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Capítulo 12J

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CRITERIOS DE SELECCION DE EXPLOSIVOSJ

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J 1. INTRODUCCION

Uno de los grupos de variables controlables por lostécnicos en las voladuras es el constituido por los ex-plosivos. La elección del tipo de explosivo forma parte

J importante del diseño de una voladura y, por consi-guiente, de los resultados a obtener.

Los usuarios de explosivos a menudo caen en larutina y en el espejismo de unos costes mínimos de

J arranque sin tener en cuenta toda una serie de factoresque son necesarios analizar para una correcta selec-ción: precio del explosivo, diámetro de carga, caracte-

.../ rísticas de la roca, volumen de roca a volar, presenciade agua, condiciones de seguridad, atmósferas explo-sivas y problemas de suministro.

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2. PRECIO DEL EXPLOSIVO

El coste del explosivo es evidentemente un criteriode selección muy importante. En principio, hay queelegir el explosivo más barato con el que se es capaz derealizar un trabajo determinado.

Los precios comparativos de los explosivos por uni-dad de peso, tomando como referencia el Nitrato Amó-nico, se indican en la Fig. 12.1, elaborada a partir de lade Wright (1986).

Se observa que el explosivo más barato es el ANFO,que llega a suponer un consumo total entre el 50 y el80%, según los países. Otros atractivos de este agenteexplosivo son la seguridad, la facilidad de almacena-

o

Figura 12.1. Precios comparativos de los explosivos industriales.

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PRECIOS COMPARATIVOS DE EXPLOSIVOS

IEXPLOSIVOS (PRECIO DE REFERENCIA. NITRATO AMONICO. 100-200)

500 1.000 1.500 2.00

NITRATO AMONICO -ANFO ENCARTUCHADO

ANFO ENSACADO

ANFO A GRANEL - .HIDROGEL ENCARTUCHADO

HIDROGEL ENSACADO '"

HIDROGEL A GRANEL .

DINAMITAS

GELATI NAS

EMU.LSIONES A GRANEL

MEZCLA DE HIDROGEL y ANFO

ANFO PESADO

miento, transporte y manipulación, así como la posibi-lidad de la carga a granel.

Pero, a pesar del bajo precio, el ANFO presenta algu-nos inconvenientes como son su mala resistencia alagua y su baja densidad.

Al hablar del precio de los explosivos sería más co-rrecto hacerla expresando éste por unidad de energíadisponible (PTA/kcal) que por unidad de peso(PTA/kg), pues en definitiva los resultados de las vo-laduras dependen de la energía destínada a la frag-mentación y esponjamiento de la roca.

Por otro lado, no hay que olvidar que el objetivo delas voladuras es realizar el arranque con un coste mí-nimo, y que en rocas duras la perforación es una ope-ración muy onerosa que puede llegar a compensar am-pliamente la utilización de explosivos caros, pero máspotentes, o cargas selectivas formadas por un explo-sivo denso y de alta energía en el fondo y otro menosdenso y de energía media en la columna.

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í 'r'-'-'-'-'~PERFORACION

I I

ANFO ALANFO+

ANFO

EMULSION+

ANFO

Figura 12.2. Costes relativos de perforación y voladura enrocas duras para distintas alternativas de carga.

Para un diseño geométrico de voladura fijado, utili-zando un diámetro de barreno dado, el menor coste seobtendrá empleando un explosivo que prG'Porcionelapotencia requerida al menor coste por urÍidad de longi- ".tud de barreno cargada. La posible elección del produc-to explosivo se muestra en la Fig. 12.3. que presenta larelación entre Potencia Relativa en Peso y PotenciaRelativa en Volumen de diferentes tipos de ANFO,emulsiones y ANFO Pesado aluminizados y no alumini-zados. Esta figura también muestra cuando puedenusarse los distintos explosivos en barrenos con agua,secos o desaguados: Para una Potencia Relativa enVolumen dada, la Fig. 12.3. refleja que hay una ampliagama de explosivos que pueden elegirse para unesquema de voladura dado.

Así pues, desde un punto de vista económico, elmejor explosivo no es el más barato sino aquel con elque se consigue el menor coste de voladura.

166

HO15% ALUMINIO0% EMULSION "

0130LLZ«(ij 12°

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"r¡==-11-..: BARRENOS SECOS.- B. SECOS O CON AGUA

l!.,.,.:' BARRENOS CON AGUA

50% EMULSION0% ALUMINIO

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100% EMULSION0% ALUMINIO '-I

7C'. 10 IC ,8 2C"

POTENCIA VOLUMETRICA (Relativa al ANFO de O,B5g/cm3)

"

Fig. 12.3. Relaciones entre las PRP y las PRV de distintascombinaciones de explosivos de ANFO, emulsión y ANFO

Pesado con diferentes adiciones de aluminio."-

3. DIAMETRO DE CARGA '-

Cuando se utilizan explosivos cuya velocidad dedetonación varía fuertemente con el diámetro, como es "-el caso del ANFO,hay que tomar las siguientes precau.ciones:

- Con barrenos de diámetro inferior a 50 mm es pre-ferible, a pesar del mayor precio, emplear hidroge-les o dinamitas encartuchadas.

- Entre 50 y 100 mm el ANFO es adecuado en lasvoladuras en banco como carga de columna y enlas voladuras de interior aumentando la densidadhasta un 20% con cargadoras neumáticas y cebán-dolo de forma efectiva.Cuando se usan hidrogeles, tanto a cielo abiertocomo en interior, éstos son generalmente encartu-chados y sensibles al detonador.

- Por encima de los 100 mm, no existen problemascon el ANFO, aunque en rocas duras es preferiblediseñar las columnas de forma selectiva y con unbuen sistema de iniciación.En los calibres grandes con las diferentes mezclasexplosivas a granel (ANFO, hidrogeles, emulsionesy ANFO pesado) es muy económico realizar lacarga COn medios mecánicos.

Por último, los explosivos gelatinosos y pulverulen-tos encartuchados se siguen usando en diámetros pe-queños, pero en calibres de tipo medio están siendosustituidos por los hidrogeles y emulsiones encartucha-das.

./

4. CARACTERISTICAS DE LA ROCA

./

Las propiedades geomecánicas del macizo rocoso avolar conforman el grupo de variables más importante,no sólo por su influencia directa en los resultados de

./ las voladuras sino además por su interrelación conotras variables de diseño.

Si se clasifican las rocas en cuatro tipos,los criterios./ de selección recomendados son:

4.1. Rocas masivas resistentes./

En estas formaciones las fracturas y planos de debi-lidad existentes son muy escasos, por lo que es nece-

./ sario que el explosivo cree un mayor número de super-ficies nuevas basándose en su Energía de Tensión"ET". Los explosivos idóneos son pues aquellos con

./ una elevada densidad y velocidad de detonación: hi-drogeles, emulsiones y explosivos gelatinosos.

./

4.2. Rocas muy fisuradas

./

Los explosivos con una alta "ET" tienen en esosmacizos muy poca influencia sobre la fragmentaciónfinal, pues cuando se empiezan a desarrollar las grietasradiales éstas se interrumpen rápidamente al ser inter-sectadas por fracturas preexistentes. Por ello, intere-san explosivos que posean una elevada Energía de losGases "EB", como es el caso del ANFO.

./

./

4.3. Rocas conformadas en bloques

./

En los macizos con un espaciamiento grande entrediscontinuidades que conforman bloques volumino-sos in-situ y en los terrenos donde existen grandesbolos dentro de matrices plásticas, la fragmentaciónestá gobernada fundamentalmente por la geometría dela voladura y en menor grado por las propiedades delexplosivo.

En estos casos se aconsejan explosivos con unarelación "ET/EB" equilibrada, como pueden ser elALANFOy el ANFO Pesado.

./

./ 4.4. Rocas porosas,J'

./

En este tipo de rocas se produce una gran amorti-guación y absorción de la "ET", realizándose prácti-camente todo el trabajo de rotura por la "ES". Ademásde seleccionar los explosivos idóneos, que seránaquellos de baja densidad y velocidad de detonacióncomo el ANFO,se recomiendan las siguientes medidaspara retener los gases dentro de los barrenos el ma-yor tiempo posible:

./

./

./

- Controlar la longitud y material de retacado- Dimensionar la piedra correctamente- Cebar en fondo

/

- Reducir la Presión de Sarreno, mediante el desa-coplamiento de las cargas o adición de materialesinertes. (ANFOPS).

6,0

~

w 0,6a::1-zwoo Q,2w:2:o1-Z

~0,06<[<3rrenw 002.

6,25

ANFO

25P 5Op lOOP 200,0

RESISTENCIA A LA COMPRES ION (MPa)

400,012,5

Figura 12.4. Selección de explosivos en función de las pro-piedades geomecánicas de los macizos rocosos (Brady y

Brown, 1985).

5. VOLUMEN DE ROCA A VOLAR

Los volúmenes de excavación a realizar y ritmos detrabajo marcan los consumos de explosivo a efectuardentro de las operaciones de arranque.

En las obras de mayor envergadura las cantidadesde explosivo pueden llegar a aconsejar su utilizacióna granel, ya que posibilitan la carga mecanizadadesde las propias unidades de transporte, se reducenlos costes de mano de obra dedicada a dicha opera-ción y se aprovecha mejor el volumen de roca per-forado.

6. CONDICIONES ATMOSFERICAS

Las bajas temperaturas ambientales influyen fuer-temente en los explosivos que contienen NG, ya quetienden a congelarse a temperaturas inferiores a BOC.Para solventar este problema se utilizan sustanciascomo el Nitroglicol que hacen que el punto de con-gelación pase a -20°C.

Las altas temperaturas también dan lugar a incon-venientes que hacen el manejo del explosivo peli-groso como es el caso de la denominada exudación.

Con el desarrollo de los hidrogeles, esos riesgoshan desaparecido prácticamente, aunque con el fríolos encartuchados se hacen más insensibles y seprecisa una mayor energía de iniciación. El ANFOtampoco se ve afectado por las bajas temperaturas siel cebado es eficiente, pero en ambientes calurososes preciso controlar la evaporación del combustiblelíquido.

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7~ PRESENCIA DE AGUA

Cuando el ANFO se encuentra en un ambiente quele aporta una humedad superior al 10% se producesu alteración que impide la detonación de la mezclaexplosiva. Así, cuando los barrenos contengan aguase 'procederá de las siguientes formas:

- Si la presencia de agua es pequeña, el ANFO tri-turado se encartuchará dentro de fundas de plás-tico, alcanzándose densidades próximas a 1,1g/cm'. El cebado deberá ser axial, pues de locontrario si uno de los cartuchos resulta dafíadoy su carga alterada se interrumpirá la detonacióndentro de la columna.

- Si la cantidad de agua alojada es mayor y no espracticable el procedimiento anterior se puedeefectuar el desagüe de los barrenos con una bombae introducir a continuación una vaina de plástico deresistencia adecuada y proceder a la carga delANFO a granel.

- Si la afluencia de agua a los barrenos impide eldesagüe, se pueden utilizar explosivos como loshidrogeles y emulsiones a granel, bombeándolos overtiéndolos, o explosivos gelatinosos e hidrogelesencartuchados. En este último caso la altura quealcanzaría el agua se puede estimar con la si-guiente expresión:

Hf = Ha X D2D2 - d2

donde:

Hf = Altura final del agua.

Ha = Altura inicial del agua.

D

d

= Diámetro del barreno.

= Diámetro del cartucho de explosivo.

En los casos de poca agua o bombeo viable, el ANFOPesado ha abierto unas nuevas expectativas de abara-tamiento de las voladuras.

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8. PROBLEMAS DE ENTORNO

Las principales perturbaciones que inciden sobre elárea próxima a las voladuras son las vibraciones y ondaaérea.

Desde el punto de vista del explosivo, aquellos quepresentan una elevada «ET» son los que dan lugar a unmayor nivel de vibraciones. Así, si es factible, será

mejor utilizar ANFO que hidrogeles. El seccionado ysecuenciado de cargas se puede realizar también conexplosivos a granel y encartuchados aplicando dife-rentes técnicas de iniciación.

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.....

.....

.....

Foto 12.1 Empleo de hidrogel vertible en barrenos conagua.

En cuanto a la onda aérea, se recomienda que elexplosivo tenga una relación «ET/EB» equilibrada ysobre todo que se controle el diseño geométrico dela voladura.

9. HUMOS

Aunque muchos explosivos están preparados paraque tengan un equilibrio de oxígeno que maximice laenergía desarrollada y minimice los gases tóxicos dedetonación, es inevitable la formación de humos noci-vos con un cierto contenido en gases nitrosos y CO.

Los humos intervienen como criterio de elección

sólo en los trabajos subterráneos y es preciso señalarque más que un problema propio del explosivo sueleser un problema de insuficiencia de ventilación delas labores.

La presencia de fundas de plástico, diámetros decarga inadecuados o iniciaciones ineficientes puedendar lugar a un elevado volumen de humos.

Los hidrogeles sensibles al detonador dan general-mente gases con buenas características, mientras quecon los hidrogeles a granel hay que tomar ciertas pre-cauciones, lo mismo que con el ANFO que produce unaelevada concentración de gases nitrosos.

Los explosivos gelatinosos son generalmente bue-nos, pero no así las dinamitas con alto contenido enNA.

JCONDICIONES DE SEGURIDAD10.

J

Un punto de equilibrio, a veces no fácil de lograr enun explosivo,es el binomio sensibilidad-seguridad. Los

J explosivos gelatinosos tienen una alta sensibilidad,pero si en la pila de escombro queda por algún motivo(descabezamiento de barrenos, rotura de cordón de-

. tonante, etc.), restos de explosivo y es necesario el../ empleo de maquinaria pesada: tractores de orugas o

excavadoras, puede producirse la detonación conriesgo para el personal de operación. Este problema

J se ha resuelto con el empleo de los hidrogeles yemulsiones que son insensibles a los golpes, friccio-nes y estímulos subsónicos, pero poseen un grado

J de sensibilidad adecuada para la iniciación.

11. ATMOSFERAS EXPLOSIVASJ

Las excavaciones que se realizan con atmósferas../ potencialmente inflamables con grisú o polvo, tanto en

minas de carbón como en otras explotaciones metáli-cas e incluso de obra pública, pueden dar lugar a gran-

./ des catástrofes si se producen explosiones secunda-rias.

Por ello, en esos proyectos es preciso efectuar unestudio de la atmósfera y entorno próximo a la vola-

../ dura para tomar la decisión de utilizar explosivos deseguridad y/o inhibidores en el material de retacado.

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12. PROBLEMAS DE SUMINISTRO

Por último, hay que tener en cuenta las posibilidadesreales de suministro en función de la localización de

los trabajos y puntos de abastecimiento de los explosi-vos y accesorios.

Asimismo, si se dispone de polvorines propios seránecesario considerar los tiempos de almacenamiento ylas variaciones de las características explosivas dealgunos de los productos.

BIBLlOGRAFIA

- CROSBY, W. A. y PINCO, M. E.: «When to Use aluminiumin Bulk Explosives». Explosives Engineering, Vol. 9. N. 2.July/August. 1991.

- DICK, R. A. et al.: «Explosives and Blasting ProceduresManual». U.S. Bureau of Mines. 1982.

- LOPEZ JIMENO, E. «Implantación de un Método deCálculo y Diseño de Voladura en Banco». Tesis doctoral. E.T. S. Ingenieros de Minas de Madrid, 1986.

- MANON, J. J.: «How to Select An Explosive or BlastingAgent for A Specific Job». E/MJ May 1977.

- UNION ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS: «Explosivos yAccesorios». 1981.

- WRIGHT, K. W.: «Effective Blast Round Desing Selectingthe Right Explosive for the Right Job». World Mining Equip-ment March, 1986.

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