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Capítulo 12 J
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CRITERIOS DE SELECCION DE EXPLOSIVOS J
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1.
2.
INTRODUCCION
PRECIO DEL EXPLOSIVO
El coste del explosivo es evidentemente un criterio de selección muy importante. En principio, hay que elegir el explosivo más barato con el que se es capaz de realizar un trabajo determinado.
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Uno de los grupos de variables controlables por los técnicos en las voladuras es el constituido por los explosivos. La elección del tipo de explosivo forma parte J importante del diseño de una voladura y, por consiguiente, de los resultados a obtener. Los usuarios de explosivos a menudo caen en la rutina y en el espejismo de unos costes mínimos de J arranque sin tener en cuenta toda una serie de factores que son necesarios analizar para una correcta selección: precio del explosivo, diámetro de carga, caracte.../ rísticas de la roca, volumen de roca a volar, presencia de agua, condiciones de seguridad, atmósferas explosivas y problemas de suministro.
Los precios comparativos de los explosivos por unidad de peso, tomando como referencia el Nitrato Amónico, se indican en la Fig. 12.1, elaborada a partir de la de Wright (1986). Se observa que el explosivo más barato es el ANFO, que llega a suponer un consumo total entre el 50 y el 80%, según los países. Otros atractivos de este agente explosivo son la seguridad, la facilidad de almacena-
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~
.../
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PRECIOS
DE EXPLOSIVOS
(PRECIO DE REFERENCIA. NITRATO AMONICO. 100-200) 500 1.000 1.500
NITRATO AMONICO ANFO ENCARTUCHADO ANFO EN SACADO ANFO A GRANEL
J HIDROGEL ENCARTUCHADO HIDROGEL ENSACADO
COMPARATIVOS
-
EXPLOSIVOS
-
I
2.00o
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HIDROGEL
A GRANEL
.
DINAMITAS
GELATI NAS
EMU.LSIONES
A GRANEL
MEZCLA DE HIDROGEL y ANFO J
.../
J
ANFO PESADO
Figura 12.1. Precios comparativos de los explosivos industriales. 165
miento, transporte y manipulación, así como la posibilidad de la carga a granel. Pero, a pesar del bajo precio, el ANFO presenta algunos inconvenientes como son su mala resistencia al agua y su baja densidad. Al hablar del precio de los explosivos sería más correcto hacerla expresando éste por unidad de energía disponible (PTA/kcal) que por unidad de peso (PTA/kg), pues en definitiva los resultados de las voladuras dependen de la energía destínada a la fragmentación y esponjamiento de la roca. Por otro lado, no hay que olvidar que el objetivo de las voladuras es realizar el arranque con un coste mínimo, y que en rocas duras la perforación es una operación muy onerosa que puede llegar a compensar ampliamente la utilización de explosivos caros, pero más potentes, o cargas selectivas formadas por un explosivo denso y de alta energía en el fondo y otro menos denso y de energía media en la columna.
15% ALUMINIO 0% EMULSION
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BARRENOS B. SECOS OSECOS CON AGUA
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CON AGUA
50% EMULSION 0% ALUMINIO
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BARRENOS
100% EMULSION 0% ALUMINIO
I 10
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POTENCIA VOLUMETRICA (Relativa
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al ANFO de O,B5g/cm3) "
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Fig. 12.3. Relaciones entre las PRP y las PRV de distintas combinaciones de explosivos de ANFO, emulsión y ANFO Pesado con diferentes adiciones de aluminio.
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1 VOLADURA
Cuando se utilizan explosivos cuya velocidad de detonación varía fuertemente con el diámetro, como es " el caso del ANFO,hay que tomar las siguientes precau. ciones:
I
EMULSION
+ ANFO
Figura 12.2. Costes relativos de perforación y voladura en rocas duras para distintas alternativas de carga.
Para un diseño geométrico de voladura fijado, utilizando un diámetro de barreno dado, el menor coste se obtendrá empleando un explosivo que prG'Porcionela potencia requerida al menor coste por urÍidad de longi- ". tud de barreno cargada. La posible elección del producto explosivo se muestra en la Fig. 12.3. que presenta la relación entre Potencia Relativa en Peso y Potencia Relativa en Volumen de diferentes tipos de ANFO, emulsiones y ANFO Pesado aluminizados y no aluminizados. Esta figura también muestra cuando pueden usarse los distintos explosivos en barrenos con agua, secos o desaguados: Para una Potencia Relativa en Volumen dada, la Fig. 12.3. refleja que hay una amplia gama de explosivos que pueden elegirse para un esquema de voladura dado. Así pues, desde un punto de vista económico, el mejor explosivo no es el más barato sino aquel con el que se consigue el menor coste de voladura. 166
3. DIAMETRO DE CARGA
I
'r'-'-'-'-'~PERFORACION
ALANFO + ANFO
"-
-
Con barrenos de diámetro inferior a 50 mm es preferible, a pesar del mayor precio, emplear hidrogeles o dinamitas encartuchadas.
-
Entre 50 y 100 mm el ANFO es adecuado en las voladuras en banco como carga de columna y en las voladuras de interior aumentando la densidad hasta un 20% con cargadoras neumáticas y cebándolo de forma efectiva. Cuando se usan hidrogeles, tanto a cielo abierto como en interior, éstos son generalmente encartuchados y sensibles al detonador. Por encima de los 100 mm, no existen problemas con el ANFO, aunque en rocas duras es preferible diseñar las columnas de forma selectiva y con un buen sistema de iniciación. En los calibres grandes con las diferentes mezclas explosivas a granel (ANFO, hidrogeles, emulsiones y ANFO pesado) es muy económico realizar la carga COn medios mecánicos.
-
Por último, los explosivos gelatinosos y pulverulentos encartuchados se siguen usando en diámetros pequeños, pero en calibres de tipo medio están siendo sustituidos por los hidrogeles y emulsiones encartuchadas.
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4. CARACTERISTICAS DE LA ROCA
-
Reducir la Presión de Sarreno, mediante el desacoplamiento de las cargas o adición de materiales inertes. (ANFOPS).
./
Las propiedades geomecánicas del macizo rocoso a volar conforman el grupo de variables más importante, no sólo por su influencia directa en los resultados de ./
las voladuras sino además por su interrelación con otras variables de diseño. Si se clasifican las rocas en cuatro tipos,los criterios
./
./
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de selección recomendados son: 4.1. Rocas masivas resistentes
En estas formaciones las fracturas y planos de debilidad existentes son muy escasos, por lo que es nece./ sario que el explosivo cree un mayor número de superficies nuevas basándose en su Energía de Tensión "ET". Los explosivos idóneos son pues aquellos con ./
6,0
una elevada densidad y velocidad de detonación: hidrogeles, emulsiones y explosivos gelatinosos.
w 0,6 a:: 1z w o ow Q,2 :2: o 1-
ANFO
Z
~0,06 <[ <3
rr en
w 002. 6,25
12,5
25P RESISTENCIA
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4.2. Rocas muy fisuradas ./
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Los explosivos con una alta "ET" tienen en esos macizos muy poca influencia sobre la fragmentación final, pues cuando se empiezan a desarrollar las grietas radiales éstas se interrumpen rápidamente al ser intersectadas por fracturas preexistentes. Por ello, interesan explosivos que posean una elevada Energía de los Gases "EB", como es el caso del ANFO.
./
4.3. Rocas conformadas en bloques
./
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En los macizos con un espaciamiento grande entre discontinuidades que conforman bloques voluminosos in-situ y en los terrenos donde existen grandes bolos dentro de matrices plásticas, la fragmentación está gobernada fundamentalmente por la geometría de la voladura y en menor grado por las propiedades del explosivo. En estos casos se aconsejan explosivos con una relación "ET/EB" equilibrada, como pueden ser el ALANFOy el ANFO Pesado.
4.4. Rocas porosas
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En este tipo de rocas se produce una gran amortiguación y absorción de la "ET", realizándose prácticamente todo el trabajo de rotura por la "ES". Además de seleccionar los explosivos idóneos, que serán aquellos de baja densidad y velocidad de detonación como el ANFO,se recomiendan las siguientes medidas para retener los gases dentro de los barrenos el mayor tiempo posible:
./
./
/
-
Controlar la longitud y material de retacado Dimensionar la piedra correctamente Cebar en fondo
5Op
lOOP
A LA COMPRES
200,0
400,0
ION (MPa)
Figura 12.4. Selección de explosivos en función de las propiedades geomecánicas de los macizos rocosos (Brady y Brown, 1985).
5.
VOLUMEN DE ROCA A VOLAR
Los volúmenes de excavación a realizar y ritmos de trabajo marcan los consumos de explosivo a efectuar dentro de las operaciones de arranque. En las obras de mayor envergadura las cantidades de explosivo pueden llegar a aconsejar su utilización a granel, ya que posibilitan la carga mecanizada desde las propias unidades de transporte, se reducen los costes de mano de obra dedicada a dicha operación y se aprovecha mejor el volumen de roca perforado.
6. CONDICIONES ATMOSFERICAS Las bajas temperaturas ambientales influyen fuertemente en los explosivos que contienen NG, ya que tienden a congelarse a temperaturas inferiores a BOC. Para solventar este problema se utilizan sustancias como el Nitroglicol que hacen que el punto de congelación pase a -20°C. Las altas temperaturas también dan lugar a inconvenientes que hacen el manejo del explosivo peligroso como es el caso de la denominada exudación. Con el desarrollo de los hidrogeles, esos riesgos han desaparecido prácticamente, aunque con el frío los encartuchados se hacen más insensibles y se precisa una mayor energía de iniciación. El ANFO tampoco se ve afectado por las bajas temperaturas si el cebado es eficiente, pero en ambientes calurosos es preciso controlar la evaporación del combustible líquido. 167
PRESENCIA
7~
DE AGUA
....
Cuando el ANFO se encuentra en un ambiente que le aporta una humedad superior al 10% se produce su alteración que impide la detonación de la mezcla explosiva. Así, cuando los barrenos contengan agua se 'procederá de las siguientes formas: -
Si la presencia de agua es pequeña, el ANFO triturado se encartuchará dentro de fundas de plástico, alcanzándose densidades próximas a 1,1 g/cm'. El cebado deberá ser axial, pues de lo contrario si uno de los cartuchos resulta dafíado y su carga alterada se interrumpirá la detonación dentro de la columna.
-
Si la cantidad de agua alojada es mayor y no es practicable el procedimiento anterior se puede efectuar el desagüe de los barrenos con una bomba e introducir a continuación una vaina de plástico de resistencia adecuada y proceder a la carga del ANFO a granel.
-
Si la afluencia de agua a los barrenos impide el desagüe, se pueden utilizar explosivos como los hidrogeles y emulsiones a granel, bombeándolos o vertiéndolos, o explosivos gelatinosos e hidrogeles encartuchados. En este último caso la altura que alcanzaría el agua se puede estimar con la siguiente expresión:
....
.....
Hf = Ha X D2 D2 - d2
Hf = Altura final del agua. inicial
del agua.
D
= Diámetro
del barreno.
d
= Diámetro
del cartucho
9.
.r PROBLEMAS DE ENTORNO
Las principales perturbaciones que inciden sobre el área próxima a las voladuras son las vibraciones y onda aérea. Desde el punto de vista del explosivo, aquellos que presentan una elevada «ET» son los que dan lugar a un mayor nivel de vibraciones. Así, si es factible, será mejor utilizar ANFO que hidrogeles. El seccionado y secuenciado de cargas se puede realizar también con explosivos a granel y encartuchados aplicando diferentes técnicas de iniciación. 168
HUMOS
de explosivo.
En los casos de poca agua o bombeo viable, el ANFO Pesado ha abierto unas nuevas expectativas de abaratamiento de las voladuras.
8.
Empleo de hidrogel vertible en barrenos con agua.
En cuanto a la onda aérea, se recomienda que el explosivo tenga una relación «ET/EB» equilibrada y sobre todo que se controle el diseño geométrico de la voladura.
donde:
Ha = Altura
Foto 12.1
Aunque muchos explosivos están preparados para que tengan un equilibrio de oxígeno que maximice la energía desarrollada y minimice los gases tóxicos de detonación, es inevitable la formación de humos nocivos con un cierto contenido en gases nitrosos y CO. Los humos intervienen como criterio de elección sólo en los trabajos subterráneos y es preciso señalar que más que un problema propio del explosivo suele ser un problema de insuficiencia de ventilación de las labores. La presencia de fundas de plástico, diámetros de carga inadecuados o iniciaciones ineficientes pueden dar lugar a un elevado volumen de humos. Los hidrogeles sensibles al detonador dan generalmente gases con buenas características, mientras que con los hidrogeles a granel hay que tomar ciertas precauciones, lo mismo que con el ANFO que produce una elevada concentración de gases nitrosos. Los explosivos gelatinosos son generalmente buenos, pero no así las dinamitas con alto contenido en
NA.
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10.
12.
CONDICIONES DE SEGURIDAD
PROBLEMAS DE SUMINISTRO
J
Un punto de equilibrio, a veces no fácil de lograr en un explosivo,es el binomio sensibilidad-seguridad. Los
Por último, hay que tener en cuenta las posibilidades reales de suministro en función de la localización de
explosivos gelatinosos tienen una alta sensibilidad, pero si en la pila de escombro queda por algún motivo (descabezamiento de barrenos, rotura de cordón deetc.), restos de explosivo y es necesario el . tonante, ../ empleo de maquinaria pesada: tractores de orugas o excavadoras, puede producirse la detonación con riesgo para el personal de operación. Este problema J se ha resuelto con el empleo de los hidrogeles y emulsiones que son insensibles a los golpes, fricciones y estímulos subsónicos, pero poseen un grado J de sensibilidad adecuada para la iniciación.
los trabajos y puntos de abastecimiento de los explosivos y accesorios. Asimismo, si se dispone de polvorines propios será necesario considerar los tiempos de almacenamiento y las variaciones de las características explosivas de algunos de los productos.
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11.
ATMOSFERAS EXPLOSIVAS
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BIBLlOGRAFIA
Las excavaciones que se realizan con atmósferas
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potencialmente inflamables con grisú o polvo, tanto en
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minas de carbón como en otras explotaciones metálicas e incluso de obra pública, pueden dar lugar a grandes catástrofes si se producen explosiones secundarias. Por ello, en esos proyectos es preciso efectuar un estudio de la atmósfera y entorno próximo a la voladura para tomar la decisión de utilizar explosivos de seguridad y/o inhibidores en el material de retacado.
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CROSBY, W. A. y PINCO, M. E.: «When to Use aluminium in Bulk Explosives». Explosives Engineering, Vol. 9. N. 2. July/August. 1991. DICK, R. A. et al.: «Explosives and Blasting Procedures Manual». U.S. Bureau of Mines. 1982. LOPEZ JIMENO, E. «Implantación de un Método de Cálculo y Diseño de Voladura en Banco». Tesis doctoral. E. T. S. Ingenieros de Minas de Madrid, 1986. MANON, J. J.: «How to Select An Explosive or Blasting Agent for A Specific Job». E/MJ May 1977. UNION ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS: «Explosivos y Accesorios». 1981. WRIGHT, K. W.: «Effective Blast Round Desing Selecting the Right Explosive for the Right Job». World Mining Equipment March, 1986.
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