Perforacion Por Rotacion

7/29/2019 Perforacion Por Rotacion

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MI57E Explotacin de Minas 106

PERFORACIN POR ROTACIN

Introduccin

El principio utilizado por este sistema consiste en aplicar energa a la roca haciendo rotar unaherramienta (trpano) conjuntamente con la accin de una gran fuerza de empuje (Fig. 3.1).

En la prctica minera, este sistema de perforacin presenta tres variantes segn el tipo deherramienta utilizado:

Rotacin con trpano cortante

Rotacin con trpano triturante

Rotacin con herramienta abrasiva


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El primero fue usado originalmente en la perforacin de pozos petrolferos, pero limitado sloa formaciones rocosas ms bien blandas. En los inicios del siglo XX aparecen los primerostrpanos provistos de rodillos indentados que ruedan sobre el fondo del hoyo, ejerciendo unaaccin triturante sobre la roca, capaces de perforar formaciones rocosas de dureza mediana.

Su diseo evoluciona rpidamente hasta la herramienta conocida con el nombre de tricono.

A principios de los aos '50 esta tecnologa se empieza a aplicar en los primeros equiposrotativos diseados para realizar perforaciones de tronadura en minas a cielo abierto.Innovaciones posteriores, principalmente en lo que dice relacin con el diseo de estostriconos y la calidad de los aceros utilizados en su fabricacin, le dan hoy en da a estesistema una gran versatilidad. Se aplica tanto en rocas blandas como muy duras, sinrestricciones en cuanto a la longitud de los tiros. Su nica limitacin es el dimetro deperforacin. Por razones que se explicarn ms adelante, este sistema no se aplica endimetros menores a 150 mm para fines de fragmentacin de rocas.

La perforacin rotativa con una herramienta abrasiva - corona de diamantes o diamantinacomo se le conoce en la terminologa minera- se utiliza exclusivamente para sondajesdestinados a la recuperacin de testigos de roca con fines de exploracin y/o reconocimientode un cuerpo mineralizado, tema que no est incluido en los alcances de este curso.


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Descripcin general del equipo


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Accionamientos principales

Mecanismo de rotacin o motor de rotacin

Sistema o mecanismo de empuje

Mecanismo de izamiento

Sistema de barrido con aire comprimido

Accionamientos hidrulicos, mstil y patas de apoyo Mecanismo de propulsin o desplazamiento

Dispositivo de extraccin de polvo

Otros de menor importancia

Montaje y propulsin

Se utilizan dos sistemas de montaje: sobre orugas o sobre neumticos (camin). Los factoresque influyen en la eleccin son las condiciones del terreno y principalmente el grado demovilidad requerido. Mientras estn perforando, estos equipos se apoyan sobre tres o cuatropatas hidrulicas, que adems de soportar su peso sirven para nivelar la mquina.

El montaje sobre orugas se utiliza preferentemente en las grandes minas a cielo abierto,donde los requerimientos de movilidad son escasos. Su limitacin en cuanto a menorvelocidad de traslacin, 2 a 3 km/hr, es poco relevante cuando el equipo permanece durantelargos perodos de tiempo operando en un mismo banco o sector de la mina.

En faenas de tamao mediano, donde se requiere un desplazamiento ms frecuente y gildel equipo, se prefiere el montaje sobre neumticos. Estos equipos van montados sobre uncamin de dos o tres ejes los ms livianos, y slo los de mayor tamao se construyen sobreun chassis de cuatro ejes. Su velocidad media de desplazamiento es del orden de diez vecesmayor, 20 a 30 km/hr.


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Unidad de potencia

La fuente primaria de potencia utilizada por estos equipos puede ser elctrica o motoresdiesel, y su aplicacin se realiza mediante mecanismos de transmisin mecnicos e

hidrulicos. Los equipos que perforan dimetros superiores a 9 pulgadas, grandes minas arajo abierto, por lo general son alimentados por energa elctrica, corriente alterna demediano voltaje (380 - 500 Volt), suministrada a la mquina mediante un cable que laconecta con sub-estaciones ubicadas al interior del rajo. Se les denomina equipos full-electric.

En el caso de perforadoras de menor tamao, montadas sobre un camin, la fuente deenerga es uno o dos motores diesel. En el primer caso, se trata del mismo motor queacciona el vehculo; pero en la actualidad se prefiere, por su mayor eficiencia, la segundaconfiguracin, dada las diferentes caractersticas de los motores requeridos. Tambin existenversiones diesel-elctricas, diseadas para minas de gran produccin que no disponen de

suministro de energa elctrica.

Mecanismo de rotacin

El torque de rotacin se transmite a la herramienta por intermedio de la columna de barras.El accionamiento del sistema lo provee un motor elctrico o hidrulico montado sobre elcabezal deslizante.

En los equipos de mayor tamao, full-electric, se utiliza preferentemente un motor elctricode corriente continua con su eje en posicin vertical, que permite una fcil regulacin de lavelocidad de rotacin en un rango entre O a 150 rpm. Los equipos montados sobre un

camin, con unidad de potencia diesel, utilizan un motor hidrulico que opera en circuitocerrado con una bomba de presin constante y un convertidor de torque, que permite variarla velocidad de rotacin.

Mecanismo de empuje

Para obtener un efecto de penetracin eficiente es preciso aplicar una fuerza de empuje quedepende de la resistencia de la roca y del dimetro de perforacin. Prcticamente, casi sinexcepciones, esta fuerza de empuje se obtiene a partir de un motor hidrulico. Existen variossistemas, entre los cuales los ms utilizados son los que se describen conceptualmente enlas figuras siguientes (Fig. 3.2).

Por lo general el mecanismo de empuje est diseado para aplicar una fuerza del orden deun 50 % del peso de la mquina, y los equipos de mayor tamao que operan hoy en daalcanzan un peso de hasta 120 toneladas. El sistema, adems, permite accionar el izamientode la columna de barras, a velocidades de elevacin del orden de 20 metros por minuto.


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Sistema de barrido

El barrido del detritus de la perforacin se realiza con aire comprimido, para lo cual el equipoest dotado de uno o dos compresores ubicados en la sala de mquinas. Mediante un tuboflexible se inyecta el flujo de aire -a travs del cabezal de rotacin-por el interior de lacolumna de barras hasta el fondo del pozo. Dependiendo de la longitud de los tiros, lapresin requerida se ubica en un rango de 2 a 4 [Bar].

Herramientas de perforacin

Existen bsicamente dos tipos de herramienta: trpanos cortantes y trpanos triturantes. Losprimeros consisten en una herramienta provista de elementos aguzados, con filos de

diversas geometras, que ejercen sobre la roca una accin de corte o desgarre. Su aplicacines slo posible en formaciones rocosas blandas o semiconsolidadas, tales como material derelleno fluvial, suelos u otros. Los trpanos triturantes estn conformados por tres rodillosendentados, de forma cnica, que ruedan sobre el fondo del pozo, fracturando la roca por unproceso de indentacin y corte.

En las aplicaciones mineras con fines de fragmentacin de rocas, en la actualidad se utilizanexclusivamente los trpanos triturantes, conocidos con el nombre de triconos. Aunque laintroduccin de esta herramienta se remonta a los primeros aos del siglo XX (1910) en laperforacin de pozos petrolferos, slo a partir de los aos '60 -cuando aparecen los primerosequipos rotativos en las grandes minas a cielo abierto-se inicia una investigacin y desarrollo

muy intensivo en cuanto a su perfeccionamiento tanto en calidad como en su diseo.


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En un principio los triconos slo eran aplicables en formaciones rocosas ms bien blandas amedianas; vale decir, rocas de baja resistencia a la compresin. Hoy en da, gracias a lasinnovaciones introducidas, este sistema de perforacin rotativa predomina sin contrapeso en

la minera a rajo abierto de gran tamao, tanto en rocas blandas como incluso muy duras, enel rango de dimetros de perforacin superiores a 175 mm. As, por ejemplo, aqu en Chileactualmente del orden de un 80 % de la produccin de cobre proviene de faenas que aplicanesta prctica de perforacin.

Se fabrican dos tipos de triconos: con dientes estampados y con insertos de carburo detungsteno. Los primeros son los ms antiguos, con un campo de aplicacin restringido arocas blandas y medianas. Los de insertos son capaces de perforar hasta rocas muy duras,pero tienen un precio del orden de cinco a uno en relacin con los anteriores, relacin que escompensada por su mayor vida til.

El efecto de penetracin de un tricono se obtiene por la aplicacin combinada de dosacciones:

Indentacin

Corte

Los dientes o insertos del tricono, al rodar sobre el fondo, penetran o se entierran en la rocapor la aplicacin de una gran fuerza de empuje. Esta accin es la que produce la trituracinde la roca.

Tambin, por efecto de un desplazamiento lateral de los rodillos, como se explicar msadelante, se consigue una accin de corte o desgarre de la roca.

Esta segunda accin de corte o desgarre se incorpora cuando se trata de triconos diseadospara perforar rocas blandas a medianas, de menor resistencia a la compresin.


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Trpanos triturantes o triconos


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Criterios de diseo

El diseo de los triconos, en lo esencial sus parmetros geomtricos, es funcin de laspropiedades de la roca (Figs. 3.4 y 3.5).

a) Geometra de los conos

b) Excentricidad


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c) Tamao y disposicin de los dientes e insertos

Seleccin del tipo de tricono

Los fabricantes de triconos le ofrecen a los usuarios diferentes alternativas de diseo segnla dureza de la roca. As, por ejemplo, la empresa HUGHES TOOL Co. de los EE.UU., la msantigua en este rubro y la primera que introdujo esta herramienta en el mercado, comercializalos productos que se incluyen en los cuadros siguientes.:


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Variables de operacin

Las variables de operacin inherentes al sistema, que inciden en su eficiencia (velocidad depenetracin), son las que se identifican a continuacin:

Velocidad de rotacin (rpm)

Fuerza de empuje

Dimetro de perforacin

Velocidad y caudal del aire de barrido

Desgaste de los trpanos

A su vez, estas variables dependen de un factor externo al sistema: la dureza o resistenciade la roca. En el caso de la perforacin rotativa, la evidencia emprica indica -tanto a partir delas investigaciones a nivel de ensayos como de lo observado en la prctica- que existe unabuena correlacin entre la Resistencia a la Compresin de la roca y la velocidad depenetracin. Esta conclusin resulta conceptualmente coherente, atendiendo a la formacomo se aplica la energa a la roca y su consiguiente ruptura originada principalmente por unproceso de indentacin.

No existe una clasificacin universalmente aceptada de las rocas en funcin de suresistencia a la compresin (Sc). En la literatura tcnica sobre el tema se encuentrandiversas proposiciones. Algunas muy simples, que slo diferencian entre rocas blandas,medianas y duras. Otras ms sofisticadas, incluyen hasta seis o siete categoras. Haciendouna sntesis, para los efectos del anlisis que sigue, se adoptar la clasificacin que seenuncia en el cuadro siguiente.

Velocidad de rotacin

La velocidad de rotacin (N), expresada en [rpm], es inversamente proporcional a laresistencia a la compresin de la roca (Sc). En la tabla siguiente se indican las velocidadesobservadas en la prctica para los diferentes tipos de rocas identificados previamente.


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Ahora, segn el tipo de dientes, esta velocidad de rotacin vara en un rango de 60 a 120rpm para los triconos con dientes estampados, y entre 40 a 80 rpm en el caso de los triconoscon insertos.

Fuerza de empuje y dimetro de perforacin

La fuerza de empuje (F) que es necesario aplicar aumenta directamente con la dureza de laroca, y debe alcanzar una magnitud suficiente para sobrepasar su resistencia a lacompresin. Por otra parte, esta fuerza no puede exceder un determinado valor lmite, paraevitar daos prematuros en el trpano. En formaciones rocosas duras o muy duras, unafuerza excesiva conduce a la destruccin de los rodamientos, lo que significa el trmino de lavida til de la herramienta.

A su vez, la mayor o menor resistencia de los rodamientos depende del tamao del trpanoo, en ltimo trmino, del dimetro de perforacin (0). A mayor dimetro, ms grande es eltrpano y por consiguiente ms robustos y resistentes son sus rodamientos. En suma, lafuerza de empuje es funcin de dos variables: la dureza de la roca y el dimetro deperforacin.

Segn la dureza de la roca, la fuerza de empuje mnima necesaria para vencer su resistenciaa la compresin, est dada por la siguiente frmula emprica:

donde:

Sc Resistencia a la compresin de la roca [MPa]

Dimetro de perforacin [pulg]

La fuerza de empuje se acostumbra a expresarla en libras-peso [Ibp] por unidad de dimetro

del trpano, expresado en pulgadas ("). En la tabla siguiente se comparan los valoresmnimos que resultan de aplicar la frmula anterior con los valores observados en la prcticaminera segn la dureza de la roca.


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Por otra parte, tambin se ha obtenido una frmula emprica que permite estimar la fuerza deempuje mxima que soportan los rodamientos de un tricono, en funcin del dimetro de

perforacin ().

Si se hace el ejercicio de asignarle valores numricos a la frmula anterior, redondeando lascifras, se obtienen los resultados que se indican en la tabla siguiente.

Los resultados anteriores permiten explicar la razn por la cual la perforacin rotativa no seaplica en la prctica en dimetros menores a 175 mm (aprox 7"), salvo en rocas blandas omuy blandas. En efecto, en una roca mediana a dura se requiere una fuerza (F) del orden de

5.000 a 6.000 [Ibp/" de ]; vale decir, 30.000 a 36.000 [Ibp] para un tricono de 6 pulgadas,siendo su lmite de resistencia del orden de 29.000 [Ibp].


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Velocidad y caudal del aire de barrido

El aire comprimido, que se inyecta por el interior de la columna de barras hacia el fondo delbarreno, cumple los siguientes objetivos:

Remocin o barrido del detritus desde el fondo del tiro. Extraccin del detritus hacia afuera. Refrigeracin y lubricacin de los rodamientos del tricono.

El barrido y extraccin del detritus de perforacin se realiza a expensas de la energa cinticadel aire que circula por el espacio anular comprendido entre las barras y las paredes delpozo. Por lo tanto, la eficiencia del proceso depende, en lo esencial, de la velocidad del aire(V) en este espacio anular y de la masa de aire o caudal (Q) que circula por el sistema.

Por otra parte, la refrigeracin de los rodamientos se obtiene por efecto de la expansin ocada de presin (AP) que se produce durante el paso del aire por el tricono, que a su vezdepende de la presin (P) con que llega el aire a la herramienta.

a) Velocidad del aire

La velocidad ascencional mnima para la extraccin del detritus es funcin de la densidad dela roca y del tamao promedio de las partculas. Existen algunas frmulas empricas quepermiten estimar esta velocidad.


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o tambin,

donde:

En etapa de proyecto, las frmulas anteriores tienen escasas posibilidades de aplicacin,dado las dificultades para obtener datos confiables acerca del tamao promedio del detritusde perforacin.

No obstante, segn la prctica minera, las velocidades de aire recomendadas atendiendo altipo de roca, son las que se indican en la tabla siguiente:

La velocidad ascencional mxima indicada obedece al problema de desgaste de las barras otubos de perforacin. El flujo de aire que circula por el espacio anular Ileva en suspensin unmaterial que puede ser altamente abrasivo, especialmente si hay presencia de cuarzo u otrosminerales de gran dureza, como ocurre frecuentemente en la minera metlica. Es sabidoque en los fenmenos de flujo de material particulado, el desgaste por roce es proporcional alcuadrado de la velocidad.

b) Caudal de aire

El caudal de aire de barrido (Q) se calcula a partir de la frmula bsica que lo relaciona conla seccin del ducto de circulacin y con a velocidad de flujo.

Q = rea de la seccin transversal x Velocidad de flujo


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En el caso que aqu se analiza, se obtiene las siguientes frmulas segn las unidadesutilizadas:

donde:

Otro factor a considerar en relacin con este tema, es el rea de la seccin anular por dondecircula el aire o, planteado de manera ms prctica, se trata de la diferencia entre el dimetrode perforacin y el dimetro exterior de las baas [ - D]. Dado que a medida que aumentala resistencia de la roca el tamao del detritus es ms pequeo, la prctica operacionalaconseja adoptar los siguientes valores:

Por ltimo, en este mismo orden de cosas, otros especialistas proponen que cuando laresistencia a la compresin de la roca (Sc) es menor a 100 MPa, la proporcin entre laseccin transversal del pozo y la seccin del espacio anular debe ser de 2 a 1, lo que

equivale a una relacin D/ igual a 0,7.c) Presin del aire de barrido

Los resultados de las investigaciones realizadas por los fabricantes, indican que la cada depresin (AP) del aire al pasar por el tricono -requerida para una adecuada refrigeracin desus rodamientos- se ubica en un rango de 30 a 50 [psi], lo que equivale a 2,1 y 3,5 [bar]respectivamente. Si se suma la prdida de carga que experimenta el flujo de aire entre elcompresor y la herramienta, estimada en unas 10 [psi], se concluye que el valor promedio dela presin manomtrica requerida a la salida del compresor es del orden de 3,5 [bar].


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Esta presin final incide significativamente en el consumo de energa del compresor, y enltimo trmino en el costo de operacin del equipo. Tal como se ver ms adelante, lejos elmayor consumo de energa de las perforadoras rotativas se origina en el suministro de airecomprimido para la extraccin del detritus.

Desgaste del tricono

Cuando se utilizan triconos con dientes estampados, la velocidad de penetracin disminuyeconsiderablemente a medida que aumenta el desgaste de la herramienta.

En la figura 3.7 se aprecia que, a la mitad de la vida til del tricono (50 %), la velocidad depenetracin se ha reducido, aproximadamente, entre un 50 a un 75 % con respecto a laalcanzada con una herramienta nueva.

Consumos de energa

Cuando la mquina est perforando los principales consumos de energa son los vinculadosa los siguientes accionamientos:

Rotacin Fuerza de empuje Barrido y extraccin del detritus Otros accionamientos menores

Energa consumida por la rotacin

Para hacer rotar la columna de barras (Fig. 3.8), es preciso aplicar una fuerza tangencial (F).La energa consumida en un giro (Er) es igual al producto de la fuerza por el caminorecorrido:

donde T es el torque (R x F) de rotacin [kgm]. Si se considera como unidad de tiempo 1[min], la potencia requerida (Wr) ser por lo tanto igual a:


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donde N es el nmero de vueltas por minuto [rpm] o velocidad de rotacin, que esinversamente proporcional a la dureza de la roca (Sc).

La frmula anterior da cuenta de la energa consumida en el fondo del pozo. En el caso deun equipo full-electric, para obtener la potencia aplicada en el motor de rotacin (W MR), espreciso incorporar el rendimiento mecnico de la transmisin (m) y el rendimiento elctrico(e) del motor. Expresada esta potencia en [HP], se obtiene:

donde:


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En la literatura tcnica se encuentran grficos, como el de la figura 3.9, que indican lapotencia requerida en funcin del dimetro de perforacin () y de la dureza de la roca.

Energa consumida por el sistema de empuje

La penetracin de la herramienta requiere la aplicacin de una gran fuerza de empuje (F); noobstante, la energa consumida por este accionamiento es pequea comparada con larotacin.

Suponiendo que en un giro el tricono avanza una longitud h (Fig. 3.10), la energa consumidaen una vuelta (Ee) ser igual al producto de la fuerza [kgp] por el camino recorrido [m].

Luego, si se elige como unidad de tiempo 1 [min], la potencia requerida (We) ser igual a:


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Energa consumida en el aire de barrido

Los equipos de perforacin rotativa estn dotados de uno o dos compresores quesuministran el aire comprimido necesario para el barrido y extraccin del detritus. La energa

consumida en un proceso de compresin depende, en lo esencial, de dos parmetros: lapresin final (P) y el volumen o caudal de aire libre (Q) que interviene en el proceso.

Por lo general se emplean compresores de tornillo de baja presin: 40 o 50 [psi],equivalentes a 2,8 y 3,5 [Bar] respectivamente. Tal como fuera sealado con anterioridad(3.4.3), la adecuada refrigeracin de los rodamientos del tricono no requiere presionesmayores. En cuanto a la capacidad o caudal, factor que incide directamente en la velocidaddel aire (energa cintica) que hace posible la extraccin del material, se ubica en un rangoentre 10 y 50 [m3/min], segn el tamao del equipo.

Haciendo una simplificacin, en el sentido que el trabajo (W is) de compresin del aire se

realiza mediante un proceso isotrmico terico (Fig. 3.12), se tiene:

Reemplazando en la frmula anterior los valores correspondientes a la situacin prctica queaqu se analiza, se obtiene:

donde:


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Por ejemplo, a modo de ejercicio, se puede hacer la siguiente estimacin:

Datos:

Clculo:

El resultado anterior confirma lo anticipado, en cuanto a que el suministro del aire de barridoes el sistema que consume la mayor cantidad de energa cuando el equipo est perforandoy, por lo tanto, gravita de modo significativo en el costo de operacin.


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Velocidad de penetracin

Tanto en la etapa de ingeniera conceptual o estudio de prefactibilidad de un proyecto, y msan en la etapa de ingeniera bsica o de factibilidad, es preciso estimar costos de operacin;

entre los cuales, en una mina a rajo abierto, el costo de perforacin es relevante. Cualquierestimacin pasa, inevitablemente, por hacerse la pregunta: cuntos metros por horabarrenar el equipo seleccionado para un determinado dimetro de perforacin? Larespuesta no es trivial, sobre todo cuando an no se dispone de suficiente informacin de lostipos de roca e incluso de muestras representativas de todo el cuerpo mineralizado.

La velocidad de penetracin depende no slo de las variables y/o parmetros operativos delsistema, si no que tambin, y de manera primordial, de las propiedades fsico-mecnicas ygeomecnicas del macizo rocoso. Se recurre bsicamente a dos metodologas paraaproximarse a la respuesta de la pregunta planteada en el prrafo anterior.

Frmulas empricas:

Cuando no se da la posibilidad de realizar ensayos de perforabilidad en muestras de roca, sepuede recurrir a frmulas empricas propuestas por diversos autores. Tales frmulascombinan algunas variables de operacin del sistema con la resistencia a la compresin dela roca (Se). Como ya fue sealado, en el caso de la perforacin rotativa existe una buenacorrelacin entre la velocidad de avance (Va) y esta propiedad de la roca.

Ensayos directos:

Si se dispone de muestras de tamao adecuado, las compaas fabricantes de tricnos

ofrecen a sus clientes ensayos a escala en sus "bancos de prueba", a partir de los cuales leemiten un informe donde incluyen el tipo de tricono recomendado, velocidad de rotacin yfuerza de empuje adecuadas, velocidad de penetracin estimada y posible vida til de laherramienta.

Velocidad de avance vs. Variables de operacin

a) Velocidad de rotacin

Mientras el barrido es perfecto, la velocidad de avance (Va) es linealmente proporcional a lavelocidad de rotacin (Fig. 3.13).


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En la prctica, a medida que Va aumenta, el barrido se torna ineficiente.

b) Fuerza de empuje

Mientras el barrido es perfecto, la velocidad de avance (Va) aumenta exponencialmente conla fuerza de empuje (Fig. 3.14).

En la prctica, a medida que Va aumenta, el barrido se toma deficiente.


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Velocidad de avance vs. Dureza de la roca

En la perforacin rotativa, dado la forma en que se aplica la energa en la interfaseherramienta-roca, principalmente por una accin de indentacin, un buen indicador para

estimar la velocidad de penetracin es la resistencia a la compresin (Sc de la roca. As loconfirman tanto los ensayos a escala de "banco de pruebas" como la prctica operacional.

Una primera aproximacin se puede lograr recurriendo al concepto de energa especfica(Ev), definida como la energa requerida para remover la unidad de volumen de roca, que seexpresa por lo general en [kgm/cm3]. En el mismo orden de razonamiento propuesto paratratar esta situacin en el caso de la perforacin por percusin, se puede enunciar elsiguiente principio: "la energa aplicada a la roca por unidad de tiempo [min] se consume enremover un cierto volumen de roca en esa misma unidad de tiempo. Luego, se puedeescribir:

donde:

A partir de la relacin anterior, y recordando que [Ee 0,1 Er], se obtiene:

y despejando Va:


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Si se revisa la frmula anterior, la velocidad de rotacin (N) se puede considerar como undato, por su correlacin consistente -ya consignada previamente- con la resistencia a lacompresin de la roca. En cuanto al torque de rotacin (T), esta variable es ms difcil decuantificar, dado su permanente dependencia de la velocidad de rotacin.


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TECNOLOGA DE LOS EXPLOSIVOS

INTRODUCCIN

BREVE RESENA HISTRICA

Desde la prehistoria el hombre ha requerido fragmentar rocas con diversos fines, utilizandoprimero su energa fsica ayudado de algunos implementos o herramientas muyrudimentarias. Tambin aplicaron mtodos indirectos.

En las minas de Schemnitz, Hungra, se utiliza por primera vez la energa liberada por unareaccin qumica con el propsito de fragmentar roca. Se trata de la PLVORA NEGRA,explosivo deflagrante, conocida en Europa desde el Siglo 13, utilizada principalmente confines blicos.

Entre los aos 1867 - 69, el qumico sueco Alfred Nobel inventa las DINAMITAS, primerexplosivo detonante, utilizando la nitroglicerina como explosivo base. Se manejan en formade cartuchos

En los Estados Unidos ya en este siglo a mediados de los aos 50, se utilizan por primeravez a escala industrial explosivos a granel del tipo nitrocarbonitratos, cuyo exponente ms

conocido es elANFO (Ammonium Nitrate ms Fuel Oil).

A principios de los aos 60, tambin en los Estados Unidos, comienzan a comercializarse losprimeros explosivos acuosos (slurries) o HIDROGELES como tambin se les llama. Suinvencin es compartida por el profesor Melvin Cook de la Universidad de Utah y la EmpresaDu Pont.

Finalmente, a partir de los inicios de los aos 80, aparecen los explosivos de ms recientedesarrollo o de ltima generacin conocidos con el nombre de EMULSIONES.

Hoy en da, los explosivos qumicos siguen siendo la principal fuente de energa utilizada

para fragmentar y remover masivamente rocas compactas in-situ, ya sea en los procesosextractivos de las faenas mineras como tambin en las excavaciones requeridas para obrasciviles.

CLASIFICACIN

En lo esencial, un explosivo puede considerarse como una herramienta para realizar untrabajo, y en un sentido amplio se define como explosivo a cualquier artefacto capaz deliberar una gran cantidad de energa en un intervalo de tiempo muy pequeo, ejerciendo una

accin dinmica de gran violencia sobre el medio que lo rodea.


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metros por segundo (2.000 a 8.000 m/seg). Se habla as de explosivos detonantes oaltos explosivos. El ejemplo ms popular y conocido son las Dinamitas.

Segn la energa de iniciacin requerida, los Explosivos Detonantes se subdividen a su vez

enprimarios y secundarios.

EXPLOSIVOS PRIMARIOS: Son aquellos que slo requieren de una mnima cantidadde energa para alcanzar el estado de detonacin; por ejemplo, una llama, chispa ogolpe.

EXPLOSIVOS SECUNDARIOS: Son aquellos que requieren de una gran energa deiniciacin, proporcionada generalmente por el impacto de la onda de choque de unexplosivo primario.

En la actualidad no se usan los explosivos deflagrantes en el proceso de fragmentacin de

rocas. La operacin de arranque de mineral se realiza hoy en da, por razones obvias, conexplosivos detonantes secundarios.A su vez, los explosivos detonantes primarios se utilizanen pequeas cantidades como agentes iniciadores.

Segn su composicin qumica, se pueden diferenciar distintas formulaciones de materiasexplosivas.

Compuestos qumicos, orgnicos o inorgnicos, que son explosivos propiamentetales. Por ejemplo, la Nitroglicerina (NG) o el Trinitrotolueno (TNT).

Mezclas entre compuestos qumicos explosivos propiamente tales con otros que no loson. Por ejemplo, los conocidos con el nombre de Dinamitas.

Mezclas de compuestos qumicos reductores con compuestos oxidantes, en queindividualmente ninguno de ellos puede catalogarse como un explosivo propiamentetal. La terminologa americana los denomina Agentes Explosivos, y el ejemplo msconocido y representativo es el ANFO.

TEORA DE LA DETONACIN

DESCRIPCIN DEL FENMENO

La detonacin es un proceso fsico-qumico mediante el cual el explosivo experimenta unareaccin qumica muy violenta que lo descompone en gases a alta presin y temperatura,con una gran liberacin de calor.

Se caracteriza fundamentalmente por su gran velocidad de propagacin, superior a lavelocidad de las ondas sonoras (~ 1.500 m/seg) en la columna explosiva, lo que da origen ala generacin de una onda de choque (compresin) que acompaa a la reaccin qumica.

La reaccin qumica proporciona la energa en forma de calor para acelerar y mantener elproceso; a su vez, la onda de choque aporta la energa de impacto que permitedesencadenar el proceso.


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Se denomina "Estado de Detonacin Estable"al estado de equilibrio que se alcanza cuandola onda de choque se propaga conjuntamente con la reaccin qumica a lo largo de toda lacolumna explosiva a una velocidad constante.

Como en toda reaccin qumica, existen valores mnimos o crticos de la presin,temperatura y masa reactante, bajo los cuales la detonacin no ocurre.

La teora que se refiere a este fenmeno se conoce con el nombre de "Teora Termohidrodinmica de la Detonacin". Esta teora describe el proceso de propagacin de unaonda de choque a travs de una columna explosiva, acompaada de una reaccin qumicaque proporciona la energa necesaria para mantener el proceso en forma estable.

CARACTERIZACIN DEL FENMENO

La figura siguiente representa la detonacin de una columna explosiva propagndose deizquierda a derecha (velocidad D), detenida momentneamente como si se tratase de unafotografa del fenmeno. Arriba, se ha superpuesto un grfico que muestra el perfil de la ondade choque que se propaga a una velocidad equivalente a la velocidad del sonido (c) en elmedio. A su vez, la materia afectada por la onda se desplaza en el mismo sentido (velocidadde partcula W).


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En la figura aparecen identificados los parmetros de estado -presin, temperatura,densidad, energa interna- correspondientes al explosivo sin reaccionar o estado original(1),a la zona de reaccin o estado de detonacin (2), y a los productos o gases en estado deequilibrio denominado estado de explosin (3).

PARMETROS DE ESTADO

La materia explosiva recibe el impacto de la onda de choque que la comprime, generando undesplazamiento o flujo de masa en el mismo sentido.

La teora supone que los gases se encuentran en estado de equilibrio, y que el paso del

estado (1) al estado (3) es un proceso adiabtico a volumen constante. Adiabtico, porqueocurre en un instante de tiempo muy pequeo, sin intercambio de calor entre el sistema y elmedio. A volumen constante (iscoro), porque los productos de la reaccin ocupan el mismovolumen que el explosivo en su estado original, sin prdida de masa.

LA DETONACIN COMO FENMENO FLUODINMICO

La Teora Termohidrodinmica supone que la detonacin es un proceso unidimensional, quese desarrolla en un medio confinado en un tubo rgido sin desplazamiento lateral de lamateria. El anlisis del proceso como fenmeno fluodinmico se realiza aplicando los tresprincipios o leyes clsicas de la fsica:


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CONSERVACIN DE LA MASA CONSERVACIN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO CONSERVACIN DE LA ENERGA

Principio de conservacin de la masa: La cantidad de materia que entra a la zona dereaccin es igual a la que sale, por unidad de tiempo y por unidad de rea

Principio de conservacin de la cantidad de movimiento: Para las mismas masasanteriores, el impulso de las fuerzas es igual a la variacin de la cantidad de movimiento.

Principio de conservacin de la energa: Para un fenmeno de flujo de materia esteprincipio puede ser expresado por el Teorema de Bernoulli. Por unidad de masa toma laforma siguiente:

Postulado de Chapman Jouguet: Se refiere al estado de detonacin estable, lo queimplica la condicin que la reaccin qumica y la onda de choque se propaguen juntas.


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Combinando las dos primeras ecuaciones anteriores se obtienen las siguientes relaciones:

Esta ltima relacin tiene gran importancia prctica como se ver ms adelante.

Asimismo, incorporando la relacin del principio de la conservacin de la energa, se obtiene:

La expresin anterior se conoce con el nombre de de "Adiabtica Dinmica", yes una curva

que describe la relacin P-V de la materia en el estado de detonacin.Representa el lugar geomtrico de todos los posibles estados o puntos (P2, v2) en el plano P-V que se pueden obtener a partir de un estado inicial determinado (P1, v1) por efecto de unacompresin de choque reactiva, y que satisfacen las condiciones de equilibrio qumico ytermodinmico de la materia en la zona de reaccin.


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Finalmente, resolviendo las ecuaciones de los tres principios enunciados conjuntamente conla expresin del postulado de Chapman-Jouguet (W + c = D), se obtiene:

Esta ltima expresin demuestra que el punto C (P2, V2) correspondiente al estado dedetonacin estable, se obtiene trazando la tangente desde el estado original - punto A (P1, v1)- a la adiabtica dinmica.

LA DETONACIN COMO FENMENO TERMOQUMICO

Las relaciones fluidodinmicas anteriores hacen abstraccin que el proceso involucratambin una reaccin qumica que libera una gran cantidad de calor (Q). Esta energa enforma de calor debe agregarse por lo tanto a la expresin que representa el principio deconservacin de la energa.

Para determinar el punto de tangencia (P2, V2) es necesario definir la curva que representa el

comportamiento de la materia en el estado de detonacin estable; es decir, se requiere unaEcuacin de Estado que represente suficientemente bien el comportamiento de la materia enla zona de reaccin. Diferentes autores coinciden en que la ecuacin que representa mejor elcomportamiento de los gases en el estado de detonacin es la siguiente:

Considerando que depende mucho ms de v que de T, se supone [ ~ f(v)].Experimentalmente se ha obtenido la siguiente aproximacin:


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La teora supone que el fenmeno de la detonacin es un proceso adiabtico reversible.Luego, segn el Primer Principio de la Termodinmica, se tiene:

Asignndole a Cv un valor promedio entre T1yT2 (Cv), se puede escribir:

Combinando las expresiones anteriores se obtiene un conjunto de frmulas que permitencalcular -mediante un procedimiento aritmtico iterativo- todos los parmetros del estado dedetonacin y del estado de explosin, suponiendo conocidas la composicin del explosivo yla reaccin qumica involucrada en el proceso. La teora supone, adems, que el explosivotiene un comportamiento ideal, en el sentido que las reacciones qumicas ocurrencompletamente en la zona comprendida entre el frente de reaccin y el plano C - J.

CARACTERSTICAS DE LOS EXPLOSIVOS

Cuando un explosivo detona confinado o inserto en un determinado medio se observanbsicamente dos efectos:

Un efecto de fracturamiento preliminar asociado al violento impacto de la onda dechoque. Se trata de una accin dinmica "rompedora", cuya mayor o menor intensidaddepende de los parmetros del Estado de Detonacin.

Un efecto de empuje asociado al trabajo de expansin de los gases generados por lareaccin qumica, a expensas de la energa en forma de calor contenida en esosgases, cuya mayor o menor intensidad depende de los parmetros termoqumicos delEstado de Explosin.

Adicionalmente, es necesario considerar tambin algunos efectos que dicen relacincon las condiciones "prcticas"de su utilizacin y/o aplicacin.

Atendiendo a lo anterior, la caracterizacin de los explosivos ser enfocada distinguiendoentre:

Caractersticas "rompedoras" Caractersticas "energticas" Caractersticas "prcticas"


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CARACTERSTICAS ROMPEDORAS

La capacidad rompedora de un explosivo est relacionada con los parmetros del estado de

detonacin; en lo esencial con la Presin de Detonacin (P2). Esta depende a su vez de laVelocidad de Detonacin (D) como tambin de la Densidad del Explosivo en su estadooriginal (Si).

Presin de Detonacin

Medirla directamente mediante mtodos experimentales ha resultado hasta ahora unproblema insoluble, dado su naturaleza transiente y sus valores excesivamente altos.

Desde el punto de vista de un usuario de explosivos, como es el caso de un Ingenierode Minas, una buena aproximacin para la estimacin de P2, suficiente para finescomparativos, se puede obtener a partir de la relacin hidrodinmica ya consignada

anteriormente:

Despreciando Pi (presin atmosfrica) y utilizando la relacin aproximada W % D, se obtiene:

Expresado en unidades tcnicas (MKS), la expresin anterior toma la forma siguiente:

As por ejemplo, para un explosivo de un peso especifico igual a 1.000 [kgp/m3] y unavelocidad de detonacin (D) de 4.000 [m/seg], se obtiene una presin de detonacin (P2)equivalente a 40.800 [kgp/cm2].

Velocidad de detonacin

Se define como la velocidad de propagacin estable o constante que alcanza la reaccinqumica en una columna explosiva durante el proceso de detonacin. Alcanza valorescomprendidos entre los 2.000 y 8.000 [m/seg].


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Se llama Velocidad de Detonacin ideal(D*) a la velocidad terica mxima determinada porla Teora Termohidrodinmica. Es funcin de los parmetros termoqumicos del estado dedetonacin, principalmente del calor (Q2) liberado por la reaccin qumica. Para undeterminado explosivo ideal dado, D* es funcin solamente de su densidad (1). En el casode los explosivos slidos, esta relacin es lineal.

Se llama Velocidad de Detonacin Real o Prctica (D) la que alcanza la reaccin qumica enlas condiciones reales de aplicacin del explosivo. Depende por lo tanto de otros factorestales como: energa de iniciacin, dimetro de perforacin, granulometra y grado deconfinamiento de la carga explosiva. Se puede medir experimentalmente mediante mtodosmuy precisos y bastante simples.

Por ejemplo, la mayora de los explosivos industriales requieren una cantidad mnima demateria reactante inicial relativamente grande -masa crtica- para alcanzar un estado dedetonacin estable. En trminos prcticos, esta cantidad de materia depende del dimetro de

la carga explosiva o, lo que es lo mismo, del dimetro de perforacin.

Densidad

La densidad de los explosivos industriales es un dato del problema proporcionado por losfabricantes, que incluyen esta informacin en sus manuales y catlogos. Vara entre 0,6 a 1,4[gr/cm3].

Es preciso distinguir, no obstante, entre la densidad de la materia explosiva propiamente tal yla densidad de carguo, vale decir, la densidad real que adquiere el explosivo al ser cargadoen el interior de los tiros. En algunos casos pueden ser diferentes.

Observando la frmula hidrodinmica que determina lapresin de detonacin [P2 = f(D2, 1)],

identificada como la caracterstica ms importante en cuanto a la capacidad rompedora delos explosivos, es fcil concluir la incidencia que tiena la densidad del explosivo en este

sentido.


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En suma, este trabajo se realiza a expensas del calor contenido en los gases en el estado deexplosin (Q.,), correspondiente al calor desprendido por la reaccin qumica.

Por otra parte, desde un punto de vista prctico, es sabido que el calor residual de los gases(Qf) no supera las 50 [kcal/kg], vale decir del orden de un 2 a un 7 % de Q 3, de modo quecon fines de comparacin, para un usuario de explosivos, es razonablemente suficiente laaproximacin siguiente:

donde Q3 equivale al calor de formacin de los productos menos el calor de formacin de losreactantes.

Volumen de Gases

Se define como el volumen que ocupan los gases producidos por la detonacin de 1 [kg] deexplosivo, referido a las condiciones normales de presin y temperatura, correspondientes a1 [Atm] y a 0 [C] respectivamente. Se designa por V0 y se expresa en [lt/kg].


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Cuando se trata de explosivos de composicin simple, cuya reaccin qumica puede serpreestablecida con buena aproximacin aplicando los principios bsicos de lascombinaciones qumicas, resulta fcil estimar tericamente este volumen.

En efecto, conocida la cantidad de materia reactante y la sumatoria del nmero de moles decada uno de los gases que se forman [ni], es sabido que 1 [mol-gr] de cualquier gas ocupaun volumen equivalente a 22,4 [It] en las condiciones normales indicadas en el prrafoanterior.

Se puede medir tambin experimentalmente en un dispositivo conocido con el nombre deBomba de Bichel. Para los explosivos industriales utilizados en excavacin de rocas, Vovara entre 700 a 1.000 [lt/kg].

Presin de los gases

Se refiere a la presin que alcanzan los gases en el Estado de Explosin (P3), vale decir lapresin en la cmara de explosin antes de iniciarse el desplazamiento o deformacin de laroca circundante. Tericamente, esta presin queda definida por la Ecuacin de Estadosegn la expresin siguiente:

La teora supone que los gases ocupan el mismo volumen que el explosivo antes de la

detonacin, y que se cumple adems el principio de la conservacin de la masa, o sea V3 =V1.

Sin embargo, en la prctica pueden darse situaciones en que la materia explosiva no ocupatotalmente la cmara de explosin (v3 v1). Se define entonces lo que se conoce como"Borehole Pressure" (Pb), que a falta de una expresin equivalente podra traducirse como"Presin Efectiva".

donde

Esta presin efectiva (Pb) representa la capacidad del explosivo para inducir en la rocacircundante esfuerzos de compresin, traccin y cizalle, que actan sobre los planos dedebilidad del maciso rocoso, provocando el fracturamiento y remocin del material afectado.Para los explosivos industriales, esta presin alcanza valores comprendidos entre 15.000 y

100.000 [Atm].


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CARACTERSTICAS PRCTICAS

Se refieren en general a ciertos aspectos que describen el comportamiento de los explosivosen relacin a sus condiciones reales de manejo operacional, a sus aplicaciones tcnicas y alas restricciones de seguridad.

En la literatura especializada es posible encontrar una gran variedad de proposicionesrelativas a este tema. Simplificando un poco las cosas, en lo esencial estas caractersticas sepueden resumir en las siguientes:

SENSIBILIDAD FUERZA O POTENCIA GASES TXICOS RESISTENCIA AL AGUA ESTABILIDAD QUMICA

Sensibilidad

En un sentido amplio, la sensibilidad es una medida de la cantidad de energa que serequiere aplicar para hacer detonar un determinado explosivo. Este concepto englobadiferentes significados, dependiendo del tipo de estmulo energtico que se aplique paratales efectos, pero en particular se le relaciona con el factor riesgo implcito en el uso ymanejo de los explosivos.

Desde esta perspectiva, por razones de seguridad los explosivos industriales deben ser nimuy sensibles, pero tampoco demasiado insensibles. En el primer caso, existe el riesgo deuna detonacin accidental por manipulacin o manejo descuidado. En el segundo, se puedengenerar condiciones de riesgo por la presencia de explosivo sin detonar despus de latronadura.

La sensibilidad se expresa o se mide de distintas formas, siendo las ms comunes las que seindican a continuacin.

Sensibilidad al impacto: Es una medida de la cantidad de energa de impacto necesariapara hacer detonar un explosivo, y se expresa en [kg-m].

Sensibilidad a la iniciacin primaria: Es una medida de la cantidad [gr] de explosivoprimario requerida para hacer detonar un explosivo secundario. La clasificacin msaceptada diferencia entre explosivos sensibles a un Detonador N 8 y explosivos insensiblesa un Detonador N 8.

Sensibilidad a la detonacin por simpata: Es una medida de la distancia mxima a la cualla detonacin de una carga explosiva induce la detonacin de otra similar, al aire libre. Varaentre 2 a 8 veces el dimetro del cartucho.

Fuerza o potencia


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representativas del poder rompedor de los explosivos. Define as lo que denominaFactor de Potencia mediante la siguiente expresin:

Asimismo, en trminos comparativos, define el Factor de Potencia Relativa (FPR) conrespecto a un explosivo de referencia:

Si se adopta como explosivo de referencia al ANFO, en condiciones de carguo agranel y dimetro de la carga mayor de 150 mm, Q0 se aproxima a 900 [Kcal/kg], Does del orden de 4.500 [m/seg] y 8o toma un valor de 0,8 [gr/cm 3].

Poder Rompedor Relativo (PRR): Otra frmula tambin utilizada considera solamentelas caractersticas rompedoras del explosivo, medidas con respecto a un explosivo dereferencia, segn la expresin siguiente:

De manera similar en este caso, para fines de comparacin se prefiere hoy en daescoger al ANFO como explosivo de referencia, cuyas caractersticas ya han sidoprecisadas en valores cuantitativos en los prrafos anteriores.

En sntesis, esta propiedad de los explosivos, a la que identifican y se refieren diversos

autores con el nombre genrico de Fuerza o Potencia, es un concepto que puede aceptardiversas lecturas. Es preciso por lo tanto ser bastante cuidadoso con su aplicacin, comoasimismo adoptar un criterio flexible en su manejo.

En este sentido, se requiere primero una buena comprensin de los fundamentos tericosque respaldan las diferentes aproximaciones, en cuanto a diferenciar claramente cualescaractersticas de los explosivos se estn privilegiando en cada caso: rompedoras oenergticas.


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Gases txicos

La detonacin de todos los explosivos industriales produce una gran cantidad de gases comotambin pequeas cantidades de residuos slidos. Entre los gases que se forman siempre

existe una cierta proporcin variable de gases txicos, tales como el Monxido de Carbono(CO) y xidos de Nitrgeno (N2O, NO, N02 y NO3)

En las minas a rajo abierto este problema no tiene mayor relevancia, pero en las faenassubterrneas la presencia de estos gases nocivos es un aspecto que debe ser controladorigurosamente.

El CO es un compuesto vido de oxgeno, de modo que al ser inhalado se transfiere en lospulmones a la sangre y captura el oxgeno de la hemoglobina produciendo su destruccinparcial, proceso que puede provocar la muerte si la concentracin es alta y/o si la personapermanece un tiempo prolongado expuesto a un ambiente contaminado.

A su vez, los xidos de Nitrgeno al ser aspirados se combinan con la humedad presente enlas vas respiratorias formando Acido Ntrico, el cual se deposita en los tejidos produciendolesiones que pueden tambin comprometer la vida del individuo dependiendo de laconcentracin y tiempo de exposicin.

Entre los principales factores que contribuyen a generar gases txicos se pueden mencionarlos siguientes:

Energa de iniciacin insuficiente Mezclas explosivas defectuosas Explosivo alterado en su composicin original por manejo descuidado Presencia de agentes extraos al explosivo mismo tales como aceite, agua, papel o

plsticos.

Resistencia al agua

Es una medida de la mayor o menor capacidad del explosivo para conservar suspropiedades en presencia de agua.

En los explosivos del tipo dinamitas como tambin de los explosivos granulados, depende

principalmente de su composicin, especficamente de la proporcin de Nitrato de Amoniopresente en la mezcla, dado el gran poder higroscpico de este compuesto qumico.Tambin influye el tipo de envoltorio en el caso de los explosivos encartuchados.

Se acostumbra a expresarla en trminos del nmero de horas que el material explosivopuede estar sumergido en agua sin que resulten afectadas sus propiedades detonantes. Laescala de clasificacin generalmente aceptada contempla las siguientes categoras: Nula,Limitada, Buena, Muy Buena y Excelente. La primera categora corresponde a un explosivoque no tiene ninguna resistencia al agua; en cambio la ltima, garantiza una exposicinsuperior a las 12 horas.


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Estabilidad qumica

Esta propiedad se refiere a que los explosivos deben ser qumicamente estables, en el

sentido de no descomponerse en las condiciones de ambiente normales de almacenamiento.


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BREVE RESEA QUMICA

COMPOSICIN DE LOS EXPLOSIVOS

Las reacciones qumicas explosivas son, casi sin excepcin, del tipo oxi-reduccin, es decir,reacciones donde el oxgeno y los elementos combustibles o reductores (carbono, hidrgenou otros) presentes en la mezcla se combinan entre s. Ciertos grupos de tomos aparecenreiteradamente en estas reacciones, donde siempre est presente el nitrgeno. As, desdeun punto de vista prctico, la qumica de los explosivos dice relacin casi exclusivamente concompuestos nitrogenados del tipo [C-H-N-O].

Atendiendo a su composicin qumica, se pueden distinguir las siguientes categoras encuanto a productos explosivos:

Compuestos qumicos orgnicos o inorgnicos que son explosivos propiamente tales.Se les denomina explosivos base, y en su estructura molecular estn presentes eloxgeno, el nitrgeno y tambin los elementos reductores, formando grupos qumicoscomo nitrato (-ON02), nitro (-N02), nitroamina (-NH N02), fulminato (-ONC) y otros.

Mezclas de compuestos qumicos explosivos propiamente tales con otros que no loson, pero que intervienen en la reaccin como agentes oxidantes y/o reductores. Aesta categora pertenecen las dinamitas.

Mezclas de compuestos qumicos que aportan oxgeno (oxidantes) con otros queaportan elementos combustibles o reductores, y que separadamente ninguno de ellosse puede catalogar como explosivo.

Los explosivos bases no se utilizan directamente con fines de fragmentacin de rocas. Lasdinamitas perdieron su hegemona, predominando hoy en da en las aplicaciones mineras yobras civiles los llamados agentes explosivos pertenecientes a la ltima de las categorassealadas.

BALANCE DE OXIGENO

Como principio general los explosivos industriales se disean de modo que la reaccinqumica no genere gases txicos (CO, NO, NO2). Esto implica que la cantidad de oxgenopresente en la mezcla, debe ser la suficiente para oxidar totalmente los elementos reductores(carbono, hidrgeno u otros); pero al mismo tiempo, tampoco debe sobrar oxgeno, para

evitar que se combine con el nitrgeno libre. Esta condicin es lo que se denomina Balancede Oxgeno.

En suma, si falta oxgeno se forma monxido de carbono (CO); y por el contrario, si sobraoxgeno se forman xidos de nitrgeno (N20, NO, NO2 y NO3), conduciendo ambos casos asituaciones indeseables.

Por otra parte, los productos inofensivos ms comunes que se forman en una reaccinexplosiva son anhdrico carbnico (CO2), vapor de agua (H20), nitrgeno molecular libre (N2),y slidos inertes tales como Na2O, cal (CaO), trixido de aluminio o corindn (AI203) y otros.


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EXPLOSIVOS INDUSTRIALES

Los explosivos industriales utilizados hoy en da con fines de excavacin o fragmentacin derocas son los siguientes:

EXPLOSIVOS EN BASE A NITROGLICERINA O DINAMITAS EXPLOSIVOS SECOS GRANULADOS O NITROCARBONITRA TOS EXPLOSIVOS ACUOSOS (SLURRIES) O HIDROGELES EXPLOSIVOS EMULSIONADOS O EMULSIONES

DINAMITAS


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NITROCARBONITRATOS

Composicin

Se trata de mezclas granuladas secas de nitratos con agentes combustibles o reductores.Sus exponentes ms conocidos son los siguientes:

Propiedades

Valores aproximados para productos comerciales nacionales (ENAEX) cargados a granelconfinados en un dimetro de 6" (152 mm).

PRODUCTO DENS. VEL. DEDETONACIN

PRESIN DEDETONACIN

CALOR VOLUMEN DEGASES

[gr/cc] [m/seg] [kbar] [kcal/kg] [It/kg]

ANFO 0.78 3.900 30 912 1.050

ANFO + Al-2 a 12 0.85 4.700-4.500 47 - 43 960 - 1.360 1.030-900

ANFOS LIVIANOS 0.64 -0.52 3.900-3.000 24- 12 880 - 820 1.060- 1.080

SANFO 0.87 3.350 25 750 816

SANFO + AI-2 a 8 0.95 3.290-4.200 27 - 42 800 - 1.050 755 - 720

En cuanto a sus caractersticas prcticas, estos explosivos son insensibles a un DetonadorN 8 y presentan una resistencia al agua prcticamente nula.


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HIDROGELES

Composicin

Desde un punto de vista fsico-qumico consisten en un sistema heterogneo, coloidal,formado por dos fases:

FASE LQUIDA O MEDIO DE DISPERSIN (~15 %): Solucin saturada de nitratosinorgnicos: AN y/o SN

FASE SOLIDA DISPERSA EN FORMA COLOIDAL:o Oxidantes: nitratoso Combustibles o reductores: carbn, azufre, aluminioo Sensibilizadores: TNT, NC, MMANo Espesadores: gomas

Propiedades

Las diferentes combinaciones que se pueden lograr con estos ingredientes da origen a unagran variedad de productos:

Hidrogeles en cartuchos de pequeo dimetro para minera subterrnea, sensibles aun Detonador N 8. Densidad 1.10 a 1.12 [gr/cc].

Hidrogeles en bolsas de gran dimetro para minera a rajo abierto, insensibles a unDetonador N 8. Densidad 1.10 a 1,35 [gr/cc].

Hidrogeles bombeables directamente a los tiros, para minera a rajo abierto, preparadoen camiones fbrica.

Velocidad de detonacin: 4.000 a 5.000 [m/seg]. Calor de explosin: 700 a 1.400 [kcal/kg]. Resistencia al agua sin envoltorio plstico superior a 24 horas.

EMULSIONES EXPLOSIVAS

Composicin

En general se entiende por emulsin a un sistema fsico-qumico uniforme compuesto pordos fases lquidas que no se mezclan. Una fase es discontinua y la otra continua. Existenbsicamente dos tipos: agua en aceite y la situacin inversa aceite en agua.

Los explosivos emulsionados, o simplemente emulsiones como se les llama, son del tipoagua en aceite, a las que se agrega una tercera fase gaseosa (aire) y/o slida dispersa en laemulsin.

FASE ACUOSA O DISCONTINUA: Solucin saturada de nitratos inorgnicos (AN y/oSN) suspendida en forma de gotas microscpicas en la fase continua.

FASE ACEITOSA O CONTINUA: Hidrocarburos: petrleo, parafina u otro aceite


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FASE GASEOSA Y/O SOLIDA DISPERSA: Pequeas burbujas de aire naturales o devidrio, polvo de aluminio y microesferas de plstico o resinas. Su funcin es controlarla sensibilidad y la densidad explosivo.

AGENTES EMULSIFICANTES

Propiedades

En la tabla siguiente se resumen las caractersticas tcnicas de algunos de estos explosivosnacionales comercializados por ENAEX

PRODUCTO DENSIDAD[gr/cc]

VEL. DEDETONACIN

[m/seg]

PRESIN DEDETONACIN

[kbar]

CALOR[kcal/kg]

VOLUMEN DEGASES [It/kg]

ENAXITA (1) 1,10-1,18 5.100-5.800 72 - 99 710-750 987 - 1.000

HIDROMITE PDB (2) 1.17 4.000-4.500 53 678 1.100

HIDROMITEE (3) 1.20 5.300 82 731 1.005

(1) En cartuchos de pequeo dimetro (1 a 2 pulgadas) para minera subterrnea.(2) Producto bombeable directamente en tiros de pequeo dimetro para minerasubterrnea.(3) Producto envasado en bolsas de polietileno (3 - 4 - 5 pulgadas de dimetro) para

minera a rajo abierto.

ANFOS PESADOS

Estos productos explosivos consisten en una mezcla de una emulsin (matriz) conANFO. Laemulsin rellena los huecos entre los granos delANFO. En la tabla siguiente se resumen lascaractersticas tcnicas de algunos de estos explosivos nacionales comercializados porENAEX

PRODUCTO DENSIDAD[gr/cc]

VEL. DEDETONACIN

[m/seg]

PRESIN DEDETONACI N

[kbar]

CALOR[kcal/kg]

VOLUMENDE GASES

pt/kg]

HIDROMITE 1100/1800 1,37-1.34 3.620-4.130 44-56 632 - 865 1.120-1.045

HEET 910/960 0,90 - 1,34 3.740-4.200 30-47 900 - 750 1.060 - 1.090

HEET 930/950 Al 1.33- 1,35 3.980-3.660 49. -38 830 - 870 1.080-1.070

Se preparan en camiones fbrica para ser depositados directamente en los tiros en minas acielo abierto.


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INICIACIN DE UNA TRONADURA

La operacin conocida con el nombre de TRONADURA puede alcanzar una grancomplejidad dependiendo del nmero de tiros y de la cantidad de explosivo involucrados en

el proceso. Se deben satisfacer diversos requerimientos tcnicos como asimismo imponerrigurosas condiciones de segundad.

Para ello se utilizan un conjunto de elementos, artefactos o dispositivos conocidos con elnombre de accesorios de voladura, que cumplen en lo esencial las siguientes funciones:

FUNCIONES

INICIACIN PROPIAMENTE TAL: Corresponde a la accin o efecto que inicia ladetonacin de la columna explosiva en cada uno de los tiros.

CONEXIN: Se refiere a la necesidad de conectar todos los tiros entre s de modo detrasmitir o propagar la detonacin a cada uno de ellos.

SECUENCIA: Corresponde al efecto de imprimir un orden de salida al conjunto decargas explosivas que conforman el diseo o diagrama de disparo.

ACTIVACIN O ENCENDIDO: Se refiere a la fuente de energa inicial que activa elproceso de detonacin de todo el conjunto de cargas explosivas involucradas en latronadura.

ACCESORIOS DE VOLADURA

Gua corrienteSe le conoce tambin como gua o mecha de seguridad, y consiste en un cordn quecontiene un ncleo de plvora negra revestida con una envoltura de fibra textil y/o plstica.Trasmite una combustin a una velocidad conocida del orden de 0,75 [cm/seg]. Cumple slola funcin de activacin o encendido a fuego.

Gua conectoraConocida tambin como gua o mecha de ignicin rpida, consiste en un cordn msdelgado que el anterior con un ncleo de plvora negra. Trasmite una combustin a unavelocidad entre 1,5 a 10 [cm/seg] segn el producto. Sus funciones corresponden a las de

ACTIVACINo ENCENDIDO A FUEGO, CONEXINy SECUENCIA.


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Se utiliza exclusivamente para propagar el encendido a un conjunto de guas corrientes atravs de una pequea cpsula metlica que contiene una pastilla de material pirotcnico.

Gua detonanteSe trata de un cordn que contiene un ncleo de un explosivo detonante secundario (PETN)recubierto por fibras sintticas y una superficie exterior de plstico. Trasmite una detonacina una velocidad de 6.000 a 7.000 [m/seg]. Se especifican segn la cantidad de explosivo porunidad de longitud (1 a 40 gr/m). Cumple las funciones de conexin e INICIACIN

Detonadores corrientesConsisten en un cilindro o cpsula metlica (aluminio o cobre) de unos pocos centmetros delargo, que contiene en el fondo una pequea carga (1 a 2 gr aproximadamente) compuestapor un explosivo primario (zida de Plomo) ms un explosivo secundario (PETN).Cumplen slo la funcin de INICIACIN, y se activan exclusiva-mente mediante una guacorriente que se inserta en la parte vaca de la cpsula, hasta tomar contacto con una pastillade ignicin de material inflamable. El ensamble se asegura apretando la cpsula con unalicates especial.


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Detonadores elctricosInstantneos: consisten en una cpsula metlica que contiene en el fondo una carga similara la indicada en el caso anterior. Esta carga se activa haciendo circular un pulso elctrico porun elemento electro-pirotcnico conformado por un filamento inserto en una gota de material

inflamable.

De la cpsula salen al exterior dos cables conductores, que se van uniendo unos con otroshasta conformar as un circuito que se conecta finalmente a una fuente de energa elctrica.

Se activan con una intensidad de flujo elctrico de 1 a 2 amperes; pero se fabrican tambinen una versin de alta intensidad (6 a 8 amperes) para uso en condiciones de riesgo anteposible presencia de corrientes exgenas inducidas por electricidad esttica, radio-frecuencias, tormentas elctricas, lneas de alta tensin u otras.

De retardo: es el mismo artefacto anterior, al cual se le interpone un elemento retardado!"

entre la gota inflamable y la carga primaria. Consiste en un pequeo cilindro que contieneuna mezcla de compuestos qumicos que propaga una combustin.

Variando la longitud de este elemento es posible obtener as detonadores con tiempossecuenciales de iniciacin. Se fabrican en dos series:

Retardo largo: imprimen un intervalo de tiempo de 0,5 segundos entre cada detonadorde la serie.

Retardo corto: imprimen un intervalo de tiempo de milsimas de segundo entre cadadetonadorde la serie.

Estos detonadores satisfacen las funciones de INICIACIN, CONEXIN y SECUENCIA


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Detonadores no elctricosSon los de ms reciente invencin y su desarrollo obedece a razones de seguridad, en elsentido de eliminar los riesgos inherentes al sistema de activacin elctrica. Sus funciones

son similares a los detonadores elctricos, pero difieren en la modalidad de activacin. Eneste caso el detonador se activa mediante un tubo plstico que contiene una mezclaexplosiva que trasmite una detonacin de bajo poder por el interior del tubo, sin destruirlo,impidiendo la iniciacin anticipada del explosivo.

Se fabrican en las mismas series ya sealadas, que en sus versiones estndar se distinguenentre retardo largo con 0,5 segundos de intervalo y de retardo corto con milsimas desegundo de intervalo

Estos detonadores cumplen slo las funciones de iniciacin y secuencia. Para conectarlosentre s se utiliza una gua detonante normal.


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Series de detonadoresEn la tabla siguiente se incluyen algunos ejemplos de series de detonadores No elctricos,de retardo largo (LP) como tambin de retardo corto (MS), disponibles en el mercado.

RETARDO LARGO RETARDO CORTO

TEC HARSEIM(TECNEL)

ATLAS POWDER(BLASTMASTER)

DU PONT(MS DELAY)

C I L TEC HARSEIM(TECNEL)

N t [seg] t [seg] t [seg] t [seg] t[mseg]

t[mseg]

t[mseg]

t[mseg]

t[mseg]

t[mseg]

0 0,00 0,00 0 0 0

1 0,20 0,20 0,20 0,20 25 25 8 8 25 25

2 0,20 0,40 0,20 0,40 25 50 22 30 25 503 0,20 0,60 0,20 0,60 25 75 20 50 25 754 0,40 1,00 0,20 0,80 25 100 25 75 25 100

5 0,40 1,40 0,20 1,00 25 125 25 100 25 1256 0,50 1,90 0,20 1,20 25 150 30 130 25 1507 0,55 2,45 0,50 1,70 25 175 30 160 25 175

8 0,65 3,10 0,50 2,20 25 200 30 190 25 200

9 0,75 3,85 0,50 2,70 50 250 40 230 50 25010 0,80 4,65 0,50 3,20 50 300 50 280 50 300

11 0,85 5,50 0,50 3,70 50 350 60 340 50 350

12 0,95 6,45 0,50 4,20 50 400 70 410 50 400

13 1,00 7,45 0,50 4,70 50 450 80 490 50 45014 1,05 8,50 0,50 5,20 50 500 80 570 50 500

15 1,10 9,60 0,50 5,70 100 600 80 650 100 60016 1,10 10,70 0,50 6,20 100 700 75 725 100 700

17 0,50 6,70 100 800 75 800 100 80018 0,50 7,20 100 900 75 875 100 90019 100 1000 75 950 100 100020 75 1025 100 110021 100 1125 100 120022 100 1225 100 130023 125 1350 100 140024

150 1500 100 150025 175 1675 100 1600

26 200 1875 100 170027 200 2075 100 180028 225 2300 29 250 2550 30 330 2880 31 330 3210


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MicroconectoresEs un dispositivo que permite intercalar un retardo de milsimas de segundo en una lneatroncal de gua detonante que trasmite la detonacin a un conjunto de tiros. Cumplensolamente la funcin de imprimirSECUENCIA.

En su versin ms simple (unidireccionales) se trata de un detonador "No elctrico" deretardo corto (MS) al cual se le incorporan unos accesorios plsticos que facilitan la conexincon la gua detonante. En la figura se muestra una versin bidireccional, que consiste en unacpsula metlica, montada en un armazn de plstico, que contiene el elemento retardador.

AmplificadoresSon artefactos explosivos de forma cilndrica que se utilizan para amplificar o aumentar laenerga de iniciacin en presencia de explosivos insensibles a un detonador normal.

El material explosivo es una mezcla de PETN y TNT conocida con el nombre dePENTOLITA, explosivo secundario de gran poder detonante. Su alta densidad (1,6 gr/cm3) yvelocidad de detonacin (7.000 m/seg) generan una granpresin de detonacin (200 Kbar).

Se fabrican en diferentes tamaos y calibres. Aqu en Chile los produce y comercializaENAEX con el nombre de APD, sigla de alto poder detonante, en versiones que abarcandesde las unidades ms pequea de 150 gramos y 1 pulgada de dimetro, hasta las msgrandes de 900 gramos y 3 pulgadas de dimetro. Pueden ser activados por cualquier tipode detonador, como asimismo por una gua detonante. Slo cumplen la funcin deINICIACIN.


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MODALIDADES DE INICIACIN

La combinacin correcta de estos artefactos y/o dispositivos permite iniciar una gran

diversidad de tronaduras, desde las ms simples hasta las de mayor complejidad. Elproblema es en lo esencial de orden prctico, y su solucin depende en cada caso de lascaractersticas especficas del tipo de excavacin que se quiere realizar y del nivel derecursos tcnicos y econmicos disponibles en cada faena.

El tratamiento del tema no se puede conceptualizar, una misma situacin puede admitirdiferentes soluciones dependiendo de las condiciones locales de cada faena. El nicoprincipio de validez general que se puede enunciar, es conectar estos elementos respetandouna lgica o sentido comn basado en el conocimiento de los componentes de cada uno deellos y de las funciones que cumplen.

Ante la imposibilidad de tratar en particular la gran variedad de situaciones que se presentanen la prctica, a continuacin se describen algunos ejemplos de aplicacin que se hanseleccionado como los ms representativos.

GALERA O TNEL DE SECCIN PEQUEA (< 10 m2)

Primera solucinLa solucin ms simple, utilizada en lo que se acostumbra a llamar minera artesanal, es lacombinacin de un detonador corriente con una gua corriente.

EXPLOSIVO: por lo general sensible a un detonador. INICIACIN: detonador corriente. CONEXIN: no existe. SECUENCIA: Segn el orden de encendido de las guas, todas de la misma longitud. ACTIVACIN: Encendido a fuego de cada uno de los tiros a travs de la gua

corriente.Esta modalidad de iniciacin slo es aceptable, por razones de seguridad, cuando se trata deun nmero reducido de tiros


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Segunda solucinConsiste en incorporar una gua conectora al caso anterior, la cual recorre en un ordenpredeterminado el frente de avance uniendo los extremos de las guas corrientes que salen

de los tiros. EXPLOSIVO: por lo general sensible a un detonador. INICIACIN: detonador corriente. CONEXIN: mediante la gua conectora ms una cpsula especial o conectar. SECUENCIA: queda dada por el orden de conexin de los tiros con la gua conectora. ACTIVACIN: encendido a fuego a travs de la gua conectora

Es una solucin de bajo costo que ofrece condiciones aceptables de seguridad, y que sesigue aplicando incluso en faenas de alta productividad.

Tercera solucinDetonadores elctricos de retardo largo (LP), los cuales satisfacen tres de las funcionesrequeridas.

INICIACIN: detonador elctrico. CONEXIN: se unen los cables elctricos de los detonadores. SECUENCIA: detonadores elctricos de retardo largo (LP). ACTIVACIN: fuente de energa elctrica.


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Solucin segura y econmica, aplicable cuando no existen riesgos de corrientes exgenas.

GALERA O TNEL DE SECCIN MEDIANA O GRANDE (> 10 m2)

Primera solucinHoy en da la solucin preferentemente ms aceptada consiste en la utilizacin dedetonadores "No elctricos".

EXPLOSIVO: en el ejemplo que se describe en las figuras se ha supuesto unexplosivo sensible a un detonador. Si se trata de un explosivo insensible habra que

agregar un amplificador (APD). INICIACIN: detonadores "No elctricos" de retardo corto (MS) para los tiros centrales

(rainura) y de retardo largo (LP) para el resto. CONEXIN: gua detonante, que recorre la frente uniendo todos los tiros. SECUENCIA: la dan los detonadores segn el nmero de serie correspondiente. ACTIVACIN: por lo general se recurre a un DETONADOR ELCTRICO N 0.

Tambin se puede utilizarencendido a fuego con un detonador corriente ms una guacorriente.


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Segunda solucinSi no existen riesgos de corrientes exgenas, se pueden utilizar tambin detonadoreselctricos - MS y LP, similarmente al caso anterior- como una alternativa segura y mseconmica, que satisfacen de modo integral las funciones de INICIACIN, CONEXIN y

SECUENCIA.

TRONADURAS EN MINAS A CIELO ABIERTO

Primera solucin

La solucin ms simple y de menor costo consiste en una combinacin de gua detonanteconjuntamente con microconectores.

EXPLOSIVO: en las tronaduras en minas a cielo abierto se utilizan solamenteexplosivos insensibles a un detonador

INICIACIN: gua detonante (10 a 20 gr/m) conjuntamente con amplificadores (APD),en cantidad y peso proporcional al dimetro de perforacin y a la masa de la columnaexplosiva

CONEXIN: troncalde gua detonante con ramificaciones que recorren los tiros segnun orden pre-establecido.

SECUENCIA: microconectores intercalados antes del primer tiro de cada una de lasramificaciones.

ACTIVACIN: detonador elctrico N O adherido al extremo de la gua troncalmediante una cinta adhesiva.


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Segunda solucinAlgunas aplicaciones requieren fraccionar la carga al interior de cada tiro para introducir asretardos en la columna explosiva, de modo de controlar el dao por vibraciones. Laintensidad de la onda que se trasmite a la roca no depende de la cantidad total de explosivotronado sino que de la cantidad de explosivo por retardo. Para lograr este efecto se utilizandetonadores "No elctricos" (MS) al interior de los tiros conjuntamente con gua detonante y,si es necesario, tambin microconectores ubicados en superficie.

INICIACIN: Un amplificador (APD) ms un detonador "No elctrico" de microrretardo(MS) en cada una de las cargas.

CONEXIN: troncalde gua detonante con ramificaciones que recorren los tiros segnel orden deseado.

SECUENCIA: detonadores "No elctricos" de microrretardo (MS) en cada una de lascargas.

ACTIVACIN: detonador elctrico N 0 adherido al extremo de la gua troncalmediante una cinta adhesiva.


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Tercera solucinEn faenas pequeas y/o medianas, si no existen riesgos de corrientes exgenas, unasolucin de bajo costo es la utilizacin de detonadores elctricos de microrretardo (MS), quesatisfacen de modo integral las funciones de INICIACIN, CONEXIN y SECUENCIA.

MINERA SUBTERRNEA: ARRANQUE CON TIROS RADIALES

Hoy en da la solucin de mayor aceptacin consiste en el uso de detonadores "Noelctricos" de microrretardo (MS) conjuntamente con gua detonante.

EXPLOSIVO: Por lo general se utilizan explosivos insensibles a un detonador N 8. INICIACIN: Un amplificador (APD) ms un detonador "No elctrico" de MlCRO-

RRETARDO (MS) en cada uno de los tiros. CONEXIN: gua detonante que contornea cada abanico de tiros. SECUENCIA: detonadores "No elctricos" de microrretardo (MS) del mismo N de

Serie en cada abanico. ACTIVACIN: detonador elctrico N 0 adherido al extremo de la gua troncal

mediante una cinta adhesiva.


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DISEO DE TRONADURAS

INTRODUCCIN

Para fragmentar roca se requiere aplicar energa, la cual se obtiene -en casi todos los casos-a partir de una reaccin qumica llamada detonacin. Esta operacin elemental o bsica, dehacer detonar cargas explosivas insertas en un macizo rocoso, es lo que se conoce en laterminologa minera con el nombre de TRONADURA o VOLADURA.

La cantidad de energa o en ltimo trmino de materia explosiva requerida para una

determinada tronadura, depende en lo esencial de las propiedades geomecnicas de la rocay de la granulometra del producto que se desea obtener. Esta energa se consume en lossiguientes procesos:

Creacin de nuevas superficies o fragmentacin propiamente tal. Deformaciones plsticas y/o friccin entre superficies. Desplazamiento y proyeccin del material fragmentado. Deformaciones elsticas u ondas ssmicas que se propagan por el medio rocoso.

Como todo proceso productivo, la operacin de tronadura exige un alto grado deoptimizacin. No basta con disponer de una gran cantidad de energa si no que tambin sedebe considerar la eficiencia con que ella se utiliza. Dicho de otra manera, se trata -en lamedida de lo posible- de optimizar la relacin entre la energa liberada por el explosivo conrespecto a la energa requerida para obtener el grado de fragmentacin o granulometraesperada.

En suma, el diseo de una tronadura implica una comprensin de los fenmenos omecanismos de transferencia de la energa liberada por el explosivo y de los efectos que seproducen en el medio circundante. Asimismo, se requiere tambin un conocimiento y manejoadecuado de un conjunto de variables que dicen relacin con las propiedades de la roca quese desea excavar, con las condiciones o restricciones locales de cada faena, con lascaractersticas del explosivo a utilizar y con los parmetros geomtricos inherentes al tipo de

excavacin.

PRINCIPIOS DE FRAGMENTACIN

Cuando se hace detonar una carga explosiva inserta en un slido, la energa liberada setransfiere al medio que la rodea produciendo bsicamente dos efectos:


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Un impacto muy violento provocado por la repentina aplicacin de la Presin deDetonacin (P2) asociada a la onda de choque que acompaa a la reaccin qumica.Depende de los parmetros del Estado de Detonacin.

Un efecto ms retardado de empuje resultante de la expansin de los gases a altapresin y temperatura presentes en la cmara de explosin. Depende de losparmetros del Estado de Explosin.

DESCRIPCIN DEL FENMENO

SUPOSICIN: La roca es un slido continuo, homogneo, istropo y elstico.

Primer casoCarga explosiva concentrada (esfrica), inserta en un macizo rocoso infinitamente extendido.

Se observa: Una primera aureola de roca triturada o pulverizada, inmediatamente vecina a la

carga. Una segunda aureola intensamente fragmentada que se caracteriza por la presencia

de fracturas entrecruzadas de cizalle. Ms a la periferia, una zona donde se observan fracturas radiales, que se extiende

desde 4 hasta 12 veces el dimetro de la carga. Finalmente, una zona donde no se observan fracturas, denominada zona ssmica.

Segundo casoCarga explosiva concentrada (esfrica), inserta en un macizo rocoso con una cara libre enlas cercanas.


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Modelo de Kumao Hino (Teora de la Onda de Choque)La detonacin de la carga explosiva genera una onda de compresin que se transfiere a laroca como un impacto de gran violencia. Tal impacto tritura la roca circundante vecina a lacarga y luego se propaga por el slido hasta alcanzar una eventual superficie libre, donde serefleja como onda de traccin. Como la resistencia a la traccin (St) de la roca es muchomenor que su resistencia a la compresin (Sc), se produce una fractura cuando la resultantede la onda reflejada supera la resistencia a la traccin de la roca.


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Segn Cook, la mayor parte de la energa liberada por la reaccin qumica se transfiere a la

roca por efecto de la presin sostenida de los gases en la cmara de explosin. La masa deroca comprendida entre la carga y la cara libre almacena energa de deformacin (strainenergy). Luego, cuando la roca cede finalmente, debilitada por el pre-fracturamiento anterior,la presin de los gases en la cmara de explosin decae bruscamente, producindose unadescompresin muy violenta. La energa de deformacin se libera, dando lugar as alfenmeno denominado estallido de roca.

Los factores que Melvin Cook identifica como relevantes en este proceso, son los siguientes:


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COMENTARIOS Y CONCLUSIONES

Las teoras o mecanismos de fragmentacin de la roca analizados con anterioridad serefieren a modelos bastante simplificados de la realidad. Suponen una carga esfrica nica y

asimilan la roca a un slido continuo, homogneo, istropo y elstico.

En tal sentido, estas teoras tienen ms bien un valor acadmico-conceptual, y slo permitenexplicar algunas formas simples de fracturamiento, pero obviamente no dan cuenta de todoslos fenmenos que ocurren en la realidad.

No obstante, la mayora de los autores coinciden -al menos cualitativamente- en algunosconceptos bsicos del proceso, y slo discrepan en la mayor o menor relevancia que leasignan a uno u otro de los mecanismos de ruptura descritos con anterioridad.

En lo esencial, existe consenso en que el impacto de la onda de choque genera diversos

tipos de fracturas, entre los cuales se reconocen los siguientes: trituracin en las vecindadesde la carga, fracturas entrecruzadas de cizalle, fracturas radiales de traccin en el entornoms alejado, y fracturas de traccin por reflexin de la onda de fatiga en una eventual caralibre cercana a la carga.

Asimismo, se reconoce tambin la accin de los gases a alta presin almacenados en lacmara de explosin. Estos gases penetran en las fracturas radiales creadas previamente ylas expanden, y su fuerza de empuje termina as removiendo todo el volumen de rocacomprometido entre la carga explosiva y la cara libre.

Cabe sealar, finalmente, que la mayor o menor presencia de los fenmenos descritos,

depende en definitiva de las propiedades de la roca, en lo esencial de su rigidez (Mdulo dePoisson) y de las caractersticas de sus estructuras pre-existentes.

CRITERIOS BSICOS DE DISEO

CONSIDERACIONES PRELIMINARES

En el punto anterior se analizaron algunos modelos y/o hiptesis que describen ciertosmecanismos simples de ruptura de la roca por efecto de la detonacin de una carga


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explosiva. Sin embargo, en la prctica minera la realidad es mucho ms compleja; la roca esun slido de origen natural, de propiedades cambiantes, y por lo tanto muy difcil de simular.

En suma, para expresarlo en forma simple, las teoras y modelos enunciados no son

suficientes para respaldar el diseo de una tronadura. Se recurre por lo tanto a metodologasempricas o semiempricas que se apoyan en diferentes aproximaciones al problema.

Observacin de los resultados de la prctica operacionalo Intuicino Experiencia prcticao Aproximaciones sucesivas: pruebas y errores

Investigaciones y ensayoso Intuicino Ensayos a escala de laboratorio : modelos analgicoso Ensayos a escala real: experiencias en terreno

Modelamientoso Fsico-matemticoso Digitales

Cualquier metodologa de diseo requiere previamente disponer de un conjunto deantecedentes, cuyo anlisis -en una secuencia lgica-conduzca a la solucin tcnica yeconmicamente ms adecuada.

Primero, se deben conocer y evaluar las propiedades de la roca. Segundo, en funcin de las propiedades de la roca se selecciona el explosivo a

utilizar, incorporando tambin al anlisis las restricciones operacionales inherentes ala faena y/o al tipo de excavacin.

Finalmente, se procede al diseo propiamente tal, aplicando la metodologa oformulismo que se estime conveniente, en funcin de los parmetros geomtricos dela tronadura y de la granulometra esperada.

Propiedades de la roca Caractersticas fsico-mecnicas: densidad; resistencias a la compresin, traccin y

cizalle; mdulos elsticos (Mdulo de Young y Mdulo Poisson); velocidad depropagacin de las ondas de fatiga.

Caractersticas geotcnicas: estratificacin, sistemas de fracturas pre-existentes,frecuencia y orientacin de las fracturas, condicin de las fracturas.

Restricciones operacionales Granulometra esperada Control de dao por vibraciones Presencia de agua Usos y costumbres de la faena

Caractersticas del explosivo Caractersticas rompedoras: densidad de cargo (), velocidad de detonacin (D),

presin de detonacin (P2). Caractersticas energticas: calor liberado por la reaccin qumica (Q), volumen de

gases (V), presin de los gases (Pb).


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Caractersticas prcticas: sensibilidad, fuerza o potencia relativa, resistencia al agua.

Parmetros geomtricos de la tronadura Dimetro de perforacin () Longitud de los tiros (L) Longitud de la carga explosiva (l) Distancia de la carga a la cara libre (Burden) Espaciamiento entre los tiros (E) Secuencia de salida y retardos entre cargas Ubicacin del artefacto iniciador Acoplamiento entre el explosivo y la roca: relacin entre el de la columna explosiva

y el de perforacin

CONFIGURACIONES BSICASPara abordar el estudio del diseo de una tronadura es preciso distinguir entre dosconfiguraciones bsicas:

Voladuras tipo crter: son aquellas donde la carga explosiva puede actuar solamentesobre una cara libre, infinitamente extendida. Esta configuracin va asociadanormalmente a lo que se denomina carga concentrada, entendindose por tal a unacolumna explosiva cuya longitud no excede a 6 veces el dimetro () de la carga.

La condicin anterior se basa en lo observado en la prctica, en el sentido que una

carga cilndrica de longitud [l < 6] produce el mismo efecto que el de una cargaesfrica equivalente en cantidad. Si su longitud es mayor, los efectos ya no son losmismos.

Voladuras tipo banco: se trata en este caso de una configuracin en la cual elexplosivo puede actuar sobre dos caras libres, y se le asocia normalmente a unacarga de geometra cilndrica.

Cabe sealar que este concepto no slo se refiere a la situacin de un banco normalovertical (minera a cielo abierto) como el mostrado en la figura; tambin se aplica abancos horizontales e invertidos, como es frecuente en las faenas subterrneas. En la

mayora de las aplicaciones la configuracin tipo banco presenta un punto singulardenominado empotramiento, que ofrece una mayor resistencia a la accin delexplosivo. No obstante, en la prctica minera se dan tambin situaciones de voladurastipo banco sin empotramiento.


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DISEO VOLADURAS TIPO CRTER

Se trata de estimar la cantidad de explosivo requerida para crear una cavidad o crter de una

profundidad dada del modo ms eficiente posible. Dicho en otra forma, optimizar la relacinentre el volumen de roca removida [m3] y la cantidad de explosivo utilizado [kg]. La solucinde este problema se basa en lo que se denomina ley de similitud.

Ley de similitud"Para una determinada combinacin explosivo-roca, los efectos producidos por la detonacinde cargas concentradas diferentes en cuanto a cantidad -comparando situacioneshomologas- son geomtricamente semejantes, y la razn de similitud

Perforacion Por Rotacion

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