Peforacion y Voladura

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UNA EXPLICACION DE VOLADURA

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VARIABLES CLAVES EN VOLADURA DE ROCAS

• Tipo de roca• Diseño de P & V• Perforación• Tiempos de secuencia• Carguío y Voladura

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1.- PERFORACION

La perforación es la primera operación en la preparación de una voladura. Su propósito es el de abrir en la roca huecos cilíndricos, denominados taladros, para efectuar por medio de explosivos las excavaciones necesarias para la explotación, ubicando el explosivo en lugares apropiados a fin de que con el mínimo de explosivo se pueda arrancar o volar la máxima cantidad de roca o mineral. Para ello estudiamos todas las propiedades de la roca y del explosivo para el diseño de malla de una serie de taladros, de modo que nos permita usar relativamente poco explosivo para poder romper un gran volumen.

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1.1.-¿Qué es un Taladro?

Son hoyos o blast holes construidos en la roca o material sólido con la perforación, pudiéndose encontrar de varios dimensiones en diámetros y longitudes destinado a usos inmediatos como:•Introducir en ellas cargas explosivas.•Efectuar sondeos de investigación, del comportamiento de las estructuras. •Alojar barras metálicas detrás y contra los cuadros al objeto de que estos no caigan en el momento de la voladura.

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1.2.-La perforación de taladros se efectúa por:

a.- Percusión.-

Con principio del golpe y corte como el cincel y martillo.

b.- Percusión / Rotación (Roto percutiva).-

Con efecto de golpe, corte y giro. Principio utilizado por la mayoría de perforadoras neumáticas comunes y track Drill. Como también el mismo principio es aplicado en todos los equipos Jumbos hidráulicos

c.- Rotación.-

Con efecto de corte por fricción y rayado con material muy duro ( desgaste de la roca sin golpe), como el producido por las perforadoras diamantinas para exploración.

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2.- CONDICIONES DE PERFORACIÓN

Para conseguir una voladura eficiente la perforadora es tan importante como la selección del explosivo, por lo que éste trabajo debe efectuarse con buen criterio y cuidadoNormalmente la calidad de los taladros a ser perforados esta determinada por cuatro condiciones, Diámetro, longitud, rectitud y estabilidad.

2.1.- Diámetro.-

Depende del tipo de aplicación en que el taladro será utilizado. Como regla general el de “menor diámetro factible” será mas adecuado y económico de realizar.

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2.2.- Longitud.-

Influye mucho en la selección de la capacidad del equipo perforador y naturalmente en el avance del disparo (profundidad del taladro).

2.3.- Rectitud.-

Varia con el tipo de roca método de perforación y características del equipo perforador.Deben tener la mayor rectitud y alineación para que el explosivo sea apropiadamente distribuido en la mayoría de las arranques, de perforación el paralelismo entre taladros es de vital importancia para la interacción de las cargas explosivas en toda la voladura.

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2.4.- Estabilidad.-

Los taladros deben mantenerse abiertos hasta el momento de su empleo. En terrenos sueltos tienden a desmoronarse por lo que puede ser necesario revestirlo interiormente con tubos especiales para, poderlos cargar, también se puede aplicar técnicas de revestimiento mediante arcillas especiales como la bentonita y otros utilizado en perforaciones de petróleo, diamantina.

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3.-PERFORACIÓN DE ARRANQUE

3.1.-¿ Que es un arranque - Trazo?

Son los taladros que van ha permitir hacer una cara libre más y a partir de ésta segunda cara libre generada, sé amplía la abertura con los taladros de primera y segunda ayuda, que están alrededor del arranque, hasta que la delimitación sea total de la labor a ejecutar.

3.2.- Tipos de arranque ó trazo .-

Hay varios tipos de arranque que reciben diferentes nombres, según su forma o el lugar donde se le ha usado primero, pero todos los tipos de cortes podemos agruparlos en tres:

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1. Corte en cuña de ejecución vertical (Wedge cut), corte en cuña de ejecución horizontal (“v” o “w”) y corte piramidal. En los tres casos los taladros son convergentes hacia un eje o hacia un punto al fondo de la galería a perforar.

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2. Corte en abanico (Fan cut) con diferentes variantes. Eneste caso los taladros son divergentes respecto al fondode la galería.

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3.- CORTE QUEMADO O DE TALADROS PARALELOS

El arranque utilizado hoy en día es el corte quemado con taladro de alivio de mayor diámetro. El término “corte quemado” se origina de un tipo de voladura donde los taladros son perforados paralelos uno al otro. Uno o más taladros llenos y los vacíos fueran del mismo diámetro.

Más tarde se descubrió que al utilizar taladros vacíos de diámetro mayor que los cargados, proveía alivio adicional en la plantilla o malla y reducía la cantidad de taladros perforados que se necesitaban. Los taladros grandes y vacíos también permitían un avance adicional por voladura.

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Tipos de cortes paralelos:

Los esquemas básicos con taladros paralelos son:- Corte quemado.- Corte cilíndrico con taladros de alivio.- Corte escalonado por tajadas horizontales.

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Nota:Como los taladros son paralelos y cercanos, lasconcentraciones de carga son elevadas, por lo que usualmentela roca fragmentada se sinteriza en la parte profunda de laexcavación (corte), no dándose así las condiciones óptimaspara la salida del arranque, como por lo contrario ocurre con loscortes cilíndricos. Los avances son reducidos y no van más alláde 2,5 m por disparo, por lo que los cortes cilíndricos sonpreferentemente aplicados.

TRAZOS DE ARRANQUE PARA TUNELES

(a) (b) (c) (d)

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4.- PERFORACIÓN EN MALLA MARCADA

a.- ¿Qué es una malla de perforación?

Son líneas de pintura cuadriculadas ya pre calculada, que se marca en un frente para guiar al perforista - Jumbero e implementar una malla diseñada para hacer una perforación de calidad. También a fin de poderse distribuir bien los taladros simétricamente a las dimensiones de burden y espaciamiento calculadas, para su correcto carguío de explosivo solamente el necesario.

Cada tipo de roca tiene sus tipos de malla estandarizada con la cual se puede hacer el desing de la malla, todas las mallas siempre en el techo tienen taladros para que la labor tenga acabado arqueado para un mejor control del terreno.

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b.- Pasos para marcar una malla de perforación

•Los topógrafos deben darnos una línea de dirección y la línea de gradiente.•Esas líneas de rumbo y de piso nos permiten avanzar una labor de una sola cara libre, de forma recta y de la dimensión correctas.

c.- ¿Cómo marcar línea de dirección y gradiente?

•Se necesita de cuatro tramos de cordel de 4m cada uno•Dos se colocan en el techo y dos en las paredes cruzando la galería de la izquierda a la derecha.•Se necesita visualizar la alienación de las dos pitas del techo con la ayuda de la lámpara para proyectar la línea al centro del frente y pintar.

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•Luego cruzar los dos cordeles de lado a lado, con la vista hacia el frente y a un metro del piso (puntos de gradiente), de igual forma alinear las dos pitas horizontales, con la ayuda de la lámpara proyectar puntos que coinciden en él frente a ambos lados.

•Pintado la línea de dirección (verticalmente) y la línea de gradiente (horizontalmente) entonces está lista el frente para el pintado de la malla de perforación. En la intersección de la línea dirección y línea gradiente, utilizaremos como punto centro para la ubicación del arranque si bien es cierto está pegada al piso, los motivos son muy racionales, se trata de ubicar el corte lo más cerca posible al arrastre ya que con ello no afectaremos con ondas compresivas al techo y romperemos el efecto negativo de la gravedad.

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5.- UBICACIÓN DE LOS TALADROS EN UNA MALLA5.- UBICACIÓN DE LOS TALADROS EN UNA MALLA

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6.- PINTADO DE MALLA PARA PERFORACION6.- PINTADO DE MALLA PARA PERFORACION

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7.- CÁLCULOS COLATERALES AL ARRANQUE

A.- NÚMERO DE TALADROS:

Fórmula empírica:10√S

donde:

S = área de la sección

Fórmula práctica: Nt = P/E + KxS

donde:

Nt = número de taladros

P = perímetro de la sección en m = √(Sx4)

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E = distancia entre los taladros de la sección por m2

0.40-0.55 para roca dura, tenaz

0.60-0.65 para roca intermedia, semi dura

0.70-0.75 para roca blanda, frágil

K = dimensión de la sección en m2 – coeficientes:

2.0-2.5 para roca dura

1.5-1.7 para roca intermedia, semi dura

1.0-1.2 para roca blanda

S = área de la sección

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B.- Burden (B)

También denominada piedra, bordo o línea de menorresistencia a la cara libre.

Es la distancia desde el pie o eje del taladro a la cara libreperpendicular más cercana. También la distancia entre filas de taladros en una voladura.

Se considera el parámetro más determinante de la voladura. Depende básicamente del diámetro de perforación, de las propiedades de la roca, altura de banco y las especificaciones del explosivo a emplear.

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Para un cálculo más rápido de las voladuras de túnel concortes de taladros paralelos de cuatro secciones se puedeaplicar la siguiente regla práctica:

Una regla práctica para determinar el número de secciones es que la longitud del lado de la última sección B sea igual o mayor que la raiz cuadrada del avance.

SECCIÓN DEL CORTE VALOR DEBURDEN LADO DE LA SECCIONPrimera B1 = 1,5 x D2 B1 x √ 2Segunda B2 = B1 x √ 2 1,5 x B2 x √ 2Tercera B3 = 1,5 x B2 x √ 2 1,5 x B3 x √ 2Cuarta B4 = 1,5 x B3 x √ 2 1,5 x B4 x √ 2

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C.- Profundidad de los taladrosEn el corte de cuatro secciones, la profundidad de los taladros puede estimarse con la siguiente expresión:

L = 0,15 + (34,1 x Ø 2)- (39,4 x (Ø 2)2)Donde:L : longitud de taladro, en m.Ø2 : diámetro del taladro de alivio, en mm.

Cuando se utilizan varios taladros vacíos, la ecuación sigue válida haciendo Ø2 = Ø1 √(N° tal.)Donde:Ø2 : diámetro de los taladros vacíos, en m.N° tal. : número de taladros.Ø1 : diámetro de taladros de producción, en m.

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ESQUEMA GEOMETRICO DE ARRANQUE

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-Carga de fondo = L/3, donde L = longitud del taladro (para las alzas: L/6).

-Burden (B) no mayor de (L – 0,40)/2.

-Espaciamiento (E) = 1,1 x B hasta 1,2 x B (en los cuadradores).

-Longitud del taco (T) = 0,5 x B, (en arrastres 0,2 x B).

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D.- Distribución de la carga por taladros

Normalmente la longitud de la columna explosiva varía de 1/2 a 2/3 de la longitud total del taladro (1,20 a 1,60 m en este caso), con la carga concentrada al fondo.

Para asegurar el corte de arranque es recomendable cargar los taladros de arranque 1,3 a 1,6 veces el promedio calculado, las ayudas 1,1 vez y disminuir proporcionalmente la carga en el resto de taladros.

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ERRORES PERFORACIÓN• HUECO DE ALIVIO DE DIÁMETRO MUY PEQUEÑO

• DESVIACIONES EN EL PARALELISMO

AVANCE

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• ESPACIAMIENTOS IRREGULARES ENTRE TALADROS

• IRREGULAR LONGITUD DE LOS TALADROS

AVANCE

ERRORES PERFORACIÓN

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• INTERSECCIÓN ENTRE TALADROSAVANCE

SOBRECARGA

SIN CARGA

• SOBRECARGA (EXCESIVA DENSIDAD DE CARGA)

SOBRECARGA

ERRORES PERFORACIÓN

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LiLi SOSO

ARRANQUES EFICIENTES ARRANQUES EFICIENTES

CONSERVARCONSERVAR EL PARALELISMO EL PARALELISMO

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Longitud del taladroAvance con 95% de efeciencia

PARALELISMO OPTIMO PARALELISMO OPTIMO

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Menor Avance del disparo por desviacion del taladro

Longitud de taladro

PARALELISMO DEFICIENTE PARALELISMO DEFICIENTE

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EXPLOSIVOSSon productos químicos que encierran un enorme potencial de energía, que bajo la acción de un fulminante u otro estímulo externo reaccionan instantáneamente con gran violencia.Se fabrican con diferentes potencias, dimensiones, resistencia al agua, según se requiera.

VOLADURA

Es la técnica más efectiva para la rotura de rocas y la explotación de minerales, efectuada mediante el empleo de explosivos.

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Sistemas de iniciación

Las voladuras de múltiples taladros, iniciados con el sistema de retardo, son conocidas desde hace muchos años.

1.- Mecha-Fulminante

2.- Mecha-Fulminante- conector

3.- Detonadores no eléctricos

4.- detonadores electrónicos de alta precisión

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DET. ENSAMB.DET. ENSAMB. VEL. DE COMBUSTION 160 seg./m VEL. DE COMBUSTION 160 seg./m +/- 5 +/- 5MECHA RAPIDA MECHA RAPIDA VEL. DE COMBUSTION 30 - 45 VEL. DE COMBUSTION 30 - 45 seg./m seg./m

Raras veces es el mejor sistema a usar pero no hay control de tiempos luego de iniciar el encendido.La dispersión por metro esta en aproximadamente +/- 5 seg/m, es probable que algunos taladros no sigan la secuencia y se adelanten si es que no se tiene en cuenta la longitud mínima de mecha rápida entre secuencias de encendido.

350 seg+10.5 seg360. seg

Tiempo Combustión:Dispersión máxima:Simulación de tiempos:

350 seg-10.5 seg340 seg

Longitud mínima de mecha rápida entre cortes: como factor de seguridad es 0.53 m Equivalente a 20 segundos

TIEMPO TOTAL DE DETONACION: de 100 a 150 segundos (promedio de 2

minutos)

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Distribución de energía por cada corteDistribución de energía por cada corte

La densidad de carga por taladro será variable por cada sección o corte siendo:2/3 del taladro o 3 /4 partes del taladro según se muestra en el grafico.

CORONA

AYUDA DE CORONA

AYUDA DE CORTE

ARRANQUE

ARRASTRES

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Densidad de carga por taladro Densidad de carga por taladro

Un taladro desacoplado disipa la energía en los espacios vacíos .

Explosivodesacoplado

Explosivoacoplado

Un taladro acoplado trasmite toda su energía a la roca.

22mm40mm

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Densidad de carga por Densidad de carga por taladro taladro

menor densidad de carga (0.11 kg/m) por los espacios vacíos.

ExplosivoDesacoplado

Explosivoacoplado

1.60 mCartucho de 7/8” x 7”

mayor densidad de carga (0.16 kg/m) explosivo acoplado al taladro.

1.00 m

0.60 m

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CARGA: EXPLOSIVOS DE BAJA SENSIBILIDAD EN PEQUEÑO DIÁMETRO

• CARGA Y CEBO ADECUADOS

TACO CARGA CEBO

DETONADOR

ACOPLADA (ATACADA)

RESULTADO: DETONACIÓN COMPLETA

RETENCIÓN

ARRANQUE ÓPTIMO

VELOCIDAD DE REGIMEN INMEDIATA

ELEVADA PRESIÓN DE TRABAJO

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RESULTADO: DEFLAGRACIÓN

(1)

SOPLADO Y CRATERIZACIÓN

ARRANQUE DÉBIL

VELOCIDAD DE REGIMEN TRANSICIONAL

BAJA PRESIÓN DE TRABAJO

CARGA: EXPLOSIVOS DE BAJA SENSIBILIDAD EN PEQUEÑO DIÁMETRO

• CARGA Y CEBO INADECUADOS

(1) CARGA EXCESIVA

(2) CARGA MUY CORTA, DESACOPLADA O SUELTA

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CARGA Y CEBO INADECUADOS

(2)

SOPLO Y ANILLADO

BAJA PRESIÓN DE TRABAJO

CARGA MUY CORTA

(3)

EFECTO CANAL (GASES ACELERADOS)

EXPLOSIVO QUE NO DETONA

TIRO FALLADO, TOTAL O PARCIALMENTE

CARGA: EXPLOSIVOS DE BAJA SENSIBILIDAD EN PEQUEÑO DIÁMETRO

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El riesgo de detonaciones por simpatía o desensibilización por presión dinámica del explosivo es influenciado por el tipo de roca y las condiciones de operación .Ocurrencia de congelamiento o sinterización de la roca ya fragmentada.

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Puente cada 10 metros

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EJEMPLOS DE TRAZO DE CORTE QUEMADOAPLICABLES A CHIMENEAS Y PIQUES

EJEMPLOS PARA LIMITAR EL EFECTO DE SIMPATÍA ENTRE LOS TALADROS DE ARRANQUE

a b dc

ab c

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TRAZOS PARA ARRANQUE PARA TÚNELES

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8 8

5 5

5 3 4 5

2 27 1 7

7 5

7 5 5 7

4 3

9 9

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

2

S E C U E N C I A D E S A L I D A C O N F U L M I N A N T E N O E L É C T R I C O

9

A N C H O ( m )

ALTURA (

m )

5

8

8

8

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1.- Taladros de arranque2.- Ayuda de arranque3.- Ayudas de paredes y techo4.- Taladros de paredes y techo5.- Taladros de Arrastre

SECUENCIA EN LA PERFORACIÓN