CURSO DE VOLADURA-01

8/3/2019 CURSO DE VOLADURA-01

1/136

PERFORACIN Y VOLADURA

Ing. Ronal, AlvaNez.

R. CIP 107870INGENIERIA DE MINAS

22-dic-10

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO


2/136

PERFORACIN DE ROCAS



13-dic-10



3/136

PERFORACIN Y VOLADURA

DE ROCAS



4/136

29/04/12

MTODOS DE EXPLOTACIN

OPEN PIT UNDERGROUND MINING


5/136

29/04/12

EXPLOTACIN DE MINAS A CIELO ABIERTO


6/136

29/04/12


Altas Productividades. Costos de operacin

mina menores a los desubterrnea (0,9 -1,1

US$/ton). Perforacin de precortecon dimetros entre 4a 6 .

Perforacin deproduccin con

dimetros de 9 7/8 y12 (generalmente) PyT muy de la mano

con CyT. Rutas dependen del

material extrado(Mineral o Estril).


7/136



8/136

29/04/12



9/136

29/04/12

MTODOS DE EXPLOTACIN SUBTERRNEOS

SoportadoPor Pilares

ArtificialmenteSoportadocon Relleno

Sin soporte oHundimiento

Room and PillarSublevel and

Longholestoping

Bench and Fillstoping

Cut and FillStoping

ShrinkageStoping

VCRStoping con Relleno

LonwallMining

SublevelCaving

BlockCaving


10/136

29/04/12

DESARROLLOS VERTICALES

Pique: galera vertical o sub vertical de seccionesvariables, construida desde arriba hacia abajo, pudiendoo no romper en superficie. Segn su funcin se le

asignan nombres. Pueden tener ms de una funcin(pique maestro).

Chimenea: excavacin o galera vertical o sub vertical desecciones variables, construida desde abajo hacia arriba.Segn su funcin se le asignan nombres.


11/136

1129/04/12

Chimeneas deTraspaso

Chimenea deVentilacin

PRINCIPALES USOS DE CHIMENEAS

Chimeneas de ventilacin.

Chimeneas de Traspaso.

Chimeneas para generar caralibre.

(en Zanjas y Caserones)


12/136

29/04/12

Subniveles de Perforacin

Galera detransportesecundario

ChimeneadeVentilaci

n

Subnivel deVentilacinPunto dedescarga

a piqueChimeneade

TraspasoDescarga Buzn

Zanja

Casern

Galera

deZanja

Estocada de Carguo

Nivel de Transporte

Principal


13/136

29/04/12

Chimeneagenerandocara libre

(casern).


14/136

29/04/12

Chimeneagenerand

o caralibre enuna zanja.

Zanja para

Cruzados

ChimeneaSlot


15/136

1529/04/12

Mtodos de Construccin de chimeneas

Alimak Raise Borer Vertical Crater Retreat (VCR) Box hole


16/136

2. No necesitamos equipos de perforacin

poderossimos para desarrollar galeras pequeas-medianas. Por lo que escoger equipos tan poderosos,se refleja finalmente en costos.

Seleccin de Equipo de perforacin

Depende de la seccin de la galera (ancho y alto degalera): Esto se debe a los siguientes motivos:

1. La geometra de la galera nos limita el espacio, por

lo que no pueden circular equipos tan grande comoqueramos en estas galeras.


17/136


18/136

29/04/12

Desarrollo de Galeras (segn seccin)


19/136

29/04/12

Desarrollo de Galeras (segn seccin)


20/136

29/04/12

Jumbo Electro-Hidrulico para el Desarrollode Galeras:

BOOM

FEED

MQUINAPERFORADORA(VA DISPUESTA AH)


21/136

29/04/12

E j emp l o


22/136

No necesitamos equipos de perforacin poderossimospara desarrollar galeras pequeas-medianas. Por lo queescoger equipos tan poderosos, se refleja finalmente encostos.

Adems las mquinas perforadoras trabajan para ciertorango de dimetros de perforacin (y tambin para ciertostipos de adaptador shank).

Seleccin de Equipo de perforacin


23/136

Los Feed trabajan con: Determinada mquina perforadora. Determinados largos de barras. Determinada alimentacin (reflejado enla profundidad de los tiros quenecesitamos).*: M i ra r l o s ca t logo s .

Seleccin del Feed:


24/136

Primero seleccionamos el Dimetro de perforacin y el Largode los tiros:

Dimetro de perforacin:Para secciones de entre 6 y 30 [m2], se utilizan

dimetrosde: 41, 43, 45, 48 y 51 [mm].

Largo de tiros:Para secciones de entre 6 y 30 [m2], se utilizan largosde tiros desde 2500 a 4300 [mm].

Sugerencia: con la seccin en m2 que tengan, puedenobtener un relacin y obtener dimetro y largo para sucaso.

Seleccin de Aceros de perforacin


25/136

29/04/12

Con el Dimetro de perforacin y el Largo de los tiros,seleccionamos TODOS los aceros de perforacin:

Dimetro de perforacin Bit.

Largo de tiros Barra

Pero el Bit es el que nos fija todo (miren los catlogos deaceros de perforacin).

OBS:

Dimetro de perforacin = Dimetro de la cabeza del Bit. Largo Barra Largo Tiro + 300 [mm]

Seleccin de Aceros de perforacin


26/136

29/04/12

E j emp lo

O B S : Barras Speedrod no uti l izan copla (son del esti lo: hembramacho). Barras Drifter rod si uti l izan copla.

Es un Bit R32 (1 ) PERO tiene


27/136

29/04/12

Ejemplo

Es un Bit R32 (1 ) PERO tiene

distintos dimetros de cabeza de Bit


28/136

29/04/12

Ejemplo

Para que las barras encajen con los Bit, se seleccionauna barra que tenga la conexin al Bit del mismo tipoque el Bit. Para el caso del ejemplo se selecciona unabarra con conexin al Bit R32.


29/136

29/04/12

Ejemplo

Conexin al Bitdel mismo tipo (R32)

El otro extremo nos fijael tipo (en este caso

R/T38) de la Copla y delShank.


30/136

Seleccionado el tipo de Bit (R32,R25,etc), seguirtrabajando en las hojas del catlogo correspondiente aese tipo del Bit para seleccionar la barra, copla y Shank.

Consejo para la seleccin de los aceros deperforacin:


31/136

PERFORACIN EN LAPLANIFICACION MINERA



13-dic-10



32/136

ESTIMADO DE MAQUINARIA Y EQUIPOESTIMADO DE MAQUINARIA Y EQUIPO

En un proyecto minero a cielo abierto para determinar elequipo requerido, tanto para realizar la remocin de

material, que debe ser desbrozado antes de la etapa deproduccin, as como el necesario durante la etapa delas operaciones de produccin, es indefectibledeterminar previamente el tamao de la operacin, osea, la capacidad anual de tratamiento de la plantaconcentradora a la que el retorno sobre la inversin enel proyecto se optimizar.


33/136

TAMAO DE LA OPERACINTAMAO DE LA OPERACIN

Depende:

Volumen de reservas minables evaluadas en eldepsito.

Valor de los contenidos recuperables en la reservaestimada. Relacin de estril a mineral total. Lmite de corte establecido.

Proyeccin de costos totales estimados. Vida econmica del depsito. Proyeccin de precios de los metales esperados

durante la vida del proyecto. Relacin de flujo de caja anual.


34/136

Reporte comparativo de gastos de capital y flujo decaja.

Anlisis de Costo/Utilidad (ayuda a determinar ellmite final del tajo).

Relacin de flujo de caja a fondos de capitalrequeridos. Valor presente. Perodo de repago. Tasa de retorno efectiva. Flujo de caja operacional como porcentaje del capital. Anlisis de sensibilidad del proyecto a los precios del

mercado del producto.


35/136

SELECCIN DE EQUIPO DE CARGUIOSELECCIN DE EQUIPO DE CARGUIO

Para el estimado del equipo necesario de mina deun proyecto, una vez determinado el tamao de la

operacin a nivel de arranque, se comienzacalculando el nmero y tipo de unidades deexcavacin necesarias, no solamente para efectuarel desbroce de pre-produccin, sino, para poderrealizar los movimientos totales de material que son

necesarios durante los primeros aos de la etapa deproduccin.

PALASPALAS


36/136

Se debe tener en cuenta que, a mayor tamao de unaunidad de excavacin, menor es el costo unitario deoperacin. Sin embargo, en la mayora de los casos, esnecesario tener en la etapa operativa suficiente nmero deunidades de excavacin en mineral, para asegurar un flujosostenido de mineral a la planta de tratamiento.


37/136

Otro factor importante para determinar el tamao de laoperacin es el que constituye la poltica de la empresainversora, los reglamentos o cdigos minerosprevalecientes en el pas en el que se desarrolla elproyecto, que en muchos casos establece reglamentos quedefinen los perodos de amortizacin del equipo pesado demina y planta, lo cual es una condicin de implicanciaeconmica. Asimismo es determinante la capacidad deinversin de la empresa que conduce el proyecto y delapalancamiento financiero y la estructura de aporte de

capital para el flujo de fondos necesarios.


38/136

Para determinar la geometra de la explotacin(masas por remover) tenemos previamente queestablecer el ancho mnimo de los bancos de trabajoen que debe operar el equipo de excavacin y detransporte. El ancho mnimo funcional se determinateniendo en cuenta el programa anual de produccindeterminado.

Tratndose de equipo de excavacin, tipo Pala

elctrica o mecnica, el ancho funcional del frente detrabajo deber ser dos veces la distancia del ejeprincipal de giro hacia el extremo distal de la catalinadel boom. Por ejemplo, si se utiliza una Pala modeloP&H 1900AL esta distancia es de 12,27 m, por lotanto, el doble ser 24,54 m (ancho recomendable delbanco).


39/136

Por otra parte, desde el punto de vista de aplicabilidad del equipo yseguridad, es necesario que la capacidad de alcance mximo delbalde en altura, con el mango extendido al tope, sea tal, que elequipo pueda controlar los bancos de material que podrandesprenderse de la cresta del banco, a fin de evitar que ellos

caigan incontrolables sobre el personal o equipos en el rea deoperacin.

Se debe tener en cuenta que el equipo de excavacin que seasigna a un frente de trabajo debe tener una capacidad de

penetrabilidad de su unidad de balde o cucharn, de acuerdo altipo de roca y fragmentacin obtenida, as como la densidad yabrasividad de la roca a excavar.


40/136

PROBLEMAPROBLEMA

El programa de PRE -Produccin, en un aodeterminado de un Proyecto en Etapa de Desarrollo,tiene que mover 59 650 000 TC de varios materiales,mayormente estriles; determinar el nmero de

unidades de excavacin necesarias, si la altura delbanco es de 15 metros y la posible seleccin estaraentre las Palas 1800 (balde de 9 yd3) y Pala 2100(balde de 15 yd3). El material tiene una gravedadespecfica de 12,5 pie3/TC insitu. El trabajo se

realizar en tres turnos por da y trescientos das porao.


41/136

PARAMETROS EN OPEN PIT MINING

Altura de

banco : 15 m

Sobre

Perforacin :

1.5 m

Altura de

taladro : 16.5

Dimetro de Taladro


42/136

Aplicamos la frmula:

SELECCIN DEL EQUIPO DE EXCAVACIN: PALA 2100

SOLUCIN

Donde:Donde:P:P: Produccin de Pala (yd3/hora, insitu)Produccin de Pala (yd3/hora, insitu)

Q: Tamao de balde (yd3)Q: Tamao de balde (yd3)E:E: Eficiencia de tiempo de operacin de equipo (0,83)Eficiencia de tiempo de operacin de equipo (0,83)F:F: Factor de Esponjamiento (0,77)Factor de Esponjamiento (0,77)K:K: Factor de llenado del balde (0,56)Factor de llenado del balde (0,56)Y:Y: Factor de altura de corte de la pila de carguo (0,95)Factor de altura de corte de la pila de carguo (0,95)Cm: Ciclo completo de Pala, para una cucharada (33 segundos)Cm: Ciclo completo de Pala, para una cucharada (33 segundos)


43/136

Reemplazando los datos, se obtiene:Reemplazando los datos, se obtiene:

Le aplicamos la Disponibilidad Mecnica y ElctricaLe aplicamos la Disponibilidad Mecnica y Elctrica(0,90) para un da:(0,90) para un da:


44/136

Como 1 yd = 3 pies, entonces, 1 ydComo 1 yd = 3 pies, entonces, 1 yd33 = 27 pies= 27 pies33

Entonces calculamos la Capacidad de Produccin deEntonces calculamos la Capacidad de Produccin deuna Pala 2100 en TC/ao:una Pala 2100 en TC/ao:

Finalmente, calculamos el Nmero de Palas necesariasFinalmente, calculamos el Nmero de Palas necesariaspara poder cubrir la Produccin Anual:para poder cubrir la Produccin Anual:


45/136

SELECCIN DE EQUIPO DE ACARREOSELECCIN DE EQUIPO DE ACARREO

Ruta crtica para la determinacin de EquipoRuta crtica para la determinacin de Equipo

de Acarreo en Operaciones a Cielo Abierto:de Acarreo en Operaciones a Cielo Abierto:

1. Determinar el centro de gravedad de las masas aremover por grupo de niveles, de acuerdo a la

necesidad de exposicin de frentes de mineralnecesarios para la programacin anual.

CAMIONESCAMIONES


46/136

2.2. Trazar las rutas de acarreo para cada ao, aTrazar las rutas de acarreo para cada ao, apartir de cada banco en progreso:partir de cada banco en progreso:

LongitudLongitud Levante o cadaLevante o cada Perfiles de acarreoPerfiles de acarreo

3.3. Trazar las rutas crticasTrazar las rutas crticas


47/136

4.4. Determinar los tiempos pronosticados, los que debenDeterminar los tiempos pronosticados, los que debenincluir:incluir:

Tiempos de acarreoTiempos de acarreo Demoras en acarreoDemoras en acarreo Cuadrada y volteo en Botaderos, Pads oCuadrada y volteo en Botaderos, Pads o

Chancadora.Chancadora.

Tiempo de retornoTiempo de retorno Demoras en el retornoDemoras en el retorno Cuadrada frente a la PalaCuadrada frente a la Pala


48/136

5. Por mtodos estadsticos, determinar el tiempo deciclo de acarreo de equipo, para cada uno de loscentros de masas anteriormente indicados, por mediode:

Anlisis estadsticos de un nivel clave deproduccin a lo largo de todo el banco a remover.

Por verificacin de estudios de tiempos efectuadosen el campo.

Por comparacin con frentes de trabajo, en que lascondiciones litolgicas y de fragmentacin seansemejantes.


49/136

6. Designar el tipo de unidad de carguo a emplear yevaluacin del ciclo de carguo para la posibleunidad de acarreo a emplear. Para mejor eficienciay balance de equipo de carguo y transporte es

aconsejable que la tolva de la unidad de acarreose llene con cinco o seis pases de la unidad decarguo como mximo.


50/136

7. Determinar el Nmero de Unidades de Acarreonecesarias utilizando la frmula:

8. De lo anteriormente indicado, se calcular porturno, por da y por ao, para cada masa y serepetir tantas veces sea necesario, para cadacondicin, hasta absorber la masa totalnecesaria a remover en el programa de cicloanual.


51/136

Es obvio, que el tamao adecuado de la unidad deacarreo estara determinada por la condicin indicada enel punto 6, o sea, para un adecuado balance de equipode carguo, esto es, que si en la eleccin del tamao delequipo de carguo se determin una unidad de 15 yd3por ejemplo, el tamao de la tolva de volteo de la unidadde transporte debe estar en el rango de 15 x 5,5 (pasesde Pala para llenar el Camin), que es igual a 82,5 yd3,

lo que corresponde a un Camin entre 100 y 120toneladas de capacidad.


52/136

Asumamos que en el caso de tener que cumplir con unmovimiento anual dentro de un programa de desbroce dePRE-PRODUCCIN del orden de 59 650 000 TC para lossiguientes destinos:

Botaderos de estril:52 100 000 TC a 2 250 m de distancia y con levante de 40m.

Material de Lixiviacin (Pads):

3 050 000 TC a 3 500 m de distancia de acarreo y conlevante de 30 m.

Mineral para tratamiento (Chancadora):4 500 000 TC a 2 900 m de distancia y con levante de 25m.


53/136

PERFIL APERFIL A

Pala (carguo)

Botadero (descarga)

125 m

125 mRampa (acarreo)

2 000 m

IDA (cargado)

RETORNO (vaco)


54/136

PERFIL BPERFIL B

Pala (carguo)

Pad (descarga)

125 m


2 000 m

IDA (cargado)

RETORNO (vaco)


55/136

PERFIL CPERFIL C

Pala (carguo)

Descarga Mineral

125 m


2 000 m

IDA (cargado)

RETORNO (vaco)


56/136

Para simplificar el problema asumimosPara simplificar el problema asumimos

tambin, que tanto el rea de frente detambin, que tanto el rea de frente dePala, como el de las canchas dePala, como el de las canchas deBotaderos, Lixiviacin o Mineral son aBotaderos, Lixiviacin o Mineral son acero por ciento de gradiente y tienen unacero por ciento de gradiente y tienen una

extensin promedio de 125 m cada uno.extensin promedio de 125 m cada uno.

Vamos a calcular los tiempos queVamos a calcular los tiempos que

componen los ciclos de tiempos totales,componen los ciclos de tiempos totales,por viaje, para un Camin en cada unopor viaje, para un Camin en cada unode los casos que son materia delde los casos que son materia delproblema.problema.


57/136

Las partes que componen los tiempos deLas partes que componen los tiempos deun ciclo de Camin, sin considerar elun ciclo de Camin, sin considerar eltiempo de carguo son:tiempo de carguo son:

Tiempo de acarreo con cargaTiempo de acarreo con cargaTiempo de cuadrada a BotaderoTiempo de cuadrada a BotaderoTiempo de volteo de cargaTiempo de volteo de cargaTiempo de regreso vacoTiempo de regreso vacoTiempo de cuadrada a PalaTiempo de cuadrada a Pala


58/136

Para determinar el tiempo de acarreo yPara determinar el tiempo de acarreo yregreso aplicamos la siguiente frmula:regreso aplicamos la siguiente frmula:


59/136

SOLUCINSOLUCIN

PARA EL PERFIL APARA EL PERFIL A

Distancia en metros = 2 250 - 125 - 125Distancia en metros = 2 250 - 125 - 125= 2 000 metros= 2 000 metros

Para un levante de 40 metros, el nguloPara un levante de 40 metros, el ngulode la pendiente es 1 8`; pendiente quede la pendiente es 1 8`; pendiente quese puede vencer en tercera velocidad,se puede vencer en tercera velocidad,con una velocidad promedio de 11,90con una velocidad promedio de 11,90MPH.MPH.


60/136

Como el viaje se inicia a la salida de laComo el viaje se inicia a la salida de laPala, el factor de correccin de velocidadPala, el factor de correccin de velocidad

es 0,35, por lo tanto, la velocidades 0,35, por lo tanto, la velocidadpromedio real es de 4,20 MPH.promedio real es de 4,20 MPH.

La distancia en pies, equivalente alLa distancia en pies, equivalente altramo de 125 m es 125 x 3,2808 =tramo de 125 m es 125 x 3,2808 =410,10 pies410,10 pies

Reemplazando estos valores en laReemplazando estos valores en lafrmula anterior, se tiene un tiempo defrmula anterior, se tiene un tiempo de1,11 min.1,11 min.


61/136

Igualmente calculamos el siguienteIgualmente calculamos el siguiente

tramo de 2 000 metros = 6 561,60tramo de 2 000 metros = 6 561,60pies, tramo que aplicando la mismapies, tramo que aplicando la mismafrmula, para una velocidad de 13,40frmula, para una velocidad de 13,40MPH, sin factor de correccin, porMPH, sin factor de correccin, portratarse de un tramo largo en trnsito,tratarse de un tramo largo en trnsito,da el tiempo de 5,56 min., para elda el tiempo de 5,56 min., para eltiempo de acarreo cargado, en el tramotiempo de acarreo cargado, en el tramo

de 2 000 metros.de 2 000 metros.


62/136

Luego, para los 125 metros dentro de laLuego, para los 125 metros dentro de lacancha de desmonte (410,10 pies), a 0cancha de desmonte (410,10 pies), a 0de pendiente, en segunda con velocidadde pendiente, en segunda con velocidadpromedio de 6,30 MPH y factor depromedio de 6,30 MPH y factor decorreccin de velocidad de 0,75, nos dacorreccin de velocidad de 0,75, nos da

un tiempo de 0,99 min.un tiempo de 0,99 min.

TIEMPO DE ACARREOTIEMPO DE ACARREO (cargado)(cargado)

= 1,11 + 5,56 + 0,99 = 7,66= 1,11 + 5,56 + 0,99 = 7,66minutosminutos


63/136

Para calcular el tiempo de retorno, similarmentePara calcular el tiempo de retorno, similarmenteintegramos los tramos, en sentido inverso, conintegramos los tramos, en sentido inverso, con

el vehiculo vaco y obtendremos las siguientesel vehiculo vaco y obtendremos las siguientescondiciones:condiciones:

Tramo de 410,10 pies, a la salida del Botadero aTramo de 410,10 pies, a la salida del Botadero a0 de gradiente, con velocidad de 11,90 MPH y0 de gradiente, con velocidad de 11,90 MPH y

factor de correccin de velocidad de 0,5, lo quefactor de correccin de velocidad de 0,5, lo queda una velocidad de 5,90 MPH, que con lada una velocidad de 5,90 MPH, que con laaplicacin de la frmula arroja un tiempo deaplicacin de la frmula arroja un tiempo de0,79 min.0,79 min.

Igualmente para el tramo de 2 000 metros (6Igualmente para el tramo de 2 000 metros (6561,60 pies), a pendiente 1 1`, con velocidad561,60 pies), a pendiente 1 1`, con velocidadde 22,40 MPH, arroja un tiempo de 3,33 min.de 22,40 MPH, arroja un tiempo de 3,33 min.


64/136

Finalmente, para el tramo de aproximacin a laFinalmente, para el tramo de aproximacin a laPala, a nivel en quinta, en 410,10 pies aPala, a nivel en quinta, en 410,10 pies a

velocidad de 32,70 MPH y con factor develocidad de 32,70 MPH y con factor decorreccin de velocidad de 0,50, da unacorreccin de velocidad de 0,50, da unavelocidad efectiva de 16,30 MPH, para lo cual elvelocidad efectiva de 16,30 MPH, para lo cual eltiempo para este tramo es de 0,29 min.tiempo para este tramo es de 0,29 min.

Sumando los tiempos parciales de la ruta deSumando los tiempos parciales de la ruta deregreso, se tiene:regreso, se tiene:

TIEMPO DE REGRESOTIEMPO DE REGRESO (vaco)(vaco)

= 0,79 + 3,33 + 0,29 = 4,41= 0,79 + 3,33 + 0,29 = 4,41minutosminutos


65/136

Para los otros Tiempos Parciales,Para los otros Tiempos Parciales,asignamos los siguientes tiempos:asignamos los siguientes tiempos:

TIEMPOS ESTNDARTIEMPOS ESTNDAR

b)b) Tiempo de cuadrada a BotaderosTiempo de cuadrada a Botaderos

= 0,50 min.= 0,50 min.

c)c) Tiempo de volteo de carga = 0,75Tiempo de volteo de carga = 0,75min.min.

e)e) Tiempo de cuadrada a Pala = 0,50Tiempo de cuadrada a Pala = 0,50min.min.


66/136

Integrando los Tiempos de Acarreo,Integrando los Tiempos de Acarreo,Retorno y Tiempos Estndar, tenemos elRetorno y Tiempos Estndar, tenemos el

Ciclo de Tiempo de Recorrido CompletoCiclo de Tiempo de Recorrido Completopara un viaje de Camin, sin incluir elpara un viaje de Camin, sin incluir elTiempo de Carguo con Pala.Tiempo de Carguo con Pala.

Tiempo Ciclo CaminTiempo Ciclo Camin

= 7,66 + 4,41 + 0,50 + 0,75 += 7,66 + 4,41 + 0,50 + 0,75 +

0,500,50= 13,82 minutos= 13,82 minutos


67/136

Para calcular el Nmero de CamionesPara calcular el Nmero de Camiones

necesarios para copar una Pala, o sea,necesarios para copar una Pala, o sea,asegurar que siempre haya Camionesasegurar que siempre haya Camionesdisponibles junto a la Unidad de Carguo,disponibles junto a la Unidad de Carguo,

aplicamos la siguiente frmula:aplicamos la siguiente frmula:


68/136

Donde el Ciclo de Camin es el Ciclo Completo deDonde el Ciclo de Camin es el Ciclo Completo deAcarreo, sin incluir el Tiempo de Carguo, que esAcarreo, sin incluir el Tiempo de Carguo, que esel Ciclo de la Pala (tiempo que demora la Pala, enel Ciclo de la Pala (tiempo que demora la Pala, en

minutos para cargar un Camin completo).minutos para cargar un Camin completo). Por lo tanto, para llenar un Camin con tamaoPor lo tanto, para llenar un Camin con tamao

de tolva de 5,5 veces ms grande que lade tolva de 5,5 veces ms grande que lacapacidad del cucharn de la Pala y teniendo encapacidad del cucharn de la Pala y teniendo encuenta que un Ciclo Promedio de un Giro de Palacuenta que un Ciclo Promedio de un Giro de Palapor Pase es 33 segundos, el Ciclo de la Pala ser:por Pase es 33 segundos, el Ciclo de la Pala ser:

Ciclo de PalaCiclo de Pala

= 5,5 x 33 = 181,50 seg : 60= 5,5 x 33 = 181,50 seg : 60= 3,025 minutos= 3,025 minutos


69/136

Por lo tantoPor lo tanto::

N de CamionesN de Camiones

= 13,82 min : 3,025 min/camin + 1= 13,82 min : 3,025 min/camin + 1

= 5,568 camiones= 5,568 camiones

Por consiguiente, se necesitarnPor consiguiente, se necesitarn

6 Camiones6 Camiones para atender a la Pala,para atender a la Pala,trabajando en estril.trabajando en estril.


70/136

De la misma manera, se calculan losDe la misma manera, se calculan losPerfiles B y CPerfiles B y C para remover elpara remover elmaterial de lixiviacin y mineral,material de lixiviacin y mineral,indicados en el problema. En esa forma,indicados en el problema. En esa forma,para el caso B en una longitud depara el caso B en una longitud de

acarreo de 3 500 metros con levante deacarreo de 3 500 metros con levante de30 m, se tendran velocidades de acarreo30 m, se tendran velocidades de acarreode 14,30 MPH y 22,60 MPH para elde 14,30 MPH y 22,60 MPH para elacarreo y retorno respectivamente y losacarreo y retorno respectivamente y los

tiempos parciales resultantes seriantiempos parciales resultantes seriancomo sigue:como sigue:


71/136

a) Tiempo de acarreo:a) Tiempo de acarreo: 9,12 min9,12 min

b) Tiempo de regreso:b) Tiempo de regreso: 5,77 min5,77 minc) Tiempo de cuadrada en Botadero:c) Tiempo de cuadrada en Botadero: 0,50 min0,50 min

d) Tiempo de volteo de carga:d) Tiempo de volteo de carga: 0,75 min0,75 min

e) Tiempo de cuadrada a Pala:e) Tiempo de cuadrada a Pala: 0,50 min0,50 min

Tiempo Ciclo CaminTiempo Ciclo Camin

16,64 minutos16,64 minutos


72/136

Para determinar el Nmero de UnidadesPara determinar el Nmero de Unidadesde Acarreo necesarias para cubrir unade Acarreo necesarias para cubrir una

Pala que trabaja en material dePala que trabaja en material delixiviacin con distancia de acarreo de 3lixiviacin con distancia de acarreo de 3500 metros, aplicando la frmula500 metros, aplicando la frmularespectiva:respectiva:


= 16,64 : 3,025 + 1 = 6,50= 16,64 : 3,025 + 1 = 6,50

Por lo tanto, se requerirnPor lo tanto, se requerirn 7 Camiones.7 Camiones.


73/136

Similarmente, para calcular el Nmero deSimilarmente, para calcular el Nmero deUnidades de Transporte necesarias para cadaUnidades de Transporte necesarias para cada

Pala asignada al movimiento de mineral, sobrePala asignada al movimiento de mineral, sobreuna via de 2 900 metros con levante de 25una via de 2 900 metros con levante de 25metros a una pendiente de 0 30`, encontramosmetros a una pendiente de 0 30`, encontramosque el Tiempo Total del Ciclo del Camin es deque el Tiempo Total del Ciclo del Camin es de13,47 min y por lo tanto, el Nmero de Unidades13,47 min y por lo tanto, el Nmero de Unidadesrequeridas por Pala en mineral, para igual tiemporequeridas por Pala en mineral, para igual tiempode Ciclo de Pala (3,025 min) es:de Ciclo de Pala (3,025 min) es:


= 13,47 : 3,025 + 1 = 5,452= 13,47 : 3,025 + 1 = 5,452

Por lo tanto, se requerirnPor lo tanto, se requerirn 6 Camiones.6 Camiones.


74/136

SELECCIN DE EQUIPO DESELECCIN DE EQUIPO DEPERFORACION PRIMARIAPERFORACION PRIMARIA

PERFORADORASPERFORADORAS

Para perforar en rocas de dureza media a dura,Para perforar en rocas de dureza media a dura,en operaciones de tamao intermedio a grandeen operaciones de tamao intermedio a grande(5 000 a ms TCD) de capacidad de planta de(5 000 a ms TCD) de capacidad de planta detratamiento, por regla general, se tiene quetratamiento, por regla general, se tiene quepensar en Perforadoras de Tipo con martillopensar en Perforadoras de Tipo con martillodentro del hueco (Down the Hole) o tipodentro del hueco (Down the Hole) o tipoRotativo Tricnico. Cualquiera que sea el tipoRotativo Tricnico. Cualquiera que sea el tipoque se elija, las condiciones que determinan elque se elija, las condiciones que determinan eltipo y tamao de la unidad a elegir son:tipo y tamao de la unidad a elegir son:


75/136

Tamao de la operacinTamao de la operacin

Altura de bancoAltura de banco Fracturabilidad de la rocaFracturabilidad de la roca

Dureza de la rocaDureza de la roca

Densidad del materialDensidad del material

Relacin de estril a mineral en el programaRelacin de estril a mineral en el programade remocin de materialesde remocin de materiales

Nmero de unidades de excavacin a servirNmero de unidades de excavacin a servir

Metraje de perforacin requerido, por da, porMetraje de perforacin requerido, por da, pormes, por aomes, por ao


76/136

Determinados estos parmetros se tieneDeterminados estos parmetros se tieneque calcular el dimetro del taladroque calcular el dimetro del taladronecesario, lo cual se basa en:necesario, lo cual se basa en:

a.a. Tipo de material a perforar: mineral,Tipo de material a perforar: mineral,

estril u otrosestril u otrosb.b. Longitud de taladro a perforarLongitud de taladro a perforar

c.c. Dimensiones de la malla de perforacin,Dimensiones de la malla de perforacin,lo cual depende de la fracturabilidad ylo cual depende de la fracturabilidad y

tenacidad de la roca y sus diferentestenacidad de la roca y sus diferentesejes, en relacin a la texturaejes, en relacin a la texturaestratigrficaestratigrfica


77/136

En el caso ilustrativo, para la excavacin y transporte deEn el caso ilustrativo, para la excavacin y transporte de59 650 000 TCA, para ser excavadas por 8 Palas, en tres59 650 000 TCA, para ser excavadas por 8 Palas, en tres

turnos al da, trabajando 306 das por ao, o sea, 194 935turnos al da, trabajando 306 das por ao, o sea, 194 935TCD de material perforado y fragmentado, para altura deTCD de material perforado y fragmentado, para altura debancos de 15 m de alto y con densidad promedio debancos de 15 m de alto y con densidad promedio demateriales de 2,564 TM/m3 (2,826 TC/m3), en la que pormateriales de 2,564 TM/m3 (2,826 TC/m3), en la que porexperiencia en operaciones similares, se ha determinadoexperiencia en operaciones similares, se ha determinadoque el material a fragmentar se puede obtener usando unque el material a fragmentar se puede obtener usando un

factor de 101,02 gr. de mezcla explosiva por toneladafactor de 101,02 gr. de mezcla explosiva por toneladacorta fragmentada; para el programa anual indicadocorta fragmentada; para el programa anual indicadohabra que fragmentar un volumen insitu por ao de:habra que fragmentar un volumen insitu por ao de:

59 650 000 TC : 2,826 TC/m3 = 21 107 57259 650 000 TC : 2,826 TC/m3 = 21 107 572m3m3


78/136

Para un banco de 15 m de altura, esto equivale a unaPara un banco de 15 m de altura, esto equivale a unaplataforma de rea de base de:plataforma de rea de base de:

21 107 572 m3 : 15 m = 1 407 171 m221 107 572 m3 : 15 m = 1 407 171 m2

El tonelaje total de explosivos necesarios al factor de 101,02El tonelaje total de explosivos necesarios al factor de 101,02gr/TC, se obtiene:gr/TC, se obtiene:

101,02 gr/TC x 10-6 x 59 650 000 TCA101,02 gr/TC x 10-6 x 59 650 000 TCA= 6 025,84 TMA de mezcla explosiva= 6 025,84 TMA de mezcla explosiva

6 025,84 x 1,1023 = 6 642.28 TCA6 025,84 x 1,1023 = 6 642.28 TCA(explosivo)(explosivo)


79/136

Para establecer un barco de 15 metros de alturaPara establecer un barco de 15 metros de altura

es conveniente perforar taladros verticales dees conveniente perforar taladros verticales deigual altura con 10 a 15 % de sobre perforacin;igual altura con 10 a 15 % de sobre perforacin;por lo tanto, vamos a considerar un 12,5 % depor lo tanto, vamos a considerar un 12,5 % demayor longitud en cada taladro, o sea, 16,875mayor longitud en cada taladro, o sea, 16,875

metros lineales.metros lineales.

Vamos a calcular la capacidad del explosivo queVamos a calcular la capacidad del explosivo quepuede cargarse en un taladro de 16,875 metrospuede cargarse en un taladro de 16,875 metros

lineales y de 12 de dimetro:lineales y de 12 de dimetro:


80/136

La longitud del taladro aprovechable paraLa longitud del taladro aprovechable para

cargare explosivo es de:cargare explosivo es de:

16,875 ml - 7,5 ml (Taco) = 9,375 ml16,875 ml - 7,5 ml (Taco) = 9,375 ml

El rea seccional del taladro es:El rea seccional del taladro es:


81/136

Por lo tanto, el volumen aprovechable para cargar explosivoPor lo tanto, el volumen aprovechable para cargar explosivoes:es:

9,375 ml x 0,07596 m29,375 ml x 0,07596 m2= 0,712125 m3 (taladro de 16,875 ml)= 0,712125 m3 (taladro de 16,875 ml)

El peso especfico promedio de la mezcla explosiva (ANFO) esEl peso especfico promedio de la mezcla explosiva (ANFO) es

de 0,83, con lo cual podemos encontrar el peso de la mezclade 0,83, con lo cual podemos encontrar el peso de la mezclaexplosiva que podemos colocar en cada taladro, dejando unexplosiva que podemos colocar en cada taladro, dejando untaco de 7,5 ml, como sigue:taco de 7,5 ml, como sigue:

Peso = Volumen x Densidad = 0,712125 xPeso = Volumen x Densidad = 0,712125 x

0,830,83Peso = 0,59 TM/taladro = 590 Kg/taladroPeso = 0,59 TM/taladro = 590 Kg/taladroPeso = 0,59 x 1,1023 = 0,65 TC/taladroPeso = 0,59 x 1,1023 = 0,65 TC/taladro


82/136

Dividimos el tonelaje anual de materiales explosivosDividimos el tonelaje anual de materiales explosivosnecesarios:necesarios:

6 642,28 TCA : 0,65 TC/taladro6 642,28 TCA : 0,65 TC/taladro

= 10 218,89 taladros por ao= 10 218,89 taladros por ao

Como cada taladro tiene una longitud de 16,875 ml,Como cada taladro tiene una longitud de 16,875 ml,el metraje total, necesario a perforar por ao es:el metraje total, necesario a perforar por ao es:

10 218,89 x 16,875 x 3,280810 218,89 x 16,875 x 3,2808= 565 736,61 pies por ao= 565 736,61 pies por ao


83/136

Por experiencia en Operaciones con mquinasPor experiencia en Operaciones con mquinasBucyrus Erie tipo 60 R, para brocas de 12 aBucyrus Erie tipo 60 R, para brocas de 12 a

una disponibilidad del 78,5 %, perfora por turnouna disponibilidad del 78,5 %, perfora por turno268,2 pies, o sea, 804,5 pies por da y 246 189,2268,2 pies, o sea, 804,5 pies por da y 246 189,2pies por ao por perforadora.pies por ao por perforadora.

Por lo tanto, para perforar 565 736,61 pies por ao,Por lo tanto, para perforar 565 736,61 pies por ao,

se necesitarn:se necesitarn:

565 736,61 : 246 189,2 = 2,298, o565 736,61 : 246 189,2 = 2,298, osea, 3sea, 3

Se necesitarnSe necesitarn 3 Mquinas3 MquinasPerforadorasPerforadoras, Tipo 60 R., Tipo 60 R.


84/136

DETERMINACIN DE LA MALLA DEDETERMINACIN DE LA MALLA DE

PERFORACINPERFORACIN

Determinamos el rea de influencia deDeterminamos el rea de influencia decada taladro, dividiendo el rea de lacada taladro, dividiendo el rea de la

plataforma entre el nmero de taladros porplataforma entre el nmero de taladros porao:ao:

1 407 171 m2 : 10 218,891 407 171 m2 : 10 218,89taladros/aotaladros/ao

= 137,70 m2/taladro= 137,70 m2/taladro


85/136

Si la malla fuera cuadrada, entonces:Si la malla fuera cuadrada, entonces:

B = 11,70 m (burden)B = 11,70 m (burden)

S = 11,70 m (espaciamiento)S = 11,70 m (espaciamiento)



86/136

Ing. Alva Ronal

VOLADURA DE ROCAS

VI CICLO

INGENIERIA DE MINAS


HUAMACHUCO - PERU

2010 II

Qu es la Perforacin y Voladura


87/136

Por cultura general minera, deben saber qu es la P&V. Comoestudiantes se preocuparan de estudiarla y mejorarla!!!

En su vida profesional, les tocar vivirla.

Qu es la Perforacin y VoladuraPorqu se realiza P&V?


88/136

Qu es la Perforacin y Voladura?En el mbito Tcnico:

La transformacin del recurso (roca/mineral) (seFragmenta)

En el mbito Productivo:La primera operacin en el ciclo productivo de una mina

Como Proceso la Perforacin:Cavidad donde sern alojadas las cargas explosivas y

accesorios de iniciacin

Como Proceso la Voladura:La liberacin de energa mediante una reaccin qumica(explosivos) que permite fragmentar la roca y

desplazarla


89/136

La Voladura tiene como propsito fundamental maximizar la energaliberada por el explosivo para fragmentar lo mejor posible una parte delmacizo rocoso, mientras que por el lado contrario, el deseo es a su vezminimizar la energa del mismo hacia la otra parte del macizo rocoso(remanente) para as producir elmenor dao posible.

VOLADURA

Desde un punto de vista tcnico esta frase explica muy bien el objetivo dela voladura, es simple y representativa, toca 2 puntos claves del proceso,fragmentar sin daar, sin duda el objetivo de todo encargado de laOperacin Perforacin y Voladura.


90/136

Resea historial de los explosivos

Los explosivos comerciales actuales son el resultado deuna gradual evolucin que comenz hace 600 aos. Laplvora negra primero se us por primera vez en armasalrededor del siglo 14. pero no fue hasta el siglo 17 queeste explosivo empez a usarse como el mtodo

principal para fragmentar la roca. Cuando la Plvora

negra fue aceptada en la industria minera, la cantidad deaccidentes aument y as emergi la necesidad porexplosivos y sistemas de iniciacin ms seguros.

Los explosivos han sido el mtodo primario para

fragmentar y extraer las rocas desde la introduccin de laplvora negra y, principalmente a travs de la dedicacina la investigacin y desarrollo en seguridad y calidad seha evolucionado hasta llegar al amplio rango de productoseguros y costo-efectivos de hoy en da.


91/136

Son compuesto o mezclas de sustancias en estado

slido, lquido o gaseoso capaces de transformarse

por medio de reacciones qumica de oxido-

reduccin, en productos gaseosos y condensados en

un tiempo muy breve, del orden de una fraccin demicrosegundo. El volumen inicial ocupado por los

explosivos se convierte en una masa mayormente

gaseosa que llega a alcanzar altas temperaturas y en

consecuencia muy altas presiones.

EXPLOSIVOS


92/136

As, los explosivos comerciales son una mezcla desustancias, combustibles y oxidantes y generalmente seutiliza el oxigeno como elemento oxidante, que incentivadasdebidamente, dan lugar a una reaccin exotrmica muyrpida, que genera una serie de productos gaseosos a altatemperatura y presin, qumicamente ms estables, y queocupan un mayor volumen, aproximadamente 1 000 a 10 000veces mayor que el volumen original del espacio donde sealoj el explosivo. Estos fenmenos son aprovechados pararealizar trabajo mecnico aplicado para el rompimiento demateriales ptreos, en lo que constituye la tcnica de

voladura de rocas.

Los explosivos constituyen una herramienta bsica para laexplotacin minera y para obras de ingeniera civil.

EXPLOSIVOS


93/136

Bsicamente, los explosivos son la mezclade elementos combustibles y oxidantes. Porlo general, para estos ltimos se utliza eloxgeno.

Algunas veces podemos encontrar explosivos que contienen otros

elementos adems de combustibles y oxidantes. Los metales en

polvo, tales como el Aluminio, se utilizan en algunas frmulas. La

razn para utilizarlos es que, durante la reaccin, los metales en

polvo generan calor. Este calor eleva la temperatura de los gases,

provocando con esto unapresin de taladro mayor.


94/136

Ingrediente Frmula Qumica Funcin

Nitroglicerina C3H5O9N3 Base explosiva

Nitrocelulosa C6H7O11N3 Base explosiva

Trinitotolueno(TNT) C7H5O6N3 Base explosiva

Nitrato de Amonio H4O3N2 Portador de OxgenoNitrato de Sodio NaNO3 Portador de Oxgeno

Diesel CH2 Combustible

Pulpa de madera C6H10O5 Combustible

Carbn C Combustible

Polvo de Aluminio Al SensibilizadorCarbonato de Calcio CaCO3 Anticido

xido de Zinc ZnO Anticido

Cloruro de Sodio NaCl Supresor de flama

Ingredientes de los explosivos (Tabla 1)


95/136

Ciertos ingredientes tales como el carbonato de calcio o el xido dezinc funcionan como anticidos para incrementar la vida en almacndel explosivo. La sal de mesa comn, de hecho, hace que un

explosivo sea menos eficiente ya que acta como un supresor deflama y esto enfra la reaccin. Por otro lado el aadir la sal permiteusar el explosivo en ambientes saturados de metano, ya que unaflama menos caliente y de corta duracin, hace menos probable quese provoque una explosin del metano. Esta es la razn por que los

explosivos permisibles se usan en minas de carbn o en rocassedimentarias donde se puede encontrar metano.


96/136

CombustinCombustin

DeflagracinDeflagracinDetonacinDetonacin

Los procesos de descomposicin de un compuestoexplosivo son :

La combustin propiamente tal, la deflagracin ypor ltimo la detonacin.


97/136

COMBUSTIN

Es toda reaccin qumica capaz de desprender calor,pudiendose ser o no percibido por nuestros

sentidos.


98/136

El proceso se conoce como reaccin exotrmica ( liberacalor ), en el que la transmisin de la reaccin dedescomposicin se basa principalmente en laconductividad trmica, cuya velocidad de reaccinpermite comunicar el calor por conductividad a unavelocidad baja, que generalmente no supera los 1 000m/s, por lo que su avance en capas paralelas a susuperficie.

La deflagracin es sinnimo de una combustin rpida.

Los explosivos ms lentos al ser activados dan lugar auna deflagracin en la que las reacciones se propaganpor conduccin trmica y radiacin.

DEFLAGRACIN


99/136

Es un proceso Fsico - Qumico,caracterizado por sugran velocidad de reaccin y formacin de gran

cantidad de productos gaseosos a elevadatemperatura, los que adquieren una gran fuerzaexpansiva ((que se traduce en presin sobre el reacircundante).

DETONACIN


100/136

Desarrollo de una Detonacin

Velocidad deVelocidad deDetonacinDetonacin

1500 - 9000 [m/seg]1500 - 9000 [m/seg]DetonacinDetonacin

TiempoTiempo

TransicinTransicin

DeflagracinDeflagracinIniciacinIniciacin


101/136

* * ** * * * *

* * * * * * * ** * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * *

* *

* * * * * * * **

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * ** * * * * * * ** * * * * ** * * * ** * *

*

PCJ

ZR

FC

ONDA DE CHOQUEO DE TENSIN

ROCACOMPRIMIDAONDA DE

REFLEXIN

ONDA DEREFLEXINY GASES EN

EXPANSIN

ENSANCHAMIENTODEL TALADRO

(*) CADA DEPRESIN INICIAL

EXPLOSIVOSIN REACCIONAR

PCJ: PLANO DE CJZR : ZONA DE REACCINFC : FRENTE DE CHOQUE

ROCA NOALTERADA

ROCA NOALTERADA

DIRECCIN DE

AVANCE DE LADETONACIN

PROCESOS DE DETONACIN DE UNA CARGA EXPLOSIVA


102/136

PCJ

ONDA DEREFLEXIN

ONDA DEREFLEXIN

Y GASES ENEXPANSIN

ENSANCHAMIENTODEL TALADRO

DIRECCIN DE

AVANCE DE LADETONACIN

ROCA NOALTERADA

ROCA NOALTERADA

ZR

PCJ: Plano de Chapman Jouget

ZR: Zona de Reaccin

FC: Frente de Choque

FC

ROCA COMPRIMIDA

CAIDA DEPRESIN INICIAL

PROCESOS DE DETONACIN DE UNA CARGA EXPLOSIVA


103/136

1. Explosivo sin reaccionar.

2. Detonacin; Onda de Choque a alta presin se

mueve a travs de la zona de reaccin.3. Explosin; Los ingredientes explosivos se

descomponen y cambian a gases.

4. Expansin; Los gases a alta presin comienzan aexpandirse, ejerciendo fuerzas a travs de la roca, lascuales causan el rompimiento de ella.

Fases de la reaccin qumica de los explosivos


104/136

En general, respecto a la velocidad, los explosivos son consideradoscomo:

a. Deflagrantes: cuando la velocidad est por debajo de los 1 000m/s.

b. Detonantes de bajo rgimen: de 1 000 a 1 800 m/s(transicin entre deflagracin y detonacin).c. Detonantes de rgimen normal; con velocidades entre 1 800y 5 000 m/s (categora a la que pertenecen casi todos los explosivosde uso industrial).d. Detonantes de alto rgimen: cuando la velocidad est por

encima de los 5 000 m/s (es el caso de los altos explosivos deuso militar).Desde el punto de vista de aplicacin en la voladura de rocas, lareaccin de detonacin se traduce en un fuerte efecto de impactotriturador, mientras que en una deflagracin este efecto es muylimitado.


105/136

TERMOQUMICA DE LOS EXPLOSIVOS

La termoqumica de los explosivos se refiere a los cambios deenerga interna, principalmente en forma de calor. La energaalmacenada en un explosivos se encuentra en forma deenerga potencial, latente o esttica. La energa potencialliberada a travs de un proceso de detonacin se transformaen energa cintica o mecnica.

La ley de la conservacin de la energa establece que encualquier sistema aislado de cantidad total de energa esconstante, aunque la forma puede cambiar.

Energa Potencial + Energa cintica = Constante (K)

Pero no toda la energa suministrada se transforma en trabajotilya que tienen lugar algunas prdidas.


106/136


1.Energa de Trabajo.

Energa de Choque.Energa de Gas.

2.Energa de Desperdicio.

Energa de Calor.Energa de Luz.Energa de Sonido.Energa Ssmica.

Cuando los explosivos reaccionan qumicamente, se liberan dos tipos

principales de energa. La primera se llama energa de choque y la

segunda, energa de gas. Ambos tipos de energa se liberan durante el

proceso de detonacin para poder fracturar la roca, desmenuzarla,

desplazar los fragmentos y apilarlos adecuadamente.


107/136

A. Energa de Choque. (Energa de Tensin)Es el resultado de la presin ejercida por la onda dedetonacin (Presin de detonacin de la explosin) quese propaga a travs de la columna del explosivo. Es

una forma de energa cintica.La Presin de detonacin est en funcin directa de la densidad del

explosivo y la velocidad de detonacin.

B. Energa de Gas. (Energa de Burbuja)Es la presin que se ejerce sobre los barrenos debido a

la expansin de gases despus de que la reaccinqumica ha sido completada.La presin de gas, frecuentemente llamada presin de la

explosin, la causa de la mayor parte de la fragmentacin de la

roca

ENERGIA DE TRABAJO



108/136

El responsable de voladuras puede seleccionar explosivos condiferentes proporciones de energa de choque o de gas paraadaptarlas a un caso en particular.Si los explosivos se usan sin confinar, cmo cuando se cubre conlodo el explosivo para volar piedras grandes (comnmente llamado

plasteo), o en el corte de elementos estructurales para demolicin,la seleccin de un explosivo con gran energa de choque es muyprovechosa. Si los explosivos se usan de manera confinada dentrode un barreno, la seleccin de un explosivo que aporte una granenerga de gas es el indicado.

Se estima que la presin de choque slo representa del 10% al15% de toda la energa de trabajo disponible de un explosivo. Lapresin de gas equivale del 85% al 90% de la energa til delexplosivo que contina y sigue a la energa de choque.


109/136


Presin.

Calor de explosin.Balance de oxgeno.Volumen de gases.Temperatura de explosin.Energa disponible: Trabajo mecnico.

La energa almacenada en un explosivo se encuentra en forma de energapotencial, latente o esttica.La energa potencial liberada a travs del proceso de detonacin setransforma en energa cintica o mecnica.La Ley de Conservacin de la Energa establece que en cualquier sistemaaislado la cantidad de energa es constante, aunque la forma puede

cambiar, as: (Up + Uc) = cte.Donde:Up : energa potencial Uc : energa cintica


110/136


111/136

Presin:

Efecto de la accin expansiva de los gases calientes de una explosin.

a. Presin de detonacinEs la presin que existe en el plano CJ detrs del frente de detonacin,en el recorrido de la onda de detonacin. Es funcin de la densidad y delcuadrado de velocidad y su valor se expresa en kilobares (kbar) o en

megapascales (MPa). As, en los explosivos comerciales vara entre 500y 1 500 MPa. Es un indicador significativo de la capacidad defragmentacin que posee un explosivo.

Por la teora hidrodinmica se muestra que su valor prctico expresadoen kilobares es:

PD = (e x VOD x W x 10-5) (A)Donde:PD : presin de detonacin, en kbar

e : densidad del explosivo, en g/cm3VOD : velocidad de detonacin, en m/sW : velocidad de partcula (productos), en m/s

10-5 : factor de conversin


112/136

Teniendo en consideracin que el plano CJ se mueve a muy altavelocidad, mientras que la del movimiento de los productos de explosin(W) slo alcanza un valor de 0,25 VOD, se tiene como valorexperimental medio que:

W = 0,25 VOD, o sea W VOD4

Entonces, reemplazando en (A) tendremos la frmula prctica siguiente:

PD = e x (VOD)2 x 10-5 (B)4

Ejemplos:- Para dinamita, con e de 1,3 g/cm3 y VOD de 4 500 m/s:

PD = 1,3 x (4 500)2 x 10-5 = 66 kbar4

-Para ANFO 94/6, con e de 0,9 g/cm3, VOD de 2 800 m/s:

PD = 0,9 x (2 800)2 x 10-5 = 18 kbar4


113/136

b. Presin de explosinEs la presin de los gases producidos por la detonacin, cuando estostodava ocupan el volumen inicial del explosivo antes de cualquierexpansin. Nuevamente dentro de una primera aproximacin muyaceptada, se puede considerar que la presin de explosin es igual al 50 %de la presin de detonacin.

Entonces, para la dinamita antes considerada:PE = 0,5 PDPE = 0,5 x 66 = 33 kbar

Dicho de otro modo, la presin termo-qumica o presin mximadisponible para trabajo (PE) equivale a la mitad de la presin dedetonacin (PD), o sea:

PE = e x (VOD)2 x 10-58

Como ejemplo de referencia tenemos los siguientes rangos lmites depresin de explosin:ANFO Nitroglicerina30 kbar lmites 120 kbar


114/136

c. Presin de Expansin o de trabajoEs la presin que ejercen los gases sobre las paredes de taladro antesde iniciarse la deformacin de la roca. Depende de la densidad decarguo y se define como sigue: en el caso de un taladro total yperfectamente llenada, la presin de taladro es tericamente igual a lapresin de explosin. En realidad ser algo inferior, ya que la presin

de explosin presupone un fenmeno instantneo, cuando realmente latransformacin del explosivo en gas se produce en aproximadamenteun fracciones de milisegundos. De esta demora resulta una ligeraprdida de presin, tal como lo demuestran las conocidas curvaspresin versus tiempo.

Para gran nmero de explosivos se ha constatado que la presin detaladro obedece aproximadamente a la siguiente ecuacin:

PT = PE x (dc)2,5

Donde:dc : densidad de carguo.


115/136

As, con el anterior ejemplo de la dinamita, con densidades de carguo de0,8 y 0,9 g/cm3 y con presin de explosin de 33 kbar, tendremos:PT = 33 x (0,9)2,5 = 25 kbarPT = 33 x (0,8)2,5 = 19 kbar

La frmula pierde validez para densidad de carguo demasiado baja.La presin de explosin decae rpidamente hasta alcanzar lo que se

denomina presin de taladro, la que igualmente disminuye con laexpansin de las paredes del taladro hasta alcanzar el valor de 1 atm(101,325 kPa) al ponerse en contacto con el aire libre.

La presin de taladro en trminos generales equivale entre el 30 y 70 % dela presin de detonacin.

La densidad de carguo (dc) nos da la medida del grado de llenado.Cuando es perfecto sin dejar el menor espacio desocupado tenemos pordefinicin una densidad de carguo igual a uno.En general, cuando un taladro se llena el 100% de su espacio conexplosivo, la densidad de carguo es de 100/100 = 1.Por ejemplo: al 92 %. dc = 0,92


116/136

Balance de oxgeno

Con excepcin de la NG y el NA, la mayora de los explosivos sondeficientes en oxigeno, pues no tienen suficiente para poderconvertir cada tomo de carbono e hidrgeno presentes en lamolcula explosiva en dixido de carbono y agua.

Normalmente un explosivo no utiliza el oxgeno atmosfricodurante el proceso de detonacin, por lo cual el calor generado porla explosin de un producto deficiente en oxgeno es menor que elgenerado en condiciones de oxidacin completa.

Los elementos bsicos o ingredientes que producen trabajodirectamente en las voladuras, son aquellos que generan gasescuando reaccionan, tales como: el carbn, el hidrgeno, el oxgenoy el nitrgeno.


117/136

Para poder obtener la mxima temperatura de una reaccin, deseamosque los elementos se oxiden completamente, en otras palabras, que seforme bixido de carbono. La tabla 2. muestra la diferencia en latemperatura generada cuando un tomo de carbn forma monxido decarbono, contra el caso donde un tomo de carbono forma bixido decarbono. Para poder liberar el mximo de energa de la reaccin

explosiva, los elementos deben reaccionar y formar los siguientesproductos:

Para obtener el mximo de energa en una reaccin explosiva esnecesario que los elementos se oxiden completamente y se formen lossiguientes productos.

* El carbono (C) debe reaccionar para formar bixido de carbono (CO2).* El hidrgeno (H) debe reaccionar para formar agua (H2O).* El nitrgeno, slido o lquido (N), debe reaccionar para formar nitrgeno

gaseoso (NO2).

Calores de formacin para diferentes compuestos


118/136

qumicos (tabla 2.)

Compuesto Frmula Peso molecular Qp o Qr(Kcal/mol)

Diesel CH2 14.0 -7.0

Nitrometano CH3O2N 61.0 -21.3

Nitroglicerina C3H5O9N3 227.1 -82.7

PETN C5H8O12N4 316.1 -123.0

TNT C7H5O6N3 227.1 -13.0

Monxido de Carbono CO 28.0 -26.4

Bixido de Carbono CO2 44.0 -94.1

Agua H2O 18.0 -57.8

Nitrato de Amonio N2H4O3 80.1 -87.3

Aluminio Al 27.0 0.0

Carbn C 12.0 0.0

Nitrgeno N 14.0 0.0

Monxido de Nitrgeno NO 30.0 +21.6

Bixido de Nitrgeno NO2 46.0 +8.1

Nota: El signo (-) indica una reaccin exotrmica o liberacin de energa


119/136

Si slo ocurren las reacciones ideales del carbn, hidrgeno, oxgeno ynitrgeno, no queda ningn tomo de oxgeno libre ni tampoco hace faltaninguno. El explosivo tiene balance de oxgeno y produce la mximacantidad de energa.Ejemplo:Si se mezclan dos ingredientes, tales como el nitrato de amonio y el

diesel, y se agrega diesel en exceso a la mezcla, se dice que la reaccinexplosiva tiene balance de oxgeno negativo. Esto significa que no haysuficiente oxgeno para combinarse totalmente con el carbn y elhidrgeno y formar los productos finales deseados. En cambio, lo queocurre es que queda carbn libre, as que se liberar monxido decarbn.

Si se le agrega poco combustible a la mezcla de nitrato de amonio ydiesel, entonces sta tiene oxgeno en exceso, el cul puede reaccionarcon el carbn y el hidrgeno. A esto se le llama reaccin con balance deoxgeno positivo. Lo que ocurre es que el nitrgeno, reaccionaraformando xidos de nitrgeno. Si stos se forman, aparecern gases decolor ocre y se reducir la energa de la reaccin.


120/136

Esto se puede ver en la tabla 2. El agua y el bixido de carbonotienen un signo negativo que significa que aportan calor cuandose forman.

Los xidos de nitrgeno en la parte baja de la tabla 2. tienen unsigno positivo que significa que toman calor cuando se forman.

El resultado final es que la reaccin ocurrir a una temperaturams baja. La presin del gas se reduce si la temperatura de la

reaccin disminuye.


121/136

Existen signos visuales de la adecuada o inadecuada liberacin deenerga. Los colores de los gases son indicadores de la eficienciade la reaccin que se relaciona con la liberacin de la energa.

Cuando aparece un vapor gris claro, el balance de oxgeno es casiideal y se libera el mximo de energa.

Cuando los gases son de color ocre o amarillo, son indicacin deuna reaccin ineficiente que puede deberse a una mezcla con

balance de oxgeno positivo.

Las mezclas con balance de oxgeno negativo producen gases decolor gris oscuro y pueden dejar carbn en las paredes de lasperforaciones.

IDENTIFICACIN DE PROBLEMAS CON MEZCLAS


122/136


123/136

Calor de explosinEs el calor generado y liberado por el proceso de reaccin de un explosivo alser activado.Cuando se produce una explosin a presin constante ejerciendo nicamenteun trabajo de expansin o compresin, la Primera Ley de la Termodinmicaestablece que:

Qc = ((Uc + (P x V))

Donde:Qc : calor liberado por la explosin. V : volumen.Uc : energa interna del explosivo. P : presin.

Como (Uc + PV) se refiere al calor contenido o entalpa Hp, entonces puedeescribirse:

Qc = - ( Hp)As el calor de explosin a presin constante es igual al cambio de entalpa ypuede estimarse establecindose el balance trmico de la reaccin,multiplicando los calores de formacin de los productos finales por el nmerode moles que se forma de cada uno, sumndolos para restar a continuacinel calor de formacin del explosivo.


124/136

Hp(explosivo) = Hp(productos) - Hp(explosivo)

O tambin dicho de otro modo:

Qe = Qp Qr

Donde:Qe : calor total de explosin liberado.Qp : calor total de formacin de los productos componentes.Qr : calor total de formacin de los productos finales resultantes.

ActividadPor ejemplo, para el caso del ms simple agente de voladura, el

ANFO convencional, podemos calcular su calor de explosinutilizando los calores de formacin (kcal/mol) y pesos moleculares desus componentes, que se obtienen de tablas de manuales de fsica yqumica, como:

De acuerdo con la reaccin qumica del ANFO, balancear laecuacin y calcular la energa liberada por 1 kg de ANFO


125/136

ecuacin y calcular la energa liberada por 1 kg de ANFO.

Utilizando conocimientos bsicos de balance de ecuaciones y la tabla decalores de formacin, podemos hacer lo siguiente:

Oxidante + Hidrocarburo = CO2 + H2O + N2


126/136

3NH4NO3 + 1CH2 CO2 + 7H2O + 3N2(Explosivo) (Productos de reaccin)

Calor de formacin de reactantes (Qr):Sustituyendo los valores de la tabla 2 tenemos :

3(- 87,3 kcal) + (- 7 kcal) = - 268,9 kcal

Calor de formacin de productos(Qp):

(- 94,1 kcal) + 7(- 57,8 kcal) + 3(0 kcal) = - 498,7kcal

Luego el calor de explosin, Qp - Qr = Qe, es:

- 498,7 kcal - (- 286,9 kcal) = - 229,8 kcal

El peso molecular(PM) del explosivo segn los valores de tabla 2.

El balance de reaccin (Ecuacin balanceada) del ANFO es:


127/136

PM = 3mol(80,1g/mol) + 1mol(14g/mol) = 254,3g

El calor de explosin obtenido se divide entre el nmero degramos de la mezcla para normalizar la reaccin a un gramoo unidad base de peso.

Energa liberada por kilo de ANFO: Qe/PM)

QKp = 229,8 kcal x 1000 g/kg = 903,7 kcal/kg254,3 g

El calor a presin constante no tiene inters tcnico, pues elproceso de detonacin tiene lugar a volumen constante.Para calcular este ltimo es necesario incrementar el calor apresin constante con el consumido en la expansinadiabtica.


128/136

Qmv = Qe + 0,58 x Npg

Donde:Npg : nmero de moles de productos gaseosos.

Y si en vez de calor desprendido por mol se requiere elcorrespondiente a un kilogramo de explosivo se tendr:

Qkv = Qmv x 1 000PM

As, en el ejemplo anterior resultar:Qmv = 229,8 + 11 x 0,58 = 236,18 kcal/molQkv = 236,18 x 1.000 = 928,74 kcal/kg

254,3


129/136

Temperatura de explosin


130/136

Es la temperatura a la que llega el proceso de reaccin explosiva.En el caso de cada producto en particular, se expresa en grados centgrados(C) o kcal/kg.

El clculo de temperaturas se basa en la frmula para temperatura absolutade cualquier combustin:

Te = Qkv(mc x ce)

Donde:Qkv : calor total desprendido a volumen constante.mc : peso en kilogramos de cada uno de los productos de la reaccin.

ce : calores especficos a la temperatura Te.Ejemplo de temperaturas de explosin:ANFO Nitroglicerina pura

2 800 K (2 527C) 4 700 K (4 427C)

Donde C = K 273.

Temperatura de explosin

di ibl


131/136

Es la temperatura a la que llega el proceso de reaccin explosiva.En el caso de cada producto en particular, se expresa en grados centgrados(C) o kcal/kg.

El clculo de temperaturas se basa en la frmula para temperatura absolutade cualquier combustin:

Te = Qkv(mc x ce)

Donde:Qkv : calor total desprendido a volumen constante.mc : peso en kilogramos de cada uno de los productos de la reaccin.

ce : calores especficos a la temperatura Te.Ejemplo de temperaturas de explosin:ANFO Nitroglicerina pura

2 800 K (2 527C) 4 700 K (4 427C)

Donde C = K 273.

Energa disponible


132/136

MECNICA DE ROTURA DE ROCAS


133/136


PROCESO DE FRACTURACIN

La fragmentacin de rocas por voladura comprende a laaccin de un explosivo y a la consecuente respuesta de la

masa de roca circundante, involucrando factores detiempo, energa termodinmica, ondas de presin,mecnica de rocas y otros, en un rpido y complejomecanismo de interaccin.



134/136

Este mecanismo an no est plenamente definido,existiendo varias teoras que tratan de explicarloentre las que mencionamos a:

Teora de reflexin (ondas de tensin reflejadas enuna cara libre).

Teora de expansin de gases.

Teora de ruptura flexural (por expansin de gases).



135/136


136/136

CURSO DE VOLADURA-01

Documents

Transcript of CURSO DE VOLADURA-01