Explosivos

2009-2010

EXPLOSIVOS

José Manuel Durán Sánchez 70.581.444-X

UCLM - EUPA

EXPLOSIVOS – ITM. Explotación de Minas

TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOS EXPLOSIVOS. Los explosivos son mezclas de varios componentes cuya finalidad es la de asegurar el uso de los mismos. La explosión es una reacción química muy rápida que va a producir una gran cantidad de gases a una elevadísima presión y temperatura. Se ha comprobado que el volumen de gas es 10.000 veces al del cartucho. Son precisamente estos gases los que van a producir el trabajo de los explosivos desprendiendo desprendiendo gran cantidad de roca, r oca, pero para que esto se produzca es necesario que el explosivo este perfectamente encerrado en un recipiente que en nuestro caso es un agujero que se realiza en la tierra o roca y denominamos barreno. El barreno nunca hay que llenarlo entero hasta la boca, se llena hasta una altura de ahí arriba se llena de tierra para que los gases se escapen. El tapón se denomina retacado. El retacado tiene como misión tapar lo mejor posible. El mejor sería el hormigón pero es caro y un lio, por tanto se usa el detritus que se ha sacado del sondeo y se prensa. Si los gases no estuvieron encerrados, es decir, explota el cartucho en el aire éste no produce ningún trabajo productivo, pero al ser la reacción tan rápida se produce un estruendo y la consiguiente onda expansiva, por tanto rompe los cristales, los tímpanos a las personas. La nitroglicerina pura es un explosivo de gran potencia y que es líquido, su problema es que que se congela congela a

8ºC, si esto sucede sucede aparecen aparecen unos cristales sólidos

sumamente peligrosos, explotan con una gran facilidad, por ello la nitroglicerina pura nunca se usa como explosivo por su peligrosidad, es necesario mezclarlo con otros productos que hagan hagan segura su utilización como explosivo industrial, industrial, de hecho es uno de los principales componentes de los explosivos ex plosivos más usando como “las gomas” .

José Manuel Durán Sánchez


TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LOS EXPLOSIVOS. Los explosivos son mezclas de varios componentes cuya finalidad es la de asegurar el uso de los mismos. La explosión es una reacción química muy rápida que va a producir una gran cantidad de gases a una elevadísima presión y temperatura. Se ha comprobado que el volumen de gas es 10.000 veces al del cartucho. Son precisamente estos gases los que van a producir el trabajo de los explosivos desprendiendo desprendiendo gran cantidad de roca, r oca, pero para que esto se produzca es necesario que el explosivo este perfectamente encerrado en un recipiente que en nuestro caso es un agujero que se realiza en la tierra o roca y denominamos barreno. El barreno nunca hay que llenarlo entero hasta la boca, se llena hasta una altura de ahí arriba se llena de tierra para que los gases se escapen. El tapón se denomina retacado. El retacado tiene como misión tapar lo mejor posible. El mejor sería el hormigón pero es caro y un lio, por tanto se usa el detritus que se ha sacado del sondeo y se prensa. Si los gases no estuvieron encerrados, es decir, explota el cartucho en el aire éste no produce ningún trabajo productivo, pero al ser la reacción tan rápida se produce un estruendo y la consiguiente onda expansiva, por tanto rompe los cristales, los tímpanos a las personas. La nitroglicerina pura es un explosivo de gran potencia y que es líquido, su problema es que que se congela congela a

8ºC, si esto sucede sucede aparecen aparecen unos cristales sólidos

sumamente peligrosos, explotan con una gran facilidad, por ello la nitroglicerina pura nunca se usa como explosivo por su peligrosidad, es necesario mezclarlo con otros productos que hagan hagan segura su utilización como explosivo industrial, industrial, de hecho es uno de los principales componentes de los explosivos ex plosivos más usando como “las gomas” .



1.1. Características generales de los explosivos. Un explosivo es una mezcla de productos, unos combustibles y otros oxidantes que iniciados debidamente dan lugar a una reacción muy rápida y a una gran producción de calor, en esta reacción se producen gran cantidad de gases a una alta presión y temperatura. Dependiendo del tipo de explosivo su composición será distinta y también será distinta sus propiedades finales. Esto quiere decir que para cada tipo de aplicación se debe seleccionar el explosivo más eficaz. Las características esenciales que se debe conocer de cada explosivo para poder elegir el que más convenga al tipo de aplicación son las siguientes: Estabilidad química Sensibilidad Velocidad de detonación Potencia explosiva Densidad de encartuchado Resistencia al agua Humos

1.1.1 Estabilidad química: La capacidad o aptitud de un explosivo de ser guardado y almacenado sin perder ninguna de sus propiedades químicas durante un cierto tiempo. Es fundamental guardar los explosivos como reserva para las voladuras por si en el transporte algo falla. Los explosivos se guardan en un sitio llamado polvorín, hay polvorines que son portátiles y que tienen una capacidad limitada, pero si las cantidades a guardar se pueden hacer en cuevas que cumplan todo y estén autorizadas por industria para una determinada capacidad. Si estos explosivos tuvieran humedades ciertos tipos de explosivos no se pueden guardar en él como las l as nagolitas “NAFOS”. El problema que tienen estos es que absorben el agua y si esto se produce se “ jodió” jodió” el explosivo. Por tanto nunca guardarlo en polvorines húmedos. Por otro lado están las gomas que se comportan perfectamente ante la humedad. Por tanto hay productos que tienen una buena estabilidad (gomas) y unos que mala (nagolitas). *Está completamente prohibido guardar explosivos y detonadores juntos. Antiguamente se transportaban en vehículos distintos, en la actualidad los explosivos van en un camión y detrás un carro especial habilitado para los detonadores.



1.1.2 Sensibilidad Capacidad o facilidad de detonar, es decir, mayor o menor grado de energía que necesita que se la comunique para que se produzca su explosión. Los explosivos sensibles son fáciles de hacerlos explotar pero también es más fácil que se produzca una explosión fortuita, el tiempo de carga de la voladura es menor y teniendo en cuenta que cuando los explosivos entran por la corta es necesario parar toda la instalación, la rapidez en la voladura es fundamental. Por el contrario si son explosivos poco sensibles, es decir, muy seguros posiblemente no se pueden explotar con detonadores convencionales, y necesitan detonadores de mayor potencia e incluso multiplicadores. La carga es más lenta y por tanto el m3 podría salir más caro. En cualquier caso la diferencia entre los explosivos industriales es poca, siendo ambos lo suficientemente seguros para usarlos sin problema. Sensibilidad a la onda explosiva. Los laboratorios para comparar la onda explosiva. Se coloca un cebo. Se va explotando cada vez más cerca (d, d‟, d‟‟, d‟‟‟ …) hasta que explotamos el otro. Hay tenemos la sensibilidad de onda.



1.1.3 Velocidad de detonación. Se expresa en m/s, suele estar entre los 2000 m/s (nagolita) y 7000 m/s (gomas). Voladura de gran velocidad para el estéril y así volar media montaña, de poca velocidad para roca ornamental. Se le llama velocidad de detonación y se expresa en m/s a la velocidad de propagación de la explosión en un determinado explosivo. Supongamos un cartucho de 7‟5km y lo iniciamos en uno de sus extremos, los 7‟5kms de cartucho tardan un segundo en llegar al final. Es una característica fundamental a la hora de seleccionar el explosivo idóneo, para una aplicación se deberá elegir un explosivo con una elevada velocidad cuando queramos producir mucho y tamaños pequeños, por el contrario elegir un explosivo de poca velocidad si queremos obtener grandes bloques. La velocidad de detonación de los explosivos industriales oscila entre los 2000 m/s (nagolitas) a los 7000-7500 m/s de las gomas. Las pólvoras negras tienen muy poca velocidad y permiten sacar grandes bloques.

V = velocidad buscada. v = Velocidad de mecha. (Conocida). t = BC + CE V

v

BC = BE – CE V

v

= BE

(1)

v V =

BC

. v

BC – CE


(2)


1.1.4 Potencia explosiva . La potencia puede definirse como la capacidad de un explosivo para quebrantar y proyectar la roca. Depende de la composición del explosivo, aunque puede mejorarse con una adecuada técnica de la voladura. La potencia se toma en base a un patrón asignado a la goma pura, que se le asigna por convenio el 100%, de modo que un explosivo del 75% tiene una potencia que es el 75% de la goma pura.

1.1.5 Densidad de encartuchado. La densidad de encartuchado es también una característica muy importante de los explosivos. Depende más de la fábrica que del usuario y sobre todo de las materias primas empleadas en su fabricación. Si tenemos que cargar barrenos con agua física en su interior, los explosivos empleados debían de tener una densidad superior a la unidad. Porque teniendo en cuenta que la máxima responsabilidad de un explosivo está en el fondo del barreno, tiene que estar completamente lleno de explosivos. Si el explosivo tiene una densidad menor de 1, el explosivo flotaría en el agua y nunca se debería emplear en estas condiciones. Todos

los

explosivos

gelatinosos

(gomas,

riogeles,…)

se

comportan

perfectamente en este sentido (densidad > 1). Por el contrario los explosivos pulverulentos como las nagolitas jamás se deben poner en contacto con el agua por 2 motivos. 1º Su densidad es inferior a 1 y flotan 2º En contacto con el agua se descomponen



1.1.6 Resistencia al agua: Cabe diferencias 3 conceptos: 1º Resistencia al contacto con el agua 2º Resistencia a la humedad 3º Resistencia al agua bajo presión de la misma (voladuras submarinas). Se entiende por resistencia al agua a aquella característica por la cual un explosivo sin necesidad de envoltura especial. Mantiene sus propiedades de uso inalteradas en un tiempo mayor o menor lo cual permite que sea empleado en barreno con agua. Un caso frecuente sería el de un barreno que se encuentran con la mitad de su longitud lleno de agua, en este caso se usan gomas, riogeles o emulsiones. Todos estos productos que poseen una buena o excelente resistencia al agua. Los explosivos pulverulentos (nagolitas) están totalmente desaconsejados porque sus componentes pueden disolverse en el agua inutilizando el producto. Por regla general los explosivos gelatinosos (gomas) son explosivos de alta densidad, mientras que los pulverulentos (nagolitas), tienen una densidad bastante menos. Si de lo que hablamos son de paredes húmedas, pero no con agua también podrían usarse explosivos pulverulentos para ello tenemos dos posibilidades. 1º Hacer el pedido de nagolita en vez de en saco, pedirlo como nagolita encartuchada de plástico, problema es más cara que la de granel, pero se moja menos. 2º Utilizar la nagolita a granel en sacos de 50kgs pero de manera que el contacto con las paredes sea el más corto posible, es decir, reducir al máximo el tiempo de carga de los barrenos. Poner el mayor número de artilleros posibles y gente a ayudar, o bien hacerlo en 2 partes, se carga una se vuela, y luego se carga la otra y se vuela.



1.1.7 Humos Se designa con esta palabra al conjunto de los productos resultantes de la explosión. Estos humos contienen gases nocivos como CO y vapores nitrosos, y su presencia a los trabajos subterráneos puede ocasionar intoxicaciones graves a las personas. En los trabajos subterráneos el explosivo tiene que tener una combustión completa que proporciona suficiente cantidad de oxígeno para que todo el CO pasa a ser CO2, por el contrario en la minería a cielo abierta está permitido el empleo de todo explosivo industrial.



TEMA2. BALANCE DE OXÍGENO EN LAS REACCIONES EXPLOSIVAS: COMBUSTIÓN COMPLETA E INCOMPLETA. Independientemente de la influencia que tiene el oxígeno las características de los explosivos hay un hecho fundamental sobre el que el oxígeno es el eje principal. En la minería subterránea no deben de utilizarse explosivos que den lugar al peligroso CO que es un gas que se fija en la sangre paralizando las funciones vitales sin que la agonía se advierta, y sin que se pueda prever porque este peligroso gas es incoloro, inoloro e insípido. Para lograr estos objetivos el oxígeno tiene que están en la proporción necesaria para que la combustión sea completa, dando así lugar a que todos los átomos de carbono se oxiden completamente y pasen a anhídrido carbónico (CO + O = CO 2), que las de hidrógeno den lugar a agua pudiendo estar presentes también las moléculas del inerte nitrógeno y también las de exceso de oxígeno si las hubiese. Ejercicio.1. Calcular el coeficiente “m” de la nitroglicerina en un explosivo preparado con nitrocelulosa así como la composición centesimal de esta mezcla explosiva para que se verifique una combustión perfecta.

    Pm: 227.      Pm: 1008

             C → 24 + 3m = P H → 32 + 5m= 2q O → 36 + 9m= 2p + q N → 8 + 3m= 2n

m= 56

→ 1008 + 56·227= 13720

x= 7’34% y= 92’66%



Ejercicio.2. Calcular la composición centesimal de la mezcla de 5 moles de trinitrofenol y nitrato amónico para tener una combustión completa.

     Pm: 229.     Pm: 80.                  C→6=P H → 3 + 4m= 2q O → 7 + 3m= 2p + q N → 3 + 2m= 2r m= 6‟5

→ 229 + 6‟5·80= 749

x= 229/749= 0‟305 → 30‟5% y= 100- 30‟5= 69‟5%

Ejercicio.3. Calcular la composición centesimal de una mezcla de 7 moles de trinitrofenol y chelita para que se dé una combustión completa.

     Pm: 229.    Pm: 117’5.                    C→6=P H → 3 + 4m= 2q O → 7 + 4m= 2p + q N → 3 + m= 2s Cl → m= 2r m= 13/4= 3‟25 229 + 117‟5 · 3‟25= 610‟875 X= 229/ 610‟875= 0‟3748 → 37‟48% y= 100-37‟48% = 62‟52%



Ejercicio.4. Calcular la composición centesimal de un explosivo preparado con tetralita y clorato potásico.

      Pm: 287.    Pm: 123’5.                    C→7=P H → 5= 2q O → 8 + 3m= 2p + q N → 5 = 2s Cl → m= 2r m= 8‟5/3 = 2‟833 287 + 123‟5 · 2‟833= 637 X= 287/ 637= 0‟45 → 45% y= 100-45% = 55%



Balance de oxígeno. Es normal expresar el exceso o defecto de oxígeno de un explosivo en % en relación al peso molecular del mismo. Considerando los principales ingredientes de las mezclas explosivas, puede decirse que todos los nitratos, cloratos y percloratos tienen exceso de oxígeno, es decir, un balance de oxígeno positivo, también tiene balance de oxígeno positivo la nitroglicerina. El resto de los explosivos tiene balance de oxígeno negativo.

Ejercicio. 5. Determinar el balance de oxígeno de la tetranita, cuya relación explosiva es:

     2·287= 584                      Para obtener una combustión completa nos sobra el CO y el H2.

                         17·32/2 = 272 272/584= 0’478 → - 47’38%

Ejercicio. 6. Determinar el balance de oxígeno de la nitroglicerina (PM= 227) cuya reacción es:

      

           

16·2 / 4= 8 (oxígeno) 8/227= 0’0352 → 3’52%



Ejercicio. 7. Calcular el coeficiente m de la sidrita en una mezcla con trinitrofenol,

sabiendo que la mezcla para que se verifique es de 37’5% de trinitrofenol y 62’5 de sidrita.

      117’5m= 143’125 + 73’4375m m= 143’125/ 44’0625= 3’25

Ejercicio. 8. Calcular m del trinitrofenol preparado con nitrato amónico sabiendo que en la mezcla hay un 30’57% de trinitrofenol y 69’43% de nitrato amónico

      80m= 158’99 + 55’594m m= 158’99/ 24’456= 6’5

Ejercicio. 9. Calcular el balance de oxígeno de los siguientes cuerpos.

           Por tanto faltaría una molécula de O 2 (PM=32). PM= 316 32/316= 0’1012 → - 10’12%

            5·32/ 2= 80 80/ 235= 0’3404 → 34’04%

                                          27·32/2 = 432 432/482= 0’8962 → - 89’62%



**Explosivos comerciales Una vez conocidas las principales características de los explosivos, así como su balance de oxígeno, ha llegado el momento de conocer los industriales. Los vamos a dividir en 2 grupos los que llevan nitroglicerina (A) y los que no llevan esta (B).

TEMA 3: EXPLOSIVOS (Dinamitas).

CON

NITROGLICERINA

Se entiende como dinamitas a unas mezclas todas sensibles al detonador y cuyo principal ingrediente es la nitroglicerina. Su número es tremendamente variado según los países y marcas comerciales. En función de los componentes adicionales que mejoran la utilización de las dinamitas.

3.1. Principales aditivos de las dinamitas. Explosivos bases: Nitroglicerina y nitrocelulosa Explosivos complementarios: Trinita, trinitrobenceno, etc… Aditivos generadores de oxígeno: Nitratos (amónico, sódico, potásico), cloratos,

percloratos, etc… Sustancias que aumentan la potencia: Polvos de aluminio, silicio y magnesio. Sustancias modificadoras de la temperatura: Cloruro sódico y bicarbonato de

sosa.

3.2. Clases de dinamitas. Gomas iniciales: están constituidas principalmente por nitroglicerina y nitrocelulosa, también pueden llevar en su composición otros componentes de los ya mencionados que les dan características especiales.

Las ventajas más importantes son: 1º su consistencia plásticas. 2º su gran densidad. 3º su elevada resistencia al agua.



Tienen una gran potencia siendo la goma pura el más potente de todos los explosivos industriales. Poseen además una elevada sensibilidad y gran velocidad de detonación. Y ha sido precisamente su gran sensibilidad, unido a su alto precio lo que ha provocado que estos explosivos estén hoy en desuso siendo sustituidos por las “gomas especiales”. Incorporan como agente oxidante el nitrato amónico que además actúa como oxidante para lograr que la combustión sea completa, tiene una potencia análoga a la de las gomas anteriores pero con menores proporciones de nitroglicerina y por tanto menor coste por m3 volado. Por tener nitrato amónico la resistencia al agua es algo menor que las gomas normales, sin embargo se pueden usar sin ningún problema en barrenos llenos de agua. Su mayor aplicación es como carga de fondo de barrenos de mediano y gran diámetro, para voladuras en rocas de dureza dura y muy dura. Para diámetro por debajo de 2‟‟ suele ser el explosivo base. Dado que para el NAFO (nagolitas) este diámetro está próximo al crítico. “Se define diámetro crítico a aquel cuyo diámetro inferior, el explosivo no explota”.



TEMA 4. EXPLOSIVO DE BAJA DENSIDAD: ANFONAFO-NAGOLITA. Son unos explosivos llamados pulverulentos (un grano es parecido a un grano de arroz) y desde 1975 año en que se empezaron a usar, más de la mitad de los explosivos usando en el mundo son ANFOS. Su importancia en el conjunto de las voladuras y las características de sus componentes han permitido investigaciones para el mejor conocimiento y aprovechamiento de sus características detonantes.

4.1 ANFOS. Características más importantes. Desde que en 1947 tuvo lugar la desastrosa explosión en una fábrica de nitrato amónico en Texas “USA”. A parte de otras consecuencias este fenómeno hizo centrar a los fabricantes de explosivos para estudiar sus posibilidades como explosivo nato. En la década de los 60‟s se empezó a emplear con cierto éxito e n Canadá. Un explosivo a base de nitrato amónico sensibilizado con un combustible barato como el fuel-oil. Así surgió el ANFO (amonic nitrate fuel oil) que por su potencia relativamente elevada, su facilidad de manipulación y su bajo precio, ganó con rapidez la supremacía en la mayor parte de canteras y minas a cielo abierto. El ANFO es una mezcla simple de nitrato amónico en forma de granos “pills” y de fuel-oil, en una proporción de 94‟5% de nitrato amónico y 5‟5% de fuel -oil. En el buen rendimiento que podemos sacar de las nagolitas va a depender de 2 factores. A) El que depende del fabricante (características intrínsecas). B) Factores que dependen del usuario (factores externos). Las características intrínsecas son:

A) Tamaño y tipo de grano. B) Contenido de fuel-oil. C) Contenido en agua. D) Sensibilidad Factores externos

A) Densidad de carga B) Diámetro de la carga C) Iniciadores



4.1.1. Características intrínsecas: Tamaño y tipo de grano. Los granos tienen un tamaño similar al de un grano de

arroz, son porosos y tienen un tono amarillento debido a un colorante que se le añade y cuya misión es conseguir que la mezcla de nitrato y fuel-oil sea lo más homogénea posible.

Contenido en fuel-oil. La figura representa la velocidad en la detonación en

función del % de fuel-oil. La máxima velocidad de detonación se consiguen con el 94‟5%, mezcla que también está equilibrada en oxígeno, ni le falta ni le sobra.

Si nos movemos en la zona A, tendremos más cantidad de nitrato amónico y como este cede oxígeno, habrá exceso de oxígeno. Por el contrario se aumentamos el % de fuel-oil el nitrato amónico baja y por ende hay un defecto de oxígeno. Debido a esto deficiente combustión se va a producir CO cosa totalmente prohibida en la minería subterránea. Por tanto nagolitas nunca en subterránea. Contenido en agua. Teniendo en cuenta la figura, la máxima velocidad es con

0% de agua, a partir de ahí a medida que aumentamos el contenido de agua la velocidad disminuye, a partir del 9% de agua es un desastre.



Sensibilidad. La sensibilidad de la nagolita es mala pero puede aumentarse,

aumentando su densidad, si volcamos el saco es de unos 0‟6gr/cm3, pero si apisonamos aumento la densidad, pero ojo! Lo ideal es 0‟8-0‟85gr/cm3 pero como seamos muy animales y nos pasemos de 0‟95gr/cm3 hacemos i nsensible la nagolita.

4.1.2. Factores externos. La figura muestra la influencia de la densidad de carga sobre la velocidad de detonación. Se observa que el aumento de la velocidad de detonación es casi lineal con el aumento de la densidad. En la figura se muestran tres diámetros de sondeo siendo casi paralelas las tres curvas. La densidad de carga debe conseguirse en el proceso mismo de su colocación en el barreno mediante técnicas que van desde el compactado hasta el llenado por cargadores especiales. De esta forma podríamos conseguir densidades incluso superiores a la unidad, pero en general la sensibilidad disminuye notablemente con densidades superiores a 0´95.



El efecto del diámetro de la carga sobre la velocidad de detonación en los anfos se aprecia en la figura; en ella se puede observar cómo crece la velocidad de detonación a medida que el diámetro de barreno aumenta hasta cierto límite, (9 – 8 pulgadas), a partir del cual la velocidad de detonación permanece constante.

Este hecho ha llevado a la tendencia de utilizar calibres de perforación cada vez mayores, porque de esta manera aprovechamos mejor las características de la nagolita, a la vez que se reducen los costos totales por metro cúbico de roca arrancada. Las nagolitas se pueden usar de carga única de barreno para diámetros de entre 10 a 12 pulgadas y en terrenos semiduros como máximo. Se sabe que un diámetro próximo a las dos pulgadas es el diámetro crítico más bajo para lograr una autopropagación satisfactoria de los anfos, por lo tanto nunca se debe usar este explosivo con diámetros inferiores a las dos pulgadas. Lo más normal es utilizarla como carga de columna utilizando como carga de fondo explosivos muy potentes: gomas y riogeles. En este caso con diámetros de 3 pulgadas a mayores se pueden utilizar para rocas de semiduras a duras.



4.2. Iniciación de las nagolitas. Al estudiar la iniciación de un explosivo hay que tratar de conseguir de él una velocidad de detonación lo más barata posible para conseguir un mayor aprovechamiento de su potencia. El iniciador de un barreno cargado de anfo debe proporcionar una energía suficiente para provocar la detonación de todas sus partículas, porque de no ser así puede provocar defragación o detonación parcial (la voladura falla). Este fenómeno se puede observar por la emisión de humo naranja que es desprendido después de la explosión. Estos gases son óxidos nitrosos provocados por: 1. Insuficiencia de cebado. 2. Presencia de agua en el barreno. 3. Mala mezcla de N.A. y F.O. Diversos estudios han demostrado que independientemente de que se consiga la potencia mínima necesaria para iniciar el anfo, es imprescindible también utilizar una cantidad mínima de un explosivo muy potente.

Todos los parámetros vistos (diámetro de barreno, dimensión de los granos, homogeneidad de la mezcla, etc.) influyen en el valor de la velocidad de detonación alcanzada. Para diámetros de barreno inferiores a 6 pulgadas estas consideraciones tienen muy poco valor, puesto que será prácticamente imposible alcanzar velocidades de detonación superiores a los 3000 metros, por muy bien que las iniciemos.



Actualmente se siguen investigando diversas sustancias metalizadas a base de aluminio, manganeso, etc., para aumentar sus características energéticas. De momento no se han obtenido resultados concluyentes. Las nagolitas tienen que tener unas características de voladura muy especiales, para obtener un óptimo rendimiento de los mismos, los barrenos deben de estar secos sobretodo deben de tener un diámetro grande de perforación, una nagolita que no reúne estos requisitos ideales difícilmente pasará de los 2000m/s de detonación, pero si el diámetro sobrepasa las 6‟‟ y con una buena iniciación se pueden alcanzar los 3000 3500m/s. Experimentalmente y con diámetros de 12‟‟ se ha podido conseguir velocidades de 4500m/s. Los mejores resultados se han conseguido con la llamada iniciación axial, que consiste en poner sobre un cordón detonante, por ejemplo del 12, cartuchos de G2 pegados con cinta aislante teniendo en cuenta no pasar los 370gr/ml de cordón detonante. La longitud del cordón debe ser de la del barreno +2m que sobresale por arriba.

Así la iniciación sería: se coloca arriba disparamos y se va a iniciar en multitud de puntos, tantos como cartuchos tengamos dentro del barreno. Esta es la mejor iniciación que podemos tener pero es la más cara, no por el precio del explosivo sino por el tiempo que tenemos que estar parados.



4.3. ¿Por qué es necesario acelerar las nagolitas a tanta velocidad? La teoría de mecánica de rocas indica que el explosivo más adecuado para fracturar un determinado tipo de roca es el que tiene una velocidad de detonación igual o superior a la velocidad de transmisión de esa roca. Para fracturar rocas muy duras, es necesario emplear explosivos rápidos y potentes. La mayoría de estas rocas entre las que pueden encontrarse los granitos, dioritas, basaltos, cuarcitas, etc… tienen una velocidad propia de transición superior a los 4000m/s, si empleamos nagolita para su arranque con una velocidad de detonación de 3000m/s aparte de tener una mala fragmentación tendremos un frente de cantera totalmente irregular, porque la nagolita no tiene ni la densidad, ni la velocidad suficiente que garantice una potencia desarrollada capaz de producir unos buenos efectos de fragmentación en rocas tan duras y compactas. Podemos concluir diciendo que el ANFO puede ser un explosivo que con una iniciación eficaz puede proporcionar una serie de ventajas que de otra forma le harían muy poco útil en todas aquellas rocas que por sus características necesitan mayor potencia. En España se fabrican los ANFOS como nagolitas (nombre comercial) se suministra en sacos de 50kgs o en cartuchos siempre de calibres superiores a 45mm empaquetados en cajas de 25kgs. La aplicación más corriente es como carga total en rocas blandas y con diámetros siempre superiores a 7‟‟ y como carga de columna en rocas de dureza dura o semidura utilizando en este caso un explosivo potente como la G2 o los riogeles como carga de fondo.



4.5. Como actuar frente al problema del agua en los barrenos. 1º Desaguar previamente el barreno bien por soplado con aire comprimido o bien mediante el uso de bombas especiales con la limitación que supone la altura de aspiración.

2º Introducir en ANFO en bolsas de plásticos para que no hay contacto con las paredes húmedas del barreno, con el problema de lograr que los cartuchos desciendan hasta el fondo del barreno porque la nagolita tiene una densidad inferior a la mitad y flota. Asique difícilmente la podemos hacer llegar hasta el fondo del barreno, requisito este fundamental para que la voladura salga bien.

3º Introducir en el fondo un explosivo que tenga buen comportamiento en el agua y luego emplear la nagolita en las partes altas del barreno donde ya no existe agua física.

¿Qué es el diámetro crítico? Todo aquel diámetro por debajo del cual no es capaz de explotar un barreno o cartucho.



TEMA 5. HIDROGELES (riogeles). Podemos definir los hidrogeles como: composiciones explosivas formuladas en términos de un sistema de oxidación – reducción, constituidos por una parte oxidante generalmente nitratos y otra reductora con suficiente defecto de oxígeno como para reaccionar violentamente con el exceso de este mismo elemento del agente oxidante. Como sensibilizador el más usado es el TNT porque el diámetro crítico de los hidrogeles varían en función del % de TNT que lleva como indica la figura y aunque pasando del 30% aún se rebaja en algo el diámetro crítico por motivos económicos no se suele pasar de este porcentaje. Comportamiento ante la detonación según el explosivo usado.

H (Riogel) y N (nagolita).

5.1. Comparación entre riogel y nagolitas. Los hidrogeles nacieron para paliar los defectos de las nagolitas por lo tanto, vamos a analizar las ventajas de los hidrogeles respecto a los ANFOS, en los barrenos con agua al no poderse emplear las nagolitas por su nula resistencia al agua, es obligado en empleo de los riogeles. En los barrenos secos es donde es preciso analizar todos los factores que influyen en el costo de la explotación, antes de dar una respuesta adecuada. En general se puede decir que cuanto más seco y menos dura es una formación menores son las ventajas que presentan los hidrogeles respecto a los ANFOS.



El factor más importante que hace los hidrogeles mejor que el ANFO es económico, ya que conllevan una reducción de perforación, es decir, para volar lo mismo necesitamos 50 barrenos de nagolitas y 25 barrenos de riogel, y como los barrenos valen dinero, sale caro. Otros factores que influyen son la velocidad y presión de detonación; mientras que los ANFOS tienen una velocidad real de detonación de 2000-2500m/s, la de los hidrogeles alcanza sin problemas los 4000-4500m/s. La figura muestra l a variación de la presión de detonación de los hidrogeles y de los ANFOS. El pico inicial de alta presión desarrollado por los hidrogeles produce una composición en la roca que rodea al barreno lo suficientemente fuerte como para debilitarla incluso de fracturarla por exceder el límite de resistencia a la compresión de la roca. Este fenómeno se extiende una distancia muy corta aproximada 2 veces el diámetro del barreno, a continuación esta compresión desciende bruscamente de tal forma que permite a la roca expandirse, hecho este que provoca superar el límite de resistencia a tracción de la roca originando roturas en la roca por tracción. Como la resistencia a la tracción de una roca es aproximadamente una centésima parte de su resistencia a la compresión, este hecho provoca que se pueda extender a distancias mayores del barreno produciendo agrietamiento en la roca. Todos estos acontecimientos tienen lugar antes de que se produzca ningún movimiento en la masa de la roca, posteriormente debido a la presión se produce el desprendimiento de la masa rocosa, dando lugar a una mayor reducción del tamaño de los fragmentos por efecto de colisión y caída de los mismos. Debido a la escasa presión desarrollada por el ANFO, las distancias a las caras libres, a las que puede romper formaciones duras son muy pequeñas y este hecho es aún más pronunciado cuando las partes a volar están encerradas, es decir, sin superficie libre que permitan su desplazamiento como sucede en las partes bajas de los barrenos. Esta es la razón por que cual los hidrogeles se usan preferentemente como carga de fondo en las formaciones en las que el ANFO sólo puede arrancar la parte más alta de la voladura (banco).



En las voladuras hay que evitar a toda costa la formación de los repies (formaciones que no han sido voladas adecuadamente, están a ras del suelo), Los repiés fastidian el funcionamiento de la actividad, ya que la pala choca contra ello y no puede seguir, por tanto hay que dejarlos al descubierto como se pueda, con sus correspondientes dificultad en la carga y retraso en esta, por tanto los repies hay que eliminarlos. Tenemos dos opciones: Si está más o menos fracturados le metemos 2 o 3 cartuchos (taqueo) y lo volamos, sino está muy fracturado hacemos pequeños barrenos de 28mm de G2 y volamos.

*Por tanto la mejor voladura posible es aquella que nos de los mayores fragmentos que se puedan cargar, salvo que llevemos los camiones con dos piedras obviamente.

De todo lo expuesto deducimos que en raras ocasiones se utilizan para cargar los barrenos o sólo nagolitas o sólo hidrogeles, la mejor solución es una mezcla de ambos utilizando como carga de fondo siempre, el explosivo más potente, bien G2 o bien hidrogeles y como carga de columna nagolita. En los últimos años la carga de los hidrogeles se ha mecanizado, es decir, se pueden cargar con camiones especiales con una manguera cuyo diámetro debe ser inferior al ratio crítico del explosivo. Este método tiene la ventaja de que como los hidrogeles son fluidos permiten llegar al fondo del barreno aunque las paredes sean irregulares. Este método se usa más cuando el buzamiento es horizontal que cuando es vertical, simplemente porque el acceso es mucho más difícil en horizontal.



A parte de lo expuesto para poder realizar una comparación objetiva entre hidrogeles y los ANFOS es necesario considerar todos los factores que influyen en el costo de una explotación (C.Perforación, c.voladura, c.carga, c.transporte,…) así como los costes de mantenimiento de las instalaciones. Está claro que la razón más importante del uso de las nagolitas es la de ser la fuente de energía explosiva más barata. Sin embargo conviene tener en cuenta que el empleo del ANFO puede llevar asociada gran cantidad de costes ocultos como un exceso de perforación, problemas de repies que se traducen en un menor rendimiento de las cargadores, mayores gastos de mantenimiento, etc… Estos costes muchas veces pasan desapercibidos en el conjunto de los gastos operativos. Sobre este particular sería muy útil tener en cuenta que en muchas ocasiones un pequeño incremento en el coste del explosivo queda ampliamente compensado en virtud de los considerables ahorros que esto produce en toras partidas del coste total de la explotación. Por todo lo dicho podemos afirmar que en la mayor parte de las voladuras, los hidrogeles compiten ventajosamente con el ANFO, siendo tanto mayor esta ventaja cuanto más dura sea la roca, pero aún en los casos en los que las diferencias no sean apreciables la solución más favorable, resulta de la combinación de ambas, usando los hidrogeles como carga de fondo y los ANFOS de columna.

5.2. Puede resumirse como ventajas de los hidrogeles las siguientes: 1º Debido a su gran insensibilidad son muy seguros, tanto en la voladura en si, como en la manipulación de los mismo en el desescombro. 2º Permiten carga a granel, con un grado de llenado prácticamente del 100%, este representa no sólo el máximo aprovechamiento del explosivo sino también de la perforación. 3º Su resistencia al agua es excelente 4º Tienen elevada velocidad de detonación, elevada densidad y elevada potencia. 5º Permiten la mecanización del procedimiento de carga.

5.3. Inconvenientes del hidrogel frente a los ANFOS: 1º Un precio más elevado que los NAFOS 2º Operación de carga más engorrosa y menos simple que los NAFOS 3º Posibles pérdidas en zonas agrietadas.



TEMA 6. ACCESORIOS DE LAS VOLADURAS Generalidades: A parte de escoger el explosivo adecuado para la voladura, tenemos toda una gama de accesorios para que la voladura sea exitosa, por ello debemos hacen un bien uso de estos ya que van a participar en la detonación. Dentro de estos accesorios y en la técnica de la voladura eléctrica, es sin duda el detonador, el elemento más importante tanto por los riesgos que entraña su manipulación, pero sobre todo por la influencia que ejerce sobre los resultados de la voladura, su fragmentación específica y su distribución que va a marcar la secuencia de encendido.

6.1. Detonadores eléctricos, descripción. El detonador eléctrico está constituido por una cápsula metálica que puede ser de cobre o de aluminio. El de aluminio es el empleado habitualmente pero si vamos a tener problemas con el grisú o similares se usa el de cobre, ya que permanece menos de 10seg incandescente, mientras que con el aluminio

duran más tiempo los trocitos

incandescentes y da tiempo a que el grisú explote. Por tanto a cielo abierto generalmente aluminio y subterránea dependerá.



La cápsula está cerrada por el extremo de abajo y abierta por el otro en cuyo interior lleva un explosivo base o secundario, otro iniciador o primario y un inflamador. En la parte abierta que es por donde salen los hilos está tapado por un tapón de polivinilo apretado mediante unas magulladuras de tal manera que lo hacen totalmente impermeable, para poder ser utilizado en agua. Cuando el detonador es de tiempo (retardo o microrretardo) lleva incorporado entre el inflamador y el explosivo primario un dispositivo llamado parta retardadora. El inflamador es una resistencia perfectamente calibrada y de la que parten unos hilos eléctricos que salen al exterior. Los hilos se enrollan en madejas según su longitud que puede ser variable a petición del usuario y estas madejas se desenrollan para extenderlas fácilmente sin que se formen nudos. Si el detonador es instantáneo (nº 0), el inflamador se pone incandescente en el momento en que se da la orden desde el explosor, esto sucede porque es el único detonador que no lleva pasta retardadora. Todos los demás, es decir, del (nº 1) en adelante en el caso de detonadores de recarga, entre un nº y su consecutivo hay medio segundo, este tiempo diferencial se consigue con una mayor o menos longitud de la pasta retardadora, por lo tanto a medida que aumentamos de nº aumenta la longitud del detonador. Los números están en el fondo del mismo.

6.1.1. Clasificación de los detonadores eléctricos: Se clasifican en función de los siguientes criterios: A) Por su retardo en la detonación

A.1) Detonadores de retardo de 0‟5seg. A.2) Detonadores de microrretardo pueden ser de 20 o 30mseg. A.3) Detonadores instantáneos el nº 0. B) Por su sensibilidad eléctrica. B.1) Detonadores sensibles (S) B.2) Detonadores insensibles (I) B.3) Detonadores altamente insensibles (AI) B.4) Detonadores sísmicos C) Por su tipo de aplicación

C.1) Detonadores sísmicos C.2) detonadores antigrisú C.3) Detonadores bajo presión de agua.



A) Según retardo: A.1. Detonadores instantáneos Estos detonadores como incide directamente la pastilla (inflamador) con la carga detonadora, su explosión coincide prácticamente con el instante de iniciación del inflamador. Su utilización en las voladuras de arranque queda reducida a la primera filla de barrenos o bien para utilizarlas en el taqueo. Se llama taqueo a aquellas voladuras para quitar los pies o romper rocas grandes de la voladura que ha fallado.

A.2. Detonadores de retardo Estos detonadores hacen explosión a intervalos regulares de tiempo. Se diferencian de los instantáneos en que estos si tienen pasta retardadora que es la que va a provocar que el tiempo de explosión de un número a su consecutivo sea de 500mseg. La roca empieza a agrietarse en las proximidades de un barreno tan pronto se produce la explosión, completándose este agrietamiento en algunos milisegundos pero siendo proyectada fuera de su lugar unos 90-120mseg después del disparo. Este dato depende de la naturaleza de la roca, del tipo de explosivo, y del sistema de carga, aunque podemos afirmar que en pizarras y caliza su valor oscila entre 110-120 mseg. Estos detonadores con una secuencia de encendido de 0‟5 seg, es un intervalo excesivamente grande para las voladuras a cielo abierto, porque la segunda fila de barrenos salen cuando ya se ha desprendido la roca de los barrenos de la segunda fila, esto provocaría lo que se llama robos de carga, es decir, que la explosión de la primera fila de barrenos puede dañas los barrenos situados en las segunda fila, dejando al descubierto todos lo cartuchos de esta fila. Este hecho ocasionaría auténticos desastres en la voladura. También existe el peligro de grandes proyecciones de piedra incontroladas. Su utilización queda reducida a voladuras secundarias de taqueos y para voladuras de galerías y túneles, pueden permitir el empleo de este tipo de detonadores.



A.3. Detonadores de microrretardo: Son de constitución análoga a los de retardo con la diferencia de que la pasta retardadora tiene una velocidad mucho mayor. Estos detonadores deberían llamarse de milirretardo teniendo en cuenta el intervalo entre números consecutivos que es entre 20 y 30 mseg, estos han supuesto un gran avance en la técnica de arranque con explosivos y hasta la fecha han sido los más empleados tanto en minería a cielo abierto como en obras públicas. Las principales ventajas de estos detonadores son: 1º Mejor fragmentación de la roca para la misma carga explosiva, con la consiguiente reducción del consumo de explosivos en el taqueo. 2º Menor riesgo de proyecciones al disminuir el peligro de que unos barrenos son descabezados por los anteriores. 3º Como el intervalo entre 2 explosiones consecutivas es muy corto se reduce considerablemente el riesgo de robos de carga entre barrenos consecutivos. El mejor grado de fragmentación obtenido con estos detonadores en comparación con los de medio segundo, puede explicarse de la siguiente forma: Si en el momento en el que hace explosión un barreno la roca que va a ser abatida por él se halla en tensión como consecuencia de la explosión de un barreno producirá el máximo efecto de rotura, porque la roca está sometida al influjo de tensiones que inicia su agrietamiento disminuyendo así su resistencia. Para aprovechar al máximo este efecto es necesario que el transcurso de tiempo entre ambos disparos esté comprendido entre ciertos límites que dependen del tipo de roca, su estratificación, separación entre barrenos, esquema de encendido, etc… Por una parte este tiempo no debe ser tan pequeño como para que resulten los disparos instantáneos sobre todo cuando pertenecen a dos filas diferentes y por otro lado no a de ser tan grande como para que hayan desaparecido los efectos de las tensiones internas.



Si nos equivocamos, en este el 0 no puede romper, hará un socavón como mucho, luego saltará el 1 con cara libre, y el 2 tampoco tiene salida, asique un desastre.

Con respecto al tiempo mínimo entre 2 disparos consecutivos parece lógico que el 2º haga explosión después de que en el primero se haya ultimado el agrietamiento pero todavía no se haya desprendido la roca. Aunque existen discrepancias a la hora de definir, el tiempo de retardo más conveniente entre 2 números consecutivos, podemos afirmar que puede oscilar entre 15 y 40mseg, correspondiendo que la mejor fragmentación a los valores más pequeños “15”. Para separaciones de barrenos pequeños y cercanos a los 40mseg para esquemas de perforación más amplios. De la práctica “Langefors” propone para la determinación del tiempo de retardo óptimo entre barrenos. T= V x K Siendo: T el tiempo de retardo en milisegundos V la piedra a línea de menor resistencia K es un parámetro característico y diferente para cada tipo de roca y que oscila entre 2 y 5 mseg.



B) Sensibilidad eléctrica. Si alguno explota un poquito antes que los otros me jode el cable y no explotan. Respecto a la sensibilidad eléctrica de los detonadores se observa una clara tendencia a usar los I-AI (insensibles o altamente insensibles) por la creciente demanda de seguridad que hay hoy en día. Los parámetros eléctricos que definen a un detonador son: 1º Impulso de encendido: es la energía por unidad de resistencia eléctrica, necesaria para provocar la explosión de un detonador. 2º Intensidad de corriente mínima: es la necesaria para asegurar la detonación de 5 detonadores conectados en serie. 3º Intensidad máxima: es la corriente que circulando por un detonador durante 5 minutos no provoca su explosión.

Impulso de encendido

Intensidad de corriente mínima

Intensidad de corriente máxima

S

0´8 – 1

0´8

0´18

I

8 – 16

1´5

0´45

A.I.

1100 – 2500

25

4

Detonador

Para significar la importancia de la sensibilidad eléctrica de cada tipo de detonador vamos a determinar la posibilidad de una detonación fortuita de cda uno de los detonadores por el que circulase una intensidad de 1Amperio. S= I2 x t

t= S / I2

Detonador S (t= 3/1 = 3 mseg) Detonador I

(t= 16/1= 16 mseg)

Detonador AI (t= 2500/1= 2500mseg)



6.2. Riesgos de iniciación de detonadores eléctricos por electricidad estática . Los fenómenos electrostáticos son fenómenos de contacto y dependen de las superficies que toquemos y si se cumplen ciertas condiciones esta electricidad puede provocar la detonación fortuita del detonador. Vamos a ver los casos donde se puede producir una detonación no deseada.

1º El operario coge el cable y por su indumentaria tiene carga estática, el otro cable toca suelo haciendo masa y por diferencia de potencial se enciende la cerilla y explota. Por eso los artilleros se les viste adecuadamente para la carga.

2º Otra posibilidad es que sea el casquillo el que cae al suelo haciendo masa con este y si el espacio está cargado puede existir una diferencia de potencial, pongo incandescente la resistencia y provocando la explosión. En ambos casos es recomendable que los artilleros tengan el mayor tiempo posible sin desenrollar los detonadores (cortocircuitados), pero al final hay que conectarlos.



3º Las líneas eléctricas pueden inducir en los detonadores capaces de provocar

su explosión. Las distancias a las que se pueden emplear, depende del voltaje de la línea y de la sensibilidad del detonador. Para el caso de detonadores “s” las distancias están dadas por el cuadro siguiente:

Tensión kw Distancia mínima 70

20 m

130

30 m

220

40 m

400

60 m

También es necesario tener en cuenta las tormentas eléctricas. En dicho caso existen 2 posibilidades: que los detonadores no estén puestos todavía en cuyo caso no existe problema de explosión, o bien si los tenemos a medio enganchar, en este caso lo mejor es parar de conectar y volar los que tenemos enganchados, también tendríamos la opción de ponerlos en cortocircuito los ya enganchados pero esta es más peligrosa.

4º Iniciación por acción galvánica. Cuidado en las zonas de contacto, si tenemos

varias capas de minerales distintos Zn-Pb-Cu… o con el mismo estéril se pueden producir efectos galvánicos que al contacto con un detonador hagan que este explote.

5º Emisiones de radio. Es obligatorio que todas la emisoras de radio estén

apagadas cuando enganchamos los detonadores ya que se puede acoplar las ondas y producir la explosión.



6.3. Aparatos de iniciación de los detonadores eléctricos. Tres son los sistemas posibles para el encendido de los sistemas eléctricos. 1º Por conexión a una red de energía eléctrica, este método no es aconsejable para el

disparo de pegas eléctricas debido al carácter sinusoidal de la corriente, deja abierta la posibilidad de que la conexión se produzca en el momento en que la onda de intensidad pase por un 0, dando lugar a fallos en la voladura. Este sistema sólo es aconsejable con tan elevado número de detonadores que la capacidad de los explosores convencionales resulte insuficiente.

2º Corriente continua, también es posible iniciar usando baterías, no obstante es un

método incómodo y lento por el elevado peso de las baterías, que hay que transportar hasta el lugar de la conexión desde A- A‟ por caminos que pueden estar en muy mal estado. En definitiva es posible volar con corriente continua pero no aconsejable por todo lo expuesto, además las baterías han de estar en un continuo mantenimiento para asegurar su disponibilidad en el momento de la pega.

3º Empleo de explosores, tiene dos variables:

3º.A Explosores de dinamo, están constituidos por una dinamo básicamente, hay que darle a una manivela hasta cargar la dinamo, cuando se carga la dinamo la pega sale, por tanto, cuanto más rápido le demos más rápido sale, la rapidez de salida lo vamos observando en una aguja sobre la pantalla, por lo que nunca sabemos con toda la seguridad cuando va a salir la pega. En la actualidad estos explosores han sido sustituidos por los explosores de condensador. 3ºB. Explosores de condensador, su carga es distinta, en condiciones normales aunque le demos a la manivela no sube la aguja, por ello hay que apretar el botón verde para cerrar el circuito, entonces comenzar a dar a la manivela y así ir cargándolo, con la precaución de no soltar el botón verde ya que se descargaría. Esto último es lo que hace mucho más seguro este método, una vez cargado y sin dejar de presionar el verde se



presiona el rojo para que salga la pega, esto nos da un control total sobre la salida de esta.

Explosor eléctrico de condensadores

6.4. Comprobación del circuito eléctrico. Si vamos a comprobar con el ohmímetro en A-B y vemos que da 0, pues todo correcto y nos vamos a A‟-B‟, pero si no da 0 nos toca revisar toda la instalación de los cables. Lo normal es comprobar por partes para así ir descartando las zonas que están bien.

6.5. Conexión de los detonadores eléctricos. Conexión en serie. Siempre que se pueda se emplea la conexión en serie, por ser la más simple de ejecutar y comprobar posibles fallos. En ella cada detonador se conecta al anterior y el siguiente mediante los 2 terminales. Los diferentes colores del aislamiento de los 2 hilos del detonador reducen la posibilidad de errores en las conexiones. En los dos hilos que quedan libres en la voladura AB se toma la primera medida de resistencia, si el circuito está cerrado se tira el hilo de la lín ea hasta A‟ y B‟ en un lugar seguro volviendo a comprobar que sigue cerrado, es decir, que está todo bien, si todo es correcto A‟-B‟ se conecta el explosor y se da la pega. Si algo en AB da mal hay que patearse la voladura comprobando visualmente que todas las conexiones están bien hechas, sino se descubre nada de esta forma, no hay más remedio que ir desconectando los detonadores por tramos e ir midiendo hasta determinar el error.



Conexión serie-paralelo. Se usa en ocasiones especiales, en las cuales mi explosor no sea capaz de darme la energía suficiente para la correcta explosión de todos los detonadores. La filosofía a seguir es la siguiente: Mi detonador vale para 10 detonadores en serie, pues hago series de 10 detonadores. Ejemplo tengo 30 detonadores de 3 cada uno, 30x3= 90, no podría con ello, por ello hago tres series de 10 detonadores entonces tengo 10x3= 30. Importantísimo que cada serie tenga el mismo número de detonadores, sino sale mal la pega.

1/ Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 + ...... + 1 / R n

Ejercicio.1. Queremos una voladura de 200 detonadores. La resistencia de cada uno es de 3´ 5 ohmios, y disponemos de un explosor capaz para 50 detonadores.  

 

                    

RT= 175/4= 43‟75 Ω RTA‟B‟= 43‟75 Ω + 5 Ω = 48‟75 Ω



Ejercicio.2. Se tiene que realizar una voladura de 400 barrenos, la resistencia de cada

detonador son 2’5Ω , la resistencia del hilo es 15 Ω y disponemos de un explosor que aguanta una resistencia máxima de 90 Ω , que tipo de conexión hay que realizar para que salga bien.

En serie: 400x2‟5= 1000 Ω no vale! En serie-paralelo  

    no vale

 

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          

 

    no vale

 

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                 RT= 250/4 + 15= 77‟5 Ω

Ejercicio.3. Averiguar el tipo de conexión que hay que realizar para una voladura de 350 barrenos. Dispongo de un explosor de 48 Ω. Resistencia de cada detonador 3’5 Ω. Resistencia del hilo 10 Ω.

2 series de 175  

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  

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   



306‟25 Ω +10 Ω = 316‟25 Ω No vale!

5 series de 70    

  

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    

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 

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49 Ω +10 Ω = 59 Ω No vale!

7 series de 50    

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 

 

25 Ω +10 Ω = 35 Ω Vale!



Conexión en paralelo. Así como la conexión en serie se caracteriza por una elevada resistencia eléctrica, en la conexión en paralelo la resistencia del circuito es muy pequeña y la intensidad de corriente necesariamente muy alta. La fuente de energía a utilizar debe de ser capaz de suministrar esa elevada intensidad.

La conexión ene paralelo apenas se usa salvo en caso con muy pocos detonadores y en lugares donde por sus características especiales es previsible que pueden darse derivaciones y sea difícil garantizar un perfecto aislamiento de las conexiones. La conexión se realiza empalmando directamente cada detonador a la línea de tiro, y la resistencia total del circuito viene dada por:

   

 

En donde RT es la resistencia total de la conexión, RL la resistencia de la línea de tiro, RD la resistencia de cada detonador y N el número de detonadores. En estas conexiones hay que procurar que todos los detonadores tengan la misma resistencia porque la distribución de la intensidad es proporcional a las resistencias individuales. José Manuel Durán Sánchez


Las comprobaciones cuando estamos estamos en paralelo hay que comprobar detonador a detonador antes de conectarlos. Hay que tener una especial precaución ya que estamos generalmente en pozos, por tanto habrá humedad… por lo que mucho cuidado con los cables por si estos tocan la tierra y hay agua. Para hacer una comprobación del circuito, en este caso en paralelo se ejecuta un control de continuidad pero no tenemos la seguridad de que todos t odos los detonadores están conectados. Es conveniente comprobar individualmente todos los detonadores, antes de efectuar la carga porque si algún detonador está estropeado una vez todo montado el circuito en paralelo va ser difícil detectar el error, ya que la medición apenas variará pero los efectos en la voladura si serán importantes.

Ejercicio.4. Calcular el número de barrenos en una voladura de las siguientes características. características. Resistencia medida en A’B’= 15 Ω, resistencia del hilo de línea 2’5 Ω , resistencia de un detonador 2 Ω , número de series de la voladura 4.

15 – 15 – 2‟5 2‟5 = 12‟5 Ω

                  Barrenos serie= 25



Ejercicio.5. Calcular el número de series de una voladura de 320 barrenos para que la resistencia en AB sean 10 , sabiendo que la resistencia de cada detonador son 2 Ω.

15 – 2‟5 = 12‟5 Ω

          

   

Serie= 8



6.6. Cordón detonante. A partir de 4‟„ se puede pensar en camiones cisternas para los explosivos. Si el humo sale naranja, la hemos liado, estos vapores se producen por vapores nitrosos de la nagolita que ha salido mal, por ello es fundamental el correcto uso del cordón detonante. El cordón detonante está constituido por un núcleo central a base de un explosivo de alta velocidad, rodeado de varias envueltas de papel y de plásticos, generalmente tratado con un recubrimiento exterior de cloruro de polivinilo.

El explosivo que constituye el núcleo es la pentrita que es sensible a la acción de un detonador y a su vez es capaz de iniciar cualquier explosivo en contacto con él. La envuelta del cordón debe tener la consistencia necesaria para resistir los esfuerzos de tracción, abrasión, humedad,… etc. Su empleo requiere en definitiva un cordón muy resistente a la tracción y humedad por lo que se puede meter en agua. Se fabrican con distintas cantidades de explosivo, eso significa que un cordón de 12gr, lleva 12gr por metro lineal de pentrita perfectamente repartida. Los cordones se sirven por colores según su espesor (peso). La forma más corriente de empleo es como elemento de iniciación de la carga de fondo y de la carga de columna de los barrenos, para ello se ata a uno de los cartuchos de la carga de fondo de tal manera que tengo el máximo contacto con él quedando el cordón distribuido a lo lardo de la longitud del barreno, asomando fuera del barreno aproximadamente un metro, ese metro se emplea para colocar el detonador, es de vital importancia la colocación del detonador, si se pone en la dirección contraria a la explosión el cordón detonante se interrumpe.



6.7. Cebos y/o iniciadores (multiplicadores). Utilizando únicamente el cordón detonante como iniciador de un barreno, en los de gran diámetro nunca obtendríamos una gran iniciación, para conseguir una iniciación lo más uniforme posible y obtener la mejor velocidad posible de la nagolita (3000m/s) hay que usar los llamados cebos o multiplicadores, que son unos dispositivos en forma de plato y con un agujero central por donde se introduce el cordón detonante y ayudar a que el cordón detonante quede fijo. Estos multiplicadores llevan en su interior explosivo de gran potencia de nombre pentonita, la carga depende del tamaño del multiplicador, pero la más normal es de 450gr. Multiplicadores por barreno. El número de multiplicadores dependerá de la

longitud del barreno, se suele poner uno en el fondo y luego cada 2 o 3 metros, también cada cierta distancia se distribuyen, lo normal para un barreno de 10-12 metros es colocar 3 o 4 multiplicadores. Estos son fundamentales en los barrenos de más de 5‟‟, consiguiendo con ello que la iniciación de todos los granos de la nagolita sea la misma. La alta velocidad inicial de detonación energetiza íntegramente a la nagolita que le rodea logrando una velocidad de respuesta próxima a la del multiplicador, es decir, alrededor del iniciador la velocidad es la de estos. Esta se mantiene hasta una cierta distancia a partir de la cual adquiere los valores característicos de explosión de las nagolitas. Es precisamente a partir de estas distancias donde se precisa colocar el siguiente multiplicador para elevar de nuevo la velocidad de respuesta de la nagolita, logrando de este modo una mayor potencia y un mayor rendimiento de la voladura.



6.8. Sistema de carga del barreno. Se puede distinguir entre menores y superiores de 4‟‟. Los menores de 4‟‟ los cartuchos obviamente han de ser menores. Se pueden cargar bien cargando al fondo y el detonador arriba (carga en cabeza) o bien carga en fondo en este caso el detonador está abajo y se introducen con el cordón, este es más inseguro ya que si se rompe un cable lo hemos liado. En estos espesores se llenan a mano. No es legal pero se hace lo siguiente se rajan los barrenos de goma para que se ajusten al fondo, importante al rajarlas hacerlo con madera por si hay chispas. Para diámetros menores de 4‟‟ los cartuchos empleados han de tener al menos una pulgada menos que el diámetro del barreno, para así no tener atascos y dejar un espacio lateral para el cordón detonante y/o el hilo del detonador. El detonador podrá colocarse como ya anteriormente comentamos en el fondo del barreno introducido en un cartucho (carga en fondo). Aunque por razones de seguridad lo más normal es que el detonador se coloque unido al cordón detonante en el exterior del barreno. El retacado de los cartuchos debe realizarse con atacador de madera.

Los superiores de 4‟‟ y para voladuras superiores a 4.000.000Tn o 5000kg/día. El sistema de carga va a depender fundamentalmente de: el diámetro del barreno, explosivo empleado y cantidad o consumo por voladura. En cuanto al diámetro la división está en los 4‟‟ que marca el límite del diámetro crítico para la utilización de explosivos granulares. Si nuestro diámetro es mayor de 4‟‟ y un consumo de 5000kg/volad ura se puede cargar la nagolita desde el saco siempre que el barreno no tenga agua física, pero si el consumo es mayor de 5000kg/voladura y grandes barrenos 6‟‟, 7‟‟ ,…. Lo normal es el empleo de un (camión nagolitera) camión tolva con carga neumática de baja presión a través de una manguera (con un diámetro inferior al crítico) con la que podemos alcanzar una velocidad de carga de unos 3000kg/hora. Este método permite llenar sin problema todos los huecos del barreno y para diámetros de unos 7‟‟, 8‟‟ con una adecuada iniciación se pueden alcanzar hasta los 3500m/s de velocidad de detonación de los NAFOS.



6.9. Voladuras. Tenemos las voladuras convencionales y las de recorte y/o precorte

Voladuras de recorte y precorte se hacen con muchos barrenos pequeños y muy

juntos, más o menos cada 20 o 30 cm de unos 2‟‟ -5‟‟. El principal problema están en el barrenado que si es un poco largo se puede desviar, si esto sucede podemos conectar dos barrenos con los consiguientes problemas que esto acarrearía. Se le suelen introducir una carga de unos 60-70kg/m,

para ello metemos

pequeños cartuchos unidos al cordón mediante cinta aislante, posteriormente se rellena todo de arena y se vuela.

Diámetro 50-65

Piedra

Espaciado

Carga (gr/m)

1'2

_

120-300

75-90

1'5

_

200-600



Voladuras convencionales en banco.

Piedra máxima en metros

Vmáx

Piedra práctica en metros

V1

Error de perforación

F

Espaciamento práctico en metros

E1

Sobreperforación en metros

U

Longitud del barreno en metros

H

Altura de banco en metros (vertical)

K

Carga de fondo en kilogramos

Qb

Carga de columna en kilogramos

Qp

Carga total en kilogramos / barreno

Qtot

Carga específica en kg / m³

q

Concentración de la carga de fondo en kg / m

Qbk

Altura de la carga de fondo en metros

hb

Altura de la carga de columna en metros

hp

Retacado en metros

ho

Perforación específica m / m³. Metros perforados

b

Anchura de la pega en metros

B



Ejercicio.1. Calcular la siguiente voladura: Anchura de banco:

K = 12m

Anchura de la pega:

B = 20m

Diámetro perforadora:

d = 64 mm

Calcular la carga específica q y la perforación específica b.

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                                                                         20/3‟02=6‟66 → 6barrenos → 5espacios 20- 5·3‟02= 2x → x= 2‟5m

                                           



Ejercicio.2. Calcular la carga específica de una voladura de la siguientes características: K= 9m, anchura de pega= 75m, fondo de la pega 15m, diámetro 75mm.

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

       

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75/ 3‟75=20 → 19 barrenos → 18espacios 75- 18·3‟75= 2x → x= 3‟75m 15 / 3= 5barrenos

                              

                  



Ejercicio.3. Calcular el costo de una voladura de las siguientes características:

Anchura de la pega 79m, fondo de la pega 14’5m, altura del banco 11m, diámetro del barreno 75mm. Sabiendo que la velocidad de perforación 10m/h, gasto de gasoil 10litros/h, costo de gasoil 0’9€/litro, una boca de perforación se cambia cada 16m

perforados, costo de una boca 150€, costo de NAFO 1’7€/kg, costo de goma2 5€/kg.

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

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79/ 3‟6=21‟94 → 21 barrenos → 20espacios 75- 20·3‟6= 2x → x= 3‟5m 14‟5 / 2‟9= 5barrenos

                            

 

                



               1333‟5/ 16= 83‟34 → 84bocas → Coste de bocas= 84· 150= 12600€ 1333‟5/ 10= 133‟35 → 134horas trabajando el carro → Coste gasoil del carro=134·0‟9= 120‟06€ Coste G2= 24‟67·105·5= 12720€ Coste ANFO= 14‟96·105·1‟7= 2670‟36€ Coste total= 12600 + 120’06 + 12720 + 2670’36= 28110’4€



Ejercicio.4. Calcular el coste total de una voladura de las siguientes características: m

3

3

volados 28.800m , anchura de la pega 120m, altura de banco 10m. Sabiendo que el

costo de una boca de perforación son 300€, duración de la boca 30minutos, velocidad de perforación 11m/h, gasto de gasoil 45litros/h, tiempo de desplazamiento del carro entre barreno y barreno 10min, precio del gasoil 1’2€/litro, costo del carro de

perforación 350€/h, costo de NAFO 1’5€/kg, costo de G2

3’5€/kg y diámetro del

barreno 100mm.

                                                                                       



       

                                                             

120/5=24 → 23 barrenos → 22espacios 120- 22·5= 2x → x= 5m 28.800/(120·10)= 24m de profundidad de banco 24 / 4= 6barrenos

                               



               1642‟2m / 11m/h= 149‟29h perforando → 2bocas cada hora → 298‟6bocas≈ 299bocas Coste de bocas= 299· 300= 89700 €

Horas del carro 149‟29horas trabajando + 10minutos·137barreno/60min/h= 172‟13horas Coste gasoil del carro=172‟13h·45litros/h·1‟2€/h= 9295‟02€

Coste del carro= 172‟13·350= 60305€ Coste G2= 58‟5 · 138 · 3‟5= 28255‟5€ Coste ANFO= 10‟25 · 138 · 1‟5= 2121‟75€

Coste total= 89700 + 9295’02 + 60305 + 28255’5 + 2121’75 = 189677’27€ 3

189677‟27/ 28800= 6‟586€/m

3

11‟9·138 / 28800= 0‟057m/m



Ejercicio.6. Calcular el coste total de una voladura de las siguientes características:

diámetro de perforación 51mm, anchura e la pega 44’5m, fondo de la pega 9m, altura de banco 14m. Sabiendo que: cada 15’5m de perforación se gasta una boca, precio de la boca 80€, velocidad de perforación del carro 5m/min, el carro gasta 12litros/h, precio gasoil 0’75€/litro, tiempo del carro entre barreno y barreno 10min, tiempo para cambiar una boca 0’7h, costo del carro de perforación 125€/hora, r etacado es arena especial de densidad 1’2 cuyo precio es 1’5€/kg, kg de G2 8€, kg de NAFO 4€.

                                                                                         



       

                                                             

44‟5 / 2‟25=19‟77 → 19 barrenos → 18espacios 44‟5- 18·2‟25= 2x → x= 2m 3

44‟5·9·14= 5607m banco 9 / 1‟8= 5barrenos

               

 

                



             Cada boca perfora 15‟5m por tanto necesito 1463/15‟5= 94‟38 bocas → 95bocas Coste de las bocas 95·80= 7600€ Tiempo en perforar= 15‟4 · 95 / 5mmin=292‟6 min → 4‟87666h Desplazamientos del carro: 94·10= 940min → 15‟6666h Tiempo de cambio de bocas= 0‟7·94= 65‟8 horas Costo de gasoil del carro= (4‟8766+15‟66)·12·0‟75= 184‟89€ en gasoil Costo del carro= (4‟8766+15‟66+65‟8)·125= 10792‟91€ Costo G2= 7‟76·8·95= 5897‟6€ Costo NAFO= 13‟8067·95·4= 5286‟54€ Volumen de arcillas= 1800·∏·25‟5 2·95= 349322326‟5mm 3 3

3

Peso arcillas especiales= 349‟32dm ·1‟2kg/dm = 419‟18kgs Coste arcillas= 419‟18· 1‟5= 628‟78€

Coste total= 7600+184’89+10792’91+5897’8+5286’54+628’78= 30351’68€



**Las varillas son de 3metros, por tanto se mete una se perforan 3 metros se levanta el martillo se acopla otra varillas y se mete de manera que la primera después estará a 6metros y la segunda a 3m.

Ejercicio.7. Calcular el número de barras necesarias en una voladura de 203 barrenos, para

una profundidad de 9’5m/barreno y la varillas se cambiar cada 33’25metros. 9‟5m → 6‟5m → 3‟5m → 0‟5m 33’25/0’5= 66’5

33’25/3’5= 9’5

33’25/6’5= 5’11

33’25/9’5= 3’5

203/66’5=3’029 → 4

203/9’5=21’36→22

203/5’11= 39’68→40

203/3’5= 58

Número de barras= 4 + 22 + 40 + 58= 124barras



3

Ejercicio.8. Calcular el costo de un m en una voladura de las siguientes características d=75mm, H=9m, anchura 110m, para obtener 20790m3, sabiendo que la velocidad de

perforación del carro 20m/min, gasto de gasoil 0’5litro/m, una boca se gasta cada 30m/perforado, costo de cada boca 200€, varilla de perforación se gasta cada 22m,

costo de varilla 300€. Se tarda en cambiar una barra 16min, costo del carro 150€/h, riogel 25€/kg, NAFO 5€/kg.

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110/ 3‟75=29‟33 → 29 barrenos → 28espacios 110- 28·3‟75= 2x → x= 2‟5m 20790/(110·9)= 21m de profundidad de banco 21 / 3= 7barrenos

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22/7’6= 2’8947

22/4’6= 4’7826

22/1’6= 13’75

203/2’075= 97’8

203/2’8947= 70’128

203/4’7826= 42’44

203/13’75= 14’76

98

71

43

15

Total de varillas= 98 + 71 + 43 + 15= 227varillas Tiempo de perforación= 10‟6·203 / 20= 107‟59min → 1‟7931h Tiempo en cambiar una barra= 226·16= 3616min → 60‟26h Número de bocas 10‟6·203 / 30= 71‟72 → 72bocas

Costo de bocas= 72· 200= 14400€ Costo varillas= 227·300= 68100€ Costo del carro= (60‟26+1‟7931) · 150= 9308‟975€ Costo Riogel= 24‟6796·203·25= 125248‟97€ Costo NAFO= 9‟035·203·5= 9170‟52€

Coste total= 14440+68100+9308’975+125248’97+9170’52= 226228’47€

Coste total del m3 volado= 226228’47/20790= 10’88€/m3.



3

Ejercicio.9. Calcular el costo del m puesto en escombrera en la siguiente voladura. 3

Diámetro 75mm, altura 14m, anchura 143m, para extraer 22422’4m . Sabiendo que: Se gasta una boca cada 40 minutos Precio de una boca 150€ Una barra se gasta cada 105 minutos.

Precio de cada barra 175€. Velocidad de perforación 55m/h. Gasto de gasoil del carro 50litros/h

Precio del gasoil 0’6€/litro Precio del carro 200€/h. Goma2 12€/kg. NAFO 5€/kg. La escombrera está a 10km, velocidad del dumper 20km/h, capacidad 50m3, nº de

dumper disponibles 4, precio del dumper 100€/h.

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143/ 3‟5=40‟857 → 40 barrenos → 39espacios 143- 39·3‟5= 2x → x= 3‟25m 22422‟4 /(143·14)= 11‟2m de profundidad de banco 11‟2 / 2‟8= 4barrenos

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Una boca puede perforar: 55·40/60= 36‟666m. Número de bocas= 15‟7 · 160/ 36‟66= 68‟5 bocas → 69bocas. Costo de bocas= 69·150= 10350€ . Número de varillas (barras). Haciendo los dos pasos en uno solo: 160 · 15’7 / 96’25= 26’09

160 · 12’7 / 96’25= 21’11

160 · 9’7 / 96’25= 16’12

27

22

17

160 · 6’7 / 96’25= 11’137

160 · 3’7 / 96’25= 6’15

160 · 0’7 / 96’25= 1’16

12

7

2

27 + 22 + 17 + 12 + 7 + 2= 87. Costo de las barras= 87· 175= 15225€. Horas funcionando el carro: 15’7 · 160 / 55= 45’67h. Costo del gasoil= 45’67 · 0’6 · 50= 1370€. Costo alquiler del carro= 45’67·200= 9134€. Costo Goma2= 24’68 · 160 · 12= 47385’6€. Costo NAFO= 23’94 · 160 · 5= 19152€.

Coste de la voladura= 10350 + 15225 + 1370 + 9134 + 47385’6 + 19152= 102616’6€. Cálculo de viajes= 22422’4 / 50 448’44 viajes de camión → 449viajes. Cada viaje son 10km ida + 10km vuelta= 20km → velocidad del dumper 20km/h por tanto tarda una hora en dar un viaje completo. 449 viajes · 1h/viaje= 449 horas.

Costo de los camiones= 449 · 100= 44900€.

3

3

Coste total del m puesto en escombrera= (102.616’6+ 44.900)/ 22422’4= 6’57€/m .


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