Principios de Voladura

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PRINCIPIOS DE VOLADURA INDICE 1. INTRODUCCIÓN A LA VOLADURA DE ROCAS 2. ROCAS a. Clasificación resumida b. Características c. Propiedades mecánicas 3. MECANICA DE ROTURA 4. EXPLOSIVOS Y ACCESORIOS DE VOLADURA 4.1 Explosivos: 4.1.1. Generalidades 4.1.2. Desarrollo de la detonación 4.1.3. Características Generales de los Explosivos 4.1.4. Clasificación General de los Explosivos 4.1.5. Propiedades de los explosivos 4.1.6. Componentes de los explosivos 4.1.7. Pruebas de los explosivos 4.2 Agentes de Voladura 4.2.1. ANFO 5. CEBADO O PRIMADO DE EXPLOSIVOS Carguío de taladros en subsuelo/superficie 6. SISTEMAS DE INICIACIÓN 7. SEGURIDAD EN EL TRABAJO CON EXPLOSIVOS Principios de Voladura 1

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PRINCIPIOS DE VOLADURA

INDICE

1. INTRODUCCIÓN A LA VOLADURA DE ROCAS2. ROCAS

a. Clasificación resumidab. Características c. Propiedades mecánicas

3. MECANICA DE ROTURA4. EXPLOSIVOS Y ACCESORIOS DE VOLADURA

4.1 Explosivos:4.1.1. Generalidades 4.1.2. Desarrollo de la detonación4.1.3. Características Generales de los Explosivos4.1.4. Clasificación General de los Explosivos4.1.5. Propiedades de los explosivos4.1.6. Componentes de los explosivos 4.1.7. Pruebas de los explosivos

4.2 Agentes de Voladura 4.2.1. ANFO

5. CEBADO O PRIMADO DE EXPLOSIVOS Carguío de taladros en subsuelo/superficie

6. SISTEMAS DE INICIACIÓN 7. SEGURIDAD EN EL TRABAJO CON EXPLOSIVOS

Principios de Voladura

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1. Introducción

Secuencia de las operaciones básicas en minería

Exploración Desarrollo y preparación Explotación Paleo, izaje y acarreo interno Tratamiento metalúrgico Transporte externo Comercialización y tratamiento final

(fundición-refinación)

La Voladura es la Fase Crítica de las Operaciones de Desarrollo y de Explotación en Minería

Sin voladura en desarrollos no se podría llegar al mineral.

Sin voladura en explotación no hay producción.

Si no hay producción de mineral, tampoco podrá haber tratamiento metalúrgico

El arranque de la roca o mineral del macizo rocoso , mediante la voladura, es la

acción “más minera” dentro de toda la actividad minera, porque todo aquello que

ocurra “río abajo” involucra otras especialidades: por ejemplo, el chancado ,la

trituración y la molienda es ingeniería de conminución; la flotación y el

concentración, es ingeniería química y/o metalúrgica, el mantenimiento de los

equipos (palas, camiones, carros mineros, etc.) es ingeniería mecánica, etc.

La voladura está directa e indirectamente vinculada a las demás operaciones de minado, influyendo en su

operatividad y costo

Una voladura eficiente contribuye a la productividad y rentabilidad de la mina.

Una voladura deficiente por lo contrario representa pérdida y costos adicionales.

Voladuras en las operaciones de minado

En Exploración Trabajos de voladura en obras viales,

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Voladuras en trabajos de muestreo y reconocimiento de nuevas estructuras (cateos, zanjas) .

En Desarrollo y Preparación Accesos y ventilación mediante galerías, piques, rampas, chimeneas. Plataformas de arranque para los frentes de trabajo.

En Explotación voladuras de producción adecuadas a los diversos métodos de explotación

aplicables según las condiciones del yacimiento.

Voladuras en las Operaciones de Minado

Objetivos Específicos

En Desarrollo y Preparación Avance máximo por disparo. Control de sobre excavación. Estabilización definitiva de los accesos y desarrollos excavados.

En Explotación Fragmentación ideal al propósito de uso del material disparado. Tonelaje máximo por disparo al menor costo final. Optima excavabilidad y acarreo del mineral arrancado.. Sostenimiento temporal o definitivo de los tajos explotados.

Metas Económicas

En Exploraciones Desarrollo y Preparación Lograr acceso rápido y seguro a los cuerpos de mineral. Consolidar los accesos y labores a explotar con el menor costo de sostenimiento. Incremento de reservas.

En Explotación Fragmentación y tonelaje óptimos del material extraído mediante voladura

eficiente. Mínima dilución del mineral. Mínimo margen de inestabilidad geomecánica por sobre- excavación. Minimizar la voladura secundaria.

Operaciones Indirectamente Vinculadas a la Voladura

Influencia de la Voladura

En Paleo y Acarreo del Material Disparado El grado de fragmentación y el tonelaje roto, determinan la facilidad y el costo del

transporte interno.

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En Chancado y Conminución Mecánica (Molienda) En estos procesos también influye el grado de fragmentación, en lo que respecta

al consumo de energía y desgaste de las chaquetas de las chancadoras.

Objetivos de la VoladuraPaleo y Acarreo del Material Disparado

Facilitar la excavabilidad y carga del material disparado para agilizar el transporte.

Reducir el número de viajes y desgaste de equipos. Reducir costos de tareas, combustible y mantenimiento.

Chancado y Conminución Mecánica (Molienda) Reducir el tiempo de operación de los equipos de chancado y molienda

con el abastecimiento de material adecuadamente fragmentado en mina. Eliminar la necesidad de reducción mecánica en parrilla o de voladura

secundaria, previas al ingreso a la chancadora.

Metas EconómicasPaleo y Acarreo Del Material Disparado

Lograr mayor facilidad y velocidad de los ciclos de carga, transporte y descarga, con un adecuado perfil del lomo de material disparado y homogeneidad en la granulometría de fragmentación.

Chancado y Conminución Mecánica (Molienda) Eliminar los picos de consumo de energía aplicados a la reducción de

material sobredimensionado. Reducir el desgaste de chaquetas y forros y paralelamente el costo de

mantenimiento. Conseguir menores costos en los proceso de conminución mecánica para

la concentración o de lixiviación del mineral a tratar.

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Page 5: Principios de Voladura

Influencia de la Voladura en el Costo Total de Minado

Principios de Voladura

Costo total de minado

Costo de voladura

Costo de transporte

Costo de excavación

Voladura deficiente $/t

$/t

Mayor en $/t

Costo total de minado

Costo de voladura

Costo de transporte

Costo de excavación

Voladura eficiente $/t

$/t

Menor en $/t

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Ejemplo de Costos de Operación de MinadoDistribución de costos promedios, excluyendo tratamiento metalúrgico, exploraciones, gastos generales y otros no directamente vinculados al arranque de mineral

Caso de una mina con material de dureza intermedia y con estructura geológica medianamente competente que requiere sostenimiento. Comprende :OPERACIÓN DE EQUIPOS, SUMINISTROS, MANO DE OBRA

Distribución Porcentual

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Costos previos a la voladura

Costos posteriores al disparo

PerforaciónExplosivosSeguridad / Ventilación

AvanceSobre rotura / DiluciónVoladura secundariaSeguridad: sostenimiento

ventilaciónCarguío y transporteChancado y moliendaRecuperación metalúrgica

DISTRIBUCIONCOSTO / BENEFICIO:

PERFORACIÓN Y EXPLOSIVO

PALEO Y ACARREOCHANCADO Y PROCESAMIENTOSOSTENIMIENTOBENEFICIO (UTILIDAD)VOLADURA SECUNDARIA (COSTO ADICIONAL)

OPERACIONES % DEL COSTO TOTAL

1. Perforación 252. Voladura 103. Sostenimiento 184. Paleo 095. Transporte interior 046. Transporte en superficie 077. Servicios 158. Administración / supervisión 049. Depreciación – inversiones 08

TOTAL 100%

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2. Rocas

a. Clasificación de las RocasDada la amplitud de los conceptos geológicos, sólo como referencia se presenta una descripción elemental de los tres grupos en los que se las ha clasificado, por su origen y características.

A. Rocas ÍgneasB. Rocas sedimentariasC. Rocas metamórficas.

CLASIFICACIÓN POR SU ORIGEN

TIPO ASPECTO FÍSICO FAMILIA

ÍGNEAS

Plutónica o intrusivaTextura granular, gruesaCristalización gruesa, a profundidad

GranitoDiorita

Hipo abisaleso filonianas

Textura mediaCristalización cerca de superficie

PegmatitasDiques varios

Volcánicas o efusivas

Textura finaCristalización en superficie

Lava o derrames

Piroclastos o cenizas

Vítrea: ObsidianaFelsíticas: RiolitasPorfídicas: AndesitasFragmentales: Brechas

SEDIMENTARIAS

Mecánica

Formadas por transporte y deposición mecánica de detritos.Químicas:Por solución y deposición o precipitación química.

AreniscasGravasCalizas

QuímicasOrgánicas:Por de posición de restos orgánicos.

Calizas y Diatomitas

METAMÓRFICAS

Regionales por orogénesis

Gneis

De contacto o locales

Térmico, Hidrotermal (Acción de soluciones y calor)

Mármol

Principios de Voladura

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Page 9: Principios de Voladura

b. Características de la RocaLas características geológicas y mecánicas, además de las condiciones del

estado de las rocas a dinamitar, determinación realmente el tipo de explosivo que deberá emplearse para fracturarlas eficiente y económicamente. Por ello, es muy importante que además de conocer las propiedades del explosivo se tenga en cuenta el grado de afectación que puedan presentar algunos parámetros de la roca como:

A. Densidad o pesos especifico.B. Compacidad y porosidad.C. Humedad e inhibición.D. Dureza y tenacidad.E. Frecuencia sísmica.F. Resistencia mecánica a la compresión y tensión.G. Grado de fisuramiento.H. Textura y estructura geológica. Variabilidad.I. Coeficiente de expansión o esponjamiento

.

c. Propiedades Mecánica De Las RocasEstas propiedades referidas al comportamiento de las rocas al ser sometidas

a esfuerzos mecánicos son normalmente determinadas en laboratorios mediante prensas y equipos especiales. Definen medidas o valores aplicables para tener un criterio previo sobre las condiciones de estabilidad de la roca después de haber sido excavado, por lo que son difíciles de correlacionar con los resultados de la voladura pero proporcionan un medio de comparación entre diferentes rocas.

A. Resistencia a la compresión (o carga por unidad de área).B. Resistencia a la tensión.C. Radio de Poisson o radio de precorte.D. Modulo de Young o de elasticidad (E)E. Gravedad específica.F. Fricción internaG. Velocidad de onda longitudinal (P, en m/s)

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3. Mecánica de Rotura

Proceso de Fracturación

La fragmentación de rocas por voladura comprende a la acción de un explosivo y a la consecuente respuesta de la masa de roca circundante, involucrando factores de tiempo, energía termodinámica, ondas de presión, mecánica de rocas y otros, en un rápido y complejo mecanismo de interacción.

Proceso de Detonación de una Carga Explosiva

Este mecanismo aún no está plenamente definido, existiendo varias teorías queEste mecanismo aún no está plenamente definido, existiendo varias teorías que tratan de explicarlo entre las que mencionamos a:tratan de explicarlo entre las que mencionamos a:

Teoría de reflexión (ondas de tensión reflejadas en una cara libre).Teoría de reflexión (ondas de tensión reflejadas en una cara libre). Teoría de expansión de gases.Teoría de expansión de gases. Teoría de ruptura flexural (por expansión de gases).Teoría de ruptura flexural (por expansión de gases). Teoría de torque (torsión) o de cizallamiento.Teoría de torque (torsión) o de cizallamiento. Teoría de craterización.Teoría de craterización. Teoría de energía de los frentes de onda de compresión y tensión.Teoría de energía de los frentes de onda de compresión y tensión. Teoría de liberación súbita de cargas.Teoría de liberación súbita de cargas. Teoría de nucleación de fracturas en fallas y discontinuidades.Teoría de nucleación de fracturas en fallas y discontinuidades.

Una explicación sencilla, comúnmente aceptada, que resume varios de losUna explicación sencilla, comúnmente aceptada, que resume varios de los conceptos considerados en estas teorías, estima que el proceso ocurre en varias etapasconceptos considerados en estas teorías, estima que el proceso ocurre en varias etapas o fases que se desarrollan casi simultáneamente en un tiempo extremadamente corto,o fases que se desarrollan casi simultáneamente en un tiempo extremadamente corto, de pocos milisegundos, durante el cual ocurre la completa detonación de una cargade pocos milisegundos, durante el cual ocurre la completa detonación de una carga confinada, comprendiendo desde la fragmentación hasta el total desplazamiento delconfinada, comprendiendo desde la fragmentación hasta el total desplazamiento del material volado.material volado.

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PCJ

ZR

FC

Onda de ChoqueO de Tensión

ROCA COMPRIMIDAONDA DE

REFLEXIÓN

Onda de Reflexióny gases en Expansión

Ensanchamiento del taladro

CAÍDA DE PRESIÓN INICIAL

Explosivosin reaccionar

PCJ: PLANO DE CJZR : ZONA DE REACCIÓNFC : FRENTE DE CHOQUE

ROCA NOALTERADA

ROCA NOALTERADA

Dirección deAvance de

laDetonación

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Page 11: Principios de Voladura

Estas etapas son:Estas etapas son:

1.1. Detonación del explosivo y generación de la onda de choque. Detonación del explosivo y generación de la onda de choque. 2.2. Transferencia de la onda de choque a la masa de la roca iniciando suTransferencia de la onda de choque a la masa de la roca iniciando su Agrietamiento.Agrietamiento.3.3. Generación y expansión de gases a alta presión y temperatura queGeneración y expansión de gases a alta presión y temperatura que provocan la fracturación y movimiento de la roca.provocan la fracturación y movimiento de la roca.4.4. Desplazamiento de la masa de roca triturada para formar la pila deDesplazamiento de la masa de roca triturada para formar la pila de escombros o detritos.escombros o detritos.

La rotura de rocas requiere condiciones fundamentales como:La rotura de rocas requiere condiciones fundamentales como:

1.1. Confinamiento del explosivo en el taladro.Confinamiento del explosivo en el taladro.2.2. Cara libre.Cara libre.3.3. Relación entre diámetro del taladro a distancia óptima a la cara libre (burden).Relación entre diámetro del taladro a distancia óptima a la cara libre (burden).4.4. Relación burden-altura de banco y profundidad del taladro.Relación burden-altura de banco y profundidad del taladro.5.5. Condiciones geológicas, parámetros del taladro y explosivo para generar elCondiciones geológicas, parámetros del taladro y explosivo para generar el

fisuramiento cilíndrico radial y la consecuente rotura flexural.fisuramiento cilíndrico radial y la consecuente rotura flexural.

Fases de la Mecánica de Rotura de un Taladro con Cara Libre

1. Columna Explosiva

Principios de Voladura

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INICIADORSUFICIENTE

TACOINERTE

CARGAEXPLOSIVACONFINADA

BURDEN

SOBREPERFORACIÓN

CARALIBRE

TALADRO

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2. Propagación de la Onda de Shock

3. 3. Agrietamiento por TensiónAgrietamiento por Tensión

Principios de Voladura

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LAS ONDAS Ó FUERZAS DE COMPRESIÓN GENERADAS EN EL TALADRO VIAJAN HACIA LA CARA LIBRE

ONDAS SÍSMICAS

LAS ONDAS QUE ESCAPAN PRODUCEN CONCUSIÓN Y ONDAS SÍSMICAS

LAS ONDAS SE REFLEJAN EN LA CARA LIBRE Y REGRESAN EN FORMA DE FUERZAS DE TENSIÓN QUE AGRIETAN A LA ROCA.SE NOTA YA LA EXPANSIÓN DE LOS GASES

Page 13: Principios de Voladura

4. Rotura de Expansión

5. Expansión Máxima (rotura flexural)

Rotura FlexuralRotura Flexural

Principios de Voladura

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LOS GASES PRESIONAN AL CUERPO DE ROCA ENTRE EL TALADRO Y LA CARA LIBRE, DOBLÁNDOLA Y CREANDO PLANOS DE ROTURA HORIZONTALES ADICIONALES

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6. Fase Final: formación de la pila de escombros

Inicio de la Formación de la Pila de Escombros

Principios de Voladura

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LOS GASES EN CONTACTO CON EL MEDIO AMBIENTE PIERDEN FUERZA Y EL MATERIAL TRITURADO CAE AL PIE DE LA NUEVA CARA LIBRE

Page 15: Principios de Voladura

Esquema De Agrietamiento Radial de la RocaEsquema De Agrietamiento Radial de la Roca

Esquema de Agrietamiento Radial de la Roca y la Influencia de Taladros Contiguos

Si las columnas de explosivo son Si las columnas de explosivo son interceptadas longitudinalmente por fracturasinterceptadas longitudinalmente por fracturas existentes, éstas se abrirán por efecto de la onda de choque y se limitará el desarrollo deexistentes, éstas se abrirán por efecto de la onda de choque y se limitará el desarrollo de las grietas radiales en otras direcciones.las grietas radiales en otras direcciones.

Las fracturas paralelas a los taladros que se encuentran a cierta distancia de estosLas fracturas paralelas a los taladros que se encuentran a cierta distancia de estos taladros, evitarán que la formación de grietas se propaguen en la roca.taladros, evitarán que la formación de grietas se propaguen en la roca.

Principios de Voladura

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Grietas radiales

Zona defracturación

radial

Roca pulverizada

Fracturas

Taladro

El agrietamiento no avanzadebido alchoque conlas fracturasparalelas

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Mecanismos de Rotura

FASE I

FASE II

Principios de Voladura

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BURDEN

ESPACIAMIENTO

ONDAS DECHOQUE

CARA

LIBRE

TALADROS

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FASE III

FASE IV

Principios de Voladura

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Page 18: Principios de Voladura

EFECTO DE CRÁTER

Mecánica de Rotura de un Taladro con una sola Cara Libre

1. Efecto de Cráter

DetonaciónDetonación

Principios de Voladura

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COLUMNA EXPLOSIVA

TACO INERTE

LÍMITEDE ROTURA

BOOSTER

ONDAS DE COMPRESIÓN QUE SE DISIPAN COMO ONDAS SÍSMICAS

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Taladro de Cráter Taladro convencional

INFLUENCIA DE TALADROS CONTIGUOS

1. Espaciamiento Adecuado

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2. Espaciamiento muy Corto (Proyección Excesiva)

3. Espaciamiento muy amplio (Los taladros se soplan)

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Page 21: Principios de Voladura

4. Explosivos - Accesorios y Agentes de Voladura

4.1. Explosivos

4.1.1.Generalidades

Concepto

Son productos químicos que encierran un enorme potencial de energía, que bajo la acción de un fulminante u otro estímulo externo reaccionan instantáneamente con gran violencia.

Se fabrican con diferentes potencias, dimensiones y resistencia al agua, según se requiera.

Un explosivo genera:

1. Un fuerte efecto de impacto que tritura la roca.2. Un gran volumen de gases que se expanden con gran energía,

desplazando los fragmentos.

4.1.2. Desarrollo de la Detonación

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Tiempo

Ve

loci

da

d d

e re

ac

ció

n

0

Detonación

Transición

Deflagración

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Page 23: Principios de Voladura

4.1.3. CARACTERISTICAS GENERALES

En la selección del explosivo más idóneo para un fin determinado, es

preciso conocer las características de cada explosivo, para a partir de

ellas, elegir el que más convenga al tipo de aplicación que precisemos.

Estabilidad química

Sensibilidad

Velocidad de detonación – Potencia explosiva

Densidad de encartuchado – Resistencia al agua.

Humos

1. Estabilidad química

La estabilidad química de un explosivo es la aptitud que éste posee para

mantenerse químicamente inalterado durante un cierto tiempo.

Esta estabilidad con la que el explosivo parte de fábrica, se mantendrá

sin alteraciones mientras las condiciones de almacenamiento sean

adecuadas, permitiendo al usuario tener un producto totalmente seguro y

fiable para los trabajos de voladura.

Las pérdidas de estabilidad en el explosivo se pueden dar por

almacenamiento prolongados en lugares con deficiente ventilación,

pudiendo llegarse, hasta la inutilización del explosivo.

2. Sensibilidad

La sensibilidad de un explosivo, se puede definir como el mayor o

menor grado de energía que necesita que se le comunique para que se

produzca su explosión.

Sensibilidad al detonador.

Sensibilidad a la onda explosiva – Sensibilidad al choque

Sensibilidad al rozamiento

Principios de Voladura

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Page 24: Principios de Voladura

Así dentro estos cuatro tipos de sensibilidad, puede decirse que las dos

primeras son cualidades positivas, y las dos últimas, cualidades

negativas del explosivo.

3. Velocidad de detonación

Si en el extremo de una fila de cartuchos de explosivo, colocamos

un detonador, e iniciamos éste, la detonación del explosivo se

producirá con una cierta, que es la que denominamos velocidad de

detonación del explosivo.

La detonación de un explosivo, es por tanto, la transformación casi

instantánea de la materia que lo compone en gases. Esta

transformación casi instantánea de la materia que lo compone en

gases. Esta transformación se hace a elevada temperatura, y con

un desprendimiento de un gran volumen de gases.

La velocidad de detonación es una de las principales características

a tener en cuenta a la hora de la elección de un explosivo para un

fin determinado. Así un explosivo potente que detone lentamente,

va ejerciendo o desarrollando su energía de forma progresiva

consiguiendo con su esfuerzo mover grandes bloques, mientras que

en un explosivo dotado de una velocidad de detonación alta, como

el desarrollo de la energía es casi instantáneo, provocará voladuras

espectaculares, troceando los bloques totalmente.

Para unos trabajos interesan en unos casos explosivos lentos, y en

otros explosivos de gran velocidad de detonación, de ahí la

importancia de la elección del explosivo, para obtener los mejores

resultados.

La velocidad de detonación de un explosivo se mide en metros por

segundo, y es del orden de varios miles.

Principios de Voladura

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Page 25: Principios de Voladura

4. Potencia explosiva

La potencia puede definirse como la capacidad de un explosivo para

quebrantar y proyectar la roca. Depende casi exclusivamente de la

composición del explosivo, pudiendo mejorarse ligeramente con una

adecuada técnica de voladura.

Para la medida de la potencia de un explosivo existen

diferentes técnicas, de las cuales la mas empleada es la del péndulo

balístico; por este procedimiento se mide la potencia de un explosivo

en tanto por ciento con relación a la goma pura, a la que se le asigna

por convenio la potencia 100%.

5. Densidad de encartuchado

La densidad de encartuchado es también una característica

importante de los explosivos, que depende en gran parte de la

granulometría de los componentes sólidos y tipo de materias primas

empleadas en su fabricación.

La densidad es un parámetro importante a tener en cuenta en la

carga de barrenos con agua en su interior. Así, por ejemplo, la carga,

en barrenos con agua, de explosivos de densidad inferior a 1,

independientemente de la resistencia al agua del explosivo, resulta

muy laboriosa, ya que éste flota, cosa que no ocurre con los de

densidad superior a 1.

6. Resistencia al agua

En este punto cabe diferenciar tres conceptos:

Resistencia al contacto con el agua

Resistencia a la humedad

Resistencia al agua bajo presión de la misma

Principios de Voladura

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Page 26: Principios de Voladura

Entenderemos por resistencia al agua o resistencia al contacto con el

agua, aquella característica por la cual un explosivo, sin necesidad

de envuelta especial, mantiene sus propiedades de uso inalterables

en tiempo mayor o menor, lo cual permite que sea utilizado en

taladros con agua.

Un caso normal, por ejemplo, sería el de un taladro que se encuentre

con 7 m de columna de agua.

7. Humos

Se designa con esta palabra “humos” el conjunto de los productos

resultantes de la explosión, entre los que se encuentran gases, vapor

de agua y polvo en suspensión.

Estos humos contienen gases nocivos, como Óxido de carbono o

vapores nitrosos, y su presencia en los trabajos subterráneos, puede

ocasionar molestias o intoxicaciones graves a las personas.

Principios de Voladura

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Page 27: Principios de Voladura

4.1.5. Propiedades de los Explosivos

Entre todas las propiedades de los explosivos, dos de ellas son importantes respecto a la seguridad en su empleo:

• La sensibilidad o capacidad para reaccionar con el fulminante o elemento detonador.

• La simpatía o capacidad para transmitir la onda de detonación en su masa y a otros explosivos.

Clasificación Generalizada de Rocas para Voladura

TENACES INTERMEDIAS FRIABLES

Granito – Gabro Aplita Sienita –Monzonita Diorita Granodiorita Basalto – Dolorita Norita Caliza silificada Cuarcita – Chert Hematita Silicea Hornfeld Minerales de hierro Densos

Riolita Andesita Dacita Tranquita Fonolita Obsidiana (vidrio

volcánico) Toba y brecha volcánica. Arenisca cementada Pizarra, metamórfica,

caliza Dolomita Mármol

Rocas alteradas Serpentina Yeso – anhidrita Pizarra – Filita Lutita – Arcilla Compacta Conglomerado y Brecha

no cementada Carbón

Antracita Marga – Antracita Marga

Nota: Rocas en buena condición, componentes, el grado de alteración y fisuramiento contribuyen a variar esta clasificación para cada roca.

Componentes de los Explosivos

EXPLOSIVO OXIDANTE COMBUSTIBLE SENSIBILIZADOR

DINAMITASSólidoNitrato de amonio y otras sales.

SólidoMateriales absorbentes; pulpa de madera, harina, celulosa.

LíquidosNitroglicerina, nitrocelulosa, glicol.

ANFOS Y OTROS CARBO-NITRATOS GRANULARES

SólidoNitrato de amonio granular

LíquidoPetróleo Diesel o aceites residuales, carbón.

AiresPocos vacíos de aire en los prills de nitrato de amonio.

EMULSIONES

SólidoNitratos de amonio y otras sales (soluciones salinas)

LíquidoAceites minerales, emulsiones, petróleo, parafina.

GasificaciónAire en microbalones (microesferas de vidrio) o agentes gasificantes (nitratos)

Principios de Voladura

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Page 28: Principios de Voladura

4.1.6. COMPONENTES DE LOS EXPLOSIVOS

1. Componentes del Fulminante Simple N° 8

2. Componentes de la Mecha de Seguridad

Principios de Voladura

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Pólvora negra (5 a 6 g/m)

Hilo de arrastre Cintas de

papel kraft

Forro de PVCcompuesto

Hilos de algodón con recubrimiento de brea y cargas inorgánicas como tiza, talco, etc.

Cápsula dealuminio

Carga primaria(azida de plomo: 250 mg)

Carga base(PETN: 450 mg)

Page 29: Principios de Voladura

3. Componentes del Conector de Ignición

4. Mecha Rápida

Cordón delgado y flexible que contiene una masa pirotécnica y dos alambres, cubiertos con un forro plástico que se quema con llama abierta a mayor velocidad (entre 10 y 60 s/m).Se emplea para encender las guías de los taladros mediante cápsulas conectoras, en forma secuencial.

Componentes de la Mecha Rápida

Principios de Voladura

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Forro de polietilenoONDAS DECHOQUE Alambre central de Cu,

Fe o Al

Masa pirotécnica

Cápsula de aluminio

Page 30: Principios de Voladura

Frente:

Tajeos angostos con perforación vertical y/o inclinada Conexión en serie:

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Alambre de refuerzo de Cu, Fe o Al

1 1

1 1

2

2 2

2

33

3 3

4

4

44

5 5

55

6 6

7

9 988

DetonadorEnsamblado

MechaRápida

Cara Li

DetonadorEnsamblado

CARA

LIBRE

Page 31: Principios de Voladura

Principios de Voladura

31

Mecha Rápida

Page 32: Principios de Voladura

Puentes de empalme para tajeos (Voladura masiva)

Ejemplo de Cálculo para Hallar la Longitud del Puente

Tiempo de combustión del Detonador Ensamblado de 08 pies (2,40 m):

Tiempo de Combustión: 55 s/pie

Tiempo de combustión de la Mecha Rápida:

Cálculo de la distancia que se debe hacer el puente:

Principios de Voladura

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Puented

TDE = 440 s

TMR = 35 s/m

d = (TDE / TMR) = (440 / 35) = 12,57 m

Page 33: Principios de Voladura

4.1.7. PRUEBAS CON LOS EXPLOSIVOS

1. Prueba Trauzl - Potencia relativa

Explosivo patrón: Gelatina Explosiva 560 cm3 (100%).

2. Prueba Hess – Poder rompedor

Bloque de plomo

Principios de Voladura

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Masa explosiva

Disco de acero

Cebo

Masa explosiva

Disco de acero

Bloque de plomo

Fulminante

Expansión producida por la detonación de la muestra explosiva expresada en cm3,

menos el volumen de la cavidad inicial

Deformación exterior del molde de plomo

Mecha y fulminante N° 06

Cavidad cilíndrica de 62 cm3 (*)

Explosivo a ensayar (10 g)

Molde de plomo de dimensiones específicas

Page 34: Principios de Voladura

3. Prueba D´Autriche – Velocidad de detonación

4. Densidad para Productos Encartuchados

Principios de Voladura

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D = W/ ∆ V

Donde:D = densidadW = peso del cartucho∆ V = diferencia de volúmenes

∆ V

Page 35: Principios de Voladura

5. Presión de Detonación de un Explosivo

La presión de detonación de un explosivo está dada por la fórmula siguiente:

PD = 0,25 x De x VOD2 x 10-5

En donde:

PD : presión de detonaciónDe : densidad del explosivoVOD : velocidad de detonación del explosivo

6. Prueba de Transmisión ó Detonación por Simpatía

Principios de Voladura

35

Page 36: Principios de Voladura

4.2. AGENTES DE VOLADURA

1. Nitrato de Amonio

El Nitrato de Amonio es una sal inorgánica de color blanco cuya composición es: Se obtiene por reacción del amoniaco y el ácido nítrico:

3H2 + N2 2NH3 (Amoníaco)NH3 + HNO3 NH4NO3 (Nitrato de Amonio)

Aisladamente, no es un explosivo, pues sólo adquiere tal propiedad cuando se mezcla con una determinada cantidad de combustible y reacciona violentamente con él aportando oxígeno.

ANFO

El ANFO es un agente de voladura granular, seco, compuesto por una mezcla de Nitrato de Amonio poroso y petróleo diesel N° 2.

La mezcla ideal corresponde al 94,3 % de Nitrato de Amonio (oxidante) y 5,7 % de petróleo (combustible), en pesos, para el mejor balance de oxígeno en la detonación.

Esta mezcla proporciona el 100 % de energía útil y la menor generación de gases nocivos.

Requisitos fundamentales que debe cumplir el ANFO:

• Porosidad: Los poros son indispensables para la generación de puntos calientes en la detonación del ANFO, por compresión adiabática del aire (sensibilizador) por la onda de choque iniciadora del cebo.

• Absorción del petróleo (mínima en porcentaje).• Retención del petróleo (mínima en tiempo).• Cobertura antiaglomerantes (anticaking) para la fluidez del los prills en el manipuleo a granel.

Efectos de la Absorción de Petróleo en las Mezclas de ANFO

ANFO preparado al 6% de petróleo:

• El prill absorberá entre 6 y 15 % del petróleo.• Saturación del prill con petróleo.• Relación óptima para el ANFO 94 % NA y 6 % petróleo, cualquier variación resulta en pérdida de eficiencia y exceso de gases tóxicos.

Principios de Voladura

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Page 37: Principios de Voladura

Principios de Voladura

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Page 38: Principios de Voladura

Variación de La Energía Termodinámica y VOD de ANFO con el Contenido de Petróleo

En el gráfico anterior se aprecia la influencia que tiene el porcentaje de combustible sobre la energía desprendida y velocidad de detonación.Se ve que no interesan ni porcentajes inferiores ni superiores al indicado si se pretende obtener el máximo rendimiento en las voladuras.

El contenido de combustible afecta también a la cantidad de gases nocivos desprendidos en la explosión (CO + NO); cuando en las voladuras los humos producidos tienen color naranja, esto es un indicativo de un porcentaje insuficiente de petróleo, o que el ANFO ha absorbido agua de los taladros, o no se ha iniciado correctamente.

Sensibilidad del ANFO a la Iniciación

La variación de sensibilidad con la cantidad de combustible también varía, con un 2 % de petróleo la iniciación puede conseguirse con un detonador, aunque la energía disponible es muy baja y con una cantidad superior al 7 % la sensibilidad inicial decrece notablemente.

Principios de Voladura

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PORCENTAJE DE PETRÓLEO

Page 39: Principios de Voladura

Sensibilidad del ANFO a la Iniciación

Influencia del Contenido de Agua sobre la Velocidad de Detonación del ANFO

Como se ha mencionado anteriormente, con el Nitrato de Amonio, el agua es el principal enemigo del ANFO, ya que éste absorbe una gran cantidad de calor para su vaporización y baja considerable-mente la potencia del explosivo.

En cargas de 76 mm de diámetro una humedad superior al 10 % produce la insensibilidad del agente explosivo. En tales casos el único recurso de empleo consiste en envolver el ANFO en recipientes o bolsas impermeables al agua.

Influencia Del Contenido De Agua En El ANFO Sobre La Velocidad De Detonación

Principios de Voladura

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PETRÓLEO (%)

DIF

ICU

LT

AD

R

EL

AT

IVA

D

E

INIC

IAC

IÓN

CO

N

UN

D

ET

ON

AD

OR

6

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

2 3 4 5 6 7 8 9

94 % DE NITRATO DE AMONIO 6 % DE PETRÓLEO

DENSIDAD 0,82 g/cm3

Page 40: Principios de Voladura

Densidad

La densidad tiene importancia para la velocidad de detonación y los efectos de impacto de un explosivo.

Conforme la densidad del ANFO aumenta, entonces la velocidad de detonación se eleva, pero es más difícil conseguir la iniciación. Por encima de una densidad de 1,2

g/cm3, el ANFO se vuelve inerte no pudiendo ser detonado.

Modos para calcular la densidad del ANFO:

• A granel: Peso por unidad de volumen en libras o kilos/recipiente de volumen conocido (lleno).

D = W / V

• Para masas:Desplazamiento de volumen de agua de un recipiente al introducirse una masa (Método clásico del Principio de Arquímedes),

En gramos/ cm3.

(Patrón agua = 1,0 g/cm3).

• Densidad promedio del ANFO: 0,85 g/cm3

Influencia del Diámetro de la Carga sobre la Velocidad de Detonación

El diámetro de la carga es un parámetro de diseño que incide de forma decisiva en la velocidad de detonación del ANFO.

El diámetro crítico de este explosivo está influenciado por el confinamiento y la densidad de carga.

Usado dentro de taladros en roca con una densidad a granel de 0,8 g/cm3 el

diámetro crítico es de unos 25 mm, mientras que con 1,15 g/cm3 se eleva a 75 mm.

Principios de Voladura

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Page 41: Principios de Voladura

Influencia del Tamaño de los Prills en el ANFO

El tamaño de los prills de Nitrato de Amonio influye en la densidad del explosivo. Así, cuando el ANFO se reduce a menos de 100 mallas, su densidad a granel pasa a ser

0,6 g/cm3, lo que significa que si se quiere conseguir una densidad normal entre 0,8 y

0,85 g/cm3 para alcanzar unas buenas características de detonación será preciso compactarlo.

Presión de DetonaciónLa presión de detonación es un indicador significativo de la capacidad de fragmentación que posee un explosivo.

Es función de la densidad y del cuadrado de la velocidad de detonación, así:

PD = 0,25 x De x VOD2 x 10-5

Nota: PD : presión de detonación (en kbar).

De : densidad del explosivo (en g/cm3).VOD : velocidad de detonación (en m/s)

Presión de Detonación del ANFO

Para un ANFO que es producido con una mezcla de 94 % de Nitrato de Amonio y 6 % de petróleo, se tiene:

De : 0,9 g/cm3

VOD : 2 800 m/s

PD = 0,25 x (0,9) x (2 800)2 x 10-5

PD = 17,64 kbar

Principios de Voladura

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Page 42: Principios de Voladura

Iniciación del ANFO

En el cebado del ANFO, el rendimiento de un iniciador está definido por su presión de detonación, sus dimensiones y su forma.Cuanto mayor es la presión de detonación, mayor será su disponibilidad para la iniciación.

El efecto de la presión de detonación sobre la velocidad de detonación del ANFO se muestra en la gráfica siguiente.

Diámetro del Cartucho Cebo

Las condiciones que debe cumplir un iniciador para eliminar las zonas de baja velocidad de detonación del ANFO son: presión de detonación lo más elevada posible (como se mostró en la gráfica anterior) y un diámetro superior a los 2/3 del diámetro del taladro.

La longitud del iniciador también tiene importancia, ya que éste a su vez es iniciado por un detonador y presenta un determinado tramo de elevación de la velocidad de detonación.

Principios de Voladura

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CARGUÍO DE TALADROS

TALADROS DE ARRANQUE

TALADROS DE PRODUCCIÓN

TALADROS DE CONTORNO

Punto de inicio de la detonación

autosostenida

Punto de inicio

de la detonación

INICIACIÓN DE ANFO CON DETONADOR SIMPLE SOLO (NO DESEABLE)

Page 43: Principios de Voladura

.

Principios de Voladura

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