Perforación La perforación es la primera operación o pilar de la voladura. Su propósito es abrir en la roca huecos cilíndricos denominados taladros que están destinados a alojar al explosivo y sus accesorios iniciadores A la perforación se puede definir de finir como la combinación de las siguientes acciones: • Percusión: Son los impactos producidos por los golpes del pistón, los que originan ondas de choque que se transmite a la broca. • Rotación Rotación:: Es aquella que hace girar la broca para que los impactos sobre la roca se produzcan. •Empuje: Es la fuerza necesaria para mantener mantener en contacto la broca con la roca. •Barrido: El fluido del barrido permite extraer el detrito del fondo de perforación. Voladura Es la primera etapa de conminución del material in situ, siendo de vital importancia aprovechar al máximo la energía química del explosivo, para así obtener una fragmentación adecuada con el menor costo, elevándose la productividad en las labores de carguío, acarreo y chancado, dando como resultado un mejor costo global de minado. ¿Qué hacen los Ing. de voladura? 1. Diseño de voladura 2. Preparación protocolo de voladura 3. Instalación de sismógrafos 4. Carga de taladros con explosivos. 5. Amarre de la voladura 6. Señal de advertencia-Todo despejado 7. Fuego en el taladro 8. Inspección del sitio 9. Llevar records de voladura Rendimiento óptimo de voladuras • Rendimiento
• Marcación
• Limpieza de la voladura
• Evaluación del sitio
• Perforación
• Evaluación
• Diseño • Preparación
• Carguío de Taladros • Registro de voladura
Objetivo de la voladura Destruir la estructura in situ de un macizo rocoso de d e manera que un equipo mecánico pueda excavar eficientemente los fragmentos.
¿Que se desea de la voladura? Obtener una fragmentación óptima minimizando el daño al macizo rocoso con la consecuente mejora en la estabilidad de taludes. Voladura Ideal. (Maximizar productividad, disminuir el costo por tonelada, maximizar tamaño de voladura) - Mínima proyección - Fragmentación esperada «Finos» - Logros de Piso - Una pila tronada de alta productividad Ciclo de la voladura Diseño de la voladura → Preparación del Banco→Distribución del diseño de malla→Perforación→Ubicación de taladros→Diseño de carga→Carguío de taladros→Cobertura→Voladura→limpieza→Perforación
Voladura en cielo Abierto Diseño de voladura: * Preparación del banco * Replanteo de la Malla y Perforación * Carguío de Explosivo * Voladura * Excavación
VOLADURA Proceso de reacción según su carácter físico – químico en el tiempo en que se realizan se catalogan como: 1. COMBUSTION: reacción química capaz de liberar calor o energía y se caracteriza porque su velocidad de reacción es lenta (polvo negó) 2. DEFLAGRACIÓN: proceso exotérmico y se caracteriza porque su velocidad de reacción es mayor a la velocidad de reacción de la combustión. Pero no supera los 1000 m/s (ANFO, nitrato de amonio) 3. DETONACION: proceso físico – químico que se caracteriza por su gran y violenta velocidad de reacción. PROCESO DE DETONACION. Explosivo rompedor (secundario) Explosivo iniciador (primario) – detonador DETONADOR: crea la onda de choque iniciadora. La onda avanza a alta velocidad originando la reacción de la masa, inicialmente en un punto, el que se amplía hasta ocupar el diámetro total del explosivo, donde se adquiere su velocidad máxima de detonación. Por detrás del frente de choque (FC) se forma la zona de reacción (ZR) limitado por el plano de Chopman – Jouguet (PCJ) Con la máxima temperatura y presión de detonación; donde la masa explosiva se descompone para originar la zona de explosión (ZE) que le sigue. EXPLOSION: (es un efecto no una causa) Es un fenómeno de carácter físico producto de la liberación del gran volumen de gases. Explosión por descomposición muy rápida - det. Explosivo. Explosión por oxidación muy rápida del aire - oxidación rápida de gas, polvo inflamable. Explosión nuclear – fusión nuclear en une bomba de H y fisión nuclear de bomba atómica (uranio). Explosión por exceso de presión – exceso de presión en recipientes, calderas. Ignición espontánea – nitrato de amonio apilado sin ventilación. TERMOQUIMICA DE EXPLOSIVOS: Cambio de energía interna que almacena un explosivo, dicha energía se encuentra en estado potencial o cinético. DISTRIBUCION DE LA ENERGIA POTENCIAL DE UN EXPLOSIVO EN LA VOLADURA Energía útil del trabajo: energía de impacto de la onda de choque, presión de los gases. Energía no utilizable o pérdida: térmica, sónica, luminosa, sónica y térmica.
PARÁMETROS TERMOQUÍMICOS MÁS IMPORTANTES Proceso de reacción son: presión, calor de explosión, balance de oxígeno, volumen de gases, temperatura del explosivo y energía disponible que en forma simple se diferencia como: Presión: presión de detonación. Es la presión que existe en un plano de CJ detrás del frente de detonación. PD =
ρ ∗ (VOD)2 ∗ 10−5 4
Presión de explosión: presión de gases producidos por la detonación, cuando estos ocupan un volumen inicial del explosivo antes de cualquier expansión. Se puede considerar que la PE = 0.5 PD Presión de taladro o de trabajo: Es la presión que ejercen los gases sobre las paredes de taladro antes de iniciarse la deformación de la roca. PT = PE ∗ DC 2.5 ; DC: densidad de carga Calor de explosión: Es el calor generado y liberado por el proceso de reacción de un explosivo al ser activado. QE = QP – QR; QE: calor total de explosión liberado; productos; prod. Finales CARACTERÍSTICAS DE LOS EXPLOSIVOS Plasticidad: Capacidad del explosivo para moldearse. Gelatinas y explosivos plásticos Viscosidad: Consistencia ligosa o glutinosa, causada por la resistencia por su resistencia a fluir. La viscosidad es propia de aceites, emulsiones y slurries, se contienen mejor en los taladros fisurados, Fluidez: Capacidad para desplazarse propio de líquidos y gases. Nitroglicerina y nitroglicol. Flujo (free flowing): Capacidad de un explosivo granular seco para fluir. Examon y ANFO Tendencia a la compactación: Es la facilidad que presenta un explosivo para compactarse. Friabilidad: Cuando un explosivo tiende a desmenuzarse o pulverizarse Prills NA. Homogeneidad: Textura uniforme de los granos del explosivo Porosidad: Relación de intersticios (poros) entre su propio volumen
CARACTERÍSTICAS PRÁCTICAS DE LOS EXPLOSIVOS Propiedades de tiro: Son las propiedades físicas que identifican cada explosivo y que se emplean para seleccionar el más adecuado para una voladura determinada. Potencia relativa Brisance o poder rompedor Densidad-densidad de carga Velocidad de detonación Aptitud a la transmisión o simpatía Sensibilidad al iniciador Estabilidad Sensibilidad a factores externos (t°, impacto y otros) Categoría de humos Resistencia al agua Presión de detonación Potencia relativa Medida del contenido de energía del explosivo y del trabajo que puede realizar. Brisance o poder rompedor: Es el efecto demoledor o triturador que produce el explosivo sobre la roca Velocidad de detonación: Es la velocidad a la que la onda de detonación se propaga por el explosivo MECÁNICA DE ROTURA DE LAS ROCAS 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 Este mecanismo aún no está plenamente definido, existiendo varias teorías que tratan de explicarlo entre las que mencionamos a: Teoría de reflexión (ondas de tensión reflejadas en una cara libre). Teoría de expansión de gases Teoría de ruptura flexura (por expansión de gases). Teoría de torque (torsión) o de cizallamiento Teoría de caracterización Teoría de energía de los frentes de onda de compresión y tensión. Teoría de liberación súbita de cargas Teoría de nucleación de fracturas en fallas y discontinuidades.
Estas etapas son: Detonación del explosivo y generación de la onda de choque. Transferencia de la onda de choque a la masa de la roca iniciando su agrietamiento. Generación y expansión de gases a alta presión y temperatura que provocan la fracturación y movimiento de la roca. Desplazamiento de la masa de roca triturada para formar la pila de escombros o detritos. La rotura de rocas requiere condiciones fundamentales como: Confinamiento del explosivo en el taladro Cara libre Relación entre diámetro del taladro a distancia óptima a la cara libre (burden). Relación burden-altura de banco y profundidad del taladro. Condiciones geológicas, parámetros del taladro y explosivo para generar el fisura miento cilíndrico radial y la consecuente rotura flexura. FASES DE LA MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO CON CARA LIBRE Columna explosiva: Condiciones: carga explosiva confinada, burden adecuado, cara libre, taco inerte, iniciador suficiente. Propagación de la onda de choque: as ondas o fuerzas de compresión generadas en el taladro viajan hacia la cara libre. Las ondas que escapan producen concusión y ondas sísmicas Agrietamiento por tensión: 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 Rotura de expansión: los gases a alta presión se expanden rápidamente penetrando en las grietas de tensión iniciando la rotura radial y el desplaza-miento de la roca Expansión máxima (rotura flexura): los gases presionan al cuerpo de roca entre el taladro y la cara libre, doblándola y creando planos de rotura horizontales adicionales Fase final formación de la pila de escombros. Los gases en contacto con el medio ambiente pierden fuerza y el material triturado cae al pie de la nueva cara libre Si las columnas de explosivo son intersectadas longitudinal-mente por fracturas existentes, éstas se abrirán por efecto de la onda de choque y se limitará el desarrollo de las grietas radiales en otras direcciones.
Las fracturas paralelas a los taladros que se encuentran a cierta distancia de estos taladros, evitarán que la formación de grietas se propague en la roca. CLASIFICACION DE LOS EXPLOSIVOS EXPLOSIVOS: son mesclas de sustancias químicas en estado sólido, gaseoso, liquido; que por medio de reacciones químicas oxido-reducción, liberan un gran volumen de gases a altas temperaturas y presiones. UN EXPLOSIVO GENERA: Un fuerte efecto de impacto que tritura la roca y un gran volumen de gases que se expanden con gran energía, desplazando los fragmentos. EXPLOSIVOS INDUSTRIALES ROMPEDORES ALTOS EXPLOSIVOS:TNT, gelatinas, dinamitas, hidrogeles sencibilizados, emulsiones sensibilizados. AGENTES DE VOLADURA: necesitan de un primer o cebo para ser iniciados. Ejm,anfo(prills), slurries, emulsiones, hibridos (mesclas de anfo emulsion o anfo pesados) EXPLOSIVOS ESPECIALES: sísmicos para voladura controlada, permisibles (carbón), cargas dirgidas, binarios. CLASIFICACION PRÁCTICA Por su régimen de velocidad: deflagrantes o empujadores, detonadores o trituradores. Por sensibilidad al iniciado: sencibles al detonador o altos explosivos,no sencibles aldetonador o agentes de voladura. Por su aplicación primordial: de uso militar, de uso industrial. CLASIFICACION DE LOS EXPLOSIVOS Altos explosivos: son explosivos rapidos de2500 a7000m/s. son sensibles al fulminante N°8. Ejem plodinamitas,gelatinas, semigelatinas,pulvurulentas. Agentes de voladura: son explosivos lentos o deflagrantes, no son sensibles al fulminante n° 8. Ejemplo hidrogeles o slurries, emulsiones,anfo. EXPLOSIVOS ESPECIALES: Se emplean en trabajos particulares como prospección sísmica,voladura controlada,etc. Ejemplo geodit,exacorte,booesterdeTNT.
RESUMEN DE PRODUCTOS PARA VOLADURA MERCADO NACIONAL: Explosivos rompedores encartuchados: dinamita y emulsiones sencibles. Agentes de voladura a granel: ANFO´s reforzados preparadosyemulsiones. Explosivos especiales: para voladura controlada, para voladura secundaria, booster,explosivos sísmicos, explosivos para destruccion de minas antipersonales. PRODUCTOS EXPLOSIVOS EXSA:
Sencibles al detonador: dinamitas y emulsiones. Gelatinas: gelignita, gelatina especial 90, gelatina especial 75. Semigelatinas: semexsa 80, 45,60,65. Pulvurientas: exadit65, 60, 45. En papel parafinado: semexsa-E80 yE65, En manga plastica: exagel E80y65. No sencibles al detonador: emulsiones y agentes de voladura granulados. Emulsiones:slurrex E80,E60,E40 y EG. Agente oxidante:slurrex-MA. Productos especiales: plastex – E. ACCESORIOS DE VOLADURA Son elementos de la voladura que complementan para dar inicio a la detonación, para que la voladura sea eficiente y productiva, 1. Mecha de seguridad: es un cordón flexible compuesto por un núcleo de pólvora negra, recubierta por fibras de algodón.
2. Fulminante simple n°8.
3. Conector de ignición 4. Mecha rápida- cordón de ignición.
5. Detonador ensamblado 6. Cordón detonante: constituido por un núcleo granulado fino y compacto de un alto explosivo pentrita,que esta recubiertocon fibra sintetica. 7. Booster- primer 8. Retardo para cordón detonante- conector MS 9. Detonador no eléctrico de retardo-EXSANEL 10.Detonador no eléctrico de retardo-tipo dual11.Conector unidireccional de superficie 12.Detonador eléctrico de retardo 13.Detonador eléctrico sismográfico.