Manual de Perforación y Voladura. Tema 2, 3 y 4 Variables, Explosivos y Mecanica
Manual de Perforación y Voladura. Tema 2, 3 y 4 Variables, Explosivos y Mecanica
Manual de Perforación y Voladura. Tema 2, 3 y 4 Variables, Explosivos y Mecanica
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
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VOLADURA DE ROCAS]
CAPITULO VII
7.
controlables en todo trabajo de voladura, estos llegan a clasificarse en tres grupos a saber:
Qumico Fsicas (Tipo de explosivos, potencia del explosivo, energa, sistemas de carga, etc.)
Una vez determinadas estas variables, es aconsejable darle forma a los parmetros 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 diseo.
Variables de Diseo
H
Altura de Banco
L
LV
AV
Be
Retiro Efectivo
Espaciamiento
Longitud de la Voladura
Se
Espaciamiento Efectivo
Sobre excavacin
Ancho de la Voladura
Angulo de Inclinacin de
Barreno
Grieta de Traccin
Sobreperforacin
Descabezamiento
Longitud de la Carga
Retacado
Crter
Dimetro de la Carga
Angulo de Salida
Carga Desacoplada
Retiro
Repi
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7.1. DEFINICIONES
Algunas definiciones para tener en consideracin para su mejor entendimiento y que sern utilizadas en
este Capitulo, son:
Bancos: Superficie en el terreno, generalmente horizontal con caractersticas geomtricas tales, que facilitan
las operaciones de perforacin, estn dispuestas en una altura en metros definida en el plan de mina y en forma
escalonada.
Altura de Banco (H): corresponde a la cota topogrfica definida por los estudios geotcnicos y avalada en el
plan de minas por los entes reguladores, en el caso venezolana esta funcin corresponde al Ministerio de
Petrleo y Minera (MENPETM) y al Ministerio de los Recursos Naturales (MARN), la relacin optima de la
altura de banco esta definida por la ecuacin (H/B 3). Si H/B = 1, se obtiene una fragmentacin gruesa con
problemas de repis y sobrexcavacin, si H/B = 2, estos efectos se aminoran,, pero con H/B 3, los efectos son
casi nulos. Esta relacin se cumple en canteras y minera de carbn, pero en minera de metlicos, la altura de
banco viene impuesta por el alcance del equipo de carga y la dilucin mineral.
Longitud del Barreno (L): Longitud de perforacin realizada en el rea a volar definida por la altura del banco.
rea a Volar: Denominacin que recibe el sector previamente seleccionado para ser volado.
Diseo localizado: Es la ubicacin exacta de los barrenos ya perforados en los planos de diseo topogrficos.
Bolones: Son rocas de gran tamao, producto a veces de una mala voladura.
Malla de Perforacin: Representa la disposicin de los barrenos en el terreno definida por el espacial burden o
retiro y espaciamiento.
Dimetro del Barreno (b): definido por el dimetro de la broca de perforacin, diseado segn las
caractersticas del macizo rocoso, el grado de fragmentacin deseado, la altura del banco, configuracin
del as cargas y por el equipo de perforacin seleccionado.
Burden o retiro (B): Distancia ms corta a la cara libre, en una malla de perforacin, esta variable depende
del dimetro de la perforacin, de las propiedades de la roca, de los explosivos a utilizar, de la altura del banco y
el grado de fragmentacin 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 terico
previsto pueden darse en las siguientes situaciones:
a.
b.
c.
d.
Si el burden es excesivo, los gases de explosin encuentran mucha resistencia para agrietar y desplazar la
roca y parte de la energa se transforma en energa ssmica aumentando la intensidad de las vibraciones, este
fenmeno se puede observar en las voladuras de precorte donde el confinamiento es total y se registran niveles
de vibraciones hasta cinco veces superiores a los registrados en voladuras en banco, si por el contrario los
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VOLADURA DE ROCAS]
valores son reducidos los gases se escapan y expanden a una velocidad muy alta hacia el frente libre,
impulsando a los fragmentos de roca, proyectndolos de forma incontrolada y produciendo un aumento en la
sobrepresin area y el ruido.
Espaciamiento (S): Distancia ms larga entre barrenos de una misma fila en una malla de perforacin, as
como en el calculo del Burden, esta variable depende del retiro y se calcula en funcin al retiro, el tiempo de
retardo de los barrenos y entre barrenos y de la secuencia de encendido. Espaciamientos pequeos (Ver Figura
8.2.) producen entre las cargas un exceso de trituracin y roturas superficiales en crter, bloques de gran
tamao por delante de la fila de barrenos y problemas de repis.
Retacado (T): Volumen del barreno relleno de material inerte generalmente en superficie y que esta
definido por la relacin de carga del barreno y el dimetro del mismo, por regla general al aumentar el
dimetro del barreno, aumenta el retacado, guarda relacin con este mediante la forma (T/b <60). Tiene
la misin de confinar y retener los gases producidos durante la explosin para permitir que se desarrolle
por completo el proceso de fragmentacin de la roca. Si este es insuficiente se produce un escape
prematuro de los gases generando problemas de onda area 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
vibracin.
Para su determinacin se debe tomar en cuenta:
1.
2.
Por lo general se emplea el material de detritus de perforacin ya que esta disponible junto al barreno,
sin embargo se recomienda el material producido en la trituracin y seco, ya que el aumento de la
humedad disminuyen el riesgo de eyeccin de la roca, el tamao del material de retacado debe estar entre
1/17b y 1/25b.
Respecto a la longitud del retacado ptima se considera entre 20b y 60b, aumentando esta
conforme disminuye la competencia y calidad de la roca, se recomienda contar con una longitud de
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retacado
superior
25b,
para
evitar
problemas
de
onda
area,
proyecciones,
cortes
sobreexcavaciones.
Sobreperforacin (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 fragmentacin y desplazamiento adecuado que permita al equipo de
carga alanzar la cota de excavacin prevista.
Si la sobreperforacin es pequea, no se producir el corte a la rasante proyectada, dando como resultado
la aparicin de repis con un considerable aumento en los costes de carga, pero si esta es excesiva se
producir:
1.
2.
3.
Fragmentacin excesiva en la parte alta del banco inferior, que provocara problemas en la perforacin
del mismo y afectara en las zonas finales de cota a la estabilidad de los taludes.
4.
La rotura en el fondo del barreno se produce en forma de cono invertido con un ngulo con la horizontal
dependiendo de la estructura del macizo y de las tensiones residuales, normalmente esta entre 10 y 30. El
valor de la sobreperforacin se puede obtener de la formula:
J = 0,30B
Puesto que se cumple la relacin S = 1 a 1,40B y adems
J / B = Tag x ( S / 2),
Para eliminar la sobreperforacin se recomienda utilizar explosivos con alto valor de concentracin de
energa por unidad de longitud en la parte inferior de la carga y el empleo de barrenos inclinados.
Como dato curioso en las labores de minera de carbn en capas horizontales, para eliminar los efectos de
trituracin de los extremos de las cargas, la sobreperforacin toma valores negativos ya que se efecta un
relleno en el fondo del barreno en longitud aproximada de 4b.
Angulo de Salida (): Corresponde al ngulo de incidencia de un barreno respecto a la disposicin de los
barrenos en la malla de perforacin.
Angulo de Inclinacin del Barreno (): Corresponde al ngulo que se le da a la perforacin respecto a la
vertical y que se encuentra relacionado con los parmetros geotcnicos de la roca, mientras la perforacin
este inclinada se presentan ventajas a saber:
1.
2.
Mejoran los problemas de cortes en las lneas de iniciacin y por consiguiente los fallos en las
voladuras.
3.
Taludes con paredes ms sanas, estables y seguras en los nuevos bancos creados.
100
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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 sobreperforacin y mejor aprovechamiento de la energa del explosivo, lo que se traduce en una
reduccin en las vibraciones en el terreno.
6.
7.
En minera de carbn, no se produce sobre trituracin de este durante la voladura del estril.
8.
2.
3.
4.
5.
Disminucin de la energa de empuje de las perforadoras, por lo que en rocas duras el avance esta
limitado al ngulo de inclinacin 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 mecnica de los equipos.
7.
8.
Mayor dificultad en la evacuacin del detritus de perforacin, requiriendo mayor caudal de barrido.
9.
Dificultades en la carga de los barrenos con explosivo en especial en barrenos con presencia de agua.
Relacin entre Voladura y Carguo: El logro de un mejor resultado en la fragmentacin del macizo rocoso
influye positivamente en el rendimiento de los equipos de carguo. Esto ocurre principalmente por ocupar
menores tiempos en la remocin 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 Perforacin: En las voladuras en banco, los esquemas utilizados son en cuadrado (Ver
Figura 7.4) rectangular debido a la facilidad del replanteo en el emboquille, no obstante el esquema mas
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VOLADURA DE ROCAS]
efectivo es el denominado tresbolillo (Ver Figura 7.5), y el mejor de estos es el que replantea barrenos en
forma de tringulos equilteros.
Si
se
considera
un
esquema
Como la cada de la tensin 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 energa
que es el esquema al tresbolillo
equivalente.
En rocas blandas, los resultados
con
esquemas
cuadrados
son
Geometra del Frente Libre: la geometra del frente mas efectiva es aquella en la que cada punto de esa
superficie equidista del centro de la carga del explosivo, con pequeas cargas esfricas, esta situacin se
presenta en las rocas (voladura secundaria), donde con una pequea 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 produccin con cargas cilndricas las condiciones difieren y son necesarias
mayores cantidades de explosivo. La geometra del frente mas efectiva se consigue:
1.
Disponiendo la cara libre y los barrenos de forma que sean paralelos o formen el ngulo mas
pequeo posible.
2.
Estando la roca prxima a la superficie algo fracturada por las voladuras precedentes.
3.
Diseando una secuencia de encendido en la que cada barreno disponga de un frente que forme
una superficie semicilndrica convexa o biplanar.
En el caso de voladuras subterrneas, en los cueles de los tneles o cuando se abren chimeneas
disparando barrenos contra un frente libre cncavo, la fragmentacin y el desplazamiento se consiguen
con grandes dificultades, esto explica que la distancia desde los primeros barrenos a dichos huecos
sean mas pequeas que las que se precisaran disponiendo de una cara libre plana o biplanar (Ver
Figura 7.6)
102
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VOLADURA DE ROCAS]
los
que
se
mencionan
continuacin:
Fig. 7.6. Voladura de una chimenea
1.
2.
3.
Para eliminar alguno de estos problemas se recomienda iniciar la voladura desde un rea alejada del
frente cubierto y disear la secuencia de encendido con una direccin de salida paralela a dicho frente.
Tamao y Forma de la Voladura: El tamao de la voladura debe ser tan grande como sea posible, pues
se consiguen las siguientes ventajas:
1.
2.
Menor longitud porcentual de la zona perimetral de las voladuras, donde se produce una
fragmentacin mas deficiente debido a:
En general, la fragmentacin en voladuras mltiples es menor que en las de una sola fila, tambin en
voladuras de minerales metlicos en labores subterrneas dan mejores resultados.
La forma de la voladura debe ser tal que:
Con un frente libre la relacin Longitud de Frente / Anchura (LV/AV) sea mayor de 3.
Con dos frentes libres, las voladuras deben disearse con LV/AV > 2.
Aumento de la intensidad de las vibraciones y onda area producidas, por lo que en algunos
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Volumen de Expansin Disponible: Cuando la roca se fragmenta se produce una reduccin del volumen,
si el barreno en que se expande el material en menor al 15% del volumen de este, los mecanismos de
rotura se vern afectados negativamente y los fragmentos de roca tendern a entrelazarse dando como
resultado un apelmazamiento o confinamiento de estos.
En voladuras subterrneas de gran tamao, se recomienda que el volumen de expansin disponible sea
mayor al 25% para conseguir un flujo adecuado de la roca hacia los puntos de carga y evitar la formacin
de campanas colgadas (material amontonado en el frente volado).
En tneles y galeras si el barreno del cuele es de un volumen pequeo, se produce un fenmeno de
sinterizacin o deformacin plstica del material finamente volado, siempre que sea posible se recomienda
que el volumen de expansin sea mayor al 15% del propio volumen del cuele. Caso excepcional en
voladuras donde no se dispone de barrenos vacos, el empuje de la roca se conseguir a expensas de
aumentar la carga especfica en dicha zona.
Configuracin de las Cargas: Cuando los barrenos sean de pequea longitud se recomiendan columnas
continuas de explosivos, pero si los barrenos son de gran longitud, la mejor relacin costo/efectividad se
obtendr con cargas espaciadas. Haries y Hagan (1979), han demostrado que la tensin de una carga
detonada aumenta cuando la relacin I/ b se incrementa de 0 a 20, permaneciendo constante a partir de
ese valor.
De esta forma, empleando la relacin
I/b = 20, se
Donde este problema no es un condicionante, el inters por este tipo de configuracin de cargas depender
de la diferencia entre el ahorro potencial de explosivo y el tiempo, grado de complejidad y costos de iniciacin
aadido 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 limitacin y sea preciso
disminuir las cargas operantes mediante la seleccin y secuenciado del explosivo dentro de un mismo
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VOLADURA DE ROCAS]
barreno. En Obras a cielo abierto, la altura de banco mnima para aplicar cargas espaciadas de forma
efectiva debe ser tal que H/ b > 70.
En voladuras donde la litologa del terreno,
presenta una relacin 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.
Tambin cuando la perforacin 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
fragmentacin, estos barrenos por regla general
una profundidad no mayor a 40b y con secuencia de salida instantnea al barreno de la fila
inmediatamente posterior en la voladura.
Desacoplamiento de las Cargas: La curva Presin Tiempo de los gases de la explosin (Ver Tema 3),
puede controlarse para un explosivo encartuchado con dos tcnicas conocidas como desacoplamiento y
espaciamiento de las cargas. El primero consiste en dejar un espacio vaci o relleno con 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 fragmentacin y
uniformidad de la granulometra, disminuyndose el porcentaje de la voladura secundaria entre 2 y 10 veces,
as como el consumo especifico de explosivo y la intensidad de las vibraciones.
La presin 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 =
Presin de Barreno
Ve =
Vb =
En la actualidad, la tendencia para controlar la curva de presin, consiste en emplear un explosivo a granel al
que se le aade un material diluyente en la proporcin adecuada, este mtodo es menos laborioso, mas
efectivo y econmico y se esta aplicando con profusin en las voladuras de contorno.
Explosivos: La eleccin de un explosivo para una determinada operacin, requiere una cuidadosa atencin
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 detonacin, que producen una alta presin
de barreno, para rocas intensamente fracturadas o estratificadas en las que la superficie total de las
discontinuidades representa un rea 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 Energa de Tensin (ET) y la Energa
de los Gases (EB), cada explosivo define estas energas dependiendo del dimetro de las cargas, de la
densidad y del sistema de iniciacin. En este orden, las emulsiones poseen alta ET y aplican en rocas
masivas duras y en las situaciones donde no es requerido un mximo desplazamiento. Si en una detonacin
se producen muchos finos por efecto de la trituracin de la roca, se deben emplear los ANFOS o agente de
voladura de baja densidad o en casos las mezclas con sustancias inertes.
Distribucin de los Explosivos en el Barreno: En voladuras en banco (Figura 8.9), la energa necesaria
para que se produzca la rotura de la roca, no es constate en toda su altura. En efecto la energa generada
por el explosivo debe superar la resistencia a trac cin de la roca en la seccin (CDD`C`) y la resistencia
resistencia a cizallamiento en la seccin (A`B`C`D`).
Como la resistencia a Cizallamiento es superior a
la resistencia a traccin, es preciso emplear una
distribucin de cargas selectiva, de forma que la
energa especfica en el fondo del barreno sea de
2 a 2,5 veces superior a la energa 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. Segn Langefors, prolongar la carga de
fondo por encima de una longitud igual al valor del
Burden no contribuye apreciablemente al efecto
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 cilndricas alargadas en explotaciones mineras a cielo abierto de gran dimetro (299 415)mm, se ha extendido el uso de cargas continuas de ANFO a granel, mezclas (Emulsin/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.
106
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2.
3.
4.
1.
2.
Con una mala distribucin de la carga, disminucin de la resistencia a la eyeccin del retacado, disparo
contra un frente libre cncavo biplanar o cubierto de escombros, relacin Longitud/Altura inadecuada y
tiempo efectivo de retardo inadecuado.
Cuando se utilizan barrenos paralelos al frente libre y esquemas triangulares equilteros iniciados con
secuencias en V1 o V2 los consumos especficos sern menores.
Los CE altos adems de proporcionar una buena fragmentacin, desplazamiento y esponjamiento de la roca,
dan lugar a menores problemas de repis y ayudan a alcanzar el punto ptimo de los costos totales de
operacin (Perforacin, Voladura, Carga, Transporte y Trituracin).
TIPO DE ROCA
CONSUMO ESPECIFICO
(Kg/m3)
0,60 1,50
0,30 0,60
0,10 0,30
En la Tabla podemos ver los valores tpicos del CE en diversas clases de rocas para voladuras en banco a
cielo abierto. Para voladuras subterrneas el CE puede variar entre 0,90 7 kg/m3, dependiendo del tipo de
roca, superficie libre, dimetro el barreno y tipo de cueles.
Iniciacin 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 caractersticas resistentes y estructurales de la roca. Tambin cuando se desea aumentar la
tensin en un tramo de la roca mas dura dentro del rea 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 vibracin producidos y hacer que se consiga una mayor
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Perforacin Especifica (PS): Se define por Perforacin Especifica, el volumen o la longitud de los barrenos
perforados por una unidad de volumen de roca, al igual que sucede con otros parmetros de diseo, la
Perforacin Especifica es funcin de la volubilidad de las rocas. La expresin que sirve para calcular la
Perforacin Especifica (PS) en m/m 3 es:
Donde:
cos J
PS
B
S H
cos
Calidad de la Perforacin: Este punto ser tocado en el tema 1, por lo que podemos revisar lo relativo a los
errores a que se incurre en la perforacin tales como:
1.
2.
3.
Errores de desviacin.
4.
5.
Efectos de la desviacin de los barrenos en la prctica: para determinar estos valores se puede tomar
como criterio gua la siguiente ecuacin, para estimar la precisin de la perforacin cuando se utilizan
accesorios adecuados a las longitudes de los barrenos:
Donde:
2b
s
r L
1.000
6.
Control de las desviaciones de los barrenos: actualmente se utilizan herramientas para ejercer control
en las desviaciones como; sistemas de brjulas magntica-clinmetro, clinmetro qumico de cido,
Girocomps y Sistemas de dos Clinmetros.
108
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VOLADURA DE ROCAS]
7.2. TERMINOLOGA
Trminos usados en Explosivos y Voladuras.
Abolladura:
Aceleracin:
Adit:
Agente de voladura:
Alto explosivo:
Altura de arco:
Aluminio:
Amplitud:
Ver desplazamiento.
ANFO:
rea de voladura:
Avance:
Excavacin horizontal subterrnea en roca, longitud excavada del tnel por cada
disparo.
Balance de oxgeno:
Banco inferior:
Banco:
Barreno de alivio:
Barreno de bloque:
Barreno de carga:
Barrenos de contorno:
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. Tambin se llama gel de
agua.
Bloque:
Boca:
Bola de cada:
Peso de acero suspendido por una guaya usado para romper bloques por impacto.
Booster:
Carga de alto explosivo usado para intensificar la reaccin del explosivo y aumentar la
estabilidad de detonacin. Tambin se le conoce como reforzador, multiplicador o
primer.
Brisancia:
Cable de conexin:
Cable que une los detonadores elctricos con el cable de disparo o para usos de
extensin.
Cable de disparo:
Cmara:
Fondo del barreno que se ensancha con cargas explosivas pequeas permitiendo la
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VOLADURA DE ROCAS]
Cara:
Carga base:
Carga de columna:
Carga de concusin:
Carga de fondo:
Carga especifica:
Cartucho de cebo:
Cartucho:
Cebado axial:
Circuito de voladura:
Cobertor de voladura:
Conector de retardo:
Cordn detonante:
Cordn con ncleo de alto explosivo de cubierta plstica o trenzada con recubrimiento
de cera usado para iniciar cargas explosivas.
Cortes:
Cuele de tnel 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 tneles 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:
Cuello:
Distancia del tope de la carga de columna a la boca del barreno. se llena con material
de retacado.
Decibel:
Deflagracin:
Densidad de carga:
Densidad:
Desplazamiento:
Detonacin prematura:
Detonacin:
Reaccin explosiva supersnica que crea una onda de choque de alta presin, calor y
gases.
Detonador corriente:
Detonador de seg:
Detonador de milisegundo:
Detonador de retardo corto con menos de 100 milisegundos de retardo entre nmeros
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subsecuentes.
Detonador de retardo:
Detonador elctrico:
Detonador instantneo:
Detonador:
Dispositivo que contiene una carga detonante usada para iniciar un explosivo.
Detrito:
Dimetro crtico:
Dimetro mnimo de un explosivo para que se propague con una detonacin estable.
Diario de voladura:
Dinamita:
Alto explosivo inventado por Alfred Nobel. Cualquier alto explosivo que contiene
nitroglicerina como sensibilizador.
Dinamitero:
Disparador:
Distancia escalada:
Electricidad extraa:
Emulsin:
Energa de burbuja:
Escaleo:
Escarificado:
Remocin de la sobrecapa.
Espaciamiento:
Esponjamiento:
Explosin:
Explosivo a granel:
Explosivo primario:
Explosivo:
Mezcla qumica que al reaccionar forma gases y calor a alta velocidad ocasionando
altas presiones.
Explosor:
Falla de disparo:
Falla:
Fisuras:
Fragmentacin:
Frecuencia:
Frente:
Grupo o serie de barrenos que conforman una voladura cuando son interconectados.
Fuel oil:
111
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Fuga de corriente:
Galvanmetro:
Grano:
Sistema de medida de peso. 7000 granos equivalen a una libra (15400 granos = 1
kg). se usa para expresar el gramaje del cordn detonante en granos/pie. 50
granos/pie son aproximadamente 10 g/m.
Hastial:
Hertz:
Humos:
Iniciacin:
Intervalo:
Levantadores:
Lnea descendente:
Lnea troncal:
Lnea de cordn detonante usado para conectar las lneas descendentes en un frente
de voladura.
Material suprayacente:
Consiste en la capa de estril que est por encima de una mena. en voladuras de
construccin representa la capa superior a ser removida.
Mecha de seguridad:
Ncleo de plvora negra cubierto con hilos y materiales impermeables usado para
iniciar detonadores corrientes.
Mecha engargolada:
Mecha rpida:
Medidor de circuito:
Microbalones:
Esferas huecas de vidrio o plstico que se aaden a los materiales explosivos para
aumentar su sensibilidad asegurando un contenido adecuado de aire entrampado. en
emulsiones explosivas, los microbalones actan de esta forma.
Milisegundo:
Monxido de carbono:
Nitroglicerina:
Nivelado:
Voladura de bancos bajos donde la altura del banco es menor que el doble del retiro
(2xb).
Ohnmetro:
Onda area:
Onda de choque resultante de una detonacin, puede ser causada por movimiento de
roca o expansin de gases.
Oxidante:
112
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Patrn de perforacin:
Perforacin en lnea:
Perforacin especfica:
Pie:
Pila:
Plan de voladura:
Polvorn:
Potencia en volumen:
Pozo ascendente:
Tnel o pozo que se excava de un nivel inferior a uno superior con una inclinacin de
por lo menos 45.
Pozo descendente:
Precorte:
Presin de detonacin:
Prill:
Propagacin:
Proyeccin:
Puente de incandescencia:
Resistencia al agua:
Retacado:
Material inerte que se usa para confinar los gases generados por la carga, tambin
llamado taco.
Retacador:
Retacar:
Sensibilidad al detonador:
Sensibilizador:
Sensitividad:
Series de perforacin:
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.
Simpata:
Sobreperforacin:
113
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Sobrepresin de aire:
Sobrerompimiento:
Fractura excesiva de roca ms all del contorno terico, roca fragmentada ms all
de los lmites de la ltima hilera de barrenos.. Tambin es llamado Back break
Tiempo de retardo:
Tiempo de vida:
Lapso de tiempo que un explosivo puede ser almacenado sin perder sus propiedades.
Tormenta elctrica:
Transmisin:
Tnel de acceso:
Tnel:
Velocidad
de
detonacin
confinada:
Velocidad
de
detonacin
no
confinada:
medio de confinamiento.
Velocidad de detonacin:
Velocidad de partcula:
Medida de vibracin del terreno. velocidad a la cual la partcula del terreno vibra
cuando es alcanzada por una onda ssmica.
Velocidad de propagacin:
Velocidad de vibracin:
Angulado de los barrenos de contorno de un tnel por afuera del contorno terico
para dejar espacio al equipo de perforacin para el siguiente ciclo.
Voladura amortiguada:
Voladura controlada:
Voladura cuidadosa:
Voladura de banco:
Voladura- Od:
Voladura secundaria:
Voladura suave:
Voladura:
Web:
114
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
CAPITIULO VIII
8.
. EXPLOSIVOS.
La rotura de un macizo rocoso empleando explosivos, consiste en la utilizacin de un medio fsico para
disponer de una energa bajo unas caractersticas qumicas 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 energa de forma controlada en espacio y tiempo pueden lograr la fragmentacin de dicho
macizo.
Un concepto generalizado en el medio minero, es el dispuesto por Berthelot, La repentina expansin de
los gases en un volumen mucho ms grande que el inicial, acompaada de ruidos y efectos mecnicos violentos
Los tipos de explosin son:
Mecnicos.
Elctricos
Nucleares y
Combustin Propia: Se define como la reaccin qumica con la capacidad de desprender o generar calor,
pudiendo ser o no percibido por el humano.
Una vez hincado el explosivo, se genera una onda de choque a presin que se propaga a travs de su
masa, esta onda da la energa necesaria para activar las molculas de la masa del explosivo alrededor del
foco iniciador de energetizado, provocando as una reaccin en cadena.
115
[MANUAL
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VOLADURA DE ROCAS]
VR
DETONACIN
TRANSICIN
INICIACIN
DEFLAGRACIN
TIEMPO (Tf)
masa de explosivo, producindose la detencin de la detonacin, en estos casos los barrenos quedan
cargados siendo un peligro para la seguridad de las dems actividades en la mina o cantera, incluso en obras
civiles.
8.2. PROCESO DE DETONACIN
La detonacin consiste en la propagacin de una reaccin qumica que se mueve a travs del explosivo
a una velocidad superior a la del sonido en dicho material, transformando a este qumicamente, caracterizando
esta reaccin por la iniciacin y soportada por una onda de choque supersnica.
El proceso de iniciacin 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 reaccin, determinando el plano llamado de ChapmantJouguet (C-J), donde se admite el equilibrio qumico; por detrs del plano C-J, se producen reacciones qumicas
importantes, particularmente de las partculas de gran tamao y de los combustibles metlicos. Estas reacciones
secundarias pueden afectar el rendimiento del explosivo, pero no influyen en la velocidad de detonacin y en la
estabilidad de la reaccin. En un explosivo normal la zona de reaccin primaria esta sujeta al dimetro del mismo,
del orden de milmetros, 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
dimetro del barreno.
Por detrs del plano C-J, se encuentran los productos de reaccin, y en casos existen partculas inertes,
generndose productos como gases a altas temperaturas del orden de (1500 - 4000)c, y presiones por el orden
de (2 - 10)GPa. Los gases bajo estas condiciones de P y T, se expanden rpidamente y producen una onda de
tensin 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 explosin, determinada por Cook mediante un mtodo fotogrfico de rayos X,
alcanza un valor de 0,25 la Velocidad de Detonacin, si se tienen los siguiente fundamentos:
PD e VOD Up
Nota: 1MPa = 145,037 lbf/in
Donde;
PD
VOD
Up
116
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
PD
e VOD
PD
VOD
La Presin Termoqumica o presin mxima disponible para efectuar un trabajo (PE), se considera que
vale la mitad de la Presin de Detonacin (PD), si por el contrario la carga explosiva se encuentra en contacto con
la pared del barreno, la presin ejercida sobre la misma por los gases de explosin es igual a la Presin
Termoqumica.
Para iniciar un explosivo, es necesario suministrar un determinado nivel de energa por unidad de
volumen en un punto del explosivo, una de las teoras que explica el mecanismo de iniciacin es la denominada
Teora de los Puntos Calientes o Hot Spots, que son pequeos elementos de materia donde se encuentra la
energa aportada al explosivo, estos se pueden formar por compresin adiabtica de pequeas burbujas de aire,
gas o vapor, retenidas dentro del explosivo, por friccin 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, partculas slidas o de aire, para sensibilizar a algunos agentes explosivos.
8.3. TERMOQUMICA DE LOS EXPLOSIVOS
Esta se refiere a los cambios de energa interna, en forma de calor, la energa almacenada en un
explosivo se encuentra en forma de energa potencial, latente o esttica. La energa potencial liberada a travs
del proceso de detonacin se transforma en energa cintica mecnica.
La Ley de Conservacin de la Energa, establece que en cualquier sistema aislado la cantidad total de
energa es constante, aunque su forma puede cambiar:
ENERGIA POTENCIAL = ENERGIA CINETICA = CONSTANTE
Pero no toda la energa e transforma en trabajo til ya que se generan algunas perdidas. Es frecuente
hacer un calculo terico basado en el conocimiento de las leyes fsico-qumicas, para predecir las propiedades de
los explosivos parmetros del a detonacin. Un calculo aproximado se puede hacer con aquellos explosivos con
un balance de Oxigeno nulo o muy ajustado, con los que en la detonacin ideal solo se produce CO2, H2O, N2 y
O2, es en estos casos donde se aplica el Mtodo de Anlisis Termodinmico, cuando el explosivo no tiene un
balance de oxigeno equilibrado, determinar los parmetros de detonacin del explosivo se hace complejo y no es
mas sino con el empleo de ecuaciones no lineales que se pueden conseguir.
8.4. PARMETROS DE DETONACIN DEL EXPLOSIVO
Los parmetros termoqumicos ms importantes y el mtodo simplificado de clculo se exponen
seguidamente:
Calor de Explosin: Cuando se produce una explosin a presin constante, solo se ejerce un trabajo de
expansin o compresin. La primera Ley de la Termodinmica establece que:
117
[MANUAL
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VOLADURA DE ROCAS]
Donde;
Qe Ue P V
Qe
Ue
= Presin
= Volumen
Como Ue + P x V, se refiere al calor contenido o Entalpa (Hp), entonces Qe = Hp, asi el calor de
explosin a presin constante es igual al cambio de entalpa, y se estima estableciendo el balance trmico de
la reaccin, haciendo el producto de los calores de formacin de los productos finales por el nmero de moles
que se forman de cada uno y sumndolos, para restar al calor de formacin del explosivo.
Hp(explosivo) = Hp(productos) - Hp(explosivo)
Si se considera al ANFO, se tendr:
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 = Hs(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 explosin que resulta es:
Qkp = ( 229,8 kcal 254,3 gr ) x 1000 gr/kg = 903,7 kcal/kg
El calor a presin constante no tiene inters tcnico, pues el proceso de detonacin tiene lugar
volumen constante, de este modo para calcular este hay que incrementar el calor a
Donde;
npg
Balance de Oxigeno: Salvo la Nitroglicerina (NG) y el Nitrato de Amonio (NA), la mayora de los explosivos
son deficientes en oxigeno, pues no disponen de suficiente oxigeno para convertir un tomo de carbono e
118
[MANUAL
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VOLADURA DE ROCAS]
hidrogeno en dixido de carbono y agua. No es usual que un explosivo utilice oxigeno atmosfrico durante el
proceso de detonacin, por lo que el calor que genera la explosin de un producto deficiente en oxigeno, es
menor que el generado en condiciones de oxidacin 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 mximo en un punto de equilibrio.
As para en Trinitrotolueno (TNT), se tiene:
2CH3C6H2 (NO2)3
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 reaccin ser:
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 tomos de
carbono y producen CO2, y xidos de nitrgeno, algunos con tonalidades de color rojo. Los humos rojos en
una detonacin indican un dficit de combustible en la reaccin, que se puede deber a una mezcla o perdida
de combustible. Cuando el balance de oxigeno es negativo, se forman xidos incompletos como el CO, que
es venenoso e incoloro. Los gases nitrosos se reducen mucho, por lo que los explosivos se formulan con un
pequeo balance de oxigeno negativo.
Volumen de Explosin: 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.
As para en Nitroglicerina (NG), se tiene:
4C3H5 (NO3)3
La explosin de 1,00gr/mol de NG, genera (29/4 = 7,25 gr/mol) de productos gaseosos a 0c y a presin
atmosfrica, por lo que el volumen de explosin ser:
7,25 gr/mol x 2,4 lt/gr-mol = 162,4 lt
A una temperatura mayor los volmenes de gases aumentan de acuerdo a la Ley de Gay-Lussac, si
consideramos un incremento de 10c, se tiene:
162,4 lt x [283x 273] = 171,3 lt
Por regla general el volumen de explosin se expresa en trminos de moles de gas por kilogramo de
explosivo, a saber:
npq 1.000
nex Pm
Donde;
npg
nex
= Moles de explosivos
Pm
Energa Mnima Disponible: Se entiende como la cantidad de trabajo que realizan los productos gaseosos
de una explosin cuando la presin permanece constante a 1Atm.
119
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Tomando como ejemplo la NG que al detonar produce un incremento del volumen molecular alrededor
del 700%, mientras que la presin resistente se mantiene constante. La ecuacin diferencial para el trabajo de
expansin (We) es:
Donde;
dWe Fe dl
Fe
= Magnitud de la Fuerza
dl
We P V2 V1
Donde;
We
= Trabajo de expansin
V1
= Volumen de explosivo
V2
Como el volumen V1 es despreciable vs V2, la cantidad de trabajo disponible viene dada por:
We P V2
Temperatura de la Explosin: La temperatura absoluta en cualquier caso de combustin viene dada por la
formula:
Donde;
Qkv
Te
mr ce
Qkv
mr
ce
Te
Qkv mr b
mr ce
Presin de Explosin: 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:
e
, de donde:
P R Te
1 e
La coaccionado
120
[MANUAL
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VOLADURA DE ROCAS]
e
, para = 0,92 x [1 1,07 x e-1,39 x V3]
P 0,03526 Vk 20 Te
Esta ecuacin considera V (volumen del barreno aproximado al volumen del cartucho de explosivo en la
primera fase de la explosin)
8.5. PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS
Los explosivos convencionales y los agentes explosivos tienen caractersticas que los diferencian y los
caracterizan y que son aprovechados por los explosivistas en la correcta seleccin de estos de acuerdo al tipo
de voladura que se desea realizar bajo condiciones muy particulares del terreno, atmosfricas y de
estructuras aledaas. La fragmentacin y desplazamiento del material rocoso que se desea volar estn
sujetos a la buena seleccin de los explosivos, adems de las condiciones fsicas del terreno como la
generacin de vibraciones y ondas ssmicas.
Potencia y Energa: La potencia es una de las propiedades mas importantes ya que definen la cantidad de
energa disponible para la generacin de un efecto mecnico.
potencia de un explosivo, cuando la dinamita era el explosivo base, la potencia se media de acuerdo al
porcentaje de Nitroglicerina (NG), con la sustitucin parcial de esta por otros productos y la ejecucin de
ensayos de laboratorio se dio origen a la expresin 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 patrn al
ANFO, al cual se le asigna el valor 100.
Existen entonces varios mtodos para medir la potencia o la energa de un explosivo, todos ellos
discutibles si son comparados con los resultados obtenidos en una voladura, a saber podemos comentar:
Mtodo Traulz:
Determina
la
T.M.B =100 x
1 cos
1 cos
121
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Donde y son los ngulos registrados en el retroceso del pndulo, correspondiente al explosivo a
ensayar y al explosivo patrn. Ambos procedimientos descritos no pueden ser aplicados en pruebas
sobre ANFO o explosivo a base de agua (hidrogeles), debido a que el dimetro pequeo que se utiliza
en el pndulo (20cm) y en el mtodo de Traulz (25mm), son inferiores al dimetro 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 iniciacin con detonadores y los tiempos de reaccin
son pequeos.
Mtodo
de
Aplastamiento
de
un
con
la
capacidad
de
Formulas Empricas:
1.
5 Qe 1 Vg
x
RWS = x
6 Qo 6 Vgo
Qo =
Qe =
VGo =
VG =
Como en algunos casos la potencia se refiere al ANFO, primero se puede calcula la potencia
respecto al explosivo patrn 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
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
FP PAP VOD e
Donde;
PAP
VOD
Velocidad de Detonacin: Es la velocidad a la que la onda de detonacin se propaga a travs del explosivo
y por lo tanto es el parmetro que define el ritmo de liberacin de energa. Dentro de los factores que
podemos mencionar que afectan la VOD, tenemos:
o
Densidad de la Carga
El Dimetro
El Confinamiento
La Iniciacin, y
Para los tres primeros, conforme aumentan estos parmetros, la VOD resultante crece significativamente. En
cuanto a la iniciacin, si no es lo suficientemente energtica puede hacer que el rgimen de detonacin
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 mtodos:
Mtodo D'Autriche: Este mtodo compara la VOD de un explosivo de prueba vs la VOD conocida del
cordn detonante. El procedimiento consiste en tomar el cordn 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 cordn dentro del explosivo a una
distancia d. ( Fig. 8.4 ). La carga de explosivo alojada en un tubo metlico, es iniciada en un extremos
con un detonador.
Como la onda de choque energiza a su vez en
instantes de tiempo diferentes al cordn
detonante, la colisin del tren de ondas en
ambos extremos del tubo tiene lugar sobre la
plancha de plomo a una distancia (a) del punto
medio del cordn, asi la VOD se determina con
la formula:
VODe =
VODc d
2a
Monitor BMX: Blastronics en Australia desarrollo este monitor, consistiendo en una tarjeta de datos
(CAD) que registran las seales elctricas producidas por un sensor, este puede estar formado por
123
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
acelermetros, sensores de presin o gefonos; Para medir la VOD, se utiliza un accesorios llamado
Blastronics VOD, un PC que forman parte del sistema integral de medicin y de registro de los datos.
Como sensor de VOD se emplean cables cinta de 24 conductores, que generan 23 seales de medicin
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 separacin en el
Sistema con Sensor de Alta Resistencia: Esta basado en el principio de resistencia elctrica 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 detonacin son
registrados por un osciloscopio. Al ser la corriente constante a todo lo largo del evento, los cambios de
tensin sern proporcionales a los de resistencia. Conocida la cada total de voltaje y la resistencia por
unidad de longitud del sensor, se puede determinar la VOD del explosivo mediante la interpretacin de
la pendiente del grafico Voltaje vs Tiempo.
Para mediciones en columnas explosivas de gran dimetro y longitud, se ha
desarrollado un cable
sensor coaxial que permite la aplicacin de este mtodo a barrenos de produccin. La resistencia del
hilo de conductor de microbio es
Monitor de Fibras pticas: El principio de operacin consiste en medir el intervalo de tiempo en que
Densidad: La densidad de la gran mayora 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 cordn detonante que los
comienza a iniciar antes de la detonacin del multiplicador o cebo, pero si esta es muy alta pueden hacerse
insensibles y no detonar. Esta densidad lmite 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
concentracin de energa 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 Emulsin/ANFO.
La concentracin lineal de carga (ql), en un barreno de dimetro (b), y una densidad (e), se calcula a partir
de la formula:
124
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Donde;
Ql 7,854 x10 4 e b 2
Ql
Cuando los barrenos tienen una gran longitud, suele presentarse un fenmeno de variacin de la densidad del
explosivo a lo largo de la columna, como consecuencia de la presin hidrosttica.
PD =
VOD 2
432 x10 e
1
0
,
8
Donde;
PD
VOD
Los explosivos industriales tienen una PD que varia de 500 a 1500 MPa. Para la fragmentacin de rocas
duras y competentes, el empleo de un explosivo con alta PD, efecta el trabajo ms fcilmente, debido a la
relacin de esta y los mecanismos de rotura de la roca. Para la medicin de la PD en los explosivos se utilizan
censores que son colocados dentro del explosivo, a saber:
Sensores de Presin: Estos se utilizan para medir presiones producidas por golpes de aire, ondas de
choque bajo el agua, ensayos de impacto y otros efectos dinmicos en donde la magnitud del evento es
relativamente pequea comparada con las presiones generadas en el frente de detonacin. Los
sensores mas empleados son de cuarzo, ya que este mineral posee propiedades piezoelctricas,
respondiendo a solicitaciones externas generando una seal en forma de cargas elctricas, se emplean
para medicin de magnitudes no mayores a 25KBar. La magnitud de la presin de detonacin 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
w Vsw w VOD
Pd= Pw
2 w Vsw
Pd
Pw
VOD
Vsw
125
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Resistencia al Agua: Esta propiedad esta referida a la capacidad de resistir durante cierto tiempo a la
exposicin en un medio acuoso sin perder sus caractersticas, esta varia de acuerdo a la composicin qumica
de los explosivos y por regla general guardan relacin con la proporcin 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 higroscpica de las sales oxidantes como el Nitrato de Amonio (NA) en el
ANFO, lo hacen fcilmente 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
< 12 Hr
12 Hr
> 12Hr
Sensibilidad: Esta caracterstica depende del tipo de accin exterior que se produzca sobre el explosivo.
Sensibilidad a la Iniciacin: 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 iniciacin con detonadores, mientras que los agentes explosivos como el
ANFO requieren por lo general de un multiplicador o cebo de mayor presin y VOD. El ensayo de
sensibilidad a la iniciacin consiste en colocar el explosivo con dimensiones determinadas sobre una
placa de plomo y con diferentes disparos se determina la potencia mnima del detonador que lo inicia.
De esta manera se clasifican los explosivos de acuerdo al detonador que los inicia en:
-
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.
126
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
peso de 4 a 5 cm, los explosivos amoniacales con cadas de 40 a 50 cm, las dinamitas con cadas de
15 a 30 cm.
Para el ensayo de friccin se utiliza el Mtodo 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
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 deflagracin o bien una pequea explosin, a esa
temperatura se le llama Punto de Ignicin. Este punto en la plvora 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 plvora como la NG son altamente sensibles a una chispa.
Dimetro Crtico: Un explosivo con forma cilndrica tienen un dimetro por debajo del cual la onda de
detonacin no se propaga o si lo hace es con una velocidad muy por debajo a la de rgimen, a esta
dimensin se le denomina dimetro critico. La variacin de la VOD con el dimetro de la carga de
explosivo corresponde a la
2 b
VOD= VODi e
b=
VODi =
b =
127
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
En Hidrogeles, los cordones son insuficientes para generar una onda de detonacin
estable comprimiendo las burbujas que producen punto calientes hacindolas
insensibles a un multiplicador o una onda de choque posterior.
2.
128
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
3.
Resistencia a las Bajas Temperaturas: Si la temperatura ambiente es de -8c, los explosivos a base de
Nitroglicerina tienden a congelarse, por lo que se les aade una porcin de Nitroglicol que hace bajar el punto
de congelacin unos -20c.
Cebado inadecuado.
Para clasificar los gases txicos se has diseados las siguientes tablas:
CONCENTRACION DE GASES
TOXICOS (lt/kg)
CLASE
< 78
< 10
78 156
10 21
156 234
CLASE
CONCENTRACION DE
GASES TOXICOS (lt/kg)
21 - 42
Explosivos Permisibles
Explosivos No Permisibles
129
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Tabla 8.2. Clasificacin de los Explosivos elaborada por la International Society Explosives Engineers (ISEE)
130
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
reactividad de los grupos NO2, que estn cerca. Al ser expuesta a la intemperie, es muy inestable, ya que podra
descomponerse por hidrlisis soltando NO3H, que es una reaccin exotrmica, produciendo en 6 muchos casos su
inflamacin y detonacin espontnea tambin inestable. Al congelarse origina dos formas cristalinas: una rmbica
(estable) a 13,2 C y otra triclnica (inestable) a 2,2 C, y su descongelacin puede ser de riesgos para los que estn
cerca. Su densidad es 1,6 con un balance de oxgeno positivo y detona segn reaccin que se describe:
4 C3H5(NO3) 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2 + 1500 cal/g
A una presin de detonacin de 250.000 Atm y una VOD de 7.926 m/s aproximadamente.
El Nitroglicol (NT), esta sustancia por su bajo punto de congelacin (-20 C), se aade a la nitroglicerina para
bajar al punto de congelacin de sta y as sea ms estable.
El Trinitrotolueno (TNT), llamada tambin trilita, es menos sensible que la nitroglicerina por su menor debilidad
del enlace N-C y la mayor separacin de los grupos NO2. Adems, es ms estable, pues no sufre hidrlisis y tiene
un balance de oxgeno negativo.
La Pentrita (PETN) es muy estable por la estructura simtrica de la forma qumica que posee.
Nitrato Amnico (NA), fue descubierto a mediados del siglo XVII, pero a fines del siglo XIX empez a adquirir
importancia como ingrediente de los explosivos, ya en el ao 1867 los suecos Ohlsson y Norrbein patentaron un
explosivo basndose en nitrato amnico y combustibles llamado por ellos plvora de amoniaco. El problema era
su gran higroscopicidad, el mismo que se resolvi luego debido al descubrimiento por Alfred Nobel de las gelatinas
explosivas, en el ao 1875, que al recubrir a los granos de nitrato amnico los protega de la humedad. Luego el
nitrato amnico ha ido adquiriendo gran importancia creciente como componente de explosivos, hasta llegar a ser
actualmente un ingrediente importante de todos los explosivos industriales.
La presentacin del nitrato amnico comercialmente es en forma de cristales, esferas o granos. Las esferas se
obtienen por pulverizacin de una solucin concentrada de nitrato amnico, que cae desde la parte superior de una
torre encontrndose con una corriente de aire ascendente inflado desde la base de aquella. La cada de la solucin
hace que se enfre y el NA solidifica en grnulos redondos o prills del tamao esperado.
Propiedades Fsicas del Nitrato Amnico:
La temperatura de fusin del nitrato amnico es de 169,6 C y es muy soluble en agua, creciendo la solubilidad
con la temperatura. Para el estado slido se presentan cinco formas cristalinas que se distinguen por sus
temperaturas de transicin:
131
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
-18C
32C
84,2C
125,2C
(Tetragonal)
(Ortorrmbica)
(Ortorrmbica)
(Tetragonal)
(Cbica)
Dinamitas: Se entiende como tales aquellas mezclas sensibles al detonador entre cuyos ingredientes
figura la nitroglicerina. Su nmero y clase es extremadamente variado segn pases y marcas,
variando tambin sus componentes adicionales, siendo los principales componentes los siguientes:
-
Aditivos generadores de oxgeno: nitrato amnico, nitrato sdico, nitrato potsico, as como
cloratos y percloratos.
Clases de Dinamitas:
Reciben su nombre por su consistencia gelatinosa ya que estn 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 prepar por primera vez por Nobel en el ao 1875, al
descubrir que la NG disolva a la NC y cuando la NC de alta viscosidad era aadida a la NG en la
proporcin ya indicada se obtena una sustancia gelatinosa que es la nitroglicerina. De esa manera,
adems de inmovilizarse la NG lquida, se adquiere un balance de oxgeno de la mezcla nulo, por lo
que la energa desarrollada es an superior a la de la NG pura. Este producto obtenido es una
132
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
sustancia gelatinosa de consistencia plstica, muy apropiada para su uso en labores de voladura por
adaptares bien al barreno, debido precisamente a consistencia plstica que adquiere:
Gomas: Estn constituidas fundamentalmente
por nitroglicerina y nitrocelulosa, pudiendo llevar en su
composicin los elementos anteriormente dichos. Sus
principales ventajas son su consistencia plstica, una
gran densidad, magnfico comportamiento al agua y una
gran potencia, siendo la goma pura el ms 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.
El tipo de explosivos gelatinosos que llevan en su composicin nitrato amnico 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 comparacin con otros oxidantes.
Los inconvenientes de su menor resistencia al agua (el NA es muy higroscpico), con respecto a las
gelatinas con nitrato sdico, pueden ser superadas con la ayuda de productos especiales, tales como
jabones metlicos, goma guar, etc., que al agregarse en su composicin mejoran mucho su
resistencia al agua.
Gomas Especiales: Incorporan como agente
oxidante el nitrato amnico, que no siendo un explosivo
base, contribuye a la energa de la explosin, al mismo
tiempo que acta como oxidante, para obtener un
balance de oxgeno 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 adems 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 ms adecuados para la mayora de los trabajos que se presentan en la
prctica, pudindose utilizar en barrenos llenos de agua. Su aplicacin fundamentalmente es como
carga de fondo de barrenos de mediano y gran dimetro, y para la voladura de rocas de consistencia
de dura a muy dura, utilizndose como carga de columna nagolita. Para dimetros por debajo de dos
pulgadas suele utilizarse como carga nica del barreno porque al ser 2 pulgadas el dimetro crtico de
las nagolitas, su utilizacin es imposible.
Un inconveniente que tienen los explosivos gelatinosos es que presentan un fenmeno de
envejecimiento rpido, disminuyendo su velocidad de detonacin muy rpidamente con el tiempo, de
tal modo que un explosivo gelatinoso, que recin fabricado puede tener una velocidad de detonacin
de unos 5000 m/s, slo llega a 2500 m/s a los dos meses de su elaboracin.
133
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
8.7.2. Explosivos sin Nitroglicerina (NG). Estos explosivos son menos potentes que los contentivos de NG. Esta
cualidad le da caractersticas de mayor seguridad en el manejo y almacenamiento, pero los hacen explosivos
menos potentes, entre estos tenemos:
8.7.2.1.
voladura de rocas de consistencia de dura a muy dura, utilizando como carga de columna los ANFOS.
Especificaciones Tcnicas:
8.7.2.2.
Densidad (gr/cm3):
1,60
83
7.900
128
250
Categora de Humos:
990
Resistencia al Agua:
Excelente
Se
conocen
con
el
nombre
de
explosivos
134
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Caractersticas Intrnsecas: Se llaman intrnsecas aquellas en las que el operario no puede actuar.
Las ms importantes son:
1.
Tamao y Tipo de Grano: Tienen forma de granos, parecidos a los granos de arroz, son
porosos, rellenos de aire, ya que as tienen una mayor velocidad de liberacin de la energa. La
porosidad ptima parece estar prxima a 007 cm /gr
2.
Contenido en Fuel-Oil: La influencia del Fuel Oil incorporado a la mezcla de nitrato amnico, en
proporciones variables viene reflejada en la figura. La mxima velocidad de detonacin se alcanza
para un contenido en fuel-oil de 55 %; igualmente para esta proporcin se alcanza el equilibrio en
oxgeno.
el porcentaje en nitrato,
y como este es un dador de oxgeno, la zona (1) presenta un claro exceso en oxgeno. En esta zona se
ve que la velocidad de detonacin disminuye muy rpidamente, a la vez que el descenso en porcentaje
en fuel-oil.
En la zona (2), donde ya la proporcin en nitrato amnico es ms pequea, hay un defecto de oxgeno,
y si bien la velocidad de detonacin tambin disminuye, lo hace de forma ms suave que en la zona (1).
V (m/s)
Equilibrio en
oxgeno
4000
3500
3000
1
2500
(1)
10
11
(2)
% Fuel - Oil
Contenido
grafico
de
9.2,
Agua:
se
En
el
muestra
la
influencia
del
agua
sobre
velocidad
de
detonacin
la
del
135
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Con humedades superiores al 9% no se debe utilizar ANFO a granel; En este caso habra que
utilizar ANFO envueltas en plstico para retrasar dicha absorcin de agua.
4.
Sensibilidad: Se entiende por sensibilidad la mayor o menor facilidad que tiene un explosivo para
ser detonado. Los Anfos son unos explosivos de detonacin no ideal , es decir, son muy
insensibles, cualidad esta que es til para evitar accidentes, pero puede provocar el fallo en el
barreno. En la mayora de los casos se usan como carga de columna, siendo la carga de fondo
las gomas, encargndose estas de la correcta explosin de toda la carga. En ocasiones la
nagolita se puede utilizar sola en grandes dimetros de sondeo, mayores siempre de 7 pulgadas.
En este caso conviene aumentar l sensibilidad, consiguindose 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 podra sufrir fallos, debiendo procurar que la densidad no sobrepase
del 095 096 %. Factores externos son aquellos en los que el usuario tiene mucho en que
actuar.
5.
podramos
conseguir
pero
en
general
la
Dimetro de Carga: El efecto del dimetro de carga sobre la velocidad de detonacin en los
ANFOS se aprecia en el siguiente cuadro; en el se puede observar como crece la velocidad de
detonacin (VOD) a medida que el dimetro de barreno aumenta hasta cierto lmite, (9 8
pulgadas), a partir del cual la velocidad de detonacin permanece constante.
Este hecho ha llevado a la tendencia de
utilizar calibres de perforacin cada vez
mayores,
porque
de
esta
manera
136
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
semiduros como mximo. Se sabe que un dimetro prximo a las dos pulgadas es el dimetro
crtico ms bajo para lograr una autopropagacin satisfactoria de los ANFOS, por lo tanto nunca
se debe usar este explosivo con dimetros inferiores a las dos pulgadas. Lo ms normal es
utilizarla como carga de columna utilizando como carga de fondo explo sivos muy potentes:
Boosters y Emulsiones. En este caso con dimetros de 3 pulgadas a mayores se pueden utilizar
para rocas de semiduras a duras.
7.
Iniciadores: Al estudiar la iniciacin de un explosivo hay que tratar de conseguir de l una VOD lo
ms barata posible para conseguir un mayor aprovechamiento de su potencia. El iniciador de un
barreno cargado de ANFO debe proporcionar una energa suficiente para provocar la detonacin
de todas sus partculas, porque de no ser as puede provocar deflagracin o Detonacin Parcial.
Este fenmeno se puede observar por la emisin de humo naranja que es desprendido despus
de la explosin. Estos gases son xidos nitrosos provocados por:
Insuficiencia de cebado.
137
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Para barrenos de 12 pulgadas se han podido conseguir hasta velocidades de detonacin de hasta
4500, utilizando como mtodo de iniciacin la iniciacin axial, que consiste en introducir por el eje
del barreno cordn detonante con cartuchos de goma 2, hasta alcanzar 370 gramos de
concentracin de explosivo por metro lineal. La iniciacin conseguida es la mejor de las posibles,
puesto que logran transmitir a todos los granos de ANFO una perfecta iniciacin.
Especificaciones Tcnicas:
Densidad (gr/cm3):
0,7-0,85
100
3.400
100
23
Categora de Humos:
912
Resistencia al Agua:
Baja
Hidrogeles (SLURRIES): Podemos definir los hidrogeles como composiciones explosivas formuladas
en trminos de un sistema de oxidacin reduccin. Estn constituidas por una parte oxidante (nitratos
inorgnicos) 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
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
las
En
consecuencia
ventajas
de
los
vamos
hidrogeles
los
barrenos
con
agua
no
existe
respuesta.
En general, cuanto ms 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 perforacin. En los ANFOS podemos obtener una velocidad mxima de
detonacin de entre 2000 y 2500 m/s, mientras que los hidrogeles alcanzan los 4000 m/s.
El comportamiento de los explosivos en cuanto a presin de detonacin est representado en el Grafico
9.6. El pico inicial de altsimas presiones generadas por los hidrogeles produce una compresin de la
roca que rodea al barreno los suficientemente fuertes como para fracturar. Este fenmeno se extiende
solamente una distancia pequea alrededor del barreno (2 x dimetro). Despus la presin disminuye
rpidamente de tal forma que este repentino descenso de la compresin permite a la roca expandirse, y
al ser tan rpido el suceso, se sobrepasa el lmite de resistencia a la traccin de la roca, originando su
rotura por tensin. Como la resistencia a la traccin es aproximadamente un centsima parte de su
resistencia a la compresin, el fenmeno va prolongndose hasta que se produzca la rotura de la roca.
Estos hechos tienen lugar antes de que se empiece a producir ningn movimiento en la roca.
Posteriormente se produce el movimiento de la masa de roca, dando lugar a una reduccin del tamao
de los fragmentos por choques y cadas de los fragmentos.
En contraste, el ANFO con una mayor generacin de gas y una velocidad de detonacin menor,
produce una presin mucho ms baja y sin pico, pero que se mantiene durante ms tiempo que en los
hidrogeles. En este caso la roca se rompe por este empuje mantenido, que fragmenta la roca
aprovechando sus puntos ms dbiles, como pueden ser juntas o fracturas naturales. Debido a la
escasa presin ejercida por le ANFO, las distancias a las caras libres a las que se puedan romper
139
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
formaciones duras, son muy pequeas, y este hecho es an ms pronunciado cuando las partes a volar
estn 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 razn 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 ms altas del banco.
Por otro lado los hidrogeles son capaces de fragmentar formaciones rocosas en las circunstancias ms
difciles, cuando no hay prcticamente salida, propiedad que los hace los apropiados como carga de
fondo para evitar repis. Para poder efectuar una comparacin objetiva entre los hidrogeles y el ANFO
es necesario considerar todos los factores determinantes del coste de una explotacin: perforacin,
carga y transporte, gastos de fracturacin y costes de mantenimiento.
Es evidente que la razn ms importante de la gran utilizacin del ANFO es la de ser la fuente de
energa ms barata; no obstante conviene tener en cuenta que el uso de los ANFOS lleva asociado
gran cantidad de costes ocultos, como un exceso de perforacin (sobreperforacin), problemas
ocasionales con los repis (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 til tener en cuenta que en muchas ocasiones un pequeo
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 explotacin.
Como consecuencia de todo lo dicho, podemos afirmar que en la mayora de las ocasiones los
hidrogeles compiten ventajosamente con el anfo, siendo tanto mayor esta ventaja cuanto ms dura y
hmeda este la roca. Pero an en los casos en que las diferencias no sean apreciables, la mejor
solucin resulta una combinacin de ambos, utilizando los hidrogeles como carga de fondo y los
ANFOS como carga de columna.
Como sntesis pueden resumirse como ventajas de los slurries:
1. Por su gran insensibilidad son muy seguros, tanto en voladura como en la manipulacin y en el
desescombro.
2. Permiten la carga a granel con un llenado de grado del 100 %, cualidad importantsima para que el
explosivo realice todo el trabajo til.
3. Su resistencia al agua es siempre excelente.
4. Poseen elevada velocidad de detonacin, densidad y potencia.
5. Permiten la mecanizacin del procedimiento de carga. El transporte se realiza con camiones
cisterna, llenndose los barrenos con una manguera con un dimetro inferior al dimetro crtico del
explosivo como medida de seguridad para que en caso de accidente, la explosin no se propague al
camin.
Desventajas ms importantes:
1.
Precio ms elevado.
2.
3.
140
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
8.7.2.4.
Calientes,
que favorecen
tanto
la
Menor precio ya que en su fabricacin no se precisa del uso de fculas de alto coste.
Elevadas velocidades de detonacin, 4000 5000 m/sg, con poco efecto del dimetro del
encartuchado.
8.7.2.5.
Densidad (gr/cm ):
1,16
116
3.900
170
35
Categora de Humos:
950
Resistencia al Agua:
Excelente
Emulsiones a Granel: De igual forma que las emulsiones encartuchadas se las puede utilizar a granel,
por lo que es una de las caractersticas ms interesantes de estos productos. Tambin las emulsiones
se bombean en los barrenos desde camiones cisterna, lo que facilita la carga de los mismos, desde
barrenos de 50 mm de dimetro.
encartuchado. Para mezclar se hace por lotes, tras pesado y dosificacin de los diferentes componentes en una
cuba mvil que se alimenta a las mquinas mezcladoras, o amasadoras.
Las mquinas 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
141
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
transportar en cantidades reducidas a las mquinas encartuchadoras. Una mquina muy eficaz y segura en el
encartuchado de explosivos gelatinosos es la Rollex.
La pasta se extiende
en ella en una lmina sobre
una cinta transportadora; un
brazo automtico toma la
cantidad precisa de pasta y
la deposita en la lmina de
papel parafinado, que pasa
a
ser
cartucho
grandes
la
envuelta
del
goma.
En
de
calibres,
los
cartuchos
se
hacen
comnmente
de
plstico.
lo
puede
realizar
con
mezcladoras Drais.
Se
puede
realizar
el
por
gravedad,
142
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
ingredientes
slidos,
como
darle
especiales,
al
sin
producto
propiedades
que
cambie
se
la
bomba
dosificadora,
gravedad
desde
el
molino
por
coloidal,
143
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Segn al Fig. 8.20, est constituido por una cpsula metlica de cobre o aluminio, cerrada por un
extremo y con un tapn 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 elctrico, y est formado por dos electrodos cuyos extremos
estn unidos entre s por un filamento metlico calibrado, que se pondr rojo cuando sean atravesados por
una intensidad de corriente suficiente. Los hilos de alimentacin se enrollan en madejas segn su longitud,
de tal forma que se pueden extender sin que formen nudos. Al atravesar una corriente acta la pldora
inflamadora provocando la explosin del detonador, en el caso de que sea instantnea, nmero 0, o bien el
encendido de la pasta retardadora cuando el detonador es de tiempo.
Al pasar la corriente elctrica por los hilos de conexin, atraviesa la pequea resistencia de la cerilla, si
la intensidad de corriente es lo suficientemente grande, hace que se caliente la resistencia hasta alcanzar la
temperatura de inflamacin de la pasta explosiva que rodea a la cerilla. Cuando la cerilla se inflama provoca la
144
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
inflamacin del elemento retardador caso de que el detonador sea de tiempo; cuando el elemento retardador
termina de encender, la combustin llega a la carga primaria que detona y hace detonar a su vez a la carga
base o secundaria.
Clasificacin de Detonadores Elctricos
Se clasifican en funcin de los siguientes criterios:
1.- Por su Retardo en la Detonacin.
a)
b)
c)
Detonadores instantneos.
e)
Detonador de Retardo de Medio Segundo. Estos hacen explosin con una determinada
secuencia a intermedios regulares de medio segundo. Se diferencian de los instantneos en
que estn provistos de una pasta, que interpuesta entre la pldora 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
nmero 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
explosin, completndose este agrietamiento en algunos milisegundos, pero siendo proyectada
fuera de su lugar unos 100 milisegundos despus 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 05 segundos, siendo este tiempo muy grande
en voladuras a cielo abierto porque cuando se ha desprendido la roca, los barrenos de la fila de
atrs no han salido, pudiendo existir robos de carga, con el gran peligro que esto entraa,
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 pequea 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 minera a cielo
abierto.
f)
Detonadores Instantneos. Son detonadores sin pasta de retardo, reducidos al nmero cero.
Se aplican a cielo abierto en la primera lnea de tiro, al lado del frente libre, y en taqueos
145
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Detonadores Sensibles (S): Son los que ms se utilizan y son aptos para lugares en los que
no existe peligro de corrientes estticas y extraas, que son producidas por las lneas elctricas,
tormentas etc. Tiene uno de los hilos este detonador siempre de color rojo. El otro hilo tiene
color, segn veremos, indicativo del tiempo de retardo. Ninguno de los detonadores tipo (S)
debe hacer explosin al ser atravesado por una corriente de 0,18 amperios durante cinco
minutos. En estos detonadores UEE recomienda una intensidad mnima de disparo de 1,2
amperios
b)
Detonadores Insensibles (I): Los detonadores Insensibles resultan ms seguros que los
detonadores sensibles ante las corrientes extraas. 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 energa 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 mnima 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 energa peligrosa, debido a
lneas elctricas, emisoras, electricidad esttica, 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
algn caso en que estas corrientes peligrosas mencionadas, sobrepasen los lmites 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 elctricos, stos pueden ser de tres tipos, segn
sensibilidad o cantidad de energa elctrica que necesitan para que se produzca la inflamacin de la
cerilla: detonadores Sensibles, detonadores Insensibles y detonadores Altamente Insensibles. Los
detonadores Insensibles, como su nombre lo indica, necesitan ms energa elctrica que los
detonadores Sensibles, y los detonadores Altamente Insensibles todava ms que los Insensibles.
Por lo tanto podra entenderse tericamente que todos los detonadores de un determinado
tipo de sensibilidad, deben inflamarse con la misma corriente mnima, es decir, que si un detonador
se inflama con una cierta corriente, se deben inflamar todos los que tengan la misma sensibilidad y
146
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
en el mismo tiempo en una voladura. Sin embargo, esto no sucede en la realidad, porque ningn
fabricante puede garantizar que todos los detonadores tienen exactamente la misma sensibilidad, y
siempre podran existir unas pequesimas diferencias, que hacen variar los tiempos de retardo
ligeramente
Caractersticas de los Detonadores segn su sensibilidad elctrica:
147
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Detonadores Ssmicos: Ssmicos, son detonadores que se fabrican con un tiempo de reaccin
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 hidrosttica.
b)
c)
Detonadores Bajo Presin 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 caractersticas de
los detonadores convencionales.
d)
Mejor fragmentacin para la misma carga explosiva, con la consiguiente reduccin 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.
retardo se explica de la forma siguiente: si en el momento en que hace explosin un barreno, la roca que va
a ser abatida por l se halla en tensin como consecuencia de la explosin de un barreno anterior, con
retardo de nmero anterior, es evidente que el segundo barreno producir el mximo efecto de rotura, ya
que la roca est sometida al efecto de las tensiones que inician su agrietamiento disminuyendo su
resistencia . Para aprovechar al mximo este efecto es preciso que el transcurso de tiempo entre ambos
detonadores est comprendido entre ciertos lmites, que dependen del tipo de roca, estratificaciones,
separacin entre barrenos, esquema de encendido y procedimiento de cebado. Por una parte este tiempo
no debe ser tan pequeo como para que los disparos resulten instantneos, 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
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Con respecto al tiempo mnimo entre dos disparos consecutivos, parece lgico que el segundo haga
tiempo despus de que en el primero se halla ultimado en proceso de agrietamiento. Aunque existen
discrepancias a la hora de definir el tiempo de retardo ms conveniente entre dos nmeros consecutivos,
puede decirse que este oscila entre 15 y 40 milisegundos. Como estos detonadores tienen un tiempo de
retardo de 20 milisegundos, estn dentro de ese intervalo y por lo tanto cumplen con lo anteriormente
dicho.
Sensibilidad Elctrica.
Respecto a la sensibilidad de los detonadores respecto a la corriente elctrica, se observa una marcada
tendencia mundial hacia los detonadores ms insensibles tipo I (insensibles) y A.I. (altamente insensibles),
como consecuencia directa de la creciente preocupacin 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 elctricas, no hay
lneas de alto voltaje, todas las emisoras estn paradas, etc., los detonadores sensibles se pueden utilizar,
ya que el tiempo que se emplea en tirar la lnea 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 conexin de la pega, por lo que la decisin de utilizar el tipo de detonador
queda a buen criterio del jefe de la mina.
08 1
Intensidad de corriente
mnima
08
8 16
15
045
A.I.
1100 2500
25
Detonador
Impulso de encendido
Intensidad de corriente
mxima
018
S=I.t
t=S/I
(S)
t = 3 / 1 = ms
(I)
t = 16 / 1 = 16 ms
149
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
puedan reproducir, y se comprende que sus efectos sean en la mayor parte de los casos inesperados. De
aqu 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 esttica y las de la dinmica, y de las condiciones
especiales de las descargas electrostticas, requieren de un cambio de mentalidad mucho ms importante
de lo que parece a simple vista.
Vamos a desarrollar algunas ideas fundamentales sobre el encendido involuntario de los detonadores
elctricos debido a estas corrientes:
1 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 esttica), la ddp existente provoca que el
filamento se ponga incandescente provocando su explosin.
La manera de evitarlo sera mantener los finales de la madeja unidos, consiguiendo que los dos
terminales estn 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 habra que
reducir la sensibilidad elctrica del detonador,
es decir, utilizar los de alta insensibilidad que
requieren una energa de iniciacin, como se
ha visto,
detonadores normales S.
Tensin kw
Distancia mnima
70
20 m
130
30 m
220
40 m
400
60 m
transporte de energa.
Para detonadores S.
Las lneas elctricas pueden inducir en los detonadores corrientes capaces de provocar la explosin de
los mismos. Las distancias a las que pueden emplearse los detonadores elctricos dependen del voltaje de
150
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
la lnea y de la sensibilidad del detonador. Para el caso de los detonadores sensibles, las distancias
mnimas son las que se indican en la tabla.
4 Caso. Iniciacin por accin galvnica.
Se ha comprobado que en algunas minas metlicas en las zonas de contacto de dos minerales
distintos, e incluso mineral con estril, es posible que se produzcan efectos galvnicos, capaces de
provocar la explosin del detonador. Para evitar esto se tomarn las medidas antes explicadas.
5 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 detonacin.
6 Caso. Tormenta con Aparato Elctrico.
Ante la duda de que pueda aparecer una tormenta elctrica, no cargar los barrenos, y si estn
cargados no poner los detonadores y dejar la pega para otro da.
Tendencias Actuales sobre Fabricacin de Detonadores Elctricos.
Si se pudiesen iniciar los detonadores sin utilizar la energa elctrica, desaparecan la mayor parte de
los riesgos ya comentados; por este motivo los fabricantes estn tratando de encontrar otros sistemas en
los que no intervenga la energa elctrica.
En Suecia se ha desarrollado otro detonador, el Detonador NONEL, cuyo objetivo es permitir el cebado
de los barrenos sin utilizar lneas elctricas. Son detonadores en los que la iniciacin se produce a travs de
una pasta explosiva alojada en el interior de un tubo de plstico, con una velocidad de detonacin 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 as como es muy sencilla su manipulacin, 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 elctricos.
Clasificacin de las Series de Detonadores de Microretardo.
Las series de milisegundo se pueden prolongar con retardos de centisegundos (100 ms) para tneles.
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 tneles donde se requiere de caras libres que permitan el movimiento de las
masas rocosas voladas. En Europa, los detonadores elctricos se dividen en 4 grupos basados en su
capacidad inherente de resistir riesgos de electricidad extraa.
Otra denominacin
Grupo 1
Tipo A/S/NT
Grupo 1
Tipo U
Grupo 2
Tipo VA
Grupo 3
Tipo HU/XS
Los Detonadores del Grupo 1 (llamados por Dyno Nobel detonadores.NT) son detonadores
elctricos 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.
151
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Los Detonadores del Grupo 1A son algo ms 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 elctrica. Aparatos de iniciacin y control de las voladuras.
pesadas, son desventajas tan grandes frente a los explosores convencionales, que hoy en da puede
decirse que no tienen ninguna utilidad.
3.
Empleo de Explosores.
Es el sistema ms usado por la autonoma, ligereza y seguridad que presentan respecto a los otros dos
mtodos.
152
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
a)
Explosores de Dinamo: Los explosores de dinamo son generadores elctricos donde el giro del
inducido se consigue mediante un engranaje de cremallera - pin, o lo que es ms comn,
mediante manivela.
Para evitar fallos estos explosores llevan
incorporado un dispositivo especial de tal
forma que la conexin se produce en el
instante en que el rotor ha alcanzado la
velocidad
de
giro
suficiente
para
b)
Condensador: 10mF
Energa: 5WS
Capacidad de detonacin.
153
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
1.
Conexin en Serie: Cada detonador se conecta al anterior y al siguiente por los dos terminales; los
extremos libres del primer y ltimo detonador de la serie se conectan a la lnea de tiro.
Es importante que la lnea de tiro permanezca cortocircuitada por el otro extremo hasta el momento de
realizar ala comprobacin del circuito. La resistencia total terica, que debera coincidir con la real,
medida en el ohmmetro es:
Donde:
Rt = Rl + N x Rp + 2 x m x N x 0 065
Rt
Rl
= Nmero de Detonadores.
Rp
0 065
2.
Conexin en Paralelo: .As como la conexin en serie se caracterizaba por una elevada resistencia
elctrica, en paralelo la resistencia del circuito es muy pequea y la intensidad de corriente es muy
alta.
Esta conexin apenas es utilizada salvo en casos de muy pocos detonadores y en lugares donde por
sus caractersticas especiales es previsible que se den derivaciones y sea difcil garantizar un perfecto
aislamiento en las conexiones. En estos casos, la pequea resistencia elctrica frente a las altas
resistencias de la conexin anterior aseguran el xito de la pega.
La resistencia total viene dada por:
Rt= RI
3.
Rd
Donde:
Rt
= Resistencia Total.
Rl
Rd
= Nmero de Detonadores.
Conexin Serie Paralelo. En este sistema procuraremos emplear el menor nmero de detonadores
posible, as como el menor nmero de series posible. La resistencia total viene dada por la formula:
1 1 1
1
....
R1 R2 R3
Rn
Rt=
154
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
detonador
producto
de
detonador
No
la
con
Elctrico,
es
invencin
del
fulminato
de
segura y eficiente. Los detonadores de uso civil han sido desarrollados todos de ideas bsicas de Nobel.
Los detonadores no elctricos tienen caractersticas que se resumen a:
Carga explosiva: El extremo inferior del detonador contiene una carga base de PETN y una carga
primaria de Azida de Plomo lo que le confiere una potencia equivalente a fuerza N 12.
Cushion Disk: Est diseado para otorgar una gran resistencia al impacto y a la detonacin por
simpata.
Delay Ignition Buffer: Acelerador de energa, permite una mayor precisin y evita el problema de
reversin de la onda de choque.
Sello antiesttico: elemento fundamental para eliminar el riesgo de iniciacin por descargas
estticas accidentales.
8.9.2.1.
Tubo de Choque
Diseado
por
Per
contenido
octgeno
de
aluminizado
su
parte
interior
La carga del tubo es prxima a 0,015 gramos por 1 metro de tubo equivalentes a 0.15 gramos por 10
metros. La velocidad de detonacin del tubo de choque es de alrededor 2000 m/s (2 m por ms)
El tubo plstico tiene un dimetro 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 plstico 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 reaccin es
contenida en el tubo y no afecta a nada externamente, mientras que el cordn detonante explota y
puede iniciar el explosivo que atraviesa o matarlo por presin.
8.9.3. Clasificacin de Detonadores No Elctricos (No Electrical - NONEL)
Detonadores NONEL.
El sistema de tubo de choque NONEL es el original introducido en el mercado por Nitro Nobel Suecia en el
comienzo de los aos 70. Su nombre dice lo que es: un sistema de iniciacin no-elctrica. Con la invencin
155
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
del NONEL, los usuarios tuvieron el remplazo largamente esperado del detonador elctrico, que posee sus
ventajas pero ninguna de sus desventajas.
Los sistemas de iniciacin elctrica han tenido ms receptividad en Europa que en los Estados Unidos
donde se utilizan ms comnmente los sistemas no-elctricos o NONEL. Sus caractersticas de retardo
son las mismas de los detonadores elctricos, con la diferencia de que se han eliminado los riesgos
elctricos remplazando los cables por un tubo de choque. Los cuales se clasifican en:
* Detonadores no elctricos.
* Detonadores electrnicos
El NONEL es completamente inmune a cualquier riesgo elctrico y por lo tanto ideal cuando el disparo
elctrico no es posible o permitido. El detonador NONEL funciona como un detonador elctrico de retardo,
con la diferencia de que los cables se han substituido por un tubo plstico 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 iniciacin no elctrica NONEL, es Orica Mining Service,
empresa que pone a la disposicin del mercado los sistemas, catalogados como:
Detonadores
8.9.3.1.
Conectores
Exel LP
Exel Conectadet
Exel MS
Exel TD
En uno de los extremos del tubo de choque se engarza en el casquillo del detonador, mientras que el
otro extremo est cerrado por un sello impermeable, donde se coloca un conector tipo J, que tiene la
156
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
funcin de acoplarse bien a otro tubo de choque o a un cordn detonante que le transmite la seal de
iniciacin a la voladura. El tiempo de retardo entre perodos vara de 75 a 500 ms y se dispone de 25
perodos. La manera ms sencilla de conectar el NONEL LP es usando los conectores de madeja
NONEL que consiste en una eslinga de cordn 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 minera subterrnea y en las operaciones en tneles 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 cordn detonante (>
3,8gr/m), dando un mayor control a la voladura a travs de una baja dispersin y seguridad en su
manejo.
Tubo de choque de conexin tipo arnes (cordn detonante, con una carga bsica de pentrita entre
3,6 y 5,0 g / m), utilizando el conector estndar Tipo J, tambin llamado conector de gancho.
Gancho Bunch para la conexin de tubos de choque NONEL de, entre 5 a 20 detonadores Exel
LP, reunidos en un grupo, se pueden conectar directamente en amarre circular con cordn
detonante o utilizando el Conector Exel B. (Observe la Figura 8.33). Hay que asegrese de que
todos los tubos de choque no se crucen para que la seal llegue a estos, y deben encontrarse a
una distancia no menor a los 200 mm del cordn detonante.
100
150
200
250
300
350
400
Periodo (LP)
Tiempo Nominal (ms)
Periodo (LP)
Tiempo Nominal (ms)
Periodo (LP)
Tiempo Nominal (ms)
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
25
26
27
28
29
30
31
3.600
4.000
4.400
4.800
5.200
5.600
6.000
24
3.200
157
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Amarillo Exel
Exterior (mm)
3,0
300 N at +20 C
Longitud (m)
4,8 a 7,8
Detonador
Carga Base (EN 13763-15)
Azina de Plomo
Aluminio (Al)
Clasificacin
1.1B
UN No:
0360
1.4B
1.4S
0361
0500
ENB/D/009/11
Los detonadores Exel MS proporcionan una serie de tiempos de retardo adecuados para su uso
en minera de superficie, canteras y en voladuras de interior. Los detonadores Exel MS inician
158
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
directamente los multiplicadores o los cartuchos de explosivos usados como iniciadores que son
sensibles al detonador.
Recomendaciones para la Iniciacin del detonador Exel MS:
Los detonadores Exel MS deben ser usados siempre introducindolos 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 transmisin de la
seal 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 qued dentro de este cartucho.
Periodo (MS)
17
25
75
100
125
150
175
200
Periodo (LP)
10
11
12
13
14
15
16
225
250
275
300
325
350
375
400
17
18
19
20
425
450
475
500
Amarillo Exel
Exterior (mm)
3,0
Longitud (m)
4,8 a 27,0
# 8 (Potencia)
Clasificacin
1.1B
1.4B
1.4S
UN No:
0360
0361
0500
ENB/D/009/11
b)
Cpsula potencia 12, cuya funcin es iniciar la carga explosiva que va al interior del barreno.
159
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
c)
Tubo de choque NONEL de color naranja, componente que transmite la seal a la cpsula de
retardo. En el momento que el tubo es iniciado, transmite interiormente una onda de choque de
baja energa la cual inicia los retardos de ambas cpsulas.
d)
Etiqueta de retardo, elemento que indica el tiempo de retardo nominal de ambas cpsulas y el
largo del detonador.
El conector clipO incluye un detonador con una potencia correspondiente a 1/3 de un detonador # 8.
Est diseado solamente para iniciar el tubo NONEL. Cuando la onda de choque pasa a travs del
tubo NONEL (1), llega al bloque conector (2) iniciando el detonador transmisor y ste a su vez todos
los tubos conectados al bloque. De esta manera el impulso de iniciacin se transmite a uno a varios
detonadores (3) e igualmente al prximo bloque conector (4) donde se repite el procedimiento. El
conector NONEL clipO est diseado especialmente para voladuras de banco y puede alojar hasta 8
tubos en el bloque.
No estirar, retorcer o aplicar una tensin indebida al tubo no elctrico ya que esto podra
originar un mal funcionamiento.
160
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Color ( NONEL)
Naranja
Amarillo
Amarillo
Verde
Naranja
Naranja
17/350
17/500
17/700
25/350
25/500
25/500
Color ( NONEL)
Blanco
Blanco
Blanco
42/475
42/500
42/700
Tabla 8.7. Tabla de Intervalos de tiempo para los Detonadores Exel Handidet
Especificaciones Tcnicas de los Detonadores Exel Handidet:
Tubo de Choque
Naranja Exel
Exterior (mm)
3,0
Longitud (m / ft)
Alta
potencia,
780
mg
(12
# 6 (Fuerza 1)
Clasificacin
1.1B
1.4B
1.4S
UN No:
0360
0361
0500
ENB/D/009/11
No se requiere tapar la lnea, ya que se genera bajo potencial de dao por proyecciones
161
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Evite daos en el tubo de choque. No tire nunca tan fuerte como para estirar o rompa el tubo de
descarga. Una detonacin prematura puede resultar del mal empleo en las lneas 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
elctrico.
El bloque del conector eClip del Exel Connectadet ensamblado contiene un artefacto
explosivo que puede ser iniciado por el calor, impacto o la friccin.
Color ( NONEL)
Gris
Amarillo
Rojo
Naranja
Blanco
17
25
33
42
Azul
Negro
Naranja
65
100
200
Tabla 8.8. Tabla de Intervalos de tiempo para los Conectores Exel Conectadet
Especificaciones Tcnicas de los Detonadores Exel Handidet:
Tubo de Choque
Naranja Exel
Exterior (mm)
3,0
Longitud (m / ft)
3,6 a 10,2 / 14 a 40
Detonador
Superficie.
de
Alta
potencia,
780
mg
(12
Clasificacin
1.1B
1.4B
1.4S
UN No:
0360
0361
0500
ENB/D/009/11
162
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
El detonador est ubicado en un bloque de plstico tipo bisagra que facilita una fcil conexin a otro
tubo de choque como al cordn detonante. Un gancho tipo J de color blanco se fija cerca del extremo
sellado para facilitar la conexin con cordn detonante. A su vez posee una etiqueta con cdigo de color
que deja visualizar el tiempo de retardo y el tiempo nominal de disparo. El bloque de plstico tiene la
capacidad de alojar hasta ocho (8) tubos de choque o un (1) cable de detonacin de lnea descendente.
Recomendaciones para el uso de los Conectores Exel TD:
Por recomendaciones de aplicacin 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 cordn detonante con el J-gancho. Fije el gancho J a la lnea descendente de cordn
detonante entre el bloque de montn anterior y el cuello del barreno dejando al menos 30 cm (12
pulgadas) entre el bloque de montn al lado.
Siempre deje 13 cm (5 pulgadas) entre el gancho J y cualquier nudo del cordn detonante.
Asegurarse de que los tubos de choque salientes conectar en ngulo recto con la mecha detonante
y que la tapa est hermticamente cerrado. NUNCA bucle de tubo de choque cerca del bloque de
racimo o cordn detonante.
Coloque siempre el bloque de montn por lo que la tapa est hacia abajo y cubrir el montn de
bloques con los recortes de perforacin u otro material inerte para evitar la metralla de corte
despus de conectar el bloque de montn de cordn detonante o un tubo de descarga.
Asegrese 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 lneas troncales de salida del tubo de choque o lneas descendentes de
bucle a cerca del bloque de montn.
NUNCA coloque tanto cordn detonante y un tubo de descarga en el mismo montn NONEL TD
bloquear. Fallos del encendido puede resultar.
Coloque todos los tubos descendentes de choque y salientes conduce troncal en el bloque de
racimo con el detonador apuntando en la direccin deseada de iniciacin.
Cuando utilice unidades NONEL TD con una lnea descendente de cordn detonante, SIEMPRE
coloque la bloque montn a la cola de la lnea descendente mecha detonante se extiende desde el
agujero para se inici. Coloque el cordn detonante en el bloque de racimo con el detonador
sealando en la direccin deseada de iniciacin.
163
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Color ( NONEL)
Tiempo Nominal Superficie.(ms)
Color ( NONEL)
Tiempo Nominal Superficie.(ms)
Gris
Amarillo
Rojo
Naranja
Blanco
17
25
33
42
Azul
Negro
Negro
65
100
109
8.9.3.6.
El conector MS, esta recomendado para ser empleado junto con el cordn 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 detonacin del cordn
detonante.
El conector MS debe ser protegido contra impactos o daos, los conectores de superficie
contienen detonadores que pueden ser accionados por fuertes impactos, mientras que los tubos
de choque pueden daarse o cortarse lo que dara lugar a fallos en el encendido, nunca pise con
un equipo los bloques de los conectores MS activos.
Es recomendable cortar el exceso de cordn detonante adosado al bloque del conector MS, las
colas de cordn detonante adyacentes al tubo de choque pueden interferir la transmisibilidad de la
seal de un bloque a otro, puesto que la VOD del cordn detonante es alta, ocasionando fallos.
164
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Nunca conecte al MS en lneas troncales de cordn detonante, hasta tanto no hayan sido
cargados y taqueados las perforaciones o cuando se percaten de la presencia de personal o
vehculos ajenos a la actividad de conexionado.
Para colocar el conector MS a una lnea troncal de cordn detonante, se debe cortar la lnea
troncal en el punto donde se planifico colocar el retardo de superficie, conecte el MS a los
extremos de la lnea en los bloques y corte el excedente de cordn detonante, no es
recomendable acoplar dos o mas cordones detonantes a un mismo bloque.
Tiempo Retardo ms)
Bloque (color)
Bloque (color)
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 Electrnicos
En el detonador electrnico se remplaza el elemento de retardo pirotcnico por un chip electrnico
preprogramable. El sistema de iniciacin electrnica 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 precisin
(hasta 1000x ms preciso que los pirotcnicos).
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
asignado durante el proceso de cargado de los barrenos.
Amplio rango de retardo (hasta 15,000 ms) y con una mayor capacidad disponible (hasta 4,800
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
subterrneas y SURBS (Sistema de Detonacin de Superficie por Control Remoto) para aplicaciones
en minas Cielo Abierto.
Software integrados, SHOTPlus-i & SHOTPlus i UG, para los diseos de voladuras y la programacin
automtica de los detonadores. Programabilidad completa, facilitando la reduccin de inventarios y
simplificando los reportes para las entidades regulatorias.
165
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
de aleacin de cobre y zinc detona y proporciona una adecuada potencia de detonacin asociada a una
onda de choque dinmica para iniciar otros agentes explosivos.
El cable del detonador es de cobre revestido de
acero, entregando mayor resistencia a la tensin, y
esta
recubierto
con
un
polipropileno
que
le
adapta a todos los tipos de boosters convencionales. Para condiciones particularmente rigurosas en el
terreno se recomienda i-kon RX.
2.
3.
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 tambin estn disponibles: SURBS (Sistema de Detonacin de
Superficie por Control Remoto) para aplicaciones a cielo abierto y CEBS
(Sistema central de voladuras) para aplicaciones subterrneas que
pueden iniciar hasta 2.400 detonadores.
Figura 8.45. i-kon Blaster
166
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Inicio de la sesin despus de cargada la voladura:. Una vez que todos los barrenos son
cargados, el Logger es conectado a un extremo del cable o lnea de conexin (Harness Wire) y el
personal encargado de la voladura debe comenzar a conectar cada detonador a la lnea de acuerdo a
la secuencia de diseo de disparo correcta. En la medida que cada detonador dentro del pozo es
conectado a la lnea, el tiempo es asignado a dicho detonador y es descargado a travs del diseo de
voladura SHOTPlus-i o sobre la base de un auto-incremento programado en el Logger o
introduciendo manualmente el tiempo de retardo a travs del teclado del Logger.
Inicio de la sesin 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 lnea de conexin (Harness Wire) no es utilizado, ms bien el
Logger es conectado al detonador ya sea a travs 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.
Ms tarde el cable o lnea de conexin 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 tambin 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 enva la seal de detonacin a los detonadores
a travs del Blaster.
reas de uso:
i.
Voladura de contorno
ii.
iii.
Control de fragmentacin.
El detonador electrnico 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 volmenes de roca, donde
las operaciones de carga mecanizada se hacen a gran escala.
167
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Standard
0,6mm
RX
0,6mm
Standard
30kgf/200N
Alambre:
RX
30kgf/250N
Longitud de Fabricacin:
Standard
6,15,20,30,40, 60m
RX
15,20,30,40m
Standard
PP
Aislamiento:
RX
TPU
Base de Carga:
AII
750mg de Pentolita
Carga Primaria:
AII
Conectores:
AII
De Bisagras
168
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Mantenga cada conexin de cordones en ngulo recto. Los conectores de plstico son convenientes y
confiables.
La distancia entre un rel de retardo y cordones paralelos debe ser de por lo menos 1.0 m.
Este producto puede ser usado en minera a cielo abierto, minera subterrnea, canteras y
obra civil.
El principal uso del cordn detonante es como lnea maestra para conectar los barrenos,
para iniciar detonadores no elctricos y como iniciador a lo largo de la columna del barreno
Caractersticas Tcnicas del Cordn Detonante:
Producto
6N
12N
20N
100N
6 + 0,1/-0,2
12 1,0
20 1,5
100 5,0
VOD (m/s)
6.900 5%
> 6.200
> 6.500
> 6.500
589
981
981
981
8,03
16,06
26,76
133,8
4,68
9,36
15,6
78
Color
Rojo
Verde
Rojo
Rojo
Cubierta Exterior
PVC
PVC
PVC
PVC
169
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Figura 8.51. Mecha de seguridad mostrando el flamazo inicial que es un chorro de fuego que lanza la
mecha al encenderse el ncleo de plvora.
La mecha de seguridad viene embalada en cajas de cartn 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).
Caractersticas que pueden ser observadas en la Tabla 8.10.
SIMPLE
REFORZADA
5,0 mnimo
5,0 mnimo
24,4 +/- 3%
24,4 +/- 3%
Dimetro exterior, en mm
5,10 +/- 3%
5,25 +/- 3%
5 mnimo
5 mnimo
160 +/- 5%
160 +/- 5%
30 +/- 10%
28 +/- 10%
24 horas
24 horas
blanco
naranja
Impermeabilidad en 1 m3 de agua
pedido.
170
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
El fulminante corriente No. 8, tiene todas las garantas 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
Mm
Dimetro Externo
mm
Dimetro Interno
mm
Volumen de Trauzl
cm
23,36
Resistencia al Impacto
2 Kg/m
Si cumple
Mg
900
Buena
Seguridad
Tabla 9.11. Especificaciones tcnicas del Detonador simple # 8
8.9.8. Productos Especiales
8.9.8.1.
Unidad
Densidad
(gr/cm )
Mezcla 65
Mezcla 70
1,18 1,33
1,20 1,35
(mm)
140
(m)
30
(m)
25
Tipo de barrenos
Sistema de Carga
Bombeado
Iniciador recomendado
VOD tpico
(gr)
900
(m/s)
3.900 6.400
111 - 119
110 118
170 - 180
172 182
159
156
Emisin de CO2
(Kg/t)
Clasificacin
1.1D
Explosivo Voladura.
UN No:
0241
Tipo E
ENB/D/009/11
171
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
EI sistema de mezclas de emulsin a granel bombeable ha sido especficamente diseado para ser
sado en todo tipo de rocas presentes en la industria de la minera a cielo abierto del carbn puede
ser usado dondequiera que se presenten barrenos con agua. No se aconseja para terrenos que
presentan sulfuro reactivo.
Beneficios de las Mezclas de Emulsin a Granel:
Las mezclas de emulsin son confiables en barrenos secos, hmedos, desaguados con mucha
presencia de agua.
EI producto puede ser cargado a distintas energas y densidades para maximizar la fragmentacin
mejorando la productividad del sistema de trituracin y molienda.
8.9.8.2.
172
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
En la figura 8.54, se puede observar el desarrollo energtico de generacin de calor y energa en una
carga de demolicin, se puede ver en la imagen (A) el inicio de la fase de detonacin del explosivo, (C)
Proceso de expansin lateral por efecto de la detonacin, (D) Avance energtico en los laterales de la
carga, (E ) Efecto de chorro de la carga de explosivo (Efecto Monroe).
Hoy da la tecnologa de demolicin en el mbito civil aplica en el diseo de nuevas cargas en forma
de V en un molde en cobre en pequeas 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
metlicos de algunas maquinas como las bases de gras portuarias u otra estructura de acero en
construccin aseguran una fisura limpia, mientras que si es utilizado para demoliciones de blindajes, el
empleo de la carga en forma de V cnica es mas eficiente.
8.9.8.3.
ascendente de los barrenos en obras de minera subterrnea y construccin de tneles 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
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
ascendente
de
Tanque de Diesel
(2)
Tolva de Aluminio
(3)
Tolva de NA
(4)
Tornillo Helicoidal
(5)
Conducto de Combustible
(6)
Cmara de Mezcla
(7)
Salida de Mezcla
(8)
Limpieza
Figura 8.59. Partes de un camin fabrica (MMU)
los
productos,
es
tecnologa
en
la
forma de un sistema de
control y registro de datos y
, de fcil operacin.
La empresa Tread Corporation, ha desarrollado el sistema proBlast TREAD y los sistemas de registro
de datos de control, despus de haber diferentes niveles de sofisticacin, proporcionar un flujo de
capacidades que son por encargo especfico configurado a las necesidades del cliente. Este sistema
cuenta con bondades tales como:
El proBlast TREAD sistema de control est diseado para ser simple, fcil de operar,
extremadamente precisa y ofrece el mayor nivel de funcionalidad y capacidad de expansin para la
industria de explosivos. Permite el seguimiento de las tasas de produccin, relaciones de emulsin,
totales, totales de barrenos cargados y permite detener automticamente la carga cuando el
"preset" cantidad ha sido alcanzada.
174
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
La funcin de Datalogger est diseada para captar niveles muy amplios de la informacin operativa
de carga relativa, la profundidad del barreno, las temperaturas, la calibracin, los volmenes, las
frmulas, las alarmas, el tiempo de trabajo y otros criterios operativos. Informacin que est
disponible en el proBlast, por lo tanto TREAD puede personalizar un programa especfico para el
seguimiento necesario del cliente y los requisitos de datos de informes.
Los controles proBlast TREAD estn diseados para la eliminacin 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 mdulos de control
estn sellados (IP67) para todas las condiciones climticas, y resisten a vibraciones extremas.
El proBlast puede ser programado con hasta 12 frmulas nicas. Tiene la opcin de utilizar el "modo
sencillo" para las necesidades bsicas del usuario, o cambiar al modo normal para mayores
opciones y control de usuarios.
El sistema proBlast ofrece mltiples estaciones de control con pantallas de visualizacin, palancas y
controles de pulsador para la seleccin de todas las frmulas 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 camin a granel. As, proBlast garantiza que el
operador tendr la interfaz de control exacto, independientemente de que utilice otro camin. A
medida que el operador est capacitado y cmodo con un camin, puede operar cualquier tipo de
camin con un sistema de control de proBlast.
El sistema proBlast TREAD le permite definir sus propias frmulas de antemano para asegurar la
consistencia del producto, y, tienen la capacidad de tener proBlast, ajustando las tasas de cmaras
de gas en base a la temperatura del producto.
El proBlast TREAD utiliza una interfaz de bus CAN, plug-and-play, con compatibilidad para ms de
una docena de diferentes dispositivos del bus se puede (mando a distancia, lecturas adicionales,
paneles de botones) a travs de un nico cable de conexin.
8.9.8.4.
175
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
8.9.8.5.
Escalera interior
El Nobel Prime es un multiplicador de muy alta velocidad de detonacin diseado especialmente para
iniciar ANFO y otros agentes de voladura insensibles al detonador. Mayormente se usa en labores
subterrneas donde se usan equipos de carga neumticos o bombeo de emulsiones explosivas. El
Nobel prime se utiliza tambin en voladuras de mini barrenos en ambientes sensitivos. El mtodo de los
mini barrenos puede ser de gran utilidad en las siguientes tareas:
i.
Voladura de bloques.
ii.
Nivelacin.
iii.
iv.
v.
Demoliciones.
176
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
CAPITIULO IX
9.
1ra FASE: Se produce un fuerte impacto debido a la onda de choque, vinculada a la Energa de Tensin durante
un breve espacio de tiempo.
2da FASE: Actan los gases producidos detrs de la zona de reaccin que a alta presin y temperatura son
portadores de la Energa Termodinmica o tambin llamada de burbuja.
Existen diversas teoras que han querido explicar el comportamiento de la roca bajo los efectos de una explosin,
estas teoras se han venido desarrollado desde los aos 50, siendo hasta hoy da uno de los grandes dilemas a
resolver en un todo integral, as como la definicin de la tecnologa de aplicacin de los explosivos de arranque.
9.1. MECANISMOS DE ROTURA
La intervencin de al menos ocho mecanismos de rotura de la roca al ser estas afectadas por una carga
explosiva, le dan a este proceso un carcter estrictamente complejo, ntimamente ligados uno a otro al xito de los
resultados que se requieren en una voladura, podemos entonces definir cada uno de estos a saber;
9.1.1.
Trituracin de la Roca
La primera accin que se observa luego de la detonacin de la carga explosiva, donde la presin en el
frente de la onda de choque se expande de forma cilndrica alcanzando valores que superan ampliamente la
resistencia dinmica a compresin de la roca provocando la destruccin de la estructura intercristalina e
intergranular de esta.
El efecto de la onda de choque se expande, desarrollndose un anillo de roca triturada, que a su vez va
aumentando con la Presin de Detonacin del Explosivo y con el acoplamiento de la carga a las paredes del
barreno. Segn Dubai y Atchison (1957), con explosivos de alta potencia y en rocas porosas, este efecto
puede llegar a tener un radio de hasta 8b, pero lo normal es que se encuentre en un rango de (2 - 4) b.
La variacin de las tensiones de
compresin generadas por dos cargas de
explosivo acopladas, se pueden observar
en el Cuadro 4.1., La trituracin de la roca
se produce a una presin de 4 GPa, por lo
que la curva (A) del explosivo que produce
en la pared del barreno 7GPa tiene una
pendiente de cada fuerte esto debido al
gran aumento de superficie especifica que
tiene lugar durante la pulverizacin de la
roca. El caso con el explosivo (B), no
aumenta
la
superficie
especifica
por
177
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
Segn Hagan (1977), este mecanismo de rotura consume casi el 30% de la energa que transporta la
onda de choque, colaborando en la fragmentacin de la roca con un volumen muy pequeo, que esta en el
orden del 0,1% del volumen total que corresponde al arranque normal de un barreno.
Como conclusin 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 aqu nace la iniciativa de que en algunos casos es
aconsejable el desacoplamiento de las cargas y el aumento de la Energa de los Gases (EB), a costa de la
Energa de Tensin (ET)
9.1.2.
Agrietamiento Radial
Durante la propagacin de la onda de choque, la roca alrededor del barreno es sometida a intensos
esfuerzos de compresin radial que generan componentes de traccin en los planos tangenciales del frente
de dicha onda. Cuando estas tensiones superan la resistencia dinmica a traccin de la roca se inicia la
formacin 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 nmero 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
triturada, y
178
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
9.1.3.
Al alcanzar la onda de choque una superficie libre, entonces en este momento se generan una Onda de
Traccin 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 energa asociada a
estas ondas generadas depende del ngulo de incidencia de la onda de choque primaria, la fracturacin de la
roca es causada por lo general por la onda de traccin reflejada.
Si las tensiones de traccin superan la resistencia dinmica de la roca, entonces se produce hacia el
interior el fenmeno conocido como Descostramiento o Spalling. En las rocas la Resistencia a Traccin
alcanza valores entre (5 - 15) % de las Resistencia a Compresin. 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 ndice de dispersin
de la energa de la onda de traccin es mucho
mayor cuando la superficie es cilndrica, como
lo es la de un barreno central de un cuele en
una malla de perforacin para galeras en
tneles, que como cuando se dispone de una
plano como sucede en las voladuras a cielo
abierto.
Este
mecanismo
no
aporta
energa
estos gases provoca un campo de tensiones cuasiesttico 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
despus de la formacin de las grietas radiales por la componente tangencial de traccin de la onda.
Hay un a prolongacin de las grietas radiales producto de la concentracin de las tensiones en los extremos
de estas, el nmero y magnitud de las grietas abiertas y desarrolladas depende de la presin de los gases,
por lo que el escape prematuro de estos por efecto de un mal retacado, presencia de zonas dbiles en el
frente del banco, fracturas de gran magnitud en la roca, cavernas u otro evento geolgico, puede producir una
reduccin drstica en el aprovechamiento de la energa del explosivo.
9.1.5.
Antes de que la onda de choque alcance el frente libre efectivo, la energa total transferida a la roca por la
compresin inicial varia entre (60 - 70)% de la energa de la voladura (Cook et al 1966), despus del paso de
la onda de compresin se produce un estado de equilibrio cuasiesttico, seguido de una cada sbita de
presin en el barreno, debida al escape de los gases a travs del retacado, de las fracturas radiales y al
desplazamiento de la roca.
179
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
con caractersticas litolgicas diferentes, los estratos presentan diferentes mdulos de elasticidad o
parmetros geomecnicos, se produce la rotura en los planos de separacin al paso de la onda de choque
por las tensiones diferenciales cortantes
en dichos puntos.
Como puede observarse en la Figura
4.4., Los Estratos X y Y, difieren en sus
caractersticas litolgicas, por ende los
mdulos de compresin, densidad de la
roca y la geomecnica de los mismos
hacen que los gases de la detonacin
ejerzan distintos mdulos de energa,
produciendo divergencia en la fracturacin
de la roca.
Figura 9.4. fracturacin por cizallamiento (hagan)
9.1.7.
180
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
9.1.8.
gases, son proyectados hacia la superficie libre colisionando entre si y dando lugar a una fragmentacin
adicional, efecto que ha podido ser observado mediante filmaciones en fotografas ultrarrpidas.
9.2. TRANSMISIN DE LA ONDA DE CHOQUE EN UN MEDIO ROCOSO
Visto en el Tema referido a las propiedades de los explosivos, la Presin de Detonacin (PD), viene
expresada en:
PD(MPa) =
exp .x.VOD 2
4
Donde:
PD
VOD
nz =
2
xPD
1 nz
exp .x.VOD
r.x.VC
nz
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 har simultneamente
hacia PD. La presin de la onda en la roca decrece con una ley exponencial, de modo que la tensin radial
generada a una determinada distancia ser:
Donde;
rb
i PB
DS
PB
rb
DS
Si durante la transmisin de la onda de choque, esta se encuentra con materiales diversos, como
estratos de diferentes litologas, densidades, presencia de agua o aire, esta se ve gobernada por la relacin de
impedancias de los distintos tipos de rocas.
9.3. RENDIMIENTO ENERGTICO DE LA VOLADURA
Como podr verse la accin de los explosivos sobre las rocas es la resultante de un conjunto de
acciones elementales, que actan secuenciadas y en algunos casos simultneamente, en fraccin de segundos,
asociadas a los efectos de la Onda de Choque que transporta la Energa de Tensin y a los efectos de los gases
de explosin o Energa de Burbuja.
181
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
La energa total desarrollada por el explosivo y medida por el mtodo 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
Segn estimaciones realizadas por Hagan (1977) han puesto de manifiesto que solo el 15% de la
energa total generada en la voladura es aprovechada como trabajo til en los mecanismos de fragmentacin y
desplazamiento de la roca.
En una roca dura, la Energa de Tensin de un explosivo rompedor es ms importante en la
fragmentacin que la Energa 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
- Pulverizacin
15%
25%
15%
3%
3%
2%
- Prolongacin de Fisuras
0%
16%
39%
- Energa Transmitida
82%
34%
22%
- Energa Aprovechada
18%
34%
56%
2
4
Grafica 9.2.Diagrama P-V de los Gases de Explosin, mostrando la Distribucin de la Energa en la Voladura
182
[MANUAL
DE PERFORACIN Y
VOLADURA DE ROCAS]
ZONA
ENERGIA
1+2
Energa Rompedora
3+4
2+3
Energa de fragmentacin
1+2+3+4
5
Energa de voladura
Energa de proyeccin y perdida de energa en escape de
los gases
1+2+3+4+5
183