo o una menor densidad de carga en los barrenos de zapateras, puede presentarse también por falta de

18 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . taco, pequeño ángulo de inclinación de estos barrenos o una mala distribución en los retardos iniciadores en el disparo. Acumulación de material esponjado. Debe ser adecuada para facilitar las operaciones de extracción de la marina. La forma aproximada de los montículos de detritus de tronadura se logra con el diagrama de perforación (tipo de rainura), distribución de los retardos, tiempos de retardos utilizados, los MS acumulan el material cerca de la frente y los de 1/2 segundo o LP producen una mayor proyección. Dilución. Se entiende por dilución a la perdida del valor económico del mineral disparado cuando se mezcla en exceso con material estéril o sin valor, lo que aumenta su costo de tratamiento metalúrgico y de transporte. Esta puede ocurrir por excesiva dispersión, mala acumulación, o por necesidad de disparar juntos bloques de mineral con bloques de desmonte, como ocurre en galerías en vetas estrechas donde no es posible hacer disparos selectivos. Falta de desplazamiento. Cuando un disparo rompe el material y no lo mueve de su sitio se dice que el tiro se ha "congelado" (sinterizado), esto produce una serie de problemas para la remoción del material roto, y con el riego de encontrar explosivos sin detonar. Esto ocurre generalmente cuando falla el arranque del disparo o cuando los retardos no funcionan o no han sido distribuidos adecuadamente, otra causa puede ser un diagrama de perforación de la rainura con barrenos muy próximos o con una carga excesiva de ellos. La acumulación y el tamaño de los fragmentos son factores importantes para determinar el método de carga y de transporte. La dispersión y la sobre rotura tienen significado en seguridad, en la dilución y en el programa de perforación posterior. El avance y el volumen o tonelaje movido representan el resultado económico de la tronadura

CONDICIONES GENERALES

19 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Para que los explosivos puedan trabajar eficientemente y desarrollar su máxima capacidad de rompimiento y empuje, se deben procurar las siguientes condiciones: 1.-

Deben contar con una cara libre para facilitar el arranque y la salida de la carga, lo que se obtiene en las frentes subterráneas disparando primero los barrenos de rainuras (en cuña o "V", o de tiros paralelos) y después los del núcleo y periferia.

2.-

Deben estar confinados para aumentar su densidad de carga, lo que se obtiene con el atacado o taqueo de los cartuchos mediante una vara de madera (el cebo no debe ser taqueado por seguridad), y con el cierre del barreno mediante un taco o tapón de material inerte (de arcilla, arena o detritus de perforación). Este sello proporciona el tiempo necesario para que actúe la presión de barreno que produce la detonación (3 a 5 milisegundos), en forma perpendicular al eje axial de éste sobre sus paredes. Con resto se impide la perdida de energía y el robo de carga de barrenos vecinos por efecto de cañón, en los tiros de corona cargados con Softron este taco evita el efecto cerbatana o proyección de cartuchos de Softron sin detonar.

3.-

Deben ser cuidadosamente cebados mediante iniciadores adecuados, los que son colocados en el cartucho cebo que se coloca al fondo del barreno con el detonador centrado sobre su eje axial y apuntando su fondo hacia la boca del barreno. Debe cuidarse en hacer las conexiones de los chicotes o tubos o del cordón detonante, en forma correcta, verificando posibles fugas de corrientes, corto circuitos y comprobar que el explosor tenga suficiente capacidad para encender todo el circuito, en el caso de disparos eléctricos.

4.-

Deben ser disparados manteniendo una secuencia ordenada y correcta, lo que se obtiene con un buen diagrama de disparo dando la salida primero a los barrenos de rainura, luego a los del centro (ayudas y cuadradores), después a los del techo y laterales (hastíales) y finalmente a los de zapateras.

20 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El orden de encendido se facilita enormemente con el empleo de detonadores de retardo de milisegundos (MS) y/o 1/2 segundo (LP). 5.

Deben ser seleccionados adecuadamente para cada tipo de trabajo, de acuerdo a las condiciones del material atronar, considerando la humedad, el tipo de roca, estructura geológica, tipo de fracturamiento que se necesita, etc. También las características propias de cada explosivo (potencia, densidad, velocidad de detonación, resistencia al agua y categoría de humos).

CAPITULO III TRONADURA DE TÚNELES Y LABORES SUBTERRÁNEAS La única cara libre en las tronaduras de túneles, piques o chimeneas es la frente de ataque, por lo que esta se efectúa en condiciones de gran confinamiento. Cuando más pequeña sea el área de la frente, la roca estará más confinada, requiriéndose de mayor carga específica por m3 a romper cuando más pequeña sea la sección a remover. El principio de la tronadura de túneles reside en la apertura de una cavidad inicial, usualmente central (rainura o cuele)para crear una segunda cara libre y en la subsiguiente rotura del resto de la sección hacia dicha cavidad (destroce o descarga). Al formarse la cavidad, la frente se transforma en un banco anular, donde los factores de cálculo para el destroce serán semejantes a los de un banco se superficie, pero exigiendo cargas considerablemente mayores por la necesidad de desplazar el material triturado. Según las dimensiones de un túnel, el área de la cavidad de arranque puede ser de 0,5 x 0,5 m. a 1,5 x 1,5 m. normalmente adecuada para facilitar la salida de los barrenos de destroce hacia dicha cavidad, pero si se emplean barrenas de gran diámetro el área puede llegar a 2,0 x 2,0 m.

21 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La profundidad de la cavidad deberá ser estimada para el avance del disparo. Métodos de arranque.- Corresponden a las formas de efectuar el primer disparo para crear la cara libre, las rainuras para estos casos pueden ser de dos tipos:

1)

a)

Arranque en diagonal, que comprende al corte en "V", pirámide, cuña y corte al abanico.

b)

Arranque en paralelo, que comprende al cuele cilíndrica.

o rainura

Rainura en pirámide o diamante Comprende 4 o 6 barrenos dirigidos en forma convergente hacia un punto común imaginariamente ubicado al centro y fondo de la galería a excavar, de modo que su disparo instantáneo creará una cavidad piramidal. Este método requiere de una alta concentración de carga en el fondo de los taladros, se le prefiere para piques y chimeneas.

2)

Rainura en cuña o en "V" Comprende 4, 6 o más barrenos convergentes por pares en varios planos o niveles, de modo que la cavidad abierta tenga forma de una cuña. Es de ejecución más fácil aunque de corto avance especialmente en túneles estrechos por la dificultad de perforación. La disposición de la cuña puede ser en sentido horizontal o vertical. El ángulo adecuado para la orientación de los barrenos es de 60º a 70º. Es más efectivo en rocas suaves a intermedias, mientras que el de pirámide se aplica a rocas duras y tenaces.

3)

Combinaciones de las rainuras en cuña o en abanico Son las combinaciones de los diseños anteriores que se ubican en diferentes zonas de la frente. Para todas estas rainuras en cuña con perforaciones en diagonal, es indispensable que el largo y la dirección

22 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . de los barrenos sea dimensionalmente de forma tal que la rainura se ubique simétrica a una línea media imaginaria. 4)

Rainura paralela El mayor empleo de yumbos de perforación ha generalizado el empleo de rainuras o arranque en paralelo, ya que es imposible perforar barrenos en diagonal con estos equipos. Comprenden a varios barrenos paralelos muy cercanos entre sí, usualmente dispuestos en forma concéntrica, perforados en forma perpendicular a la cara libre de la galería, de modo que al ser disparados produzcan una cavidad cilíndrica. Es fácil perforar y su avance es mayor que con los otros métodos (usualmente los barrenos deberán ser unas 6" más largos que los de destroce, para dejar una cara limpia). Muy efectivo en roca dura y homogénea no así en material suelto o muy fisurado. Los primeros barrenos adyacentes al barreno central vacío requieren de gran precisión en la perforación y carga, si es demasiado pequeña no hay rotura, si se sobrepasa, el corte falla. Una fórmula sencilla para calcular el burden o distancia en barreno central y el más próximo a él es: 0,7 x diámetro del barreno central.

DISEÑO BÁSICO PARA TRONADURA SUBTERRÁNEA EN GALERÍAS El diagrama de distribución de barrenos y de la secuencia de salida de los mismos presenta numeras alternativas, de acuerdo a la naturaleza de la roca y de las características del equipo de perforación, llegando en ciertos casos a ser bastante complejo. Como guía inicial para preparar un diagrama básico de tronadura en galería, se tiene el conocido método de cuadrados y rombos inscritos, con rainuras en paralelo y con distribución de los barrenos y su orden de salida. Distribución y denominación de los barrenos

23 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A)

Arranque o rainuras.- Son los del centro, que se disparan primero para formar la cavidad inicial. Por lo general se cargan de 1,3 a 1,5 veces más que el resto. De hecho hay otra teoría que indica una carga menor para estos barrenos, a fin de evitar la sinterización de ellos, impidiendo la salida del material. Para el caso de una mayor carga, se debe aumentar la distancia entre los barrenos cargados y el o los centrales vacíos.

B)

Ayudas.- Son los que rodean a los de arranque y forman salidas hacia la cavidad inicial. Las primeras ayudas (contracueles), segundas y terceras ayudas (barrenos de destroza o producción). Salen en segundo término.

C) D)

E)

Hastiales.- Son los barrenos laterales, que forman las paredes de la galería. Coronas o techos.- Son los que forman la parte superior de la galería o bóveda del túnel. En los disparos de recorte se inician junto con los barrenos de los hastíales en forma simultánea. Zapateras o arrastre.- Son los que corresponden a los pisos de la galería y se disparan al final de todo el roud en el diagrama de disparo.

Número de barrenos El número de barrenos requerido para una tronadura subterránea depende del tipo de roca a volar, del grado de confinamiento de la frente (facilidad de trabajo en la perforación y la carga), del grado de fragmentación que se desea obtener y del diámetro de las brocas disponibles o equipo de perforación; factores que individualmente pueden obligar a reducir o ampliar la malla de perforación y por consiguiente aumentar o disminuir el número de barrenos calculados teóricamente. Influyen también la clase de explosivo y el método de iniciación a emplear. Se puede calcular el número de barrenos en forma aproximada mediante la siguiente fórmula empírica:

24 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nº b = v a x h x 10 donde: a = ancho de la galería h = altura del túnel. Ejemplo: para un túnel de 1,80 m. x 2,80 m. = 5,04 m². Nº b = v 5 x 10 = 2,2 x 10 = 22 barrenos. o en forma más precisa con la relación: Nº b = (P/dt) + (c x s) donde: P = circunferencia o perímetro de la sección de la galería, en metros, que se obtiene con la fórmula: P=v5 x4 dt = distancia entre los barrenos de la circunferencia o periféricos que usualmente es de: 0,50 a 0,55 m. para rocas duras tenaces 0,60 a 0,65 m. para rocas intermedias 0,70 a 0,75 m. para rocas friables o blandas c=

coeficiente o densidad de la roca, usualmente de: 2,0 para rocas tenaces difíciles de romper 1,5 para rocas intermedias 1,0 para rocas friables, suaves, prefracturadas.

S=

Dimensión de la sección de la galería en m². Cara libre.

Ejemplo: para el mismo túnel de 5 m² de área, en roca intermedia, donde tenemos: P= v 5 x 4 = 2,2 x 4 = 8,8 dt = 0,6 c = 1,5

25 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S = 5 m² Aplicando la formula Nº b = P/dt + c x S tenemos: 8,8/0,6 + 1,5 x 5 = 14,66 + 7,5 = 22,16 = 22 barrenos Distancia entre Barrenos.- Se determina como consecuencia del número de barrenos y del área de la frente de tronadura. Normalmente varían de 15 a 30 cm. entre los barrenos de la rainura, de 60 a 90 cm. entre los de ayuda, y de 50 a 70 cm. entre los de corona. Como regla práctica se estima una distancia de 60 cm. por cada pulgada del diámetro del barreno. Los barrenos de corona se deben perforar a unos 20 - 30 cm. del límite de las paredes de la galería para facilitar la perforación y para evitar la sobrerotura. Normalmente se perforan ligeramente divergentes del eje de la galería para que sus fondos permitan mantener la misma amplitud de sección en la nueva cara libre a formar. Longitud de los barrenos.- Será determinada en parte por el ancho útil de la sección, el tipo de rainura elegida y por las características del equipo de perforación. Con rainura de tiros paralelos puede perforarse sobre los 3 metros de profundidad, mientras que en los cueles en "V" se llega hasta los 3 metros en túnel; es de pequeña sección. Para calcular la longitud de los barrenos de cuele en cuña se puede emplear la siguiente relación: L = S x 0,5, donde S es la dimensión de la sección en m². Cantidad de Carga.- Depende de la tenacidad de la roca y de la dimensión de la frente de tronadura. Influyen: el número, diámetro y profundidad de los barrenos; y del tipo de explosivo e iniciadores a emplear. Se debe tener en cuenta que la cantidad de explosivo por m3 a volar disminuye cuando más grande sea la sección de la galería, y también que aumenta cuando más dura sea la roca. En términos generales puede considerarse los siguientes factores en kilos de explosivos por m3 de roca. Área del túnel

Kilos de explosivos estimados

26 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . en m² de 1 a 5 de 5 a 10 de 10 a 20 de 20 a 40 de 40 a 60

por m³ de roca dura y tenaz intermedia 2,60 a 3,20 1,80 a 2,30 2,00 a 2,60 1,40 a 1,80 1,65 a 2,00 1,10 a 1,40 1,20 a 1,65 0,75 a 1,10 0,80 a 1,20 0,50 a 0,75

suave y friable 1,20 a 1,60 0,90 a 1,20 0,60 a 0,90 0,40 a 0,60 0,30 a 0,40

En minería los consumos de dinamita verían generalmente entre los 300 a 800 gr/m³. Como generalidad, podemos considerar los siguientes factores de carga para: Tipo de roca Rocas muy difíciles Rocas difíciles Rocas fáciles Rocas muy fáciles

kg./m³ 1,5 a 1,8 1,3 a 1,5 1,1 a 1,3 1,0 a 1,2

Valores estimados para galería con una sola cara libre, para disparos con dos caras libres se puede considerar valores de 0,4 a 0,6 kr/m³. Distribución de la carga a)

Movimiento de roca

Volumen (V) = S x L en m³, donde: S = dimensión de la sección, en m² L = profundidad del barreno, en m (avance) Tonelaje (T) = V m³ x d,en toneladas, donde: Vm³ = volumen de roca d = densidad de roca, usualmente de 1,4 a 2,5 b)

Cantidad de Carga (Qt) = V x kg/m³, en kilos, donde: V = volumen estimado de movimiento, en m³ kg./m³ = carga por m³.

27 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . c)

Carga promedia por barreno: QtNºb, en kilos o gramos por barreno, donde: Qt = carga total de explosivo, en kilogramos Nºb = número de barrenos.

En la práctica, para distribuir la carga explosiva, de modo que la rainura o cuele sea reforzado, se incrementa de 1,3 a 1,6 veces la "carga promedia" en los barrenos de arranque, disminuyendo en proporción las cargas en los hastiales y coronas (que son los que menos trabajan, ya que actúan por desplome). Características de los barrenos de destroza 1)

Carga de fondo = L/3, donde L= longitud del barreno; (L/6 en coronas)

2)

Burden (B) = No mayor de L = 0,40 x D

3)

Espaciamiento (E) = 1,1 x B hasta 1,2 x B

4)

Concentración de carga de fondo (cf) para

diámetro de barreno 30 mm 40 mm 50 mm

carga específica 1,1 kg/m³ 1,3 kg/m³ 1,5 kg/m³

5)

Concentración de carga de columna (cc) = 0,5 c cf, en kg/m³

6)

Longitud del taco retacado (T) = 0,5 x B; (en descarga 0,2 x B).

TRONADURAS A TAJO ABIERTO

28 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . FORMA DE ROTURA DE LA ROCA Cuando el explosivo se encuentra confinado dentro del barreno y se procede a su detonación, de manera simple, podríamos decir que se producen dos efectos, que aunque bien diferenciados entre sí, actúan conjuntamente con un fin único que es la rotura de la roca. El primero de ellos es consecuencia de la onda de detonación generada al producirse la explosión que, de mayor o menor velocidad, se propaga a través de la roca circundante y representa en gran medida el poder rompedor del explosivo. Esta onda de choque recorre la roca circundante a velocidades del orden de 3.000 a 5.000 m/seg. dependiendo del tipo de roca. El segundo, consecuencia del volumen de gases que se produce a lata presión y elevada temperatura. En un punto próximo al barreno, la onda de detonación produce un efecto de compresión al llegar al mismo, pero al sobrepasarlo, ese esfuerzo se convierte en un esfuerzo de carácter traccional. Como se explico anteriormente, la resistencia a la tracción de la roca es del orden de 10 a 100 veces menor que su resistencia a la compresión. Por lo tanto será más fácil producir rotura por un efecto traccional. Como consecuencia de estos dos efectos, si realizáramos un ensayo en unos barrenos, no encontraríamos que se habrían producido los siguientes efectos: a) La onda de detonación por efecto de compresión provoca la trituración de la roca en un anillo de radio entre 2 y 4 veces el diámetro del barreno. b) Creación de fisuras de tipo radial, alrededor de la zona triturada, por esfuerzo de tracción inducida. c) La onda de choque se refleja en la cara libre produciendo efectos añadidos de tracción y cizallamiento. d) Los gases producidos en la explosión, a elevada presión y temperatura, penetran por las fisuras abriéndolas totalmente, y fragmentando y proyectando la roca hacia adelante en su cara libre.

29 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . FACTORES A TENER EN CUENTA Características de la roca Las rocas responden en forma muy diferentes a la onda de detonación del explosivo en lo que respecta a la primera etapa de formación de fisuras. Generalmente se relaciona la volatibilidad de unja roca con su dureza; esto no es exacto, pues además del término dureza debemos tener en cuenta el aspecto fragilidad. Una roca dura pero frágil (cuarcita por ejemplo) responde muy bien a esa onda primaria y en consecuencia sobre ella se producen importantes fisuras que posteriormente son ampliadas en la segunda etapa por los gases de la explosión. La roca arranca y fragmenta fácilmente. En el extremo opuesto, una roca blanda elástica, absorbe la onda de detonación deformándose sin fisuras y en consecuencia la actuación de los gases de explosión en la segunda etapa queda disminuida. Rocas extremadamente duras pero frágiles rompen bien, mientras que las rocas blandas elásticas apenas son fragmentadas. Otro aspecto de la roca que presenta manifiesta relación con la forma de rotura explicada es su fisuración o estratificación propia. La existencia de fisuras en la roca o la formación en estratos facilita la labor en esa primera etapa de actuación de los gases de la tronadura que trabajan sobre ellas además de trabajar sobre las creadas por la propia onda de detonación. No obstante, esta existencia preliminar de fisuras puede ser una ventaja si se presenta en forma y dimensiones que coincidan con la granulometría que deseáramos obtener en la tronadura y esto que en caso contrario podría representar un notable inconveniente (bolones preformados). Características del explosivo. La presión de detonación que genera las fisuras iniciales en la roca es mayor en aquellos explosivos de alta densidad y crece con el cuadrado de la velocidad de detonación. Esta es más efectiva cuando utilizamos explosivos

30 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . muy rompedores y tanto mayor cuanto menos holgura exista entre la carga explosiva y la pared del barreno (taqueado y confinamiento). ÁNGULO DE ROTURA Consideremos un banco de roca en el que han sido perforados dos barrenos (Figuras 1 y 2). La figura 1 representa un fondo abierto, mientras que la figura 2 el fondo cerrado por el piso del banco. En el primer caso el ángulo de rotura en el fondo puede ser a próximamente de 120 º, mientras que en el segundo caso el ángulo de rotura no llega a ser superior a 90º.

=90º

=120º

<90º

=90º

<90º Fig. 1: Fondo abierto

Fig. 2: Fondo cerrado


TRONADURAS EN BANCO La forma más sencilla y corriente de ejecución de tronaduras en exterior es mediante el sistema de banqueo. Este sistema es utilizado generalmente en la explotación de canteras, minería a cielo abierto o excavaciones en general para OO.CC. Mediante este sistema la explotación se presenta en forma escalonada (Figura 3). Podemos distinguir dos etapas en las explotaciones de este tipo. La primera correspondería a la extracción del material correspondiente a la parte “a”, donde las alturas de banco serían irregulares y el terreno no horizontal y una segunda parte “b” regularizada. La primera parte corresponde a la preparación y es diferente su explotación en lo que respecta a los equipos que se ocuparán. La segunda etapa correspondería a la explotación propiamente dicha, que podrá utilizar equipos de perforación diferentes, con parámetros de tronadura constantes.

a

b

a b

a b a

EXPLOTACIÓN POR SISTEMA DE BANQUEO Figura 3

32 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cada nivel corresponde a un banco de trabajo, generalmente de alturas iguales utilizando los mismos simultáneamente como niveles de perforación, carga y transporte. La representación de un barreno perforado en un banco viene dada en la figura 4. V

Taco T

Lb

T Cc Hb-2V

Hb

V Cf 0,3V=Sp. Carga de fondo (Cf), carga de columna (Cc) y taco ®

V

LOS BARRENOS INCLINADOS PROPORCIONAN UN ÁNGULO FAVORABLE ENTRE EL BARRENO Y LA SUPERFICIE RESIDUAL Figura 4

33 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La figura 5 representa una fila de barrenos perforados en un mismo banco.

V

E FILA DE BARRENOS Figura 5

V

CARA LIBRE

E

RETACADO (R) Hb

CARGA DE COLUMNA (Cc) CARGA DE FONDO (Cf) SOBREPERFORACIÓN

(Sp)

34 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CALCULO DE LA CARGA Figura 6

VARIABLES CONTROLABLES DE LAS TRONADURAS Variables de diseño Hb D L d B S LV AV V E R Sp V/H

= Altura del banco = Diámetro del barreno = Longitud del barreno = Diámetro de la carga = Burden nominal = Espaciamiento nominal = Longitud de voladura = Anchura de voladura = Burden efectivo = Espaciamiento efectivo = Retacado = Sobre perforación = Inclinación de los barrenos o pendiente de los mismos, siendo las más comunes: vertical, 3:1, 2:1. También se puede expresar en grados sexagesimales. l = Longitud de carga θ = Ángulo de salida V/W = Grado de equilibrio tr = Tiempo de retardo

1 2 3 4 5 6 7 8

= Repié = Caña del barreno = Roca saliente o en voladizo = Sobreexcavación = Grieta de tracción = Descabezamiento = Cráter de bocazo = Carga desacoplada

Estos parámetros guardan relación unos con otros, de forma que conocido o fijado alguno de ellos, se pueden deducir el resto.

35 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El parámetro principal del cual se puede partir de “V” o burden, distancia del barreno a la cara libre. Para el cálculo del burden existen en teoría varias fórmulas; no obstante, en nuestro caso, basándonos en la experiencia trataremos de conseguir los valores de V de forma práctica. Una forma simplificada viene dada, para diámetros de perforación hasta seis pulgadas y media, por la relación de burden en metros es igual al diámetro en pulgadas, V metros = diámetro en pulgadas, válida para unos primeros ensayos y un posterior ajuste. Otra posible relación para el cálculo del burden máximo teórico será: Burden máximo teórico en milímetros = 45 x diámetro del barreno en milímetros.

Vmáx. mm

45 x Ø mm.

Espaciamiento: E = 1,25 V. Por otra parte la sobreperforación (Sp) es igual a 0,3 veces el burden:

Sp = 0,3 V. El retacado (taco) es igual al burden práctico:

r = V. La altura de la carga de fondo (Cf) es igual a 1,3 veces el burden máximo teórico.

Cf = 1,3 V máx. EJEMPLO Supongamos una faena a tajo abierto mediante un banqueo de 20 metros de altura.

36 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Esta altura se establece considerando el equipo de perforación que se utilizará, la seguridad del personal y de los equipos de carga y la producción requerida. La perforación se realizará con un diámetro de 102 mm. (4”). Los taludes de excavación de los bancos se llevarán con pendiente 3:1, equivalente a 18,5º respecto a la vertical. Burden máximo: Vmáx. = 45 x d Vmáx. = 45 x 102 = 4,59 m. Esta sería el burden máximo teórico; no obstante, es preciso reducir el valor obtenido al 85% para obtener el valor práctico preciso. Generalmente se justifica esta reducción por los errores de emboquillado y desviaciones en la perforación. Burden práctico:

Vpráctico = Vmáx. x 0,85 Vpráctico = 4,59 x 0,85 = 3,90 m

Sobreperforación:

Sp = 0,3 x Vmáx. Sp = 0,3 x 4,59 = 1,37 m

Longitud del barreno: Lb = Hb / cos a + Sp Lb = 20 / cos 18,5 + 1,37 = 22,46 m Espaciamiento:

E = 1,25 V E = 1,25 x 3,90 = 4,87 m

Retacado (taco):

37 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . r = V r = 3,90 m Longitud carga de fondo:

Lcf = 1,3 Vmáx.

Lcf = 1,3 x 4,59 = 5,96 m Longitud carga de columna: Lcc = Lb - (r + Lcf) Lcc = 22,46 - (3,90 + 5,96) = 12,60 m RESUMEN: Altura de banco Longitud de barreno : Burden Espaciamiento Retacado (taco) Longitud carga de fondo Longitud carga columna

: 20,00 m 22,46 m : 3,90 m : 4,87 m : 3,90 m : 5,96 m : 12,60 m

En la práctica, los anteriores cálculos son una primera aproximación al diseño real de la tronadura, debiendo ser adaptados los parámetros obtenidos en función de las circunstancias particulares existentes en cada caso. Además, podrán corregirse en tronaduras sucesivas dependiendo de sus resultados. Continuando con el diseño anterior, vamos a efectuar el diseño de las cargas: Carga de fondo: Se elegirá como explosivo para la carga de fondo Anfo Al 4% a granel, con un iniciador cilíndrico de pentolita de 450 gr. , para obtener la longitud de carga de fondo (Anfo al 4% d=0,80 gr./cm³) la concentración lineal de carga es de 6,49 kg., luego para los 5,96 m de la longitud de la carga de fondo es necesario cargar 38,68 kg. de Anfo Al 4%. Carga de columna:

38 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El explosivo seleccionado para la carga de columna es el Anfo 0 a granel, por su economía y facilidad de carga, suponiendo que no hay agua en los barrenos. Tomando en consideración la longitud de la carga de columna de 12,60 m para la densidad del Anfo 0 ( 0,80 gr./cm³) y de acuerdo a lo indicado anteriormente para la concentración lineal de carga del Anfo 0 de densidad 0,80 gr./cm³), para los 12,60 m es necesario cargar un total de 81,77 kg. Carga total: Es el resultado de sumar las cargas de fondo y de columna, y en nuestro ejemplo será de 120,90 kg. por cada barreno. Consumo específico: Se define como consumo específico de una tronadura con el peso del explosivo de la misma dividido por el volumen total de roca arrancada.

para una fila de barrenos, donde se produce la rotura por las líneas entre las cañas de ,los mismos puede admitirse que el volumen arrancado por cada barreno es igual: Volumen b = E x V x Hb y el consumo específico (Ce) viene dado por: Cf + Cc Ce = ------------------E x V x Hb Siendo: E = Espaciamiento (m) V = Burden (m) Hb = Altura banco (m) Cf = Carga de fondo (kg.) Cc = Carga de columna (kg.) En el ejemplo anterior el consumo específico resultante sería el siguiente:

39 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39,13 + 81,77 120,9 Ce = ------------------- = -------- = 0,318 kg/m³ 4,87 x 3,90 x 20 379,86 El consumo específico de explosivo es un dato muy relevante de la volabilidad de una roca y se eleva con el incremento del diámetro de perforación generalmente, aunque por otros motivos el costo total de la tronadura descienda.

CALCULOS TEÓRICOS CANTERA A CIELO ABIERTO. OBRA:

EXPLANADA SITIO 3 PUERTO DE SAN ANTONIO.

CANTERA DE GRANITO. DIAMETRO DE PERFORACIÓN (D): LONGITUD DE PERFORACIÓN (Hb): ANGULO DE PERFORACIÓN ( < a):

3 “ ( 76 mm). 12 metros. Barrenos verticales.

CALCULO DE BURDEN MAXIMO (Vmáx.) Vmáx. =

45 x D (mm)

Vmáx. =

45 x 76

Vmáx =

3,42 mts.

40 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CALCULO DEL BURDEN TEÓRICO (Vprac.) Vprac. =

3,42 x 0,85

Vprac.=

2,90 mts. = 3,00 mts.

LONGITUD DE BARRENO : Lb

=

Hb/cos
=

E E

= =

1,25 x Vprac. 1,25 x 2,90

E

=

3,63 mts.

12 mts.

(Sp = sobreperforación). ESPACIAMIENTO :

CALCULO DEL TACO:

=

TACO

=

Vmáx.

TACO

=

3,42 mts.

3,60 mts.

CALCULO DE LA LONGITUD DE LA CARGA DE FONDO (Lcf) : Lcf

=

1,3 V máx.

Lcf

=

4,45 mts.

CALCULO DE LA LONGITUD DE LA CARGA DE COLUMNA (Lcc) : Lcc Lcc

= =

Lb - (Taco + Lcf) 12 - 8,87

Lcc

=

3,13 mts.

POR LA GRANULONETRIA DE LA ROCA (Hasta 7.000 Kgr.) NO SE RECOMIENDA HACER EFECTIVA LA CARGA DE FONDO Y EN SU REEMPLAZO, USAR UNA PENTOLITA INICIADORA

41 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CILINDRICA DE 225 GR. Y ENSEGUIDA CARGAR TODA LA COLUMNA CON ANFO 0. CORDON DETONANTE DE 5 gr/m

MS 42

E

V

MS 42

MS 25

CARA LIBRE

GRÁFICO DE DISTRIBUCIÓN DE RETARDOS TIPO H.P. (Hueso de Perro MS 42)

Cada 3 barrenos de una hilera un Conetor H.P. MS 25 Entre fila y fila Conector H.P. MS 42 . El uso de Anfo 0, sólo podrá ser posible en barrenos secos. EN TODOS LOS CASOS DEBEN HACERCE PRUEBAS HASTA LOGRAR LA GRANULOMETRÍA DESEADA Y UN BUEN ARRANQUE DE LA ROCA. HACER CORRECCIONES YA SEA VARIANDO LAS CARGAS O MODIFICANDO LA MALLA A MAYORES O MENORES DIMENSIONES, DE ACUERDO A LOS CALCULOS TEORICOS. LOS EJEMPLOS PRESENTADOS, CORRESPONDEN A CÁLCULOS TEÓRICOS Y ASUMIENDO PARÁMETROS DEFINIDOS DE LA ROCA, EN LA PRACTICA PUEDEN APARECER VARIACIONES SIGNIFICATIVAS.


HOJA DE CALCULOS PARA CANTERA CIELO ABIERTO OBRA: EXPLANADA SITIO 3 PUERTO DE SAN ANTONIO. CANTERA: SAN JUAN. DATOS DE PERFORACIÓN Y ROCA: DIAMETRO DE PERFORACIÓN (D): LONGITUD DE BARRENO (Hb) : TIPO DE ROCA: DENCIDAD DE LA ROCA (d) :

3 pulgadas (76 mm) 12 metros GRANITO 2,75 gr/cc

DATOS DEL EXPLOSIVO: EMULSION EXPLOSIVA : DENSIDAD (d) : VELOCIDAD DE DETONACIÓN: RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN : RESISTENCIA A LA TRACCIÓN :

1.1/4” x 8” 1,19 gr/cc 5.000 m/seg. ( 16.405 fts/seg.) 212 MPa. 10 MPa.


Pb

-3 2 2,4 = 1,69 x 10 x 1,15 x 16.405 x 1,25 3 = 63,977 PSI (1 PSI = 6,898 KPa)

Pb

=

PRESIÓN DE BARRENO (Pb)

441 MPa.

RESULTADO DE PRESIÓN DE BARRENO MUY ALTA A LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ( 212 MPa.) DESACOPLAR AL 50 % Pb

-3 2 2,4 = 1,69 x 10 x 1,15 x 16.405 x 1,25 x 0,5 3

Pb

=

192,09 MPa.

CON ESTE VALOR SE CUMPLE QUE: Pb < 212 MPa. CALCULO ESPACIAMIENTO (E) Y BURDEN (V) V

= D x Pb + Hb = 3 x 192 + 12 = 51 pulg. Hb 12 V

TACO =

2

=

1,30 mts.

mts.

DISTRIBUCIÓN CARGA COLUMNA: en columna completa sin espacios.

1.000 cm. :

20 = 50 cartuchos

CONSIDERANDO EL 50 % DE ESPACIAMIENTO SE TIENE : 25 cartuchos DISTRIBUCIÓN DE LA CARGA EN EL BARRENO: TACO : EXPLOSIVO : ESPACIOS :

200 cm. 500 cm. 480 cm.

44 DYNO NOBEL CHILE MANUAL PRACTICO DE TRONADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CARGA DE COLUMNA: TOTAL Hb : CARGA DE FONDO

20 cm. 12.000 cm. (12 mts.) :

3 cartuchos.

TOTAL CARGA EXPLOSIVO:

28 cartuchos ( 189 gr.)

TOTAL PESO EXPLOSIVO

:

5,292 Kg.

VOLUMEN A TRONAR POR BARRENO: 1,3 x 1,3 x 12 FACTOR DE CARGA

=

:

20,28 m³

0,260 Kg/m³

CON: V = E = 1,5 MTS. FACTOR DE CARGA

:

0,196 Kg/m³

DIAGRAMA DE CARGA POR BARRENO

2

mts.

TACO

Cordón Detonante 5 gr/m.

12 mts.

9,80 Mts.

CARGA DE COLUMNA 25 Cartuchos espaciados a 20 cm. entre sí.

O,20 m

CARGA DE FONDO

3 CARTUCHOS AMARRADOS


Manual Práctic Dyno

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