Manual Voladuras

8/6/2019 Manual Voladuras

1/13

SUBPROYECTO ASISTENCIA TECNICA Y CAPACITACION PARA EL DESARROLLO TECNICO Y EMPRESARIAL DE AMALAR

PERFORACION Y VOLADURA

Tomado de Manual Practico de Voladura de EXSA

EXPLOSIVOS

Los materiales explosivos son compuestos o mezclas de sustancias en estadoslido, lquido que por medio de reacciones qumicas de xido-reduccin, soncapaces de transformarse en un tiempo muy breve, del orden de una fraccinde microsegundo, en productos gaseosos y condensados, cuyo volumen inicialse convierte en una masa gaseosa que llega a alcanzar muy altastemperaturas y en consecuencia muy elevadas presiones.

As, los explosivos comerciales son una mezcla de sustancias, combustibles yoxidantes, que incentivadas debidamente, dan lugar a una reaccin exotrmicamuy rpida, que genera una serie de productos gaseosos a alta temperatura ypresin, qumicamente ms estables, y que ocupan un mayor volumen,aproximadamente 1 000 a 10 000 veces mayor que el volumen original del

espacio donde se aloj el explosivo.

Estos fenmenos son aprovechados para realizar trabajo mecnico aplicadopara el rompimiento de materiales ptreos, en lo que constituye la "tcnica devoladura de rocas".

Los explosivos constituyen una herramienta bsica para la explotacin minera ypara obras de ingeniera civil.Los procesos de reaccin segn su carcter fsico-qumico y el tiempo en quese realizan se catalogan como:

A. Combustin

Puede definirse como tal a toda reaccin qumica capaz de desprender calorpudiendo o no, ser percibida por nuestros sentidos, y que presenta un tiempode reaccin bastante lento.

B. Deflagracin

Es un proceso exotrmico en el que la transmisin de la reaccin dedescomposicin se basa principalmente en la conductividad trmica. Es unfenmeno superficial en el que el frente de deflagracin se propaga por elexplosivo en capas paralelas, a una velocidad baja, que generalmente no

supera los 1 000 m/s.

La deflagracin es sinnimo de una combustin rpida. Los explosivos mslentos al ser activados dan lugar a una deflagracin en la que las reacciones sepropagan por conduccin trmica y radiacin.

C. Detonacin


2/13


Es un proceso fsico-qumico caracterizado por su gran velocidad de reaccin ypor la formacin de gran cantidad de productos gaseosos a elevadatemperatura, que adquieren una gran fuerza expansiva (que se traduce enpresin sobre el rea circundante).

En los explosivos detonantes la velocidad de las primeras molculas

gasificadas es tan grande que no ceden su calor por conductividad a la zonainalterada de la carga, sino que los transmiten por choque, deformndola yproduciendo calentamiento y explosin adiabtica con generacin de nuevosgases. El proceso se repite con un movimiento ondulatorio que afecta a toda lamasa explosiva y que se denomina "onda de choque", la que se desplaza avelocidades entre 1 500 a 7 000 m/s segn la composicin del explosivo y suscondiciones de iniciacin.

Un carcter determinante de la onda de choque en la detonacin es que unavez que alcanza su nivel de equilibrio (temperatura, velocidad y presin) estese mantiene durante todo el proceso, por lo que se dice que es autosostenida,mientras que la onda deflagrante tiende a amortiguarse hasta prcticamente

extinguirse, de acuerdo al factor tiempo entre distancia (t/d) a recorrer.

Tanto en la deflagracin como en la detonacin la turbulencia de los productosgaseosos da lugar a la formacin de la onda de choque. La regin de esta ondadonde la presin se eleva rpidamente se llama "frente de choque". En estefrente ocurren las reacciones qumicas que transforman progresivamente a lamateria explosiva en sus productos finales. Por detrs del frente de choque,que avanza a lo largo de la masa de explosivo, se forma una zona de reaccin,que en su ltimo tramo queda limitada por un plano ideal, que se denomina"Plano de Chapman-Jouguet (CJ)", en el cual la reaccin alcanza su nivel deequilibrio en cuanto a velocidad, temperatura, presin de gases, composicin ydensidad, lo que se conoce como condiciones del estado de detonacin. En elplano "CJ" los gases se encuentran en estado de hipercompresin.

La zona de reaccin en los altos explosivos es muy estrecha, slo de algunosmilmetros en los ms violentos como TNT y dinamita gelatinosa y, por elcontrario, es de mayor amplitud en los explosivos lentos o deflagrantes como elANFO.

Otra diferencia es que en el caso de una combustin o deflagracin, losproductos de la reaccin de xido-reduccin se mueven en el sentido contrarioal sentido de avance de la combustin, mientras que en el caso de unadetonacin, los productos se desplazan en el mismo sentido de avance de la

detonacin. Esto se evidencia por medio de la ecuacin fundamental conocidacomo la "Condicin de Chapman-Jouguet":

VOD = S + W

Donde:VOD : velocidad de detonacin.S : velocidad de sonido.W : velocidad de partculas (productos).


3/13


Donde se deduce que cuando W tiene un valor negativo, es decir cuando laspartculas se mueven en el sentido contrario al avance de la reaccin de xido-reduccin, se tendr que VOD < S, lo que significa que la velocidad de avancede la reaccin es menor que la velocidad del sonido. En este caso se tiene unfenmeno de simple combustin o deflagracin subsnica.

En resumen, deflagracin y detonacin son fenmenos de xido-reduccin,siendo la deflagracin de carcter subsnico, pues las ondas de compresin odilatacin de baja densidad.

PERFORACION

Para efectuar la voladura de rocas es necesario efectuar el confinamiento delmaterial explosivo, es necesario perforar la roca, a este tipo de horadacin deagujero en la roca se le conoce como perforacin, y a los agujeros se lesconoce comnmente con el nombre de taladros.

Desde que se inventaron los explosivos se ha requerido el confinamiento enagujeros estrechos a efectos de aprovechar mejor las fuerzas expansivas, enun pequeo espacio, que fracturen las rocas.

En la operaciones de minera de pequea escala inicialmente se ha usado enforma intensiva

Algunas perforadoras hidrulicas tienen una bomba especial para el agua debarrido, para conseguir una presin alta y constante por encima de 10 bar, loque aumenta la velocidad de penetracin.

La lubricacin del sistema vanllaje-broca durante el trabajo es fundamental, yaque cada mquina tiene su propio sistema, sea con agua, aire o ambos, conpulverizacin o nebulizacin de aceite.

No se debe utilizar slo agua en materiales como sal, yeso, potasa, anhidrita obauxita y ciertas arcillas, porque forman un lodo que atraca el varillaje. Comoalternativa en este caso tendramos:

Usar aire slo (con mecanismo de vaco para colectar el polvo).Perforar con barrenos helicoidales o augers, sin aire.Mezda controlada de aire-agua como niebla, para humedecer la

inyeccin.

Por otro lado, el aire slo tender a crear mucho polvo en el ambiente.

La dureza y abrasividad de la roca son factores importantes para determinarqu medio de perforacin emplear: rotacin simple o rotopercusin.Usualmente cuanto ms suave sea la roca mayor debe ser la velocidad deperforacin (normalmente hasta un mximo de 1 500 rpm). Por otro lado,


4/13


cuanto ms resistente sea a la compresin, mayor fuerza y torque sernnecesarias para perforara.

Otros aspectos importantes son el factor de desgaste de la broca, directamentedependiente de la abrasin de la roca, que va disminuyendo progresivamentesu dimetro y va limando los insertos o botones exigiendo su afilado continuo y

la vida del acero, trmino con el que se conoce al tiempo de trabajo til delvarillaje antes de que se deteriore o se rompa por fatiga.

El varillaje o barra transfiere la energa del golpe del martillo a la broca, por loque su vida til depende ms de la onda de fatiga interior que de la energa porgolpe y la frecuencia de impactos generados por el martillo.

Muchas mquinas modernas tienen sistemas de amortiguacin dentro delmartillo y mordazas centralizadoras o guiadoras para la barra, que disminuyenel reflejo de la onda de impacto y la vibracin producidas en el varillaje, con loque disminuye el desgaste de los componentes mecnicos. La guiadora evitatambin el vaivn o desplazamiento circular de la broca, lo que produce

desgaste en sus flancos o faldones, desva el alineamiento del taladro y le daun acabado interior irregular, especialmente cuando se perfora en terrenoincompetente, aspecto importante para el dimetro y confinamiento de lacolumna explosiva.

A. Fallas de perforacin en taladros de mayor dimetro

En bancos pueden ser errores de espaciamiento entre taladros, desviacin,irregularidades en dimetro interior por terreno suave o incompetente, cada dedetritos y errores de sobreperforacin (normalmente entre 10 a 12% bajo elnivel del piso del banco).

B. Fallas de perforacin en taladros de pequeo dimetro ensubsuelo

Los errores son significativos, especialmente si afectan al arranque del disparo.Entre ellos tenemos:

a. En arranques

Insuficiente dimetro o nmero de taladros de alivio.

b. Desviaciones en el paralelismo

En este caso el burden no se mantiene uniforme, resulta mayor al fondo loque afecta al fracturamiento y al avance. Este problema es determinanteen los arranques y en la periferia (techos) de tneles y galeras.

c. Espaciamientos irregulares entre taladros

Propician fragmentacin gruesa o soplo del explosivo.


5/13


d. La irregular longitud de taladros

Influye en el avance (especialmente si el de alivio es muy corto) y tambindetermina una nueva cara muy irregular.

e. Intercepcin de taladros

Afecta a la distribucin de la carga explosiva en el cuerpo de la roca aromper.

f. Mayor nmero de taladros que los necesarios o dimetros muygrandes

Determina sobrecarga, que golpear a la roca circundante.

MECANICA DE ROTURA DE ROCAS

A. Proceso de fracturamientoLa fragmentacin de rocas por voladura comprende a la accin de un explosivoy a la consecuente respuesta de la masa de roca circundante, involucrandofactores de tiempo, energa termodinmica, ondas de presin, mecnica derocas y otros, en un rpido y complejo mecanismo de interaccin. Estemecanismo an no est plenamente definido, existiendo varias teoras quetratan de explicarlo entre las que mencionamos a:

Teora de reflexin (ondas de tensin reflejadas en una cara libre).

Teora de expansin de gases.

Teora de ruptura flexura! (por expansin de gases).Teora de torque (torsin) o de cizallamiento.

Teora de craterizacin.

Teora de energa de los frentes de onda de compresin y tensin,

Teora de liberacin sbita de cargas.

Teora de nucleacin de fracturas en fallas y discontinuidades.

Estas teoras se basan en criterios sobre distribucin deenerga, accin de fuerzas de compresin-tensin, reflexin de ondas dechoque en la cara libre, efectos de corte y cizatlamiento por movimiento

torsional entre taladros, presin de gases sbitamente aplicados sobre la rocay liberacin de cargas, ruptura de material rigido por flexin, integracin o


6/13


ucleacin de microfracturas en fisuras y fallas, colisin de fragmentos en el airey otros, sustentados basndose en especulaciones, investigaciones enlaboratorios especializados y campos de pruebas, modelos fsicos ymatemticos, pruebas experimentales y de produccin controladas porfotografa de alta velocidad y monitoreo ssmico, pruebas con cargassubacuticas y otros. Algunas teoras se comprueban en ciertas condiciones de

trabajo mientras que en otras condiciones no responden, por lo que an no seconsideran concluyentes. Una explicacin sencilla, comnmente aceptada, queresume varios de los conceptos considerados en estas teoras, estima que elproceso ocurre en vanas etapas o fases que se desarrollan casisimultneamente en un tiempo extremadamente corto, de pocos milisegundos,durante et cual ocurre la completa detonacin de una carga confinada,comprendiendo desde el inicio de la fragmentacin hasta el totaldesplazamiento del material volado.

Estas etapas son:

1. Detonacin del explosivo y generacin de la onda de choque.

2. Transferencia de la onda de choque a la masa de la roca iniciando suagrietamiento.

3. Generacin y expansin de gases a alta presin y temperatura queprovocan el fracturamiento y movimiento de la roca

4. Desplazamiento de la masa de roca triturada para formar !a pila deescombros o detritos.

B. Descripcin del proceso

Inmediatamente despus de la detonacin, el efecto de impacto de la onda dechoque y de los gases en rpida expansin sobre la pared del taladro, setransfiere a la roca circundante, difundindose a travs de ella en forma deondas o fuerzas de compresin, provocndole slo deformacin elstica, yaque las rocas son muy resistentes a la compresin. Al llegar estas ondas a lacara libre en el frente de voladura causan esfuerzos de tensin en la masa deroca, entre a cara libre y el taladro. Si la resistencia a tensin de la roca esexcedida, sta se rompe en el rea de la linea de menos resistencia (burden),en este caso las ondas reflejadas son ondas de tensin que retornan al puntode origen creando fisuras y grietas de tensin a partir de los puntos y planos dedebilidad naturales existentes, agrietndola profundamente (efecto decraquelacin).

Casi simultneamente, el volumen de gases liberados y en expansin penetraen las grietas iniciales amplindolas por accin de cua y creando otrasnuevas, con lo que se produce la fragmentacin efectiva de la roca. Si ladistancia entre el taladro y la cara libre est correctamente calculada la rocaentre ambos puntos ceder, luego los gases remanentes desplazanrpidamente la masa de material triturado hacia adelante, hasta perder sufuerza por enfriamiento y por aumento de volumen de la cavidad formada en laroca. momento en que los fragmentos o detritos caen y se acumulan paraformar la pila de escombros.


7/13


En esta etapa se produce fragmentacin adicional por el impacto de los trozosde roca en el aire. La reaccin del explosivo en el taladro es muy rpida y sutrabajo efectivo se considera completado cuando el volumen de la masa se haexpandido a 10 veces el volumen original lo que requiere aproximadamente 5 a10 milisegundos. Normalmente el trabajo de fragmentacin es ms eficiente enlas rocas compactas y homogneas que en las naturalmente muy fisuradas, ya

que en ellas los gases tendern a escapar por las fisuras disminuyendo suenerga til. Tericamente la detonacin tiene un efecto de expansin esfricapero como normalmente los explosivos se cargan en taladros o huecoscilindricos, la detonacin tiene expansin cilndnca donde, como consecuenciade la dilatacin del taladro en un entorno rgido, se crea un proceso de"fisuramiento radial", que da lugar a la formacin de "planos de rotura verticalesconcordantes con e! eje del taladro'.

La rotura de rocas requiere condiciones fundamentales como;

a. Confinamiento del explosivo en et taladro

Para lograr el mejor acoplamiento con la pared interior que permita transferir laonda de choque a la roca. Explosivo suelto, presencia de vacos odesacoplamiento disminuyen enormemente este efecto.

b. Cara libre

Es indispensable para la formacin y retomo de las ondas de tensin reflejadasque provocan la fragmentacin. Si la cara libre es inadecuada la voladura serdeficiente y si no hay cara libre !as ondas de compresin viajarn librementesin reflejarse, difundindose a la distancia slo como ondas ssmicas.

c. Distancia del taladro a la cara libre

Tambin denominada lnea de menor resistencia o "burden". Debe seradecuada para cada dimetro de taladro Si es muy larga la reflexin de ondasser mnima, e incluso nula y la fragmentacin se limitar a la boca o collar deltaladro como craterizacin.

Si estas condiciones son adecuadas, el empuje de los gases sobre la masa deroca en trituracin provocar adems laformacin de 'planos de rotura horizontales", a partir de la cara libre comoresultado de los esfuerzos de tensin producidos cuando la roca llega a sulmite de deformacin elstica y a la deformacin convexa de la cara libre,

donde se forman grietas de plegamiento, de las que nacen los planos de roturahorizontales mencionados. Este proceso se denomina rotura "flexural". En elmomento de la flexin de la cara libre se produce adems cierta proporcin derotura por descostre.

El material triturado y proyectado se acumula formando la pila de escombros odetritos, que se extiende al pie de la nueva cara libre, en una distancia mayorque la del burden original, denominada desplazamiento o debindoseconsiderar que el volumen del material roto es mayor que el que termina


8/13


lo que se denomina "esponjamiento". Este aspecto es importante para calcularel volumen de roca a transportar con los equipos de acarreo y se estimabasndose en el "factor de esponjamiento" de los diferentes tipos de rocas y alas dimensiones del corte efectuado con la voladura.

d. Fisuramiento cilndrico radial

Una carga explosiva puntual (relacin longitud/dimetro mximo: 6/1). es decirno mayor a 6 veces el equivalente del dimetro del taladro, producegeneralmente una excavacin en forma de copa o de crter de limitadaprofundidad, mientras que un taladro convencional (largo mayor de 6dimetros) tiene expansin cilindrica radial en toda su longitud.

Teniendo en cuenta que la presin de gases en la detonacin va entre 9 kbar a275 kbar alcanzando temperaturas entre 1 600C (de 3 000 a 7 OOO'F), suefecto sobre la roca circundante a partir del eje del taladro producetericamente los siguientes grados de destruccin:

- A la distancia de un dimetro, pulverizacin.

- A la distancia de 1 hasta 4 o 5 dimetros, fisuras cada vez ms dbiles yabiertas correspondientes a la zona de fisuramiento radial, acompaadasde fragmentacin menuda y media a cada vez ms gruesa.

- Ms all de ios 55 dimetros es la zona de deformacin elstica, dondelas vibraciones por impacto se transforman en ondas ssmicas.

- Esta distribucin de grados de destruccin y alcance mximo del procesode la detonacin es importante para calcular la distancia entre los taladrosde una voladura. Si es adecuada habr buena fragmentacin porinteraccin entre ellos; si es muy larga slo producir craterizacin en laboca, dejando fragmentos sobredimensionados entre ellos, o lo que espeor, los taladros solamente soplarn los gases sin producir rotura entreellos.

Si el cebo iniciador est ubicado af fondo del taladro como es usual, laexpansin no ser cilindrica sino que toma la forma de una gota, lo quecomplica la interpretacin y el graficado del proceso Estos conceptos, de roturade roca se aplican a todo tipo de taladro en superficie y subsuelo. Tambindebe tenerse en cuenta las condiciones geolgicas circundantes para inferir losresultados. As por ejemplo las diaclasas o fisuras de otro tipo que sean

paralelas al eje del taladro afectarn a la formacin de las fisuras radialesinterceptndolas; por otro lado las de tipo transversal permitirn la fuga degases disminuyendo la energa e incluso afectando a otros taladros cercanos.La interpretacin grfica del proceso de fragmentacin se complica teniendo encuenta la presencia de sistemas de fisuras principales y secundarias: paralelos,transversales y diagonales respecto al eje del taladro.

CEBADO DE EXPLOSIVOS


9/13


10/13


Dinamitas, hidrogeles y emulsiones sensibles

Para dimetros menores de taladro:

1. Con detonadores comunes y no elctricos de shock o similares:

a) Centralb) Trenzadoc) Lateral

b) y c) son mtodos no adecuados para el cebado de hidrogeles o emulsionessensibles.

Cebo o primer mnimo

Todo explosivo sensible y agente de voladura requiere de un mnimo primerpara iniciarse con su mayor rgimen de velocidad y presin de detonacin, que

garanticen una detonacin autosostenida Con una energa menor que larequerida el explosivo saldr a bajo rgimen, o no podr iniciarse.

Al cebar los agentes de voladura, el primer debe tener un dimetro cercano aldimetro del taladro y por razones geomtricas su longitud deber ser igual omayor que su dimetro, por lo menos dos dimetros, para asegurar que en elprimer se pueda formar una onda plana de presin estable.

Las propiedades ms importantes de un primer o cebo son:

- La presin de detonacin.

- El dimetro y longitud (masa).

- La densidad y velocidad.


11/13



12/13



13/13


Manual Voladuras

Documents

Transcript of Manual Voladuras