J

" Capítulo 29J

JFRAGMENTACION SECUNDARIA

Y VOLADURAS ESPECIALESJ

J

../ 1. INTRODUCCION

Los fragmentos de roca con un tamaño excesiva-../ mente grande que se producen en las voladuras, tam-

bién llamados bolos, precisan ser troceados para que" puedan manipularse con los equipos de carga o ser

./ introducidos en las trituradoras sin que den lugar aatascos.

Los métodos que actualmente se utilizan en la frag-" mentación secundaria, o taqueo, se clasifican en dos./ grupos; el primero, donde se usan explosivos dentro

de barrenos o adosados a la superficie y el segundo,por medios mecánicos o especiales.

En este capítulo, también, se recogen otros tipos devoladuras distintas a las convencionales.

./

/

2. TAQUEO CON EXPLOSIVOS

/ 2.1. Con perforación de barrenos

/Los bolos se perforan con martillos manuales o con

carros ligeros, abrienpo barrenos de pequeño calibrecon una longitud entre 1/2 y 2/3 del diámetro o dimen-sión mayor del bloque y paralelo a éste. Fig. 29.1. Si losbloques tienen un volumen superior a 2 m3 se re-comienda perforar dos barrenos y dispararlos instantá-neamente.

Los consumos específicos que se aplican cuando seutiliza un explosivo de tipo gelatinoso se indican en laTabla 29.1. Dependiendo del grado de enterramientodel bolo la cantidad va aumentando desde""SO g/m3hasta los 200 g/m3.

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TABLA 29.1

Si se emplean explosivos menos potentes las cargasse aumentarán entre un 25 y un 50%.

En todos los casos los barrenos se retacarán paraobtener unos resultados aceptables. En las minas acielo abierto, el taqueo de los bolos se suele realizarpor campañas, con el fin de minimizar los problemasde ruidos que se producen en estas operaciones.

2.2. Con cargas superficiales

La fragmentación colocando el explosivo en la su-perficie se lleva a cabo con cargas conformadas o, máshabitualmente, con cargas constituidas por varioscartuchos de pequeño calibre. Fig. 29.2.

Es conveniente cubrir el explosivo con una capa dearcilla o arena de unos 10 cm de espesor, como

mínimo, para reducir el nivel de ruido y conseguir larotura de la roca con una cantidad de explosivo me-

" nor.Los consumos específicos normales oscilan entre

-----

Figura 29.1. Taqueo de bloques con perforación de barrenos,

407

CONDICIONES CONSUMO ESPECIFICO DEDEL BOLO EXPLOSIVO CE (g/m3)

Descu bierto 50 - 100

Semienterrado 100 - 150

Enterrado 150 - 200

DETONADOR ELECTRICO OCaRDaN DETONANTE

~ RECUBRIMIENTO DE .

ARENAo "RRO~"

'-

,

Figura 29.2. Taqueo con cargas superficiales.,

Foto 29.1. Taqueo de un gran bolo con perforación de ba-rrenos.

los 700 g Y 1.000 g/m' para explosivos gelatinosos,que son los más indicados. En el caso..,{Je no cubrirlas cargas éstas se incrementarán en un 25% aproJximadamente.

Las ventajas de este método son que no se precisa dela perforación de barrenos, las proyecciones son pe-queñas y la ejecución es rápida. Por el contrario, lacantidad de explosivo es cuatro o cinco veces superiora la del taqueo con barrenos, y su empleo está limitadoa áreas alejadas de zonas habitadas debido al intensoruido y onda aérea que se generan.

2.3. Con minivoladuras

Cuando se dispone de explosivos de alta potencia,como los descritos en las minivoladuras del Capítulo 21,el taqueo de bolos se puede llevar a cabo perforando

408

pequeños barrenos de 22 mm de diámetro, usando con- "-sumos específicos del orden de 0,02 a 0,04 kg/m3. Estascantidades pueden reducirse hasta 0,01 - 0,02 kg/m3,dependiendo de la forma y número de barrenos perfora-dos, Fig. 29.3. .

0.02-0,04Kg/m3

<~Figura 29.3. Taqueo con minivoladuras

Cuando los bolos están cubiertos de tierra se debedesenterrar una parte de éste, para disponer de unacara libre y lograr así un mejor troceo de la roca, Fig.29.4.

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'\';t"~'ic~juFigura 29.4. Disposición de un minibarreno en un bolo par-

cialmente desenterrado.

2.4. Con cargas conformadas direccionales

En minas subterráneas donde se producen habi-tualmente atascos en los puntos de evacuación delmaterial volado, coladeros, piqueras, etc., el taqueoclásico resulta peligroso para el personal, costoso ylento.

Recientemente, se han desarrollado unas cargasconformadas que al explosionar lanzan contra los bo-los, desde un punto alejado, un dardo metálico o discobalístico con suficiente energía para fragmentarias yremovilizar el material apelmazado.

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, Figura 29.5. Empleo de cargas conformadas de proyección.../

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Foto 29.2. Carga direccional (Sica).

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3. TAQUEO CON MEDIOS MECANICOSy METODOS ESPECIALES

/

Algunos de estos métodos, además de su aplicaciónal taqueo, se utilizan en trabajos de demolición.

/

3.1. Martillos hidráulicosoí'

/

/

Estos martillos de accionamiento hidráulico dispo-nen de un útil que golpea repetidamente a la roca hastaconseguir su fragmentación, El número de impactosnecesarios para romper un bolo depende de la energíapor golpe y la resistencia de la roca.

A título orientativo se indican en la Tabla 29.2 losrendimientos medios en m3/h de tres tipos de martillos,según su potencia y resistencia a compresión del blo-que de roca.

Existen martillos hidráulicos con pesos de 50 a 3.500kg que pueden montarse sobre equipos autopropulsa-dos, teniendo las ventajas de poseer una gran fuerza depercusión y de empuje. En la Tabla 29.3 se indicanalgunas de las características de estos martillos.

./

./

/

TABLA 29.2

* Rendimientos en m3/h.

TABLA 29.3

3.2. Agua a presión

Esta técnica consiste en perforar un barreno en laroca y proyectar dentro de él un volumen de unos 2litros de agua a muy alta presión (40 MPa). El líquido algolpear el fondo del taladro a gran velocidad generauna onda de choque que se desplaza hacia atrás através del agua, creando una alta presión radial du-rante una pequeña fracción de segundo. Se producenentonces unas grietas radiales y axiales que se propa-gan hasta la superficie.

Figura 29.6. Cañón de agua Crac 200 (Atlas Capeo).

3.3. Cuñas

De forma similar al antiguo arranque de rocas orna-mentales con cuñas metálicas, en la actualidad, se

409

RESISTENCIA DE LA ROCAPOTENCIA RC (MPa)

(kW)< 120 120 - 180 > 180

12 10 - 30* 8 - 15 -

18 14 - 40 9 - 28 2 - 15

24 19 - 60 13 - 40 3 - 20

PESO ENERGIA DE POTENCIA(kg) LOS IMPACTOS (kW)

(Julios)

50 50 - 100 1 - 2100 150 - 200 3-4250 400 - 600 6-9400 700 - 900 9 - 10600 1.000 - 1500 10-11900 1.500 - 2.000 12 - 16

1.500 - 3.000 3.000 - 8.500 16 - 40

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ROCA

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Figura 29.7. Fragmentación de bolos con cuña hidráulica.

disponen de unos equipos hidráulicos que pueden irmontados sobre el brazo de una unidad móvil. Estosequipos permiten, tras perforar primero un barreno,introducir repetidamente una cuña mediante el gol-peo de un pistón accionado hidráulicamente y con-seguir así fragmentar la roca de forma progresiva.

3.4. Cementos expansivos

Este método, consiste en llenar los barrenos practi-cados en los bloques de roca con un cemento, encar-tuchado o a granel mezcla de cal y silicatos, que alhidratarse aumenta de volumen y genera unas presio-nes expansivas del orden de unos 30 MPa. La principalventaja es la ausencia total de alteraciones ambienta-les y su mayor inconveniente el coste.

Las cantidades consumidas oscilan entre los 3kg/m3 en rocas blandas hasta los 8 kg/m3 en rocasduras.

ROCA BLANDA(RC<60 MPo)

20- 40 cm.

SIDM"". \' '.

I '.'1 '

" ~

ROCA MEDIA (60<RC<120 MPo)

QJ'"

I o I. O O. .

~~ROCA DURA ( RC> 120 M Po)

Figura 29.8. Fragmentación de bolos entre 1 y 2 m3 concementos expansivos.

410

'-

Normalmente, la proporción de agua que se añadeal cemento es del 25% y los tiempos necesarios para "-

que aparezca la rotura de la roca van desde los 30minutos para algunos tipos hasta las 12 y 14 horaspara otros.

Aunque estos cementos son productos básica-mente seguros, es preciso durante su manejo obser-var algunas recomendaciones:

'-

- Usar guantes y gafas protectoras, ya que, gene-ralmente, son sustancias alcalinas con un pH muyalto y cualquier salpicadura puede producir daños "-

en la piel y en los ojos.

- Una vez cargados los barrenos no mirar en la di-rección de éstos.

- Colocar protecciones ligeras sobre la roca afragmentar si existe riesgo de estallidos y proyec-ciones de pequeñas esquirlas" sobre todo si selleva a cabo un taponado firme de los barrenos.

Foto 29.3. Empleo de cementos expansivos (Ca/mite).

3.5. Bola dinámica

Este es un métodoclásicoen trabajos de demolicióny obras de superficie que se basa en fragmentar la rocapor impactos, al lanzar sobre ella una bola o bloque demetal con un peso entre 2 y 6 toneladas. Los principa-les inconvenientes son el coste de la grúa y la precisiónque se necesita para que la bola se encuentre en lavertical del bloque de roca.

J3.6. Fragmentación eléctrica con voladuras plas-

ma-,

J Científicos del Centro Tecnológico de Noranda enQuebec (Canadá), han desarrollado un nuevo sistema

-, de fracturación de rocas basado en la voladura plasma.J La técnica es simple. Después de perforar un barreno

en la roca y rellenarlo con un electrólito (sulfato de cobreal 5%), se introduce automáticamente una sonda eléctri-

J ca reutilizable. La voladura ocurre cuando se produce ladescarga eléctrica desde una batería de condensado-res. A través de la sonda, que actúa como un electrodocoaxial, el electrólito recibe una gran cantidad de ener-

J gía - superior a 3,5 Gigawatios- que hace que éste seasometido a una alta presión y temperatura, mientras el

~ volumen permanece prácticamente constante, debido alJ confinamiento inercial.

~, REDELECTRJCA

fMNTEl--¡~I

~eA TERIA DECONOENSADOAES

J

J

Figura 29.9, Esquema del funcionamiento de una voladuraplasma.J

J En estas condiciones los componentes del electrólitose disocian formando un plasma de alta densidad. Esteplasma pasa a ser parte del circuito eléctrico absorbien-do energía hasta que la presión es suficientementegrande para desintegrar la roca.

Las medidas de presión indican que se superan los 2GPa, suficientes para fragmentar las rocas. A pesar deque la potencia eléctrica máxima es superior a la reque-rida por una gran ciudad, la fracción de tiempo es muypequeña, por lo que los consumos de energía eléctricapor tonelada de roca dura son del orden de 0,028 kW/h.

La composición del electrólito no es un aspecto críti-co, pudiendo utilizarse en algunos casos incluso aguade mina. .

Esta nueva tecnología de voladuras, que se estáponiendo a punto, ofrece numerosas ventajas, entre lasi'Pquedestacan:

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"

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§:3500:::;:- 3000<1:

./ ~2500Wf-o 200011.

1500

/\000

500

/

.20 20 40 80 100 120 140

TIEMPO (Microsegundos)

60

/Figura 29.10. Descarga de potencia en función del tiempo.

- Menores consumos de energía. La excavaciónmecánica de rocas requiere entre 30 y 80 MJ/t, conexplosivos convencionales se pasa a 4 MJ/t, mien-tras que con voladura plasma se consume sólo entre0,1 Y 0,2 MJ/t Y una cantidad equivalente en perforarlos barrenos.

- Altas productividades. Una máquina minera quefuera continua, trabaja a un ritmo de 300 kJ voladurapor minuto con una capacidad de producción deunas 200 t por relevo de siete horas. Con niveles deenergía superiores o voladuras múltiples se puedenincrementar esos valores.

- Vida de las máquinas. Ninguna parte del equipo estáen contacto con la roca, solamente las bocas de per-foración y los electrodos están en contacto con ella.Las primeras están bien experimentadas, mientrasque los electrodos necesitan aún estudiarse más.Muchos componentes eléctricos están diseñadospara más de 200.000 ciclos.

- Menores costes. En el momento actual los costes deexcavación subterránea con un equipo continuo seestiman en unas 800 PTA/t, reduciéndose notable-mente los costes de sostenimiento de la roca.

- Menor impacto ambiental. Tanto el nivel de ruidocomo de vibraciones es significativamente más bajoque con explosivos químicos, debido a la naturalezade la fuente de energía y a la descarga más rápidade ésta. Otra ventaja notable en trabajos subterráne-os es la de no producir las grandes cantidades degases de los explosivos convencionales, que exigenunas buenas condiciones de ventilación.

La tecnología de voladura plasma abre pues un nuevohorizonte, que en los próximos años puede hacer variarlos sistemas de excavación actuales y permitir la reali-zación de trabajos y explotación de yacimientos hastaahora impensables.

Foto 29A. Fragmentación de un bolo de roca con una vol¡l-dura plasma.

3.7. Otros r'étodos deitaqueo

El sistema CARDOX consiste en introducir en un

barreno un tubo metálico con una cápsula de un pro-ducto químico que al iniciarse proyecta el dióxido decarbono alojado en una cámara adyacente a una gran

411

SUSTANCIAQUIMICA

'-

"-

'-

Figura 29.11 Tubo CARDOX.

presión y velocidad, actuando sobre las paredes dedicho barreno y agrietando la roca.

Recientemente, han salido al mercado diversas

sustancias, algunas de las cuales son mezclas de pól-vora con un metal en polvo, contenidas en cartuchosrígidos de plástico con una cavidad para alojar lascápsulas iniciadoras. Estas cápsulas son semejantes alos detonadores convencionales, pues llevan un sis-tema inflamador eléctrico y un producto iniciador, queen algunos casos es gas, que se energetizan con unexplosor convencional.

Una vez introducidas las cargas en el interior de losbarrenos es preciso retacarlas con un mortero de ce-mento, al cual se le suele añadir un agente acelerante,o bien un taco de arcilla bien compactada. En el primercaso, es preciso esperar a que el mortero se endurezca,por lo que se recomienda esperar de 30 a 60 min por logeneral.

La conexión del circuito se hace como con los deto-

nadores eléctricos, siendo aconsejable la conexión enserie.

Las áreas a fragmentar deben protegerse para preve-nir el lanzamiento incontrolado de fragmentos de rocapor la acción de los gases.

Los consumos específicos para el taqueo de bolososcilan entre los 30 a 60 g/m3 para rocas blandas y entrelos 90 y 120 g/m3 para rocas duras.

4. VOLADURAS ESPECIALES

4.1. Voladuras de zanjas en tierra

Las voladuras de zanjas en tierra son frecuentementeutilizadas cuando los medios mecánicos dé'excavación

no son aplicables, por ejemplo en zonas pantanosas yarboladas.

El método consiste en usar cartuchos de explosivopara crear cargas de 0,2 a 0,3 kg cada una, que se colo-can en barrenos dispuestos a distancias de 0,6 a 0,8 my perforados hasta, aproximadamente, la mitad de laprofundidad deseada de la zanja.

Los explosivos empleados serán resistentes al aguacuando se trabaje en terrenos pantanosos.

La iniciación se suele hacer con una línea maestra de

cordón detonante, disparándose instantáneamentetodas las cargas.

Los esquemas indicados deberán ajustarse, tras lasprimeras voladuras, a las condiciones del terreno y enfunción de los resultados obtenidos.

412

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DETONADOR ~S D~/'" --";IGUAL NUMERO,/ .', /

.,./ . ",>:.,'/CORDONDETONANTE

"-

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'--

Figura29.12. Voladuras para crea'r zanjas en suelos. "-

4.2. Voladuras de tocones"-

Existen dos métodos para volar los troncos y raícesque quedan cuando se procede al talado de los árboles:con cargas en el terreno bajo el tocón y con carga den-tro de los barrenos perforados en el tocón.

"-

Los factores a considerar en la elección del tipo de '--voladura son los siguientes:

- Diámetro del tronco- Edad y especie del árbol- Naturaleza del suelo- Distancia permitida para las proyecciones

"

,Con cargas bajo el tocón, éstas se colocan aproxima-

damente a medio metro por debajo del tronco y se cal-culan con 0,2 a 0,3 kg por cada 10 cm de diámetro deltronco. Esta regla es válida en terrenos blandos y tron-cos frescos. Los robles y las hayas requieren cargas decasi el doble. En suelos duros las cargas que se reco-miendan son del orden de la mitad.

Cuando las dimensiones de los troncos aconsejangrandes cargas éstas deben colocarse en pequeñascámaras creadas previamente con un trozo de cartucho,del orden deun tercio.

Este método tiene los inconvenientes de crear gran-des huecos bajo los troncos y producir proyeccionesincontroladas de restos de madera y tierra.

El segundo método utilizado consiste en perforarbarrenos en el tronco y las grandes raíces, e introduciren ellos cartuchos de explosivo para proceder a su tro-

'-

'-

'-

-Jceo. Deben tomarse precauciones frente a posibles pro-

-"" yecciones y la onda aérea.

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---.

-JCABLES DELDETONADOR

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J

J

J

Figura 29.13. Voladura de un tocón con carga enterrada.J

J

CABLí:S DEL

D~NADOR

J

J

../

../

CARGA

../

../

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../Figura 29.14. Voladura de un tronco y sus raíces con barre-

nos perforados en ellos y pequeñas cargas de explosivo.

./

4.3. Voladura de capas de hielo

El procedimiento más seguro para romper capas dehielo con explosivo consiste en colocar las cargas bajoel agua a una profundidad de 1,25 m. Si la profundidaddel agua no supera los 2,5 m, las cargas se colocarán a

../ la profundidadmedia.En la Tabla 29.4 se indican los espaciamientos entre

barrenos y cargas de explosivos gelatinosos o emulsio-../ nes recomendadas.

./

/

TABLA 29.4

Si la profundidad del agua es inferior a 2,5 m, el diá-metro del hueco abierto será menor y los espaciamien-tos entre barrenos se ajustarán siguiendo los siguientesvalores, Tabla 29.5

TABLA 29.5

Los taladros en el hielo se hacen con un pico o conuna perforadora especial. Las cargas se introducenhasta la profundidad deseada, utilizándose cuando exis-ta alguna corriente un trozo de roca suspendido de lacarga para mantener ésta en la posición deseada.

Las cargas se dispararán instantáneamente medianteun cordón detonante al que se unirán las cargas.

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I ROCA

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Figura 29.15. Disposición de las cargas bajo el agua paravolar una capa de hielo.

413

ESPESOR ANCHURA DEL CARGA ESPACIAMIENTODELHIELO HUECOABIERTO

(kg) (m)(m)

Menor de 0,4 6 1 4" 6 2 5" 8 3 8

0,4 - 0,6 8 4 80,6 -1,0 8 - 10 5 8

PROFUNDIAD I ESPACIAMIENTO

(m)3 kg 4 kg 5 kg

2,0 5 7 81,5 4 6 81,0 4 5 60,5 3 4 5

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