POLVORA NEGRA. La pólvora es una sustancia explosiva utilizada en la industria minera, en la fabricación de ciertos accesorios de voladura y como explosivo se uso ampliamente, antes de la invención de explosivos más potentes. Las más comunes usan el nitrato de potasio, nitrato de sodio y al clorato de potasio como comburentes. MECHA DE SEGURIDAD. También llamada mecha lenta; es un cordón flexible compuesto por un núcleo de pólvora negra recubierto por fibras de algodón, brea y un forro de plástico. El poder de ignición del núcleo de pólvora es considerablemente superior a la mínima necesaria para iniciar a un fulminante. POLVORA NEGRA APLICADO EN MECHA DE SEGURIDAD La pólvora negra está compuesto por: mezcla de (nitrato de potasio, carbón vegetal vegetal y azufre) lo común del mercado mercado nacional nacional • La mezcla • Nitrato de sodio, carbón vegetal y azufre (investigación Grupal) BALANCE DE DE ECUACION UTILANDO UTILANDO EL NITRATO DE SODIO NaNO3 + C +S →
Solucion: (4NaNO3 + 2S → Na2SO4 + Na2S + 2N2 +6O- )x3 (2NaNO3 + S → Na2SO3 + N2 + 3O-)x3 ( 2C → CO2 + CO - 3O-) x11 Tenemos: 12NaNO3 + 6S → 3 Na2SO4 + 3Na2S + 6N2 6NaNO3 + 3S → 3Na2SO3 + 3N2 22C → 11 CO2 + 11CO Con Esto Tenemos La Reaacion Balanceada 18 NaNO3 + 22C + 9S → 3Na2SO4 + 3Na2SO3 + 3Na2S + 9N2 + 11CO2 + 11CO + Q3 Ahora Hallaremos El Porcentaje De Cada Ingrediente Ingrediente 18*85 = 1530 1530 M (NaNO3 ) =85……………. → 18 NaNO3 = 18*85 M ( C ) =12…………………….. M( S ) = 32……………………..
→ 22 C → 9 S
% (NaNO3 ) =100 x (1530/2080) = 73.487 % % (C ) =100 x ( 264/2080) = 12.68% % (S ) =100 x ( 288/ 288 ) = 13.833% Hallamos Los # at-g
= 22*12 = 264 = 9* 32 = 288 ∑ = 2082 gr
Con Esto Construimos La Tabla
Para Hallar El Calor De Combustión Necesitamos Donde Nos Indican El Calor De Formación De Cada Sustancia (Kcal/mol)
Las
Tablas
Q3 = Hp – Hr Hp =3(330.50kcal/mol9 + 3 (261.2 Kcal / mol) + 3 (89.8 Kcal / mol ) + 11 (94.054 Kcal/mol) + 11(26.4kcal/mol) Hp =3369.67kcal/mol Hr = 18(111.71kcal/mol)+ 22(0) + 9 (0) Hr = 2010.78kcal/mol Q3 = Hp – Hr Q3=3369.67kcal/mol - 2010.78kcal/mol Q3=1358.89kcal/mol Q3 = 652.68 Kcal/kg
REACCIÓN QUÍMICA DE LA PÓLVORA NEGRA UTILIZANDO NITRATO DE POTASIO
Expresando En ( % )
Hallemos Ahora El Calor De Combustión De La Pólvora Negra Hecho Con KNO3
•
•
CONCEPTOS BASICOS. ACCESORIO DE VOLADURA.- Son todos los dispositivos que sirven para iniciar y/o retardar MEC por métodos adecuados y aprobados, entre ellos tenemos: Mecha de seguridad, Mecha rápida, Cordón detonante, Fulminantes eléctricos, Fanel, Nonel, Retardos para cordón detonante, Booster convencional, Booster aluminizado, Fulminantes electrónicos. Mecha de seguridad.- Es un medio a través del cual una llama es transportada continuamente a una velocidad uniforme para proveer y propiciar la iniciación de una MEC, ya sea directa o indirectamente. El núcleo de la mecha de seguridad está conformado por una cantidad de pólvora negra, la cual debe iniciar a las MEC que están cargadas dentro de un fulminante común (PENT y Acida de Pb); para luego iniciar a las MEC detonantes. Mecha rápida.- Es un cordón muy flexible y delgado que combustión con una flama que iniciara a la mecha de seguridad a través de conectores. Esta hecho de dos alambres centrales; uno de Cu y otro de Fe. Sobre el alambre de cobre esta adherida una carga pirotécnica. El alambre de Fe es para darle mayor resistencia a la tensión. Conectores para mecha rápida.- Son casquillo de aluminio que en uno de sus extremos tiene una ranura especial, donde debe conectarse la mecha rápida. En el otro extremo esta cargado con una MEC para que iniciar a la mecha de seguridad. Fulminante comune (B. C).- Consiste en una cápsula cilíndrica de aluminio cerrada en un extremo donde carga las MEC. Fulminantes eléctricos (E.B.C).- Se usaron en la década de los 60 y 70, en la actualidad no se usan por el riesgo que representaba en lugares donde existe algo índice de electricidad estática o errática. Fulminantes eléctricos de retardo (D.E.B.C).- Son accesorios similares a los EBC instantáneos, con la excepción de que poseen Nonel.- Sistema de voladura no eléctrico, inventado por la NITRONOBEL AB STOCKHOLM SWEDEN. Tiene la precisión y confiabilidad de los DEBC y con la ventaja adicional que no hay riesgos a los efectos de la electricidad estática, corrientes inducidas, corrientes erráticas, etc. Usa el cordón detonante como medio de iniciación. Fanel.- Es producto peruano manufacturado con los mismos principios y ventajas del sistema NONEL. Tiene los siguientes componentes: Manguera fanel - Fulminante de retardo - La etiqueta. Cordón detonante.- Es un cordón flexible y resistente a la tracción, constituido por un núcleo continuo de un alto explosivo (pentrita - PETN), recubierto por capas protectoras textiles y sintéticas, todo lo cual está protegido por un material adecuado para darle la impermeabilidad necesaria y pueda trabajar en las condiciones mas severas. Se emplea para iniciar una o varias MEC simultáneamente. Este accesorio de voladura puede ser simple o reforzado. Para minería (usualmente 5 m/g y 10 m/g de carga explosiva). Para sísmica (20 g/m, 30 g/m y 40 g/m de carga explosiva) Especiales (80 g/m y 120 g/m de carga explosiva) Retardo para cordón detonante. - Es un dispositivo plástico que en su interior lleva un fulminante de retardo. Se usa para dar la secuencia de salida de los disparos primarios y trabaja como se muestra en el grafico siguiente. Booster convencional.- Los boosters son explosivos que en su composición contienen explosivos intrínsicamente explosivos, tales como TNT, PTN, etc….Los cuales son usados para
iniciar a los agentes de voladura. Booster aluminizado.- Esta constituido por ingredientes que no son intrínsicamente explosivos. En la actualidad ya no se usan.
MEC.- Son las mezclas compuestas por oxidantes y combustibles…Entre los oxidantes mas usados se tienen los siguientes: AN, SN, Al, CO 3Ca, etc…Entre los combustibles, se pueden mencionar los siguientes: Petróleo, Al, C, propano, Nitro metano, gas, etc….Para sens ibilizar los ingredientes anteriormente mencionados generalmente se usan explosivos intrínsicamente explosivos, tales como: NG, TNT, PETN, NC, acida de Pb, etc.
Clasificación general de las MEC. Bajos explosivos: Son las MEC que en su composición no llevan ningún explosivo intrínsecamente explosivo y que combustionan o deflagran pero no detonan. Ejemplo Pólvora negra (componente mecha seguridad) Agentes de Voladura: Son las MEC que en su composición no llevan ningún explosivo intrínsecamente explosivo y pero que al mezclarse sus ingredientes se convierten en un explosivo, así por ejemplo al mezclar el NO3NH+CH2 = AN/FO. Un agente de voladura no es sensible a los fulminantes comunes y para su iniciación se requiere de un booster que produzca un alta presión de detonación. Altos explosivos: Son las MEC que en su composición si llevan un explosivo intrínsecamente explosivo y que para su iniciación se requiere de un fulminante común. Ejemplo la dinamita
Pólvora Negra (C, S, NO3N2) Es una mezcla explosiva comercial granulada seca de nitrato de potasio o nitrato de sodio 64%, azufre 18% y carbón vegetal 18%. ..Formula de la pólvora negra : NO3K + C + S → Nitroglicerina (4C3N3H5O9) 4C3H5(NO3)3 12CO2 + 10H2O + 3N2 + O2 + Q3 Kcal/mol. Conocida como trinitrato de glicerino NO 3CH2CHNO3CH2NO3, es un liquido incoloro a la temperatura ordinaria. La nitroglicerina se emplea como ingrediente en la fabricación de las dinamitas. La nitroglicerina es un alto explosivo sensible al calor, golpe y fricción, pero cuando esta en estado sólido y congelado es menos sensible que en el estado liquido; sin embargo, por ningún motivo debe sacudirse la nitroglicerina, sea cual fuere su estado; de ahí la dificultad para su manipuleo, transporte y almacenaje. Tiene una velocidad de detonación que alcanza los 7 200 m/seg. Dinamita.- es un nombre genérico que abarca un gran numero de mezclas explosivas comerciales; cuyo ingrediente es un material carbonàceo (aserrín de madera, harina, almidón, otros) que es sensibilizado por la nitroglicerina y algunas sales que proveen el oxigeno correspondiente….. Las dinamitas se clasifican en: Dinamitas puras - Dinamitas gelatinosas Dinamitas amoniacales - Dinamitas gelatinosas - amoniacales, etc Ventaja.- su flexibilidad para su formulación y fabricación - Sus altas velocidades de detonación - Buena resistencia al agua - Trabajan muy bien soportando altas presiones hidrostáticas - Funcionan a temperaturas muy bajas. Desventajas.- Produce gases nocivos, por eso que en los países desarrollados se ha minimizado su uso. - Eleva los costos de voladura. Composiciones y/o formulación de las dinamitas.- Los principales ingredientes de las dinamitas entre otros son los siguientes: N.G. - Nitroglycol - NC - Sales oxidantesn Combustibles - Pulpa de madera, etc., etc. El contenido de la NG en las dinamitas varía desde 5% hasta el 90% de su contenido. El resto de los ingredientes están compuestos por combustibles y sales oxidantes, las cuales son incluidas en una variedad de porcentajes. Normalmente NO3NH4 y NO3Na son usados como oxidantes y aserrín de madera, azufre y algunas ceras vegetales son usadas como combustibles.
CLASIFICACIÓN DE LAS MEC. Agentes de voladura: AN/FO - AL/AN/FO - SAN/FO - AN/CO Mezclas explosivas de la nueva generación: Slurries (1ra, 2da, 3ra generacion) Emulsiones - AN/FO pesados AN/FO 3NH4NO3 + CH2 → 3N2 + H2O +CO2 + Q3 KCal/Mol Fue descubierto por accidente en 1940. El AN/FO a granel fue usado como agente de voladura seco en las operaciones mineras a tajo abierto y subterráneo. En las operaciones mineras donde no existe agua le obtienen buenos resultados en términos de fragmentación. La densidad está comprendida en el intervalo de 0.85 g/cc en caída libre. AL/AN/FO 6NH4NO3 + CH2 + 2Al→ 13H2O + Al2O3 + 6N2+ CO2 + Q3 KCal/Mol Fue inventado por el Dr. Alan Bauer, en Marcona el 12/12/68.- La adición de aluminio a la mezcla explosiva AN/FO, incrementa la energía entregada al detonar dicho agente de voladura, pero no en forma lineal en proporción al porcentaje de AL. El incremento de Al puede ser hasta un 25% a partir del cual la energía no variara y luego comenzara a decaer. S/AN/FO 8NH4NO3 + 16NaNO3 + 6C + 6CH2 + 12Al→ 22H2O + 16N2 +Na2O + 12CO2 + 6Al2O3+ Q3 KCal/Mol Inventado Anónimamente en la década del 70. Tiene las características, ventajas y desventajas del AN/FO y AL/AN/FO; esta constituido por oxidantes y combustibles. Los principales ingredientes son los siguientes: AN, SN, Al, C, etc., en diferentes proporciones, de acuerdo a las características físico-mecánicas de la roca. AN/CO 2NO3NH4 + C 4H2O+2N2+CO2+ Q3KCal/Kg Fue inventado por Dr. Carlos Agreda, en agosto 2002. Es un agente de voladura seco similar al AN/FO, pero la gran ventaja del AN/CO es que el costo por TM disparada es mucho menor, con mejores resultados de fragmentación ….Dentro de estas consideraciones se debe mencionar que es factible mezclar químicamente al nitrato de amonio (NO 3NH4) con el carbón (C) …..La reacción química exotérmica que toma lugar cuando dicha mezcla explosiva comercial esta balanceada en oxigeno O B ≈ 0….Se debe mencionar que para formular y elaborar el AN/CO, el carbón del tipo antracítico debe ser usado como combustible y sensibilizador del NO 3NH4. Slurries Fueron inventados por el Dr. Melvin Cook y Farnaman; en las minas de Sheverville-Labrador city – Canada.- Son explosivos que contienen H 2O, AN, TNT o Al, mas gomas gelatinosas o espesadoras…..Esta MEC proveen mayor seguridad, alta resistencia al agua, y en el momento de su detonación producen alta energía para hacer trabajo s de voladura de rocas. Slurries de la primera generación.- Composición típica de un slurry tipo alto explosivo (SHE), fueron las primeras mezclas comerciales de este tipo; y estas inicialmente fueron sensibilizadas por un alto explosivo como el TNT y sus características principales son las siguientes: Son sensibles a los fulminantes Nº 8. - Son muy resistentes al agua. - Pueden ser aplicados en diámetros pequeños en labores mineras subterráneas, etc. Composición: TNT 25 % - H2O 15 % - AN 59 % - Espesador 1 % Slurries de la segunda generación.- Composición típica de un slurry tipo agente de voladura (SBA). En este caso se usa al aluminio (Al) como sensibilizador y ninguno de sus ingredientes son intrínsicamente explosivos. No son sensibles al fulminante común Nº 8 y para su iniciación necesitan de un booster que produzca una alta presión de detonación (P 2). Composicion: AN 84.5% - H2O 13.5% - Al 1.0% - Espesador 1.0 % Slurries de la tercera generación. Estas mezclas explosivas comerciales son las más modernas y su característica principal es que usan como sensibilizador al Nitrato de MonoMetil-Amina (NMMA); y al igual que los slurries de la segunda generación no contienen entre sus ingredientes a ninguna sustancia explosiva propiamente dicha.
Emulsiones.- Es una dispersión coloidal de una fase combustible (Fuel Oil, wax) en una solución salina (AN, SN, CaNO 3, H2O); para impedir que se asienten al quedar en reposo, se agregan pequeñas cantidades de agentes emulsificantes (monometilaminas, sulfuros y ácidos sulfúricos de cadena larga o coloidales liofilicos). Emulsiones explosivas.- Una de las mejoras definiciones de una emulsión, ha sido dada por R. B. Clay, quien ha definido como sigue:”Una emulsión es una mezcla uniforme de combustible en agua”. Esta puede ser estabilizada por medio de ciertas sustancias llamadas emulsificantes.
Existen dos tipos principales de emulsiones que son los siguientes: Combustible en agua (O/W) - Agua en combustible (W/O). Adicionalmente, tienen agentes sensibilizadores (micro esferas de vidrio, perlita, etc.). Son resistentes al agua y producen alta energía para fragmentar las rocas en el momento de la detonación. DIAGRAMA CONCEPTUAL MOSTRANDO LA COMPOSICIÓN TÍPICA DE UNA EMULSIÓN. Mezclado Emulsión Oxidante - Agua - Combustible - Emulsificante Sensibilizador Solución Oxidante.- Generalmente está constituida por sales inorgánicas nitrosas (como Nitrato de Amonio), esta solución viene a hacer una solución acuosa concentrada. Los agentes de voladura acuosos (Water Gels).- No presentan una estructura uniforme. Combustible.- Son de origen orgánico tales como los derivados del petróleo, el combustible viene a hacer la fase continua , los que cubren cada partícula de los elementos sólidos dotando al producto de una excepcional impermeabilidad. Emulsificante.- El emulsificante es el ingrediente necesario para estabilizar a la fase continua con la fase dispersa. Es una grasa vegetal, es una mezcla soluble en aceite que forma una película alrededor de cada gota que sirve para evitar la coalescencia. Sensibilizadores.- Por la naturaleza aerófobica de las emulsiones, se hace necesario emplear micro burbujas de aire en micro esferas de vidrio, como regulador de la densidad y de la sensibilidad al iniciador (eventualmente perlita o compuestos gasificantes). Características principales. Alta densidad ( típicas en el rango de 1.12 – 1.18 ; 1.24 - 1.26 ; 1.36 ) Alta Velocidad de Detonación alrededor de 5 000 – 5 300 m/seg Alta Presión de Detonación Calor de explosión alto ( 1100 Kcal / cc ) Excelente resistencia al agua Categoría de humos ( Primera ) Vida útil ( alrededor de 6 meses ) Puede ser mezclado en planta o en el camión mezclador Facilidad de ajustar el grado de sensibilidad y la energía de la emulsión de acuerdo a las características físico-mecánicas de las rocas. Otra característica es que las emulsiones presentan una mayor afinidad entre los granos que componen la mezcla explosiva. Carguío de emulsiones a granel El carguio a granel de emulsiones es directamente al taladro en bancos de tajo abierto o canteras, tiene como elemento mecánico fundamental al camión mezclador-cargador, el cual cuenta con tolvas de diferentes capacidades para nitrato de amonio, emulsión, aluminio en polvo y tanque de petróleo, con descarga tanto por manguera como por brazo sinfín, capaces de dosificar mezclas en diferentes formulaciones. Emulsiones Ventajas Menor precio.
Excelente resistencia al agua. Posibilidad de conseguir productos con densidades entre 1 y 1.45 g/cm 3. Elevadas velocidades de detonación, 4.000 a 5.000 m/s. con poco efecto del diámetro de encartuchado. Gran seguridad de fabricación y manipulación. Posibilidad de mecanizar la carga y preparar los diferentes agentes de voladura. Desventajas La alterabilidad por las bajas temperaturas. La contaminación durante la carga si se utiliza a granel. El tiempo de almacenamiento y los periodos prolongados de transporte. AN/FO‘s Pesados Clay, decía que el AN/FO en su composición tenia aproximadamente 50% de aire de los cuales 30% estaba dentro de los gránulos del Nitrato de amonio Y 70% entre los gránulos de este. El aire que se encontraba dentro de los gránulos se aprovechaba para dar la sensibilidad; pero el aire que se encontraba entre ellos pasaba a ser un volumen perdido, con una mezcla explosiva comercial de alta densidad y resistente al agua, la mezcla explosiva comercial resultante tendrá mayor densidad y mayor resistencia al agua que el AN/FO con un costo adicional mínimo. El AN/FO pesado puede ser definido como un explosivo de la nueva generación, y que está compuesto por una mezcla de emulsión y AN/FO. Aprovechando los intersticios vacíos de los prills del NO 3NH4 del AN/FO. Dichos intersticios son rellenados con una emulsión matriz resultando el AN/FO pesado. Proporción del AN/FO Pesado: 30% de Emulsión - 70% de AN/FO Características del AN/FO Pesado. Es la Mezcla Explosiva Comercial mas moderna y la última que invento el Dr. Melvin Cook y su alumno R. Clay, a comienzos de la década del 80. Es una MEC, mas barata que una emulsión y con mejores propiedades físico-químicas que el AN/FO. Es muy resistente al H2O Los parámetros de detonación y explosión son muy adecuados para fracturar rocas muy competentes. En el momento de su detonación no genera gases nocivos, etc. Algunas pruebas a las que deben ser sometidas las MEC Las MEC que se usan en las operaciones mineras de voladura de rocas tanto en minería subterránea como superficial a nivel mundial, son las siguientes: Simpatía - Impacto - Fuego Densidad etc Pruebas para los agentes de voladura AN/FO: El AN/FO debe ser sometido a las pruebas de:Absorción y Retención del petróleo. En esta prueba se trata de demostrar si el AN usado para la formulación del AN/FO cumple con todas las especificaciones exigidas entre ellas buena absorción y retensión de petróleo. Si la proporción cuando de formulo el AN/FO fue la adecuada. De igual manera las demás MEC deben pasar ciertas pruebas de control de calidad, como por ejemplo: Densidad - Mínimo booster - VOD. BALANCE DE OXIGENO. MEC son formuladas para tener aproximadamente un balance de oxigeno OB ≈ 0, esto es que los elementos constituyentes principales tales como: H, N, O y C en la MEC deben estar en la proporción de tal manera que en los gases resultantes de la detonación todo el O 2 reacciona para formar H 2O, el N combinado reacciona para formar nitrógeno molecular N 2 y el carbón reacciona para formar CO 2.
Leet (1960) presenta las siguientes ecuaciones para calcular LA VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS P Y S Vp
2
K 4 / 3G
Vs
Donde:
2
G
Vp es la velocidad de propagación de la onda P Vs es la velocidad de propagación de la onda S es la densidad del material
m
d 1 V K W 2 LEYES DE ESCALA DE VIBRACIONES EN VOLADURA La distancia a escala, por lo tanto, combina los efectos de los cambios de peso (W) de la dispersión geométrica de la vibración en la distancia (d), Una ecuación empírica de la forma. La relación de la velocidad pico partícula con la distancia a escala fue desarrollada por Devine, et. Al (1966) usando gran cantidad de datos de vibración en voladura. Los factores locales del sitio para cada componente de la vibración, K y m, permiten la influencia de las características geológicas en la velocidad pico partícula y puede determinarse a partir de un gráfico logarítmico de la velocidad de partícula máxima versus la distancia a escala. SISMOGRAFO: Morris (1950) Un sismógrafo de tres componentes, como un sismógrafo Leet fue utilizada para registrar el desplazamiento en función del tiempo en las direcciones longitudinal, vertical y transversal. A partir de los rastros de este tipo la amplitud resultante máxima fue determinada por la suma de vectores. FENÓMENO DE LAS VIBRACIONES: Se entiende por vibraciones un fenómeno de transmisión de energía mediante la propagación de un movimiento ondulatorio a través de un medio. El fenómeno de vibraciones queda caracterizado por una fuente o emisor, esto es, un generador de vibraciones, y por un objeto o receptor de las mismas. El fenómeno de las vibraciones se manifiesta mediante un movimiento ondulatorio. En el caso de las vibraciones generadas en voladuras, se trata de unas ondas que se generan en el interior de la corteza terrestre, como consecuencia de la detonación del explosivo, y que se propagarán a través del macizo rocoso circundante, aunque puede propagarse también por el aire (en el caso de voladuras a cielo abierto). LEY DE LA TRANSMISIVILIDAD. De forma genérica, el nivel de vibración recibida en un punto, expresado como valor de velocidad de vibración V, es función directa de la carga de explosivo empleado Q, e inversa de la distancia D entre el punto de disparo y el punto de registro. Esto se puede expresar de forma genérica: Donde: V = Velocidad de vibración (mm/s) Q = Carga de explosivo (kg) V K Q D D = Distancia (m) K, y β son constantes que engloba n la geología del macizo rocoso. ONDAS QUE SE GENERAN EN EL MOMENTO DE LA DETONACIÓN DE UNA MEZCLA EXPLOSIVA COMERCIAL. Ondas principales o primarias (PW) Ondas transversales o de corte (SW) Ondas verticales (VW) Ondas longitudinales (PW).- Primarias o P. Son aquéllas en las que las partículas vibran en la misma dirección de la propagación de la onda. Son ondas de compresión, su velocidad es mayor que los demás tipos de ondas y pueden transmitirse por los líquidos. Ondas transversales (SW).- secundarias o S. Las partículas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. Son ondas de corte, su velocidad es menor y no se transmiten en medio líquido. max
Ondas superficiales. que se forman a lo largo de los contactos, por ejemplo en la superficie del terreno (ondas L). El registro de las ondas mencionadas anteriormente se efectúa con un sismógrafo y/o geófono. La relación aproximada entre la velocidad de las ondas P y S es la siguiente, válida para Coeficiente de Poisson u = 0.25: Vp = 1.732 Vs La onda se detecta mediante los aparatos denominados geófonos, que transforman el movimiento en -una señal eléctrica. La señal se recoge y almacena en un sismógrafo. LOS GEÓFONOS: se sitúan a lo largo de una línea recta llamada perfil sísmico. Los perfiles suelen ser de unos 100 metros de longitud, colocándose los geófonos a intervalos regulares cada 10 metros aproximadamente. La longitud del perfil debe ser de unas tres veces la máxima profundidad que se va a investigar con objeto de poder recibir las ondas refractadas. Con los perfiles normales de 100 metros se explora el terreno hasta una profundidad de unos 30 metros. A partir de los registros sismográficos obtenidos, se pueden determinar las velocidades de propagación Vp y Vs de las distintas capas del terreno así como las profundidades de los contactos entre distintos materiales. Para su determinación existen varios métodos (Método de los Frentes de Onda, Método Más-Menos, etc.) que se utilizan con ayuda informática. A partir de la velocidad Vp puede estimarse LA RIPABILIDAD de un macizo rocoso, así como su grado de alteración y facturamiento mediante la comparación con los valores considerados típicos para cada tipo de roca. También, se pueden obtener el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson dinámicos de la roca mediante las expresiones: 2 2 2 2
V P
2
2 V P
2V S
2
V S
E
2
V S
3V P
4V S
V S
2
V P
2
RIPABILIDAD: facilidad para fracturar eficientemente el macizo rocoso. VELOCIDAD DE LA ONDA: Es importante conocer la velocidad con la que viajan las ondas producidas por la detonación de una mezcla explosiva a través de los estratos rocosos, porque de esta manera se podrá incluir este valor en un modelo matemático para tratar de obtener buenos resultados en la fragmentación de una voladura de rocas. 1/ 2 Velocidad de ondas Longitudinales. K 4 / 3 G V P
Velocidad de ondas Transversales
R 1/ 2
G R R 3V P 4V S E d V P V S 1 V S
Módulo de Young Dinámico (Ed):
2
2
2
Coeficiente Poisson Dinámico.
2
V P 2V S 1 V P 1 V S 2
Para rocas ígneas = 0.25 Rocas sedimentarias = 0.33
2
2
2
Módulo de Rigidez Dinámico:
Módulo de Bulk Dinámico:
Gd
K
2
R
E d
V S
2
4V S / 3
R V P
2 1
2
FACTORES GEOMECÁNICOS DE LAS ROCAS. Planos de estratificación, fallas, diaclasas, contactos, etc. RMR: ROCK MASS RATING (Sistema de Clasificación Geomecánica) Q: Índice de Calidad Tunelera de la Roca. RQD: Índice de Designación de la Calidad de Roca. Densidad de roca (R) Resistencia tensional dinámica (Std) Resistencia compresiva (S C) ESTIMACIÓN DE LA VELOCIDAD El investigador Bollinger (1980) define cinco factores a tener en cuenta en el momento de escoger valores representativos de la velocidad, los cuales son: 1. Las tres componentes del sensor, longitudinal -L-, Vertical -Z- y transversal -E, representan una descomposición vectorial del movimiento de la roca. 2. La máxima amplitud en las componentes individuales puede ocurrir en diferentes posiciones de la señal, a diferentes momentos durante el evento de las vibraciones. 3. Con amplitudes y frecuencias cambiando continuamente en la señal debido al arribo de diferentes tipos de ondas (compresionales -P-, cortantes -S- y de superficie Rayleigh -R- y Love L-), se debe estimar donde, o en que segmento, se deben tomar las velocidades en las tres componentes. Normalmente se escoge la condición mas adversa que puede ser la máxima velocidad o el periodo mas amplio. 4. Usualmente en vibraciones producidas por voladuras se presenta una variación rápida en amplitud, por lo cual la forma de medir la velocidad pico debe ser evaluada para cada caso particular con el fin de obtener el valor más representativo del máximo movimiento del macizo rocoso. 5. En instrumentación antigua, en la cual los registros eran analógicos, las mediciones de amplitud se realizaban hasta el centro de la línea (amplitud pico). La suma vectorial, que representa la magnitud del movimiento de la partícula en cada instante de tiempo, es calculada mediante la siguiente expresión matemática:
S res t
S L t
2
S z t
2
S E t
2
1
Donde SL(t) es la señal –velocidad de la componente longitudinal, S Z(t) es la vertical y S E(t) es la transversal, y Sres(t) es que la magnitud con valores reales y positivos del movimiento de partícula. También es común realizar la suma vectorial de las componentes horizontales (Longitudinal y transversal), es que se calcula de la siguiente manera: 2 2 S res
h t
S L t
S E t
2
Sin embargo, en algunas ocasiones se recurre a la suma vectorial de los máximos de la señal, este valor puede ser calculado mediante la siguiente expresión matemática: S m
màx S t màx S t
màx S L t
2
2
z
2
E
3
Donde máx. (.) Es una función que encuentra el valor extremo de la señal y S m es un único valor máximo. Sm es conservativo y mayor al máximo de la suma vectorial, máx. (S res(t)).
CALCULO DE LA VELOCIDAD MÁXIMA DE LA ONDA. El calculo de la referencia se efectúa empleando un sismógrafo, cuyos registros indican las ondas: Principales (PW), transversales (SW) y verticales (VW), para lo cual se utiliza la siguiente expresión matemática: Donde: A = constante TV A = amplitud de onda t Mag t = intervalo de tiempo entre los arribos de las ondas Mag = constante de amplificación del sismógrafo. CALCULO DE LA VELOCIDAD. En la vertical se toma la mayor amplitud de onda de cualquiera de las tres ondas registradas por el sismógrafo, es decir la onda principal, la onda transversal y la onda vertical. Posteriormente se mide el tiempo de la mayor amplitud en la horizontal que es multiplicada por la constante factor del sismógrafo que se utilizo en la prueba. Algunas formulas a ser usadas en el modelo matemático. Modulo de Young - Relación de Poisson - Modulo de Bulk. - Modulo de rigidez.
E
1
x
Velocidad de la onda “P”
E " P w "
3
G
-
d x
K
E
31
2
G
E
2 1
Velocidad de la onda “S” "
S w "
4
R
G
R
Donde R = densidad de la roca
ETAPAS DEL PROCESO DEL FRACTURAMIENTO DE ROCAS Primera fase: Fracturas radiales (Brisance) Cuando cualquier mezcla explosiva comercial que se encuentra cargada dentro de un taladro es detonada, se producen ondas compresivas o de choque. La forma y magnitud de estas ondas compresivas que viajan a altas velocidades cuyo rango esta entre 3,000 – 5,000 m/seg., dependerá del tipo de mezcla explosiva comercial, del tipo de roca, del numero y posición de los boosters, altura de carga, diámetro del taladro y la relación de la velocidad de detonación con la velocidad de propagación de las ondas a través del macizo rocoso. •
•
Segunda fase: Empuje hacia adelante (heave) Las altas presiones de los gases, hacen que estos produzcan las ondas compresivas las cuales serán refractadas y reflejadas …...Las ondas compresivas reflejadas cambiaran de signo (negativo) y se convertirán en ondas tensionales. Esta transformación ocurrirá cuando las ondas compresivas arriben a una cara libre, cuando la masa rocosa cambie de densidad o cuando ellas encuentran fallas geológicas o planos estructurales, etc., etc …...El fracturamiento de la roca comenzara en la cara libre o en cualquier discontinuidad donde las ondas compresivas son reflejadas…….Cuando las ondas compresivas cambian de signo y se convierten en ondas tensionales; ellas regresan de la cara libre o cualquier discontinuidad estructural, hacia el punto de origen de la detonación fracturando el macizo rocoso; porque este falla más fácilmente por efecto de las ondas tensionales que por el de las ondas compresivas ………En general, es muy conocido que la resistencia
tensional dinámica de cualquier tipo de roca es menor que su resistencia compresiva dinámica……Las ondas tensionales producirán el empuje hacia delante (HEAVE) del macizo rocoso en la zona mas cercana a la cara libre (burden) ……..El empuje hacia delante (HEAVE) entre otros factores dependerá de lo siguiente: Tipo de roca, cantidad y calidad de la mezcla
explosiva comercial, las mallas de perforación y voladura a ser usadas en el disparo primario, etc., etc. •
Tercera fase: Fragmentación En esta etapa se produce la fragmentación total de la roca. JOHANSSON: Ha dicho que:”Bajo la influencia de las altas presiones de los gases producidos por la detonación de cualquier mezcla explosiva comercial; las primeras fracturas radiales son extendidas, la cara libre falla y esta es movida hacia el frente”.
Como en el caso del empuje hacia adelante (HEAVE); la primera parte del macizo rocoso es movida hacia adelante y la nueva cara libre reflejara lo restante de las ondas de choque producidas por las ondas compresivas ….…Luego, las ondas tensionales son suficientes para fracturar el macizo rocoso en estudio. Este proceso continuara hasta que las ondas tensionales requeridas para fracturar al macizo rocoso; y por fin todo el proceso del fracturamiento de rocas habrá terminado.
La FRAGMENTACIÒN es la más importante y única variable que debe ser tomada en cuenta para evaluar los resultados de un disparo desde un punto de vista técnico-económico-ecológico. Es debido a que la fragmentación es la única variable que Inter.-relaciona a todas las operaciones minero-metalúrgicas que conforman el ciclo total de la extracción del mineral (pre-minado, minado propiamente dicho, procesamiento de minerales, y venta de los productos minerales) . Discusión.- La discusión final seria diciendo que si se quiere maximizar producción y productividad en cualquier operación minera se debe maximizar la FRAGMENTACION del material rocoso; y para lograr esto en primer lugar se debe entender bien el proceso de fracturamiento de rocas y luego usar la ciencia y tecnología mas moderna en voladura de rocas, y en especial los modelos matemáticos (softwares) que representen o simulen a la operación minera unitaria de la referencia.
