UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

VOLADURA DE ROCAS

ASIGNACION N° 1

CONTENIDO

• OBJETIVOS

• INTRODUCCION

• EMULSIONES GASIFICADAS

• GASIFICACION QUIMICA

• APLICACIÓN

• CONCLUCIONES, RECOMENDACIONES Y

BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCIÓNHan pasado 149 años desde que Alfred Nobel inventó la

dinamita, a la que llamó Polvo de Seguridad para Explotar en 1865. Desde entonces, el campo de los explosivos se benefició de muchos cambios que han ido de la mano

con el desarrollo científico.

INTRODUCCIÓN

• Un Avance significativo en la minería masiva, en

cuanto a explosivos, ocurrió durante la década de

1970 en la forma de emulsiones.

• El principio de la emulsión consiste en un

concentrado de solución de nitrato de amonio en

agua, dispersado en forma y tamaño de micras de

gotitas, en un aceite combustible y sensibilizada

por pequeñas burbujas de gas o micro-esferas de

vidrio.

DATOS HISTORICOS

• 1947: Desastre en Texas.

• 1956: Slurry (Dr. Melvin A. Cook)

• 1965: Gasificación para el control de densidad

• 1969: Emulsiones y mezclas Anfo

• 1993: Creación del Explosivo de Emulsión Gasificada por los investigadores Mark Owen Delagey y Hermanus Joachim de Klerk.

• 1999: DYNO NOVEL INC. Explosivo en Emulsión con Gas.

• 2002: AN/CO Ph.D. Carlos Agreda Turriate.

• 2008: Tyler Dave Alfred y Taylor Michael William

patentaron en Sudáfrica la emulsión explosiva

(describen el proceso de gasificación)

• 2009: Primeras publicaciones acerca del uso de

emulsiones gasificadas en Perú (pruebas).

EMULSIONES GASIFICADAS• Tiene casi las mismas características conocidas de

las emulsiones convencionales con la diferencia

que su sensibilización se realiza mediante

gasificación.

• EMULSIONES: Sistema que contiene dos fases

líquidas naturalmente inmiscibles entre sí, una de las

cuales se dispersa como pequeñas gotas (fase

discontinua) dentro de la otra (fase continua).

COMPOSICIÓN

• SOLUCIÓN OXIDANTEConstituida por sales inorgánicas nitrosas, esta solución es una solución

acuosa concentrada.

• COMBUSTIBLEDe origen orgánico tales como los derivados del petróleo, el

combustible es la fase continua.

• EMULSIFICANTEEl ingrediente necesario para estabilizar a la fase continua con la fase

dispersa. Es una mezcla soluble en aceite que forma una película

alrededor de cada gota que sirve para evitar la coalescencia.

• SENSIBILIZADORPor la naturaleza aerófobica de las emulsiones, se hace necesario

emplear micro burbujas de aire en micro esferas de vidrio, como

regulador de la densidad y para que de la sensibilidad al iniciador

*Sensibilizador 0.4-4%

Fase discontinua

Agua

Sal inorganica

Vacios

10-22%

65-85%

1-2%

Fase continua

Combustible

Emulsificador*

3.5-8%

0.8-1.2%

EMULSIONES GASIFICABLES• Son MEC formadas por una emulsión matriz

gasificable que, al mezclarse con el

sensibilizador, forma burbujas de nitrógeno,

cuyo tamaño y distribución determinan la

velocidad de detonación.

Características de las emulsiones

gasificadas• Es resistente al agua.

• En la emulsión la reacción química es muy rápida.

• El control de la viscosidad de fabricación permitemayor estabilidad y mayor duración.

• Las emulsiones no son explosivas en si sino quepara funcionar como explosivos debensensibilizarse

• Las emulsiones destinadas a productosencartuchados tienen celdas más finas que lasemulsiones de uso a granel y por lo tantoviscosidades también mucho más altas y por ende,una estabilidad más alta.

COMPOSICION

• Un explosivo de emulsión gasificada caracterizadopor estar compuesto fundamentalmente de:nitrato de calcio de 0-35%, anhídrido polisobutileno succinico (pibsa) de 0,1-2,0%; monooleato de sorbitan (smo) de 0,0-2,0%, ester defosfato de 0,1-2,0%, aceite (o aceite de cera) de2,5-20,0%; agua de 1,0-24,0%, reactivo gasificadorde 0,4-5,0% y el resto nitrato de amonio expresadocomo porcentajes en peso de la composicion, enla cual el ph esta entre 2,0-6,5

GASIFICACION

• Mediante esta reacción química se generan

• burbujas de nitrógeno que bajan la densidad un

nivel tal que el emulsión se sensibiliza convirtiéndose

en explosivo.

• La sensibilidad y la velocidad de detonación

quedan determinadas por el tamaño y la

distribución de las burbujas.

• El control de la gasificación se efectúa mediante

un PLC (Programable Logic Controller).

SISTEMA DE GASIFICACION

IN-SITU

• 1. Un depósito (tolva) de emulsión matriz gasificable.

• 2. Un depósito (tanque) de solución sensibilizante.

• 3. Un depósito (tanque) de agua.

• 4. Una bomba para emulsión.

• 5. Mangueras de alta presión.

• 6. Mezclador Estático (ME).

UNIDAD DE BOMBEO UBT

PANEL DE CONTROL

MEZCLADOR ESTATICO (ME)

• ELEMENTOS MEZCLADORES

PROPIEDADES

CONTROLES DURANTE EL CARGUIO DE

EMULSION GASIFICADA

• CONTROL DE LA DENSIDAD

• CONTROL DE LA TEMPERATURA

• CONTROL DEL TACO

REGLAS DE DEDO DURANTE EL CARGUIO

• Primera Regla: “Observar el color y textura de laemulsión gasificada y comparar con el aspecto idealpara una densidad dada”

• Segunda Regla: “Si se va ha cargar con una emulsióncaliente por encima de los 36° C, sin duda afectara a ladensidad requerida, para tal caso se debe disminuir elporcentaje de sensibilizante para que la reacción no setan rápida”

• Tercera Regla: “A mayor porcentaje de sensibilizante setiene menor densidad de la emulsión y a menorporcentaje mayor densidad ” Usando en combinaciónestas 3 reglas practicas nos ayudaran a fijar y mantenerconstante la densidad requerida durante todo elproceso de carguio.

RESISTENCIA DE LA EMULSION GASIFICADA

• RESISTENCIA AL AGUA

• RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE

CONFINAMIENTO

• RESISTENCIA AL FUEGO

• RESISTENCIA AL IMPACTO

• RESISTENCIA AL FRIO

ETIQUETADO

GASIFICACIÓN QUÍMICA

• Generación de un gas inerte (nitrógeno) a partir de

una reacción química controlada.

• Reacciones Químicas:

aNH4NO3 + bCH2 + cH2O + dC18H34O2 + e NaNO2 fCO2

+ g H2O + h N2 + j Na2O

• Cuesta menos que adicionar micro esferas de vidrio y

tienen mayor resistencia al agua que las emulsiones

que adicionan prills de Na.

Reacciones Químicas

• PROCESO DE LIBERACIÓN GAS NITRÓGENO

NO2- + NH4

+ → N2 ↑ + 2H2O

NO2- + H+ → HNO2

ECUACION DE LA REACCION DEL NITRATO DE AMONIO CON EL PETROLEO

3NH4NO3 + CH2 → CO2 + 7H2O + N2

Encontraremos la entalpia de formación ∆𝐻 = −168.46 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙

FORMULA QUIMICA ENTALPIAS DE FORMACION

NH4NO3 -366.1 KJ/mol

CH2 390.46 KJ/mol

CO2 -393.52 KJ/mol

H2O -285.54 KJ/mol

N2 0 KJ/mol

ECUACIÓN DEL NITRITO CON EL AMONIO

NO2- + NH4

+ → N2 + 2H2O

Encontraremos la entalpia de formación ∆𝐻 = −326.28 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙

FORMULA QUIMICA ENTALPIAS DE FORMACION

NO2- -106 KJ/mol

NH4+ -138.8 KJ/mol

N2 0 KJ/mol

H2O -285.54 KJ/mol

ECUACION DEL SUSTITUYENTE HIDRURO DE CALCIO

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 +2H2 ↑

Encontraremos la entalpia de formación

∆H=-787.52 KJ/mol

FORMULA QUIMICA ENTALPIAS DE FORMACION

CaH2 186 KJ/mol

H2O -285.54 KJ/mol

Ca(OH)2 -986.6 KJ/mol

H2 0 KJ/mol

ECUACION DEL SUSTITUYENTE HIDRURO DE SODIO

NaH + H2O → Na(OH) + H2 ↑

Encontraremos la entalpia de formación

∆𝐻 = −83.86 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙

FORMULA QUIMICA ENTALPIAS DE FORMACION

NaH -57.3 KJ/mol

H2O -285.54 KJ/mol

Na(OH) -426.7 KJ/mol

H2 0 KJ/mol

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE USAR

EMULSION GASIFICADA

VENTAJAS DESVENTAJAS

SEGURIDAD

• Reducción del volumen deexplosivos almacenados enel lugar. Sólo iniciadores ydetonadores.

• Se obtienen una menorproyección de rocas (flyrocks) que suelen constituirun factor de riesgo parapersonas y equipos con eluso de la emulsióngasificada.

• Periodo de almacenamiento (3

meses)

• Temperatura de gasificación

bajo 35°C (hasta –10°C)

• Las burbujas grandestienden a salir de laemulsión, lo que provocacon el tiempo unadisminución de lasensibilidad.

VENTAJAS Y DESVENMTAJAS DE USAR

EMULSION GASIFICADA

VENTAJAS DESVENTAJAS

TRANSPORTE:• Es manejado y transportado como

material normal. Antes de su gasificación se transporta, almacena y transfiere una emulsión inerte de alta estabilidad sin riesgo de explosión.

EFICIENCIAS DE MANO DE OBRA :

• Se reduce el personal encargado de las operaciones de Perforación y Voladura.

• Para obtener la EmulsiónGasificada in situ, se debenmodificar los tradicionalescamiones - fábrica de ANFOpesado, acoplándoles unsistema de gasificación, cuyoelemento principal es elMezclador Estático (ME), quees el reactor dentro del cual laemulsión matriz y la soluciónsensibilizante entran encontacto y son uniformementemezclados.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE USAR

EMULSION GASIFICADA

VENTAJAS DESVENTAJAS

GENERACIÓN DE GASES • Las emanaciones gaseosas es menor

(gases nitrosos contaminantes del aire)producto de la combustión incompleta odesbalanceada en oxígeno de las mezclasexplosivas (HANFO)

COSTOS

• Mejores Costos Globales con el usode la emulsión gasificada.

• Aumento de avance por voladura

• Menor tiempo en evacuación degases

• Granulometría menor y homogénea

• La calibración del equipo debehacerse después de cada turnodebido a que, puede existiruna descompensación en lacantidad del sensibilizadorgasificado.

• El tamaño de las burbujasdepende de la velocidad de lareacción. A menor velocidad seobtienen burbujas más finas yviceversa.

APLICACIÓN EN MINA COMARSA

PROBLEMA GENERAL• ¿Al hacer uso de las emulsiones gasificantes (SAN-G), qué

mejoras se puede alcanzar en el rendimiento de la cargaexplosiva Compañía Minera Aurífera Santa Rosa - COMARSA?

PROBLEMAS ESPECIFICOS

• ¿Cuál es la innovación tecnológica que se aplica cuando se usa lasemulsiones gasificantes para obtener un mejor rendimiento de la cargaexplosiva, al realizar la voladura?

• ¿Al hacer uso de las emulsiones gasificantes en la columna explosivapodemos mejorar la productividad y reducir los costos?

• ¿Cuándo se emplea las emulsiones gasificantes en la columna explosiva,qué beneficios en la seguridad y el medio ambiente se podrá obtener?

OBJETIVO GENERAL• Determinar que mejoras se puede alcanzar en el

rendimiento de la carga explosiva en la Compañía MineraAurífera Santa Rosa-COMARSA, al hacer uso de lasemulsiones gasificantes.

OBJETIVO ESPECIFICOS

Conocer el procedimiento tecnológico que se realiza cuando se usa las emulsiones

gasificantes.

Determinar las mejoras de la productividad y reducir los costos, al hacer uso de las

emulsiones gasificantes.

Determinar los beneficios en la seguridad y el medio ambiente que podrá obtenerse al

hacer uso de las emulsiones gasificantes

RESUMEN

• El Asiento Minero Santa Rosa, se encuentra ubicado en el paraje del Cerro

Pampa Larco, a una altura de 3500 m.s.n.m. en el distrito de Angasmarca,

provincia de Santiago de Chuco, región de La Libertad.

• Las operaciones se realizan por el método de minado a tajo abierto.

• Se observó la ventajosa aplicación de EMULSIONES GASIFICADAS reemplazando

al explosivo utilizado la cual era HEAVY ANFO 40/60.

• La emulsión que se fabrica en planta, transportada a mina, almacenada en Silos,

trasvasada a los camiones fábrica y finalmente bombeada a los taladros es sólo

una solución oxidante no explosiva.

CARACTERIZACION DEL MACIZO ROCOSO

PARAMETROS DE DISEÑO

SECUENCIA Y TIEMPO DE SALIDA

TRABAJO EN CAMPO

• Se prima igual quecon Heavy AN/FO,pero el carguío esdeacuerdo a lacantidad de cargaprogramada y noestá en función dela longitud del taco.

CONTROL DEL TACO FINAL

• Se ha comprobado queel tapado con detritusde la perforación notiene ninguna influencianegativa, sin embargopuede mejorarsemediante el uso deretenedores de energía.

• En la pantalla PLC se

programa el porcentaje

de N-20 y la cantidad de

carga que hay que

entregar a cada taladro,

deacuerdo al plan de

voladura.

• La pantalla PLC controla

los siguientes procesos:

Emulsión matriz (kg)

Solución N-20 (kg)

Producto (kg)

Agua (kg)

Cantidad entregada (kg)

DISEÑO DE PERFORACION Y

VOLADURA

DISEÑO DE CARGA USANDO HEAVY AN/FO 40/60

• Para una roca tipo R3 seemplean 160 Kg. AN/FO PESADO

DISEÑO DE CARGA USANDO EMULSION

GASIFICADA

• Para una roca tipo R3 se emplean 126 Kg.De Emulsión Gasificada

SIMULACION DEL ESPONJAMIENTO

• Después de colocar el explosivo, la columna explosivacrece 90 cm. Es decir un 17.6 %

COMPARACION EN LA ETAPA DE DISEÑO

• Se espera reducir el factor de carga un 22%

ESTIMACION DE COSTOS DE VOLADURA

• Se estima

reducir el costo

por taladro en

un 20% y el

costo unitario

en un 16.6%.

ANALISIS DE FRAGMENTACIO

Del análisis se deduce

que:

• El 90% de la pila de

escombros pasa por

una malla de 7”-

• Que el 8.8% está

entre 7” y 10”.

• Y que solo el 1.6%

está entre 10” y 19”.

EFECTOS SOBRE EL COSTO DE

VOLADURA

• Hay una reducción de 18.5% en el costo unitario, debido únicamente a

la sustitución masiva del ANFO pesado por la Emulsión Gasificada.

CONSUMO ESPECÍFICO

• Hay una reducción en el factor de carga de 17%, debido únicamente a lasustitución masiva del ANFO pesado por la Emulsión Gasificada.

CONCLUSIONES

.

• En cuanto a la fragmentación, usando EG se tiene una granulometría igual omejor que con el tradicional ANFO pesado, para el caso de mina Comarsa,usandoEG se obtiene un P90 < 4.9” mientras que con AP se venia obteniendo P80< 5”. Locual significa una mejora en el 10% de la pila de fragmentada.

• Los costos de voladura se han reducido en un 18.5%, lo cual esta directamente relacionado con la reducción del consumo especifico que se ha dado en un 17%. La eyección usando EG es de 25m, mucho menor a 60 m del AP hay una reducción del 58%, lo cual sugiere un mejor aprovechamiento de la energía y menor riesgo de flyrock.

• Aunque el termino EmulsiónGasificada, pudiera sugerir para algunos la producción de gases tóxicos, se ha demostrado que no se producen gases tóxicos de detonación.

2.

3.

4.

CONCLUSIONES

5.

• En cuanto a vibraciones, para una misma carga operante e igualescondiciones del macizo rocoso, se espera tener un mayor nivel de vibración,según la proyección de la curva de atenuación este aumento seria del orden5-8 mm/s mas que lo obtenido con AP.

• La ventajas adicionales de la EmulsiónGasificada en cuanto a seguridad y cuidado del medioambiente que son evidentes desde su primer uso sevienen documentando y cuantificando, de tal forma que muchosespecialistas sugieren que la EG será un futuro cercano el agente devoladura estándar en las operaciones a cielo abierto.

6.

RECOMENDACIONES

• Tiempo de almacenamiento recomendado es 6 meses.• No se transporta con accesorios de voladura.• Si bien los detritus que se usan para el taco no afectan demasiado en la

performance del explosivo, tratar de evitarlo.• Se recomienda esperar alrededor de 20 minutos para que se produzca

todo el esponjamiento y se pueda colocar el taco necesario.

BIBLIOGRAFIA• Escuela de Postgrado – UPC, Nelson Anchayhua S.

• http://spanish.rioaltomining.com/

• La Arena Project, Peru Technical Report Prepared by Coffey Mining

• Manual Practico de Voladura EXSA 4ta Edición.

• The science of Industrial Explosives Dr. Melvin A. Cook.

• Introducción a la Tecnología de Explosivos Dr. Carlos Agreda Turriate.

• Open Pit Blast Design Analysis and Optimization Julius Kruttschnitt Queensland

Australia

• Blasters’ Handbook 2011

• www.famesa.com.pe

• SME Mining Engineering Handbook, Third Edition

• SASOL

• ANAEX

• DYNO NOBEL

• ROCK BLASTING EXPLOSIVES SYSTEM

• PERUMIN(2011)