detonador

detonadorcordón detonante

mecha lenta

retacado

explosivo a granel

TECNOLOGIA DE EXPLOSIVOS

Accesorio de voladura – todo aquello que sirva para iniciar un explosivo

Tipos:- Gelatinosos: goma2 (resisten el agua)- Pulverulentos: nitroglicerina (no resisten el agua, al ser polvo se disuelven en

ella)- Hidrogeles: 2 componentes que en si mismos no son explosivos pero juntos si- Emulsiones

Todos pueden venir en explosivos o a granel.

Por otro lado, está el ANFO que contiene nitrato amónico. Tiene mucho oxigeno en su composición por lo que en contacto con el agua sigue siendo explosivo, aunque se enfría un poco. Eso es debido a que contiene suficiente oxigeno como para mantener la combustión por si solo. El 90% de los explosivos que se utilizan son ANFO. Produce más gases que ningún otro. Y cuanto mayor volumen de gases más se introduce en las grietas de las rocas y más fácilmente se rompen éstas.

MECHA LENTA

120 s/m

CORDON DETONANTE

Núcleo de pentrita

Velocidad de 7000 m/s

Resistentes: aguantan tracción, rozamiento y agua

Inicia explosivos y otros cordones

Se usa en precortes y recortes, es decir, en los perfiles finales de la explotación sin electricidad.

COQUERAS

Cuevas dentro de la roca. Debemos tenerlas en cuenta. Si nos encontramos una coquera mientras hacemos el barreno debemos rellenar dicho hueco con tierra y meteremos el cordón detonante.

DETONADORES ORDINARIOS

Artificios utilizados generalmente para iniciar la detonación de explosivos secundarios.

Iniciación Gases más presión alcanza la presión de equilibrio velocidad de combustión

La velocidad de combustión aumenta con la presión y ésta depende de la altitud a la que nos encontremos. Existen, pues, pequeñas diferencias a tener en cuenta en la explosión de una roca a nivel del mar que en la montaña.

MECHAZO – dobleces en la mecha menos cantidad de pólvora, se apaga

CORRIMIENTO – los gases se adelantan y van calentando la mecha, así va más rápido de lo que se esperaba

INICIACION- de arriba abajo – energía por arriba- de abajo arriba – mejor, más aprovechable

MULTIPLICADORES

Explosivo de alta detonación. Dan más potencia a la reacción. Explota más enérgicamente mejor voladura. Mayor velocidad.

coqueraa

operculomecha lenta

+sensible: 70%nitruro de plomo30% trinito** lo hace más sensible a la llama

base de pentrita

RELES DE MICRORETARDO

cordón detonante

detonador

pasta de retardo (ms)

Cordón detonante

EXPLOSION

Iniciador que puede detonar por los dos lados

3

50ms

2

25ms

1

0

mecha

cordón25ms 25ms

3 – 5 m

DETONADORES ELECTRICOS

Funcionan igual que los ordinarios. Tiene una base de pentrita correspondiente a un detonador Nº8 con potencia suficiente para iniciar cualquier explosivo, es decir, que produzca un efecto similar a 2mg de fulminato de Hg.

Encima de la pentrita tiene que haber algo que inicie la pentrita, un explosivo sensible a la llama.

También tiene un opérculo para canalizar las partículas incandescentes que inician la pasta.

Pero en vez de mecha lenta, hay un inflamador (muy pequeño) que es un explosivo muy sensible que rodea a una resistencia. Esa resistencia está unida a dos cables, si aplicamos una intensidad de corriente, por efecto Joule se calienta la resistencia. Se calienta durante un tiempo muy pequeño, el suficiente para iniciar el explosivo muy sensible.

Energía que aporta una intensidad

E = Q.t = R.I2.t

Q = I2.R

Y la pasta primaria inicia lo demás.

Con esto podemos decidir cuándo se inicia el explosivo.

En caso de que no explote podemos ir a la voladura, cortocircuitamos de manera que no pase una intensidad por la resistencia, ésta no se caliente y por lo tanto no explote.

Entre el inflamador y la pasta primaria hay una pasta de retardo (o retardadora) con una velocidad de combustión más grande de modo que retarda la iniciación y podemos secuenciar la voladura. Los retardos son de milisegundos.

Microretardo – pocos milisegundos

llama

angulo obtuso o recto

llama

se calienta pudiendo llegar a cortar la reacción¡NO!

Retardo – tardan más

CARACTERISTICAS del detonador eléctrico

- Resistencia de puente – según sea esta resistencia tendremos un detonador u otro.

- Resistencia total = Rpuente + Rhilos- Corriente de encendido – Intensidad tal que introduciéndola en el circuito

asegure que se inicien todos los detonadores. Se usa una mayor o igual que la que da el fabricante.

- Corriente de seguridad – intensidad que introduciéndola en el circuito indefinidamente nunca va a explotar ningún detonador por mucho tiempo que estemos aplicando dicha corriente.

- Impulso de encendido, S – Impulso que hay que aportar al circuito para que explote. S = E/R = I2.t

TIPOS

Dependiendo de las características de la Rpuente, S, Iencendido e Iseguridad.

Sensibles: muy poca energía para iniciarse, casi no se usan.Insensible: necesitan más energía para ser iniciado que un sensible

Si Q = R.I2

Si R = 1 I (Q=25) = 5 A

Si R = 2 I (Q=25) < 5 A

Cuanto mayor es la resistencia menos energía hay que introducir en el circuito.

Cuanto más le cueste iniciarse, menor es la resistencia de puente.

El S de un detonador más sensible es mayor.

La corriente de seguridad será menor en los más sensibles.

CODIGO DE COLORES

Insensible – RosaMuy sensible – Verde más seguro que el otro porque cuesta más iniciarlo

También se pueden clasificar por el tiempo que tardan en salir según la pasta de retardo, la longitud de la misma:

Instantáneo – blancoMicroretardo – (ms) amarilloRetardo – fracciones de segundo, azul

Como norma general, el fabricante da una clasificación.

Periodo t (ms) 0 0 1 25 2 50 3 75 4 100

Tiempo de salida = 25 ms × Nº periodo

¿Cuál saldrá primero?

La velocidad de la luz es tan grande que no importa en qué sentido vaya la intensidad. Se considera que ambos se inician a la vez. Pero el nº 2 se inicia antes porque tiene menos retardo y el nº 4 se iniciará 50ms después.

Normalmente empieza la voladura por el lado que menos cueste, el que está más cerca de la cara libre del campo.

A no ser que haya infraestructuras cerca en cuyo caso habría que hacerlo de otra manera pero generalmente en las minas de cielo abierto para aprovechar la energía se explota primero la cara libre dejando así espacio libre cuando explote el siguiente.

Cómo se inicia un detonador eléctrico

Paso de corriente pero por la resistencia que se calienta.

Energía durante un tiempo para iniciar el inflamador

Io = corriente de seguridad. Por mucho tiempo que estemos aplicando esta intensidad la pasta no iniciará.

Cualquier corriente mayor que Io iniciará el explosivo. Y cuanto mayor sea la corriente (I1<I2), menor será el tiempo de iniciación.

2 4

12

T

Tmáx

Tmín

I2

I1

Io

tmin tmax

Dentro de los detonadores de la misma sensibilidad, pueden tener distinto tiempo pues depende de los inflamadores, algunos se iniciarán un poquito antes que otro, incluso teniendo la misma resistencia y la misma pasta, pero es que la pasta siempre será algo diferente.

Por eso hay un tmín en el que dentro de la misma sensibilidad, el detonador más sensible de esos se inicia; así como un tmáx

La Io no puede iniciar ni siquiera el más sensible dentro de los de la misma sensibilidad. La Io no puede alcanzar Tmín.

Cuanto mayor sea la intensidad que metemos, menor será la diferencia de tiempo esta (dentro de la misma sensibilidad) será menor que con una I menor. Es decir, con I2 la diferencia de tiempo es menor que con I1 .

Cuando explote, la resistencia se romperá.

Entre la iniciación y la detonación hay otro tiempo.

AB – más sensibleCD – menos sensible

1.- inicia la pasta2.- detona

Ic: corriente necesaria

Hay que utilizar una corriente elevada.

Tiempo de iniciación de un detonador > tiempo de iniciación de otro

El tiempo se inicia del que más le cuesta iniciarse, tiene que ser menor que el tiempo de detonación mínimo.

Antes de que se rompa la resistencia 2, es decir, antes de que detone, todos los demás deben estar iniciados.

Condición para que detone todo:

Tiempo de iniciación máximo < Tiempo de detonación minimo

Tiempo de persistencia, entre la detonación y la iniciación:

A B C D

Ic

ti maxti min

td maxtd min

1 2

tp = td min – ti min

td min tarda menos en explotar

ti min tarda menor en iniciarse

ti max < td min = tp + ti min

tp > ti max – ti min

S = E/R = I2·t tp > (Si max – Si min)/I2

Ejemplo: circuito de voladura. Detonadores en serie.

Rpuente = 1,2 Ω

Rhilo = 0,062 Ω/m

Lhilo = 5m/detonador

RT = Rpuente×7 + Rhilo×7×5×2 (porque cada detonador tiene 2 hilos)

RT = 12,74

Si mido con un ohmetro debe dar 12,7. Si da menos puede ser que haya un cortocircuito o que nos hayamos olvidado de conectar algo.

Si el ohmetro me da una resistencia infinita quiere decir que el circuito está abierto o que hay un detonador roto.

Si sale mal: cortocircuitamos en la línea de tiro y miramos si la línea está bien, y luego comprobamos el circuito.

EXPLOSOR

Fuente de energía del circuito.

Explosor de condensador – aporta una energía en un tiempo muy pequeño y no de forma lineal.

La energía aportada por un condensador viene dada por:

ohmmetro

línea

Energía de ruptura:

Energía suministrada al circuito:

Intensidad aportada al circuito:

Consideramos que todos los detonadores se han iniciado y tenemos que

I = Iruptura = Ies circuito en serie dado por el fabricante

Ies: la que nos asegura que todos los detonadores en serie se inician antes del detonador nº 1

t = t ruptura

Aportamos al circuito una I y una S.

El impulso de encendido S que apostamos lo llamamos K:

Se tiene que cumplir una condición para que el explosor de suficiente energía.

Durante un tiempo hay que aplicar una intensidad mayor que la de S.

En K la R es la resistencia internaEn Io la R es la resistencia del circuito

E

t

ER

ER

V

Vo: voltaje en placas del explosor

I = Ir = Ies Condición cuando se produce la ruptura

Hay que tener en cuenta las características del explosor y del detonador

Resistencia máxima total que se puede usar con el explosor. R: resistencia circuito

EXPLOSORES SECUENCIALES

Cada cierto tiempo descarga una cierta cantidad de energía para que así, si por ejemplo tenemos 18 barrenos y 7 detonadores, del 0 al 7 no repetimos ningún número en ms y así no salen 2 barrenos a la vez. R = n.RD + TC ; RD = RC + RH

ELECTRICIDAD EXTRAÑA

Toda la corriente que pueda introducirse en el circuito y pueda iniciar los detonadores sin que nosotros queramos.

Debidas a:- f.e.m que genera una línea de tensión variable que puede generar una fuerza

electromagnética- corrientes de centrales: por ejemplo un compresor mal puesto a tierra puede

hacer que la E se introduzca en el circuito- tormentas – un rayo puede iniciar- radiofrecuencias, electricidad estática…

Ir

tr

características del explosor características

del detonador

Electricidad, flujo o intensidad introducida en un circuito por una línea de tensión de transporte

Si cortamos una línea de transporte se genera un campo magnético variable que depende de la intensidad que circula por la línea.

Si varía el módulo, campo o dirección de sentido del campo, eso puede afectar a un circuito cercano, creando un flujo magnético en éste. Y ese flujo al variar generará una fuerza magnética si el

circuito está cerrado. Si está abierto no.

Por cada uno de los conductores de la línea trifásica, circula una intensidad:

I1 = Io. sen wtI2 = Io. sen (wt + 120)I3 = Io. sen (wt -120) f = 50 Hz

1/50 = T

Circuito de voladura paralelo a la línea de transporte.

Si circula una intensidad se genera un campo magnético.

Sólo crearán campo magnético las líneas que entren perpendicularmente en la espira (o circuito de voladura).

Módulo de campo magnético o inducción magnética

μ = permeabilidad del medio ; μaire = 1

I1

r1

r1ir1

’

I1

I2I3

iH

r

Io

La línea 1 generará un campo magnético, la 2 otro, la 3 otro. El flujo creado en la espira será la suma de los tres.

Si es variable genera un flujo.

En el flujo sólo se tiene en cuenta la línea de campo que atraviesa la superficie perpendicularmente. Así que multiplicamos por el coseno del ángulo que forman para considerar solamente las líneas perpendiculares

α

x

I1

dx

l: longitud de línea de espira paralela a los conductores de las líneas de transporte

dS = l.dx

dx

dr

α

Para que haya f.e.m. el flujo debe ser variable, pues la intensidad varía con el tiempo, luego el flujo también.

¿Cuándo será mayor la f.e.m? Cuando la Io sea mas grande, mayor amplitud.Cuando más l tenga la espira.Cuanto mayor sea la ω, pero eso es constante.

 Cuánto más cerca mas f.e.m 

 

 

   

Para que este fenómeno se dé en la menor medida posible.- poner lo más perpendicular a la línea de transporte, menor sección de la espira etc.  

FEM INDUCIDA

Siempre con detonadores altamente insensibles, más seguros. Habrá que hacer un estudio siempre que la distancia de disparo sea una cierta d según los kV de la línea 

Derivaciones de corriente. Por ejemplo cerca de una línea de ferrocarril. 

La ddp será más peligrosa, si supera la intensidad de seguridad de los detonadores... 

Si por cojones tenemos que usar detonadores eléctricos, lo mejor que podemos hacer es aislarlos. Detonadores cortocircuitados. Línea de tiro cortocircuitada hasta el tiro. 

Cortocircuito y mido resistencia para ver si es OK. 

Alejar cables de elementos metálicos del entorno. 

Tormenta→ no se hace voladura →se cortocircuita. Se forman mas en verano porque las gotas de agua suben, se rozan, se cargan por electricidad estática. Desde una nube hasta el suelo se pueden generar 500MV de ddp y hasta 100.000 amperios   

ELECTRICIDAD ESTATICA 

Cuando dos cuerpos de diferente naturaleza se rozan. Si la humedad es mayor del 60% no hay peligro de electricidad estática porque la electricidad estática se descarga al ambiente. Una persona puede soportar 20.000 voltios porque la R del cuerpo humano es de 1M/omega y por eso la intensidad que nos circula si la ddp es alta y nuestra R también, es muy pequeña. Recomendación: calzado semiconductor, picas de hierro, solución salina en el suelo, ropa de algodón. 

Energía acumulada en un condensador:

 

Detonador sensible

Detonador insensible

Detonador Altamente insensible

Hay tres casos en los que puede detonar un detonador cuando lo cogemos:

1.- Si estamos cargados, toda la I pasaría por la R, ésta se calentaría y explotaría. Muy peligrosa.

2.- Cables cortocircuitados, tocando el cable y el detonador en tierra. No toda la E pasaría por R, pero si parte. No es tan peligrosa.

3.- Tocando un cable, el otro al aire. Si hay paso de I y generación de calor.

Evitar cargarse con electricidad estática.Precauciones: calzado, ropa

Los detonadores deben ir en su envase.

Un cartucho es difícil de explotar. Un detonador es fácil.

RADIOFRECUENCIA

Es difícil pero existe un rango según…

Reglamentación:…

CALCULO DE DISPARO DETONADORES

Explosor: Cu 400Voltaje entre placas: 3100 voltiosCapacidad: 120μF

¿Cuántos detonadores puedo disparar de 2m de longitud de cable sensibles siendo el impulso de encendido 0,003W.s/Ω y la intensidad recomendada de encendido en serie 1,2 Amperios y la Resistencia de puente de 1,6Ω y la resistencia de los hilos 0,065Ω/m?

Poner todos rojos o todos verdes.

Nunca se pueden mezclar cables de distinta sensibilidad.

Si conectamos los detonadores en serie el óhmetro deberá marcar tantos ohmios como la suma de las resistencias de los detonadores.

Todos los detonadores se inician a la vez porque la velocidad de la luz es tan grande que la diferencia de tiempo entre un detonador y otro es despreciable. Se considera que la electricidad llega al mismo tiempo a todos los detonadores.

En las minas de carbón o grisú se van a usar detonadores de cobre porque al explotar no aparecen partículas incandescentes, que en los detonadores de aluminio si.

En minas a cielo abierto se puede usar cualquier detonador, aluminio o cobre.

Mezclar detonadores eléctricos y no eléctricos no, en una misma voladura. Pero sí puedo iniciar con un eléctrico una voladura de no eléctricos.

Detonadores electrónicos – muy precisos. Se conectan coaxialmente y se secuencian desde un ordenador. Y además son inmunes a las corrientes extrañas.

375ns

125ms

250ms

250ms

Retacado de 1m

10m

10m

Retacado de tierra para hacer el barreno en dos partes y evitar vibraciones. Saca primero lo de arriba y luego lo de abajo. Si explota lo de arriba y no se inicia lo de abajo, NO explota lo de abajo.

Si sale el 1 y el 2; el 2 y el 3 de abajo no se inician.

Sacando uno primero y otro después, mitad y mitad.

Suponiendo que haya 100kg, si saliera a la vez la vibración sería

Si sacamos primero uno y luego, saldrían 50 y luego 50, de modo que la vibración se reduciría a la mitad

En el fondo de cada barreno un detonador.

Para unir un barreno con el siguiente uso un conector que se une con el detonador y con el siguiente conector.

1 2 3 4

1 32

conector conector conector

La diferencia mayor de 8ms es el tiempo que se considera suficiente para que una onda no se solape con otra

Todos los detonadores que salgan de 8ms o más no se solapan.

En los no eléctricos se pone 8 o 400 0 500ms, es tan grande porque NO se inician todos a la vez, se inicia el 1, luego el 2 y si explota el 2 y mueve una roca y rompe el conector del 3, el 3 no se inicia.

Aunque la mecha lenta tiene una velocidad de 2000m/s, luego en 2 metros será despreciable.

ONDA DE TENSION

Onda plana que alcanza la frontera entre dos materiales de diferentes propiedades físicas, se pueden producir REFLEXIONES y REFRACCIONES:

- 2 ondas longitudinales (compresión o tracción)- 2 ondas transversales (cizalladura)

Ley de Shell

8ms

R

T

I

1 2

CP: velocidad de propagación de las ondas longitudinalesCS: velocidad “ “ “ “ “ transversales

Si la incidencia es normal a la interfase de los medios solo se produce una onda reflejada y una onda transmitida.

Por conservación del impulso: σ: tensión en la dirección de propagación de la ondac: velocidad de propagación de la onda

Si μ=1 la onda sigue, no se refleja

Si μ→∞ ρ1c1>>ρ2c2 los dos medios son muy diferentes. Ej: ρ1tierra>> ρ2aire

Entonces,

σI y σR tienen signo opuesto

Si los medios son distintos la onda se refleja, no hay transmitida.

ROTURA DE LA ROCA

σϑ decrece más rápido que las otras dos llegando a hacerse negativo, eso quiere decir que si era de compresión se convierte en tracción. Y este fenómeno deberemos tenerlo en cuenta.

ondas de compresión

Cuando llegan al medio 2, se reflejan en tracción, y la tracción rompe mejor la roca.

σZ: axial

σR: radial

σϑ: tangencial

1 2

¼

Cuando σϑ supere la resistencia a tracción de la roca se empiezan a formar grietas radiales.ZONAS

1) Estado tensional de compresión: deformación elastoplástica (cede sin fisuración)2) Estado de cizalladura: grietas por aumento de las preexistentes.3) Estado de tracción: grietas radiales Estas se propagan hacia fuera y hacia el

barreno debido a que la tensión tangencial es de tracción. Al principio el número de grietas es elevado. Posteriormente se produce la relajación de las tensiones y sólo crecen las más grandes (entre 5 y 7)

Cuando la onda de compresión alcanza la cara libre de la roca se refleja con intensidad igual prácticamente a la incidente como onda de tracción. Normalmente no hay descostramiento pues al alcanzar la cara libre la tensión está por debajo de la resistencia a tracción de la roca.

k: característica del terrenoϑ: carga del barrenoR: distancia del barreno

α, β: coeficientes de una regresión

densidad lineal de carga

Normalmente el coeficiente que afecta a la distancia es 2 veces el coeficiente que afecta a la carga.

r

xr

Ldx

r0

R

x0

P(ro,xo)

X

l: densidad lineal de carga: Kg./mL: longitud

Para k = 0,7 y α = 0,7 l=5 r0=3 xr=3 L=10 x0=3 u=1,19 rad

EJEMPLO: Secuenciación con detonadores no eléctricos

Conectores de superficie: 25ms y 42msDetonador del nº20 500msSin que se repita ninguno

LOS CONECTORES DE SUPERFICIE SE USAN SOLO SI USAMOS DETONADORES DEL MISMO NUMERO

Si los detonadores tienen distinto retardo se conectan con cordón detonante y no con conectores de superficie.

EJEMPLO:CS: 17msD: nº20

14 x 25 = 350 Cuando al primero le quedan 150 para explotar, el último ya está iniciado

7 5 3 1 2 4 6

0 5025 75126 84 42

626 584 542500

525 550 575

17 51 85 119 153 187 221

34 68 102 136 170 238204

cara libre

B

h=Bω0 = carga concentradaωa = carga alargada

l = densidad lineal de carga (Kg. de explosivo / metro lineal de barreno)

ω0 = ωa = 0,3.B.l

Se consideró que ya no era recomendable alarga mas que h = B el barreno porque disminuía el porcentaje…

Entonces, se usa sobreperforación.

SOBREPERFORACION

Todo lo que se perfora por debajo del banco

Una carga alargada sobreperforada 0,3.B produce lo mismo que una carga concentrada en un punto.

Longitud de carga:

B

h = B

0,3.B = Sp

Carga concentrada equivalente a 0,3.B= SP +ω0 de B

lb = densidad lineal de carga en el fondo del barreno

a1, a2, a3: coeficientes experimentales

a1 = 0,07 Kg./m2

a2 = c Kg./m3 = consumo especifico (Kg.explosivo/m3 de piedra volada)a3 = 0,004 Kg./m4

ω0 cizallar el fondo del barreno y además arrancar hasta una altura B

Si lo que perforo es mayor que 2B efecto menor efecto de volumen

densidad de carga de columna:

Para arrancar lo de arriba necesito un 40% menos que lo de antes, que está sujeta a tierra.

B

h=B

ω0

B

2B

0,3.B = Sp

h>2B

FACTORES DE CORRECCION

Grado de fijación

Todo lo que hagamos para facilitar que se forme el ángulo de 135º va a hacer que sea más fácil romper la roca porque ese es el ángulo de rotura natural de la roca.

Potencia del explosivo

Si utilizo un explosivo más potente, necesitaré menos densidad de carga, lb

LFB: dinamita sueca

Sb = potencia explosivo

V = volumen de gases que usa la goma que estamos usando

V0 = volumen de gases de goma sueca

135º

2/1 cuesta 15% romper la roca3/1

α

SP = 0,3.B

E B

H

αretacado

carga

carga alargada

carga sobreperforada SP = 0,3.B

q = consumo específico

V = B2.H

c = factor de roca al desplazar el centro de gravedad

Grado de cooperación entre barrenos

Si se disparan varios barrenos, el primer barreno produce un cierto agrietamiento que hace que al segundo barreno le cueste menos arrancar la roca 20% menos de energía en el fondo

Grado de cooperación entre barrenos = 0.8 x (E/B)

Los espaciamientos más óptimos están entre 1,2 y 1,4m de la piedra