Explorando el paradigma de selección de tiempos electrónicos ultra-cortos

C.K. McKenzie

Principal, Blastechnology

W.R. Adamson

Senior Technical Manager, Austin Powder International

Resumen

A medida que más operaciones mineras alrededor del mundo cambian a sistemas de iniciación

electrónica, o al menos realizan pruebas con ellos, la variedad del conocimiento y la experiencia al

respecto se ha ampliado considerablemente.

En Chile existe una percepción de que para lograr el máximo grado de fragmentación se requiere la

aplicación de retardos (tiempos) electrónicos muy cortos entre barrenos adyacentes de la misma fila.

Se han realizado algunos estudios de campo, algo limitados, en Chile, involucrando mediciones de

fragmentación. No obstante existen pocos, si es que los hay, estudios de larga duración,

suficientemente apoyados por mediciones de productividad, sea en la misma mina, o en la planta de

tratamiento, o en pilas de lixiviación.

Por otro lado, existen algunos estudios, realizados fuera de Chile, que son dignos de revisión puesto

que muestran no solamente el impacto de selección de retardos sobre la fragmentación, sino

también el efecto sobre la productividad de la molienda SAG, durante períodos superiores a 12

meses.

El presente trabajo explora el cuerpo de conocimiento actual respecto a los efectos de la selección

de retardos sobre diversos aspectos de la tronadura, desde la granulometría de la roca arrancada y el

impacto de las vibraciones sobre las paredes finales, hasta los impactos de la vibración y la onda

expansiva sobre comunas aledañas.

Además de todo ello, se examinan las formas en que el modelado de la fragmentación podría

adaptarse para reflejar las tendencias en los resultados de fragmentación reportados en varias

conferencias y simposios alrededor del mundo.

Introducción

Durante los últimos, por lo menos, cuarenta años, varios estudios a escala laboratorio y a escala

operacional en minas han investigado el rol de los retardos en separar o alinear los tiempos de

detonación de cargas explosivas dentro de la planilla de barrenos. En distintos trabajos, se ha

demostrado la capacidad del manejo de los tiempos de retardos para afectar fragmentación, daño al

macizo rocoso cercano, resistencia de la roca pos-tronadura, consumo de energía en la trituración y

molienda de la roca volada, forma de la pila de roca volada, eficiencia en el proceso de excavación,

producción de proyecciones de roca y velocidad del desplazamiento del banco; además de la mezcla

de bloques adyacentes de mineral y lastre (dilución) y los impactos medio-ambientales de la

vibración, sobre-presión del aire y generación de polvo. En términos generales se ha observado que

la acción de retardos y su adecuada gestión o manejo ofrece oportunidades para optimizar

virtualmente todos los aspectos del proceso de la voladura y sus impactos sobre los procesos aguas

abajo.

El rango de separación de tiempos de interacción entre distintas cargas logrado por retardo varía

entre decenas de milisegundos hasta segundos. Los métodos empleados para conseguir esta

separación temporal entre interacciones depende del sistema de iniciación utilizado, de los cuales

existen esencialmente dos; pirotécnicos y electrónicos.

Para el caso de retardos pirotécnicos, el tiempo de retardo entre la recepción de la señal de

iniciación y la posterior detonación de la carga base se logra por la vía de la combustión muy

controlada de longitudes variables de compuestos químicos, especialmente formulados y

preparados. Al final de este tren de combustión se ubica una pequeña carga de alto explosivo que

detona al entrar en contacto con la frente de combustión del compuesto químico del retardo. El

tiempo necesario para detonar la carga base depende de la precisión con la cual se ha preparado el

compuesto químico en términos de composición y corte, (o dosificación, según la metodología de

fabricación), y la variabilidad característica en los tiempos de detonación típicamente tiene una

desviación estándar en el rango de 1 a 2.5% del tiempo promedio del lote de fabricación. Esta

variabilidad puede acercarse a 10% para el caso de los retardos de tiempos cortos (pirotécnicos)

utilizados para la superficie de las voladuras, con tiempos menores a 40ms. Por lo tanto se puede

estimar la desviación estándar de tiempos de iniciación para retardos pirotécnicos comercialmente

disponible, en el rango de 1ms a 40ms aproximadamente.

Para el caso de retardos electrónicos, se controla el tiempo de iniciación a través de una señal

enviada por un micro-chip ASIC (Circuito Integrado de Aplicación Específica) para descargar un

condensador de alta energía a través del componente de ignición en el instante exacto programado,

respecto al momento de recibir el comando de iniciarse. La variabilidad en los tiempos de iniciación

de retardos electrónicos es muchísimo menor que el caso de retardos pirotécnicos. Generalmente se

les asigna una desviación estándar en el rango de 0.1ms a 0.5ms a los electrónicos, independiente

del tiempo nominal programado, aunque algunos fabricantes describen la desviación para tiempos

mayores en términos de un porcentaje fijo del tiempo nominal programado. La pequeña variabilidad

se asocia con el tiempo finito requerido para activar el elemento incandescente de ignición (cerilla)

dentro de la estructura ensamblada del detonador.

La Figura 1 presenta una comparación entre distribuciones de tiempo de detonación para retardos

electrónicos y pirotécnicos para dos distintos tiempos nominales de iniciación (µ = 100ms, σpyro =

2.5ms, σelec = 0.5ms; µ = 1000ms, σpyro = 9ms, σelec = 0.5ms).

Figura 1: Típicas curvas de distribución de tiempos de detonación para retardos pirotécnicos y electrónicos (asumiendo una distribución Normal para la variabilidad en tiempos de detonación). A diferencia de los retardos electrónicos, la precisión de los sistemas de iniciación pirotécnica

también se ve afectado por la longitud del tubo de choque que lleva la señal de iniciación hasta el

detonador. Puesto que la velocidad de propagación de la señal de iniciación es relativamente baja

(alrededor de 2000 m/s) al existir diferencias significativas en la longitud del tubo (Ej. Al usar

detonadores al fondo y en la parte superior de columnas largas de explosivo) se puede esperar

diferencias importantes en los tiempos de detonación de la carga explosiva – un factor que se olvida

frecuentemente en los procesos de diseño y modelización de la voladura.

La selección de tiempos de retardos es considerada por un grupo muy amplio de investigadores y

profesionales de la industria como una influencia fundamental sobre muchos y distintos resultados

de la voladura. Por ende se puede proponer que la habilidad de controlar y manejar los resultados de

la voladura depende, intuitivamente de la capacidad técnica de controlar el tiempo de detonación de

las cargas individuales dentro de la voladura. Esta capacidad de control es obviamente mucho

mayor en el caso de usar sistemas de iniciación electrónica que con productos pirotécnicos.

Por lo tanto, el tiempo de retardo “óptimo” depende del enfoque particular de la operación de la

voladura (fragmentación, daño, impacto ambiental, desplazamiento de la pila volada, etc.) y el nivel

de éxito de la voladura dependerá de la capacidad de estimar e implementar los tiempos de retardo

más apropiados. Es muy probable que la consistencia en resultados logrados esté estrechamente

ligada a la capacidad de estimar correctamente y lograr en forma consistente los tiempos más

apropiados. De ahí viene la necesidad de contar con reglas, relaciones o modelos que puedan

facilitar la estimación de los tiempos adecuados para cada tipo de resultado de la voladura, en

función del diseño de la misma, condición del macizo rocoso y características del explosivo.

Los retardos usados para controlar la secuencia de detonación de cada carga incluyen, entre

barrenos, entre filas y entre “decks” (cuando existen dos o más cargas en el barreno, separadas por

un largo de taco inerte). Figura 2 muestra el concepto expuesto.

0.0%

0.5%

1.0%

1.5%

2.0%

2.5%

3.0%

3.5%

4.0%

4.5%

5.0%

970 980 990 1000 1010 1020 1030

Firing Time (ms)

Pro

bab

ilit

y

Den

sit

y_P

yro

tech

nic

(%

)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

Pro

bab

ilit

y

Den

sit

y_E

lectr

on

ic (

%)

Pyrotechnic Electronic

Nominal Firing Time: 1000 ms

0.0%

2.0%

4.0%

6.0%

8.0%

10.0%

12.0%

14.0%

16.0%

18.0%

90 100 110

Firing Time (ms)

Pro

bab

ilit

y

Den

sit

y_P

yro

tech

nic

(%

)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

Pro

bab

ilit

y

Den

sit

y_E

lectr

on

ic (

%)

Pyrotechnic Electronic

Nominal Firing Time: 100 ms

Figura 2: Retardos entre decks, entre barrenos, y entre filas para controlar los tiempos absolutos de la detonación de las cargas explosivas

Para el caso de los sistemas de iniciación pirotécnica, la variabilidad natural o desviación estándar

de los tiempos de detonación asociada con cada uno de estos elementos de retardo se exacerba con

la inter-conexión de cada uno con el fin de lograr el tiempo final deseado para cada carga. Los

sistemas electrónicos, al contrario, solamente involucran un solo elemento, mucho más preciso, de

retardo para alcanzar el mismo objetivo.

El presente trabajo explora el desafío de estimar el rango óptimo de tiempos que debería producir

cambios benéficos o mejoras en los “productos” de la voladura previamente mencionados. Además

de ello, se ofrece una revisión de las distintas hipótesis de base para lograr la determinación de las

interacciones físicas que se puede lograr al aplicar un régimen preciso y exacto de tiempos de

retardos.

Se pone particular énfasis en el proceso de análisis y diseño que se implementa para optimizar el

desempeño de la voladura en el contexto de la fragmentación.

El control de la interacción entre detonaciones de cargas adyacentes – la vía hacia el

beneficio

La fuente fundamental del control sobre los resultados de la perforación y voladura que el ingeniero

de voladuras consigue por medio de la iniciación electrónica es, más que simplemente lograr

tiempos cortos, exactos y precisos de iniciación, la posibilidad de conseguir cualquier tiempo con

igual nivel de precisión, exactitud y regularidad / reproducibilidad. Al utilizar este control, se

puede conseguir beneficios a raíz de influir directamente en las interacciones entre varios

fenómenos de la voladura como tales; presión del barreno, vibración en campo cercano y lejano,

sobre-presión del aire, y otros.

Tomando en cuenta que los distintos fenómenos físicos ocurren durante tiempos distintos, las

secuencias y períodos de los retardos asociados con el logro de los resultados optimizados también

variarán según la dinámica de la interacción entre explosivos y roca y las características del

Delay 500 ms

Delay 525 ms

Inter-hole delay (17 ms)

Inter-row delay (67 ms)Inter-deck delay (25 ms)

Stemming

Stemming

Delay 500 ms

Delay 525 ms

Inter-hole delay (17 ms)

Inter-row delay (67 ms)Inter-deck delay (25 ms)

Stemming

Stemming

resultado físico que se requiere. La configuración de la carga, el diámetro del barreno y el tipo de

roca determinan el “qué” ocurre, mientras la secuencia de iniciación determina el “cuándo”.

Es instructivo examinar en más detalle las formas en que se utiliza el control de los tiempos para

lograr resultados optimizados en el contexto de distintos tipos de resultados, claramente

demostrando el rango amplio de paradigmas que describen el “resultado óptimo”. A continuación se

examina en más detalle, el caso de la optimización de fragmentación, el beneficio quizás más

añorado de todos.

Selección de retardos: Evitando tiros quedados

Una preocupación común en operaciones mineras donde suelen quemar voladuras grandes con

varios cientos de barrenos, es asegurar protección contra tiros quedados a consecuencia de cortes

superficiales (en tubos de choque u otras líneas de iniciación) o desplazamiento de bloques a través

de estructuras in-situ. Este movimiento puede surgir a causa de la detonación de cargas previas cuya

presión de barreno puede actuar a distancias de varias decenas de metros. En la situación peor,

puede ocurrir un desplazamiento lateral de una carga antes de la iniciación del detonador en el

iniciador al fondo del barreno, dejando eventualmente una carga explosiva completa con booster y

detonador en estado “vivo” en la pila volada, comprometiendo la seguridad de los operadores y sus

equipos. Aunque se inicie el detonador antes de que ocurra el desplazamiento del barreno, por lo

menos una parte de la carga no detonará, causando una merma en la fragmentación y un nivel de

incertidumbre respecto a la potencial existencia de un tiro quedado al aparecer el explosivo no

detonado en la pila de roca volada.

Para evitar la producción de tiros quedados a raíz del desplazamiento no deseado de bloques del

macizo rocoso, muchas operaciones mineras intentan asegurar que todos los retardos en la voladura

hayan sido iniciados antes de detonar la primera carga explosiva. En el caso de retardos pirotécnicos

se logra esta condición a través de una selección cuidadosa de los retardos; dentro del barreno, entre

barrenos y entre filas. No obstante, esta práctica frecuentemente requiere la aplicación de retardos

muy largos dentro del barreno y si se considera la dispersión estadística de los tiempos reales, se

puede perder control de la secuencia de iniciación con las posibles consecuencias de fragmentación

inadecuada, desplazamiento irregular de la pila, y la producción de rocas en vuelo proyecciones. En

la mayoría de aplicaciones en la gran minería, utilizando sistemas pirotécnicos, el ingeniero elige el

retardo dentro del barreno de modo que consigue una distancia mínima de 50m entre el frente de

iniciación y el de detonación, comenzando en la primera fila de barrenos (Figura 3). En aplicaciones

de voladuras de máximo desplazamiento, Workman (1995) propuso tener una mínima de 6 filas

entre los dos frentes.

Con el auge en el uso de sistemas electrónicos la combinación de retardo en barreno / entre barrenos

/ entre filas se reemplaza con un solo detonador cuyo tiempo puede elegirse al gusto del ingeniero

de voladuras, y que además se activa al mismo tiempo que todos los demás en la voladura. Cabe

aclarar que todos los retardos están activados simultáneamente pero detonarán sus respectivas

cargas explosivas en la secuencia programada, cada uno en el tiempo que le corresponde. Así se

elimina todo riesgo de sufrir una interacción física, destructiva entre las cargas (en cuanto del

desplazamiento) entregando un caso sencillo de los beneficios de aplicar sistemas de iniciación

electrónica.

Figura 3: Manteniendo una distancia adecuada entre el frente de iniciación y el frente de detonación para evitar tiros quedados

Selección de retardos: Control de vibración

La utilización e importancia de retardos para controlar el impacto de vibraciones por voladuras,

involucrando un número grande de cargas, es una disciplina conocida hace varias décadas. El

trabajo de Duvall et al (1963) constituyó la base para el paradigma aún común de que un buen

control de vibración se logra cuando el intervalo de tiempo entre la detonación de cargas

consecutivas excede 8ms. Hoy, existe amplio consenso que la aplicación incondicional de esta regla

es contraproducente y anticuada, según consta el trabajo de Reize et al (2006) y Anderson (1989).

Sin embargo el resultado más importante y relevante del estudio fue la proposición de que si se

lograse separar adecuadamente los tiempos de detonación de las cargas, el efecto cumulativo

resultante de las vibraciones, llegando desde múltiples fuentes (cargas individuales) podría

reducirse en un grado importante, significando menos quejas por parte del público y menos daño a

las estructuras aledañas.

Es probable que el mejor método para identificar aquel intervalo de retardo que produce el nivel

mínimo de vibración es a través de la aplicación del Modelo de Onda Semilla, también conocido

como Modelo de Onda Signatura o, más común, Modelo de Onda Elemental, presentado por

Hinzen (1986) y Blair (1999). Este modelo de simple superposición lineal, implícitamente toma en

cuenta, en forma precisa, los efectos de la geología entre fuente y punto de interés o medición,

además de la frecuencia y forma de los pulsos, más las características del diseño de la voladura,

incluyendo la configuración de las cargas explosivas (la cual puede variar sustancialmente),

geometría de perforación y secuencia de salida de las cargas individuales. Un ejemplo sencillo

mostrando la interacción entre dos cargas explosivas adyacentes, mientras se varía el tiempo de

retardo entre ellas es la forma más fácil y clara de mostrar cómo se puede utilizar el modelo para

encontrar combinaciones de retardos que minimicen la intensidad total de vibración en un punto

determinado.

Detonation front

Initiation front

Detonated holes

Initiated holes

Un-initiated holes

Detonation front

Initiation front

Detonated holes

Initiated holes

Un-initiated holes

Figura 4: Superposición lineal de señales de vibración generadas por 2 cargas separadas

Variando sistemáticamente los tiempos de retardo entre la llegada de las dos ondas (Figura 4) se

consigue un gráfico de velocidad de partícula máxima vs. Retardo para la Onda Elemental del caso

particular usada en la simulación y para el caso sencillo de solamente dos cargas, como se puede

apreciar en la Figura 5.

La Figura 5 ayuda de forma clara y visual a identificar tiempos de retardo entre cargas que producen

niveles más altos y más bajos de vibración inducida. En la práctica los retardos permiten separar las

vibraciones de cargas individuales controlando y alterando sus interacciones mientras que se alejan

de su punto de origen (la voladura). Por supuesto se debe tomar en cuenta, además, que las

diferencias en los tiempos de llegada al punto de interés, afectados por diferencias en distancia de

viaje, geometría y velocidad de propagación de energía tendrán su impacto sobre la forma e

intensidad de la vibración compuesta final. Como resultado final de lo anterior, salvo en los casos

más sencillos de circunstancias de voladuras, las distintas ondas llegarán al punto de medición con

intervalos irregulares en vez de intervalos constantes, independiente del tipo de sistema de

iniciación, de tal modo que las soluciones de tiempos óptimos suelen ser muy específicas para cada

voladura, cada receptor, y cada macizo rocoso.

Figura 5 Efecto de retardo entre carga para dos cargas con retardos distintos simulado en un punto particular

Hole 1 at T1 = 0 ms

-0.5

0

0.5

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Vel (m

m/s

)

Resultant Vibration Holes 1+2

-0.5

0

0.5

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Time (seconds)

Vel.

(mm

/s)

-0.5

0

0.5

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Ve

l (m

m/s

)

Hole 2 at T2 = 100 ms

Hole 1 at T1 = 0 ms

-0.5

0

0.5

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Vel (m

m/s

)

Resultant Vibration Holes 1+2

-0.6

-0.3

0

0.3

0.6

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Time (seconds)

Vel.

(mm

/s)

-0.5

0

0.5

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Ve

l (m

m/s

)

Hole 2 at T2 = 17 ms

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 20 40 60 80 100

Delay Times (ms)

Peak P

art

icle

Velo

cit

y (

mm

/s)

Crenwelge (1987) combinaba el análisis teórico con una serie de pruebas en el terreno a escala real

para desarrollar un método de análisis de frecuencia en base de Fourier para identificar retardos que

pueden minimizar niveles de vibración, mostrando reducciones muy significativas que pueden

producirse en voladuras con múltiples barrenos, simplemente por la vía de cambiar la secuencia de

salida. El investigador pudo identificar frecuencias de “resonancia” y “anti-resonancia” en el

espectro de frecuencia para vibraciones de una sola carga y así propuso que los macizos rocosos

transmiten vibración en forma eficiente en frecuencias de “resonancia” pero todo lo contrario

cuando se trata de frecuencias en bandas de “anti-resonancia”, fAR; estos conceptos generales

también fueron presentados por Yang et al (2008). Una vez identificada la frecuencia anti-

resonancia, visualizada con una baja pronunciada en el espectro de Fourier hasta llegar a niveles

mucho más bajos que las frecuencias adyacentes, se calcula el tiempo de retardo correspondiente

como fAR-1

. Utilizando este método para seleccionar tiempos óptimos de retardo, Crenwelge (1987)

demostró la posibilidad de aumentar la cantidad de carga por retardo por un factor de 5 veces,

consiguiendo al mismo tiempo reducir la amplitud máxima de la vibración.

Figura 6: Resultado de casi 10.000 simulaciones de distintas combinaciones de retardos entre decks, entre barrenos, y entre filas, mostrando un amplio rango de posibles impactos de vibración en un punto determinado

Al intentar minimizar los impactos de vibración en un punto designado, es importante entender y

aceptar que generalmente habrá varias combinaciones de retardos entre decks, entre barrenos y

entre filas que serán capaces de producir niveles de vibración semejantes, no existiendo una única

solución. La Figura 6 muestra una distribución de niveles de vibración que resulta de una serie de

9.700 simulaciones con un Modelo de Onda Elemental utilizando distintas combinaciones de

retardos. La Figura muestra claramente que si bien hay muchas combinaciones que producen altos

niveles de vibración, también hay otras que producirán bajos niveles. Los usuarios de este método

de modelado deberán examinar distintas combinaciones de retardos para seleccionar una que

también comprenda una dirección de movimiento preferida (de la pila) o que provea de un mayor

grado de protección contra cortes y tiros quedados.

Las ventajas de los sistemas de iniciación electrónica se presentan en forma notable cuando se

intenta alcanzar resultados óptimos en el presente contexto. Si bien es cierto que la técnica de

modelización anteriormente expuesta puede entregar la o una combinación óptima de retardos para

minimizar la intensidad de vibración, la dispersión estadística, natural, existente en tiempos de

iniciación de retardos pirotécnicos impedirá alcanzar de forma consistente las metas, teóricamente

posibles. La implementación de sistemas electrónicos supone la oportunidad de reducir de forma

significativa el nivel de vibración resultante, una vez más cuando la clave para el éxito es la

0%

5%

10%

15%

20%

25%

0 2 4 6 8

PPV (mm/s)

Fre

qu

en

cy

(%

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 2000 4000 6000 8000 10000

Simulation No.

PP

V

0%

5%

10%

15%

20%

25%

0 2 4 6 8

PPV (mm/s)

Fre

qu

en

cy

(%

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 2000 4000 6000 8000 10000

Simulation No.

PP

V

habilidad para controlar, consistente y precisamente, la interacción entre fenómenos físicos; en este

caso, pulsos de vibración.

Selección de retardos: Control de sobrepresión del aire

De la misma forma, y utilizando esencialmente la misma metodología que se utiliza para elegir

retardos para separar la llegada de pulsos y reducir los efectos acumulativos de la vibración en el

terreno de voladuras conteniendo múltiples fuentes, se pueden estudiar e implementar cambios

eficaces para reducir la sobrepresión del aire, que son, en la práctica, vibraciones que se propagan

por el aire. La diferencia primaria en términos de capacidad de los retardos para reducir los efectos

acumulativos de la sobrepresión del aire es las diferencias entre las frecuencias de la Onda

Elemental generada por la carga en cada caso. Richards & Moore (2002) y McKenzie (2004)

demostraron que un Modelo de Onda Elemental también es una forma muy apropiada para evaluar

la eficacia y eficiencia de retardos entre barrenos y entre filas en el control de los niveles de

sobrepresión.

Selección de retardos: Daño a estructuras adyacentes

Igual que el caso de la mayoría de los estudios sobre los efectos de los retardos en la fragmentación,

los intentos de modelar el efecto de los tiempos de retardo sobre el daño se concentran en el efecto

de las tensiones inducidas por la vibración. Algunos casos (Villalba & McKenzie, 2006; Yang et al,

2008) utilizan superposición linear para determinar el efecto acumulativo de las ondas de vibración

que llegan a un punto determinado desde distintas fuentes (cargas de la voladura), determinando los

tiempos de llegada en función de los tiempos de iniciación de cada detonador y el tiempo de viaje

desde cada carga hasta el punto de interés. Estos modelos son útiles, no solamente para identificar

los retardos que ayudan a minimizar el impacto de las vibraciones, sino también para cuantificar la

influencia de la precisión del retardo sobre el régimen de vibración, los impactos máximos de la

vibración y el daño causado al macizo rocoso.

Se verá más adelante que el principio de controlar la interacción en tiempo entre señales de

vibración es similar, quizás idéntico al tema de acentuar la fragmentación por la vía de la aplicación

de tiempos (retardos) cortos.

Laing et al (2006) implementaron un concepto novedoso para minimizar el daño y las pérdidas

asociadas a un manto de carbón debajo de una voladura de sobre-carga, al dividir las cargas

explosivas largas en dos “decks”; uno de menor tamaño adyacente al manto de carbón y otro más

largo separado por varios metros de taco. Los investigadores encontraron que la diferencia en

tiempo entre los retardos de las dos cargas era el factor crítico para el éxito en reducir la pérdida del

carbón, cuya causa fue atribuida a un proceso de arrastre por fricción entre el carbón y el material

estéril, de mayor resistencia y densidad, en las voladuras de gran desplazamiento. Los autores

explicaron que la diferencia entre el tiempo de detonación de los dos decks también ayudó a reducir

el daño por vibración en el carbón y redujo la penetración del manto por los gases mediante la

apertura de una vía de escape alternativa para los gases (a raíz de desconfiar el carbón). Lo que

estos resultados implican es que la selección de retardos adecuados permitió que los investigadores

manejaran la interacción destructiva de dos fenómenos; vibración y penetración de gases. Se

revisará este interesante punto más adelante.

Pretorius & Ludik (2006) ajustaron los retardos entre barrenos y filas con la intención de

direccionar la interferencia constructiva de la vibración en dirección contraria de las paredes finales

de la mina, cuya sensibilidad al daño es conocida, como un componente importante en su programa

de gestión de la estabilidad de sus taludes. Nuevamente este procedimiento utilizó un Modelo de

Onda Elemental con datos conseguidos al medir el impacto asociado al detonar una sola carga.

Ajustando la secuencia de salida y los tiempos de retardo se logró bajar el nivel de velocidad de

partícula máxima hasta un 50% de su valor original, aunque no fue posible demostrar que esta

reducción tuviera efecto alguno sobre la actividad micro-sísmica medida, que era el criterio de

estabilidad de talud aplicado en la mina.

El sobre-quiebre del macizo rocoso se controla, a menudo, por la técnica de aumentar los tiempos

de retardo entre fila, entre las últimas una o dos filas. El éxito logrado de esta manera es atribuible a

la reducción lograda en el confinamiento de las cargas y la penetración de gases en la dirección de

la pared final, beneficio que se produce cuando se dispone de más tiempo para permitir el

desplazamiento de cada fila de roca antes de la detonación y nuevo movimiento de la siguiente.

Workman (1995) aconseja un retardo entre fila para las filas traseras de hasta tres veces aquel

tiempo usado en las primeras filas, para evitar sobre-quiebre en voladuras grandes.

En el contexto de esta aplicación, es altamente probable que la contribución principal de la

iniciación electrónica esté relacionada con la consistencia y precisión del control otorgado sobre el

movimiento y el desplazamiento de la roca, ayudando a limitar la ventilación precipitada o precoz

de los gases dentro del macizo rocoso.

Retardo y desplazamiento de la pila

Tres cuestiones importantes se relacionan con los retardos y el movimiento de la pila:

1. El uso de la secuencia de retardo para controlar la dirección de movimiento de la roca.

2. El uso de la secuencia de retardo para incrementar el desplazamiento de la pila (p.ej.

voladuras de gran desplazamiento).

3. El uso de la secuencia de retardo para reducir el desplazamiento total de la pila (control de

dilución).

Dirección del movimiento de la roca

La dirección global de movimiento de la roca se toma generalmente perpendicular a la cara libre,

incluso cuando la superficie libre de la roca está bloqueada por material suelto de voladuras

anteriores. Además, la “cara libre” se considera un concepto dinámico alineado con el frente de

detonación y fuertemente controlado por los retardos entre filas y entre barrenos utilizados. En

general, el ángulo entre el frente de detonación y las filas de barrenos puede estimarse sencillamente

a partir de la geometría de la malla y los retardos en superficie. Considerando que la detonación

tiene lugar en dos direcciones ortogonales (la dirección del espaciado y la dirección del burden), el

frente progresa por unidad de tiempo una distancia S/tih en la dirección del espaciado y B/tir en la

dirección del burden, siendo S el espaciado, tih el retardo entre barrenos, B el burden y tir el retardo

entre filas. El ángulo entre el frente de detonación y las filas de barrenos se obtiene como se muestra

en la Figura 7, con un simple cálculo geométrico:

=

−

ir

ih1

t

t

S

Btanθ

El movimiento de la roca se considera generalmente que tiene lugar en dirección perpendicular al

frente de detonación, según indican las flechas en la Figura 8. Cuando tih es muy grande con

respecto a tir, la roca se mueve esencialmente perpendicular a la dirección de las filas. Cuando tir es

grande con respecto a tih, la roca se mueve esencialmente perpendicular a la dirección del burden. Si

los barrenos se inicial en algún punto de la fila frontal, se crean dos direcciones convergentes de

movimiento. Está claro por tanto que los retardos entre barrenos y entre filas controlan la dirección

del movimiento de la roca, aunque se entiende que la existencia de una cara libre, particularmente

no confinada, puede tener un efecto decisivo en la dirección de movimiento de la roca arrancada por

los barrenos próximos a ella.

Figura 7: Ángulo del frente de detonación controlado por los tiempos de retardo entre barrenos y entre filas.

Figura 8: Dirección del movimiento de la roca controlado por los tiempos de retardo entre barrenos y entre filas.

X = S/tih

Y = B/tirθ

S

B

X = S/tih

Y = B/tirθ

S

B

X = S/tih

Y = B/tirθ

S

B

Puede demostrarse, mediante animación visual de la secuencia de iniciación de cualquier diseño de

voladura, que la exactitud y la precisión de los retardos empleados afectan a la uniformidad de los

vectores de desplazamiento de la roca. Los retardos pirotécnicos tienden a producir un frente de

detonación y una dirección de movimiento más irregular que su equivalente electrónico, un punto

éste vital si lo que se desea es el control preciso del movimiento de la roca.

Mejora del movimiento de la roca

Aumentar el movimiento de la roca es un requisito común en minería, ya como medio de separar

diferentes materiales haciendo que diferentes secciones de la voladura se muevan en direcciones

diferentes, o promoviendo una mayor velocidad de movimiento en una dirección concreta (p.ej.

voladura de gran desplazamiento). En el primer caso, la voladura puede iniciarse en puntos

múltiples con tiempos de retardo entre barrenos y entre filas diferentes para distintos grupos de

barrenos, de modo que el movimiento de cada grupo se produzca en direcciones diferentes, como se

explicó en el apartado anterior. La flexibilidad de los sistemas de iniciación electrónicos, con la

posibilidad de asignar virtualmente cualquier tiempo a cualquier retardo sin necesitar acudir a

esquemas de conexión en superficie complicados y difíciles de poner en práctica, facilitan esta tarea

en gran medida.

En la segunda aplicación, los retardos entre barrenos se toman lo más cortos posibles con el fin de

maximizar la interacción de la presión de los gases entre barrenos adyacentes, maximizando la

fuerza actuante para proyectar el burden de roca. Al mismo tiempo, se toman tiempos entre filas

largos con el fin de que cada fila de barrenos tenga la oportunidad de separarse del banco para así

no impedir el movimiento de la siguiente fila de barrenos. La elección de tiempos de retardo para

optimizar las voladuras de gran desplazamiento se ha descrito claramente por Workman (1995).

Reducción del movimiento de la roca

La reducción del movimiento de la roca es un requisito común en minería, a menudo como medio

de mantener la separación entre el mineral y el estéril existentes en un mismo bloque a volar.

McKenzie et al (1998) analizaron la importancia de mantener una única dirección de movimiento de

la roca en la dirección de los bloques de mineral mediante una selección cuidadosa de los tiempos

de retardo entre barrenos y entre filas. La cizalla que el recubrimiento, relativamente macizo, denso

y duro, provoca al moverse sobre la interface de carbón, es un factor que a menudo entra en

conflicto con el objetico de conseguir una elevada velocidad del burden y un alto factor de

lanzamiento en la minería de transferencia de carbón. Laing et al (2006) mostraron cómo el tiempo

de retardo puede emplearse en voladuras de gran desplazamiento para conseguir tanto un alto factor

de lanzamiento como un control sobre la pérdida de carbón.

Esquema de retardo y fragmentación

Posiblemente no hay cuestión sobre la que exista mayor desacuerdo en el mundo de la tronadura

que el retardo para obtener la fragmentación más fina. En este apartado, “fragmentación” se

entiende específicamente como la distribución de tamaños de la pila volada. No debe confundirse

con productividad de las excavadoras, microfracturación de los fragmentos o cambios en el Work

Index de los fragmentos de la pila, factores ellos que pueden afectar a la productividad de los

equipos o de la planta, pero que no dependen únicamente de la fragmentación. Debe observarse que

es extraño tanto en aplicaciones civiles como mineras que la granulometría de la roca fragmentada

se pueda considerar aisladamente de otros factores como la productividad de las excavadoras y de la

planta, las vibraciones producidas, el daño a la roca remanente y las proyecciones. Sarapura et al

(2010) analizaron la existencia de múltiples mecanismos que contribuyen a la generación del daño

en los taludes finales. Este apartado examina la posibilidad de que esto suceda de forma análoga en

lo que respecta a la fragmentación.

Los retados más importantes en lo que afecta a la granulometría de la roca fragmentada parecen ser

los entre barrenos y entre filas, dado que mediante ellos se puede ajustar la intensidad de las

tensiones en varias partes de la voladura. Los retardos entre decks se emplean generalmente para el

control de las vibraciones o de la forma de la pila (Konya, 1995) más que para el control de la

distribución de la pila. Este apartado se limita por ello al análisis de los efectos de los retardos entre

barrenos y entre filas en la fragmentación.

Existen dos paradigmas un tanto diferentes respecto al retardo óptimo entre barrenos, aunque ambos

dan mucha importancia a las interacciones de cargas adyacentes. Los estudios de Rossmanith (2002,

2003) y Vanbrabant (2006) resumen el primer paradigma apuntando a tiempos de retardo entre

barrenos de sólo unos milisegundos, basado en la gran intensidad de redes de fracturas que pueden

obtenerse si el retardo se ajusta para alcanzar la máxima interacción de de las ondas de compresión

o de cizalla en la zona de la roca entre barrenos. Este enfoque es práctica común en las grandes

operaciones a cielo abierto en Chile, resultando, por ejemplo, en la utilización de retardos entre

barrenos típicamente del orden de 2 a 10 ms (con burdens del orden de 6 a 10 m). Vanbrabant

(2006) presenta datos granulométricos medidos que apoyan el empleo de tiempos muy cortos, tanto

entre barrenos como entre filas, en voladuras a gran escala en la mina de Chuquicamata, parte del

complejo Codelco Norte. Este paradigma de secuenciación sugiere que la granulometría más fina se

alcanza con retardos entre barrenos de entre 0.2 y 1 ms por metro de burden.

Ciertos modelos de ondas semilla analizados por McKenzie (2007) apuntan a una tendencia similar

en la intensidad de vibración con la reducción de los tiempos entre barrenos. Debe tenerse en cuenta

que este enfoque solamente contempla el aumento en el refuerzo de las ondas e ignora otros

procesos posteriores de fracturación que tienen lugar durante los primeros milisegundos de la

voladura. El aumento de la intensidad del campo de tensiones descrito aquí se observa en la Figura

9.

9 ms 5 ms

3 ms 1 ms

Figura 9: Aumento en la intensidad de vibración al disminuir el retardo entre barrenos (con la reducción subsiguiente esperada en el Work Index (según McKenzie, 2007)

El segundo paradigma reivindica que los procesos de fracturación posteriores juegan un fuerte papel

en determinar la fragmentación de la pila. Las ondas de tensión interactúan con las redes de

fracturación producidas por cargas precedentes y la secuenciación de los barrenos que salen después

depende de la dinámica de generación de estas redes. Los trabajos llevados a cabo tanto en el campo

como en pruebas de laboratorio por Winzer et al (1979), Bergmann et al (1983), Stagg & Rholl

(1987), Aler & du Mouza (1996) y Katsabanis et al (1996, 2006) apoyan la importancia de este

proceso de fracturación posterior, y demuestran que el retardo entre barrenos para maximizar el

proceso de fragmentación es del orden de 3 a 10 ms por metro de burden. Stagg & Rholl (1987)

sugieren que el proceso de fragmentación de cada barreno debe haberse completado antes de que

salga el siguiente barreno, y que la fragmentación tiene lugar en dos procesos distintos: las ondas de

tensión desarrollan una red de fracturas en una zona relativamente pequeña alrededor del barreno, y

la presurización del gas extiende las fracturas radiales hacia la cara libre. Sugieren igualmente que

el retardo entre barrenos no debe ser menor que aproximadamente 2.3 ms/m de burden, para la

dolomía en la que llevaron a cabo sus estudios.

Katsabanis & Liu (1996) observaron que la fragmentación en la cara libre en pequeñas tronaduras

en banco en granito se producía dentro de aproximadamente 2 ms/m de burden, pero que la

fragmentación continuaba debido a la acción del gas hasta tiempos de 9 ms/m de burden. El estudio

de Katsabanis et al (2006), cuyos resultados se resumen en la Figura 10, es particularmente

interesante porque también considera el mismo intervalo de retardos muy cortos propugnados por

los partidarios del primer paradigma (0.2 a 1 ms/m de burden) y a pesar de ello estos autores

concluyen que no pudieron encontrar pruebas de que los retardos cortos producen una

granulometría más fina y que ésta se consigue mediante tiempos de retardo mayores (de hasta 10

ms/m de burden). Los resultados de Katsabanis et al (2006) muestran también claramente que

tiempos de retardo entre barrenos excesivos resultarán en granulometría más gruesa y que, para

granito, esto está de acuerdo con tiempos de retardo entre barrenos mayores de unos 10 ms/m de

burden.

0.1 – 0.11 ms/m

Fragmentation in Granite Blocks

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60

Inter-hole Delay (ms/m burden)

Avera

ge f

rag

men

t S

ize,

d50 (

mm

)

0.1 – 0.11 ms/m

Fragmentation in Granite Blocks

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60

Inter-hole Delay (ms/m burden)

Avera

ge f

rag

men

t S

ize,

d50 (

mm

)

Figura 10: Fragmentación obtenida en ensayos a pequeña escala con bloques de granito con tiempo de retardo entre barrenos variable (según Katsabanis et al, 2006)

Cunningham (2005) propuso una relación entre el tamaño medio de fragmento y el retardo entre

barrenos para la mayor fragmentación, basada en los resultados de ensayos a pequeña escala

realizados por Bergman (1983) en grandes bloques sin grietas, como se ilustra en la Figura 11.

En esta relación, la granulometría se hace más gruesa de forma abrupta para tiempos de retardo

inferiores al óptimo y también, de forma más suave, para tiempos de retardo mayores que el óptimo.

La línea de tendencia propuesta no es muy diferente de lo que se puede ver a partir de los datos de

Katsabanis et al (2006) a lo largo del intervalo de tiempos de retardo de 0 a 10 ms/m, según la curva

superpuesta en la Figura 10 (la cual no aparece en el trabajo original de estos autores). Los estudios

de Katsabanis (2006) y Bergmann (1983) en condiciones ideales, sin grietas, muestran ambos que

tiempos de retardo muy cortos producen granulometría más gruesa. Los estudios de Katsabanis

(1996) y Stagg & Rholl (1987) muestran ambos que tiempos de retardo cortos producen

granulometría gruesa en masas rocosas con juntas y discontinuidades.

Figura 11: Línea de tendencia de la fragmentación vs. retardo entre barrenos propuesta por Cunningham (2005). Modificada de la Figura 2 del artículo original normalizando el eje vertical. Katsabanis (2006) concluye de sus estudios que hay un intervalo de tiempos de retardo entre

barrenos para el que la granulometría es la más fina y que el factor que tiene más impacto en ella es

probablemente la precisión de los tiempos de los detonadores, más que la capacidad de detonar

barrenos con intervalos muy cortos. En voladuras a escala real en canteras, con un cribado

cuidadoso de las pilas, Ouchterlony et al (2003) no encontraron diferencia en la granulometría entre

tronaduras con 25 y 42 ms de retardo pirotécnico (6.9 y 11.7 ms/m de burden, respectivamente). Es

muy posible que la dispersión natural de tiempo de los retardos pirotécnicos sea suficiente para

anular los potenciales beneficios de cualquier optimización basada en el esquema de iniciación. Las

Vp = 5200 m/s Vp = 2600 m/s

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

0 2 4 6 8 10

Inter-hole Delay (ms/m Burden)

d5

0 M

ult

iplie

r, A

t High Strength,

Massive Rock

Low Strength,

Fractured Rock

técnicas de modelización de la fragmentación deberán incorporar esta influencia potencialmente

negativa, como se analiza en la conclusión de este artículo.

Pretorius and Ludik (2006) emplearon medidas de tiempos de movimiento del burden para

determinar tiempos de retardo mínimos, concluyendo que los tiempos de retardo más cortos que la

respuesta de la roca producen granulometría más gruesa. Mediante análisis de video de alta

velocidad llegaron a un mínimo retardo de 4.1 ms/m de burden, aunque no especificaron si se

referían a retardos entre barrenos o entre filas.

Paley (2010) presentó los resultados de amplios estudios, comprendiendo más de 100 tronaduras a

lo largo de un periodo de unos 18 meses, en los cuales la utilización de una secuenciación

electrónica precisa de 25 ms entre barrenos produjo peor fragmentación que el mismo intervalo con

retardos pirotécnicos. También mostró que reduciendo el retardo entre barrenos a 8 ms

(correspondientes a unos 2.2 ms/m de burden) con iniciación electrónica, se obtenían grandes

mejoras en la fragmentación. En las extensas pruebas de Paley con iniciación electrónica, mostró

que la secuenciación puede tanto mejorar como deteriorar la fragmentación obtenida en la

tronadura.

Estos trabajos combinados sugieren que la granulometría más fina tendrá lugar con retardos entre

barrenos superiores a 8 ms para canteras en general y de más de 15 ms para minería a gran escala.

La incapacidad de confirmar las ventajas teóricas de una secuenciación rápida en un entorno ideal

(sin grietas) sugiere que es necesario un trabajo adicional tanto en laboratorio como en el campo

para confirmar este reciente paradigma.

Efecto del tipo de roca

Cunningham (2005) volvió a resumir los resultados obtenidos por Bergmann (1983) y propuso que

la granulometría más fina se obtiene para alrededor de 3 ms/m de burden en granito con una

velocidad P de 5200 m/s. Este autor explica la secuencia óptima en términos de tiempos de

propagación de grietas y también propone un método para estimar el tiempo de retardo entre

barrenos óptimo, Topt, para rocas de velocidad P diferente, Vp, escalando el tiempo óptimo

encontrado en los estudios de Bergmann según la relación entre la velocidad P del granito y la de la

roca en cuestión, como resume la ecuación:

popt V

52003T ×=

Por tanto, para roca con una velocidad P menor de 5200 m/s, el tiempo óptimo será

proporcionalmente mayor de 3 ms/m de burden. Suponiendo que la roca dura extraída en canteras

tiene una velocidad P del orden de 3500 a 5200 m/s, los tiempos de retardo entre barrenos

esperables en canteras de roca dura están entre 3 y 5 ms/m de burden. Suponiendo que la roca

extraída en minería a cielo abierto tiene una velocidad P entre 2000 y 5200 m/s, el retardo entre

barrenos en este entorno deberá estar entre 3 y 8 ms/m de burden.

Aplicando la corrección de Cunningham para estimar el retardo mínimo para dolomía (Vp =

2700m/s), tal como el empleado en el estudio de Stagg & Rholl (1987), se obtiene un retardo entre

barrenos óptimo de 3 x 5200/2700 = 5.8ms/m. Este valor está dentro del intervalo de tiempos

identificado por Stagg & Rholl como el que produce una fragmentación óptima de la dolomía.

Secuencia de retardo y Work Index (microfracturación)

Aunque no está relacionado de forma inmediata y evidente (para la mera observación) con la

granulometría de la roca fragmentada en la pila, el fenómeno de introducir o aumentar la presencia

de microfracturas en la roca tronada afecta directamente el rendimiento de los procesos de

conminución posteriores. Por esta razón la investigación de la relación entre el retardo y la

microfracturación es de considerable interés e importancia tanto para los investigadores como para

los técnicos.

Una explicación posible de la preferencia de algunas operaciones mineras de gran escala hacia las

secuencias entre barrenos rápidas es el impacto de ésta en la microfracturación, tal como describen

numerosos autores (Kojovic et al, 1995; Nielsen, 1998; Paley & Kojovic, 2001; Workman &

Eloranta, 2003; Katsabanis et al, 2003; Fribla, 2006). La intensidad de tensiones aumentada,

responsable de la intensidad de la microfracturación, puede conseguirse ya mediante una tronadura

de gran intensidad (p.ej. mediante factores de carga elevados), ya cambiando la secuencia y la

precisión del retardo para obtener una mayor interacción de las ondas de tensión en la zona entre

barrenos. En este escenario, una microfracturación más intensa hace que los fragmentos de roca

sean más “blandos” para los procesos de conminución posteriores, como el machacado y la

molienda, y más permeables a las soluciones de lixiviado, dando lugar a tasas de producción más

altas – un efecto éste a menudo mal interpretado como una granulometría más fina tras la tronadura.

Mucho trabajo resta por hacer para alcanzar una comprensión más profunda de la relación que debe

existir entre la secuenciación, la fragmentación y el fenómeno de la estimulación de la

microfracturación. El trabajo de Katsabanis et al (2006) se concentraba en la influencia sobre la

fragmentación; sin embargo, el trabajo también se dirigía a investigar la relación (al menos a nivel

experimental) entre la secuenciación Work Index. Los investigadores emplearon el ensayo de carga

puntual y la relación entre este índice y el retardo de muestra en la Figura 12.

Figure 12: Índice de carga puntual vs. tiempo de retardo. Esta imagen parece reflejar una tendencia similar a la sugerida por los datos de d50 obtenidos en el

mismo trabajo. En el próximo apartado se comenta esta línea de investigación.

Discusión

El presente documento ha tratado de explorar y revisar los descubrimientos y las opiniones de

numerosos investigadores en el campo de añadir valor a la cadena minera, como consecuencia de la

selección del retardo y la secuencia de iniciación. Dado el notable avance alcanzado en los años

recientes, tal vez décadas, en la aplicación de la tecnología de iniciación electrónica, es natural

centrarse en esta faceta particular del proceso de perforación y tronadura. La precisión adicional y la

flexibilidad de estos sistemas han permitido a los investigadores amplificar los esfuerzos para

comprender cómo mejor liberar la energía del explosivo para fracturar más adecuadamente la masa

rocosa.

La cuestión permanece: cuál es el intervalo de tiempos que proporciona una mejora definitiva y

verificable en la fragmentación y cuáles son los mecanismos en los que descansa el proceso de

selección.

La experimentación rigurosa a gran escala realizada hasta este punto se ha quedado atrás de los

primeros avances obtenidos bajo condiciones más controladas y ha llegado el tiempo de que se

emprenda más trabajo en este aspecto.

El material presentado en este artículo sugiere la existencia de dos filosofías o paradigmas un tanto

diferentes y parcialmente opuestos para describir los mecanismos físicos dominantes que conducen

a una fragmentación optimizada como resultado de la selección del tiempo de retardo.

Ambos paradigmas se sustentan por sendos mecanismos descritos. Ambos paradigmas se sustentan

en datos obtenidos y analizados cuidadosamente. Aun así, estas dos opciones sugieren o apuntan

hacia prácticas bastante diferentes en la selección de los tiempos de retardo entre barrenos.

El cuerpo de datos que apoya los procesos posteriores de fracturación y su papel dominante ha sido

adquirido bajo un amplio espectro de condiciones experimentales, bien que controladas,

particularmente en términos de evaluación de la granulometría; desde el tamizado de la totalidad de

los fragmentos producidos hasta técnicas de análisis de imagen.

Por contra, los datos que sustentan la filosofía de una secuenciación muy rápida se han obtenido en

condiciones de campo en las que hay que tener en cuenta la dimensión real de la tronadura y de la

estructura de la masa de roca. Es digno de mención, sin embargo, que los tiempos muy rápidos

analizados en el campo también se han ensayado en condiciones controladas de laboratorio y en

campo a pequeña escala, con resultados un tanto diferentes.

Si se consideran los fenómenos físicos propuestos y los mecanismos que se emplean para

contextualizar las “reglas” de secuenciación para ambos paradigmas, resulta evidente que hay

diferencias las influencias externas que dan lugar a la fragmentación obtenida.

El paradigma de secuencia muy rápida se basa en la suposición de que la colisión y cooperación

entre ondas de choque produce la fragmentación de la masa rocosa. Sobre esta base, los retardos

entre cargas se deducen de una consideración de las velocidades de propagación de las vibraciones

y las distancias entre cargas. De una forma simple, el tiempo de retardo es aquel que da lugar a la

colisión de ondas de tensión que se mueven rápidamente. La influencia de este mecanismo basado

en la cooperación es difícil de refutar, aunque es perfectamente válido cuestionar si ésta es la única

influencia.

El paradigma de fracturación más lenta y posterior sugiere que la fragmentación continúa durante

un tiempo considerable tras el paso de la onda de tensión de la primera carga y que al proceso de

fracturación posterior contribuye fuertemente la interacción constructiva entre la segunda carga y la

red de fracturas recién creada (un producto de la onda de tensión y el efecto del gas).

Como en el primer paradigma, la estimación de los tiempos de retardo entre barrenos ideales viene

dada por la distancia física entre las cargas y la velocidad de propagación o extensión de las

fracturas recién creadas. Bergman (1983) estimó esta velocidad en un 10 % de la velocidad de la

onda P, por lo que los tiempos “óptimos” calculados por los dos paradigmas deben ser

significativamente diferentes.

Los autores sugieren que el segundo paradigma, de la fracturación posterior, parece ser más

completo en lo que respecta a los efectos inducidos por el explosivo que “contribuyen a la causa”.

Una cuestión clave que no puede pasarse por alto se refiere al papel que juega un buen retacado

(longitud y calidad del material) en la consecución de una buena fragmentación. Katsabanis et al

(2006) apuntan a la mejora de la fragmentación obtenida cuando se realiza un buen retacado. Dado

que la presencia de retacado parece tener poco impacto en la magnitud del pulso de

choque/vibración inicial, los autores sugieren que una cierta proporción de la influencia del gas

contribuye al proceso de la fragmentación. Dado que los mecanismos asociados a la onda de tensión

y al gas tienen lugar en escalas de tiempo diferentes, hay un argumento lógico para incluir ambas

escalas en la consideración de las fuerzas que causan la fragmentación.

Otra cuestión que merece atención es la potencial relación o coincidencia temporal entre la

optimización de la fragmentación y la maximización de la producción, o la estimulación de la

microfracturación. ¿Coinciden los periodos de máximo beneficio? La intuición sugiere que no.

Como se ha analizado en el artículo, Katsabanis et al (2006) encontraron evidencias para sugerir un

comportamiento similar entre el retardo entre barrenos y la reducción del índice de carga puntual

(que se considera tiene una relación proporcional con la resistencia de la matriz rocosa) a la

observada entre el retardo y la fragmentación, representada por d50.

Sin embargo, un examen detallado de la Figura 12 sugeriría que la zona temporal óptima para la

microfracturación es significativamente menor que para la fragmentación. Los autores plantean la

cuestión de si una roca determinada debería someterse a la secuencia ultrarrápida del paradigma 1

para obtener una microfracturación, o adoptar el régimen de secuencia más lenta del paradigma 2 si

el resultado crítico que se persigue es una cierta granulometría de la pila. Ciertamente, esto

reflejaría las diferentes escalas de tiempo de los mecanismos físicos dominantes en cada caso.

A su vez, esta discusión lleva a los autores a plantear que microfracturación y fracturación de la pila

no son directamente sinónimos. Además, se sugiere que unas condiciones intermedias de

secuenciación pueden tender a obtener un compromiso entre ambos resultados. Quizás es incorrecto

pensar en términos de dos paradigmas separados, ambos respaldados con datos creíbles, cuando tal

vez los datos observados representan de hecho dos extremos de un espectro continuo de

comportamiento de la respuesta física de la roca.

Sea cual sea el resultado futuro de proyectos de investigación en vía de ejecución y futuros que

busquen determinar los fundamentos del paradigma de la iniciación rápida, la incorporación de este

concepto tiene una gran aplicación en el contexto de la modelización de la fragmentación. Los

modelos de fragmentación buscan típicamente considerar una descripción de la calidad de la roca

tan completa como sea posible, así como cualquier aspecto relevante del aporte de energía a la

misma – en la forma de configuración de la carga explosiva y del esquema de voladura. La

importancia de la secuencia en la respuesta de la masa de roca ha sido puesta de manifiesto y

descrita en este artículo, y la incorporación de uno u otro, o ambos paradigmas de secuenciación en

los modelos de fragmentación es en la práctica una realidad.

Con este nuevo conocimiento, resulta posible estimar la importancia de la precisión y exactitud de

los detonadores de retardo, en particular con vistas a demostrar los beneficios de la secuenciación

precisa empleando detonadores electrónicos. La cuestión siempre presente de cuál es el tiempo

mejor puede resolverse sensatamente en el contexto de los paradigmas de iniciación analizados en

este trabajo, y los efectos concretos y estadísticos de la calidad de los productos puede también

incorporarse a modelos de fragmentación más completos.

Las cuestiones planteadas aquí y en este momento son especulativas por naturaleza; se requiere de

forma urgente más trabajo de campo para verificar o refutar las sugerencias planteadas. La industria

minera chilena, tal vez más que ninguna otra, tiene justificación aplastante para tomar este reto dado

que el país tiene potencialmente severas limitaciones energéticas. El aumento sostenido en el

consumo de energía en la minería del cobre alcanza el 23 % en el periodo 2004 a 2008 (Cochilco,

2008). En el contexto de la capacidad energética actual del país, la necesidad de una mejor

comprensión de la relación entre una secuenciación rápida electrónica y el rendimiento de los

procesos aguas abajo y el consumo energético asociado es obligado.

¿Puede la industria permitirse el lujo de no continuar este proceso de investigación?

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