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PRINCIPIOS DE VOLADURA INDICE 1. INTRODUCCIÓN A LA VOLADURA DE ROCAS 2. ROCAS a. Clasificación resumida b. Características c. Propiedades mecánicas 3. MECANICA DE ROTURA 4. EXPLOSIVOS Y ACCESORIOS DE VOLADURA 4.1 Explosivos: 4.1.1. Generalidades 4.1.2. Desarrollo de la detonación 4.1.3. Características Generales de los Explosivos 4.1.4. Clasificación General de los Explosivos 4.1.5. Propiedades de los explosivos 4.1.6. Componentes de los explosivos 4.1.7. Pruebas de los explosivos 4.2 Agentes de Voladura 4.2.1. ANFO

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

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

Principios de Voladura 1

1. Introducción Secuencia de las operaciones básicas en minería      



Exploración Desarrollo y preparación Explotación Paleo, izaje y acarreo interno Tratamiento metalúrgico Transporte externo Comercialización y tratamiento final (fundición-refinación)

La Voladura es la Fase Crítica de las Operaciones de Desarrollo y de Explotación en Minería  Sin voladura en desarrollos no se podría llegar al mineral.  Sin voladura en explotación no hay producción.  Si no hay producción de mineral, tampoco podrá haber tratamiento metalúrgico

 El arranque de la roca o mineral del macizo rocoso , mediante la voladura, es la acción “más minera” dentro de toda la actividad minera, porque todo aquello que ocurra “río abajo” involucra otras especialidades: por ejemplo, el chancado ,la trituración y la molienda es ingeniería de conminución; la flotación y el concentración, es ingeniería química y/o metalúrgica, el mantenimiento de los equipos (palas, camiones, carros mineros, etc.) es ingeniería mecánica, etc.

La voladura está directa e indirectamente vinculada a las demás operaciones de minado, influyendo en su operatividad y costo  Una voladura eficiente contribuye a la productividad y rentabilidad de la mina.

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

Voladuras en las operaciones de minado En Exploración  Trabajos de voladura en obras viales, Principios de Voladura 2

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

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

En Explotación  voladuras de producción adecuadas a los diversos métodos de explotación aplicables según las condiciones del yacimiento.

Voladuras en las Operaciones de Minado Objetivos Específicos En Desarrollo y Preparación  Avance máximo por disparo.  Control de sobre excavación.  Estabilización definitiva de los accesos y desarrollos excavados.

En Explotación    

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

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

En Explotación  Fragmentación y tonelaje óptimos del material extraído mediante voladura eficiente.  Mínima dilución del mineral.  Mínimo margen de inestabilidad geomecánica por sobre- excavación.  Minimizar la voladura secundaria.

Operaciones Indirectamente Vinculadas a la Voladura Influencia de la Voladura En Paleo y Acarreo del Material Disparado  El grado de fragmentación y el tonelaje roto, determinan la facilidad y el costo del transporte interno.

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En Chancado y Conminución Mecánica (Molienda)  En estos procesos también influye el grado de fragmentación, en lo que respecta al consumo de energía y desgaste de las chaquetas de las chancadoras.

Objetivos de la Voladura Paleo y Acarreo del Material Disparado  Facilitar la excavabilidad y carga del material disparado para agilizar el transporte.  Reducir el número de viajes y desgaste de equipos.  Reducir costos de tareas, combustible y mantenimiento.

Chancado y Conminución Mecánica (Molienda)  Reducir el tiempo de operación de los equipos de chancado y molienda con el abastecimiento de material adecuadamente fragmentado en mina.  Eliminar la necesidad de reducción mecánica en parrilla o de voladura secundaria, previas al ingreso a la chancadora.

Metas Económicas Paleo y Acarreo Del Material Disparado  Lograr mayor facilidad y velocidad de los ciclos de carga, transporte y descarga, con un adecuado perfil del lomo de material disparado y homogeneidad en la granulometría de fragmentación.

Chancado y Conminución Mecánica (Molienda)  Eliminar los picos de consumo de energía aplicados a la reducción de material sobredimensionado.  Reducir el desgaste de chaquetas y forros y paralelamente el costo de mantenimiento.  Conseguir menores costos en los proceso de conminución mecánica para la concentración o de lixiviación del mineral a tratar.

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Influencia de la Voladura en el Costo Total de Minado

Costo total de minado Costo de transporte Costo de excavación

$/ t

Costo de voladura

Voladura deficiente $/t

Mayor en $/t

Costo total de minado

$/t Costo de voladura Costo de transporte Costo de excavación

Voladura eficiente $/t

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Menor en $/t

DISTRIBUCION COSTO / BENEFICIO:

Costos previos a la voladura

Costos posteriores al disparo

PERFORACIÓN Y EXPLOSIVO Perforación PALEO Y Explosivos ACARREO Seguridad / Ventilación CHANCADO Y PROCESAMIENT O SOSTENIMIENTO BENEFICIO (UTILIDAD) Avance VOLADURA SECUNDARIA Sobre rotura / Dilución (COSTO Voladura secundaria ADICIONAL) Seguridad: sostenimiento

ventilación Carguío y transporte Chancado y molienda Recuperación metalúrgica

Ejemplo de Costos de Operación de Minado Distribución de costos promedios, excluyendo tratamiento metalúrgico, exploraciones, gastos generales y otros no directamente vinculados al arranque de mineral Caso de una mina con material de dureza intermedia y con estructura geológica medianamente competente que requiere sostenimiento. Comprende : OPERACIÓN DE EQUIPOS, SUMINISTROS, MANO DE OBRA Distribución Porcentual OPERACIONES 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Perforación Voladura Sostenimiento Paleo Transporte interior Transporte en superficie Servicios Administración / supervisión Depreciación – inversiones TOTAL

% DEL COSTO TOTAL 25 10 18 09 04 07 15 04 08 100%

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Principios de Voladura 7

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

Rocas Ígneas Rocas sedimentarias Rocas metamórficas.

CLASIFICACIÓN POR SU ORIGEN

TIPO

ASPECTO FÍSICO

FAMILIA

Plutónica o intrusiva

Textura granular, gruesa Cristalización gruesa, a profundidad

Granito Diorita

Hipo abisales o filonianas

Textura media Cristalización cerca de superficie

Pegmatitas Diques varios

ÍGNEAS

Textura fina Cristalización en superficie Volcánicas o efusivas

Lava o derrames Piroclastos o cenizas

Vítrea: Obsidiana Felsíticas: Riolitas Porfídicas: Andesitas Fragmentales: Brechas

Mecánica

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

Areniscas Gravas Calizas

Químicas

Orgánicas: Por de posición de restos orgánicos.

Calizas y Diatomitas

SEDIMENTARIAS

Regionales por orogénesis

Gneis

METAMÓRFICAS De contacto o locales

Térmico, Hidrotermal (Acción de soluciones y calor)

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Mármol

b. Características de la Roca Las características geológicas y mecánicas, además de las condiciones del estado de las rocas a dinamitar, determinación realmente el tipo de explosivo que deberá emplearse para fracturarlas eficiente y económicamente. Por ello, es muy importante que además de conocer las propiedades del explosivo se tenga en cuenta el grado de afectación que puedan presentar algunos parámetros de la roca como: A. B. C. D. E. F. G. H. I.

Densidad o pesos especifico. Compacidad y porosidad. Humedad e inhibición. Dureza y tenacidad. Frecuencia sísmica. Resistencia mecánica a la compresión y tensión. Grado de fisuramiento. Textura y estructura geológica. Variabilidad. Coeficiente de expansión o esponjamiento

.

c. Propiedades Mecánica De Las Rocas Estas propiedades referidas al comportamiento de las rocas al ser sometidas a esfuerzos mecánicos son normalmente determinadas en laboratorios mediante prensas y equipos especiales. Definen medidas o valores aplicables para tener un criterio previo sobre las condiciones de estabilidad de la roca después de haber sido excavado, por lo que son difíciles de correlacionar con los resultados de la voladura pero proporcionan un medio de comparación entre diferentes rocas. A. B. C. D. E. F. G.

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

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

Proceso de Detonación de una Carga Explosiva *** ***** Onda de Choque ******** ********** Explosivo O de Tensión ************* sin reaccionar * * * * * * * * * * * * * * * ROCA NO ***************** * * * * * * * * * * * * * * * * * * *ALTERADA ROCA ******************** Dirección de * COMPRIMIDA ****** ************ ONDA DE Avance de ************************* la REFLEXIÓN * ************************* Detonación ************************* CAÍDA * * * *DE * * * * * *PCJ **************** FC PRESIÓN ****** **************** * INICIAL *** *********************** Onda de *********** * Reflexión ZR ********************* y gases en ******************* Expansión ***************** ROCA NO *************** ************** ALTERADA ************ Ensanchamiento ********** ******** del taladro ****** PCJ: PLANO DE CJ ***** ZR : ZONA DE REACCIÓN *** FC : FRENTE DE CHOQUE *

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 flexural (por expansión de gases). Teoría de torque (torsión) o de cizallamiento. Teoría de craterización. 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.

Una explicación sencilla, comúnmente aceptada, que resume varios de los conceptos considerados en estas teorías, estima que el proceso ocurre en varias etapas o fases que se desarrollan casi simultáneamente en un tiempo extremadamente corto, de pocos milisegundos, durante el cual ocurre la completa detonación de una carga confinada, comprendiendo desde la fragmentación hasta el total desplazamiento del material volado. Principios de Voladura 10

Estas etapas son: 1. Detonación del explosivo y generación de la onda de choque. 2. Transferencia de la onda de choque a la masa de la roca iniciando su Agrietamiento. 3. Generación y expansión de gases a alta presión y temperatura que provocan la fracturación y movimiento de la roca. 4. Desplazamiento de la masa de roca triturada para formar la pila de escombros o detritos. La rotura de rocas requiere condiciones fundamentales como: 1. 2. 3. 4. 5.

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 fisuramiento cilíndrico radial y la consecuente rotura flexural.

Fases de la Mecánica de Rotura de un Taladro con Cara Libre 1. Columna Explosiva

BURDEN TACO INERTE

CARGA EXPLOSIVA CONFINADA

CARA LIBRE TALADRO

SOBREPERFORACIÓN

INICIADOR SUFICIENTE

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2. Propagación de la Onda de Shock

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

LAS ONDAS QUE ESCAPAN PRODUCEN CONCUSIÓN Y ONDAS SÍSMICAS

ONDAS SÍSMICAS

3. 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

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4. Rotura de Expansión

5. Expansión Máxima (rotura flexural) LOS GASES PRESIONAN AL CUERPO DE ROCA ENTRE EL TALADRO Y LA CARA LIBRE, DOBLÁNDOLA Y CREANDO PLANOS DE ROTURA HORIZONTALES ADICIONALES

Rotura Flexural

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6. 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

Inicio de la Formación de la Pila de Escombros

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Esquema De Agrietamiento Radial de la Roca

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

Si las columnas de explosivo son interceptadas longitudinalmente 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 propaguen en la roca. Fracturas Grietas radiales

Zona de fracturación radial

Roca pulverizada

Taladro

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El agrietamiento no avanza debido al choque con las fracturas paralelas

Mecanismos de Rotura FASE I

CARA

BURDEN

ONDAS DE CHOQUE

TALADROS ESPACIAMIENTO

FASE II

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LIBRE

FASE III

FASE IV

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EFECTO DE CRÁTER Mecánica de Rotura de un Taladro con una sola Cara Libre 1. Efecto de Cráter

TACO INERTE

COLUMNA EXPLOSIVA

LÍMITE DE ROTURA

BOOSTER

Detonación

ONDAS DE COMPRESIÓN QUE SE DISIPAN COMO ONDAS SÍSMICAS

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Taladro de Cráter

Taladro convencional

INFLUENCIA DE TALADROS CONTIGUOS 1. Espaciamiento Adecuado

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2. Espaciamiento muy Corto (Proyección Excesiva)

3. Espaciamiento muy amplio (Los taladros se soplan)

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4. Explosivos - Accesorios y Agentes de Voladura 4.1. Explosivos 4.1.1.Generalidades Concepto Son productos químicos que encierran un enorme potencial de energía, que bajo la acción de un fulminante u otro estímulo externo reaccionan instantáneamente con gran violencia. Se fabrican con diferentes potencias, dimensiones y resistencia al agua, según se requiera. Un explosivo genera: 1. Un fuerte efecto de impacto que tritura la roca. 2. Un gran volumen de gases que se expanden con gran energía, desplazando los fragmentos.

Velo cida d de reac ción

4.1.2. Desarrollo de la Detonación

Detonación

Transición

Deflagración

0

Tiempo

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4.1.3. CARACTERISTICAS GENERALES En la selección del explosivo más idóneo para un fin determinado, es preciso conocer las características de cada explosivo, para a partir de ellas, elegir el que más convenga al tipo de aplicación que precisemos.



Estabilidad química



Sensibilidad



Velocidad de detonación – Potencia explosiva



Densidad de encartuchado – Resistencia al agua.



Humos

1. Estabilidad química La estabilidad química de un explosivo es la aptitud que éste posee para mantenerse químicamente inalterado durante un cierto tiempo. Esta estabilidad con la que el explosivo parte de fábrica, se mantendrá sin alteraciones mientras las condiciones de almacenamiento sean adecuadas, permitiendo al usuario tener un producto totalmente seguro y fiable para los trabajos de voladura. Las pérdidas de estabilidad en el explosivo se pueden dar por almacenamiento prolongados en lugares con deficiente ventilación, pudiendo llegarse, hasta la inutilización del explosivo.

2. Sensibilidad La sensibilidad de un explosivo, se puede definir como el mayor o menor grado de energía que necesita que se le comunique para que se produzca su explosión. 

Sensibilidad al detonador.



Sensibilidad a la onda explosiva – Sensibilidad al choque



Sensibilidad al rozamiento

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Así dentro estos cuatro tipos de sensibilidad, puede decirse que las dos primeras son cualidades positivas, y las dos últimas, cualidades negativas del explosivo. 3. Velocidad de detonación Si en el extremo de una fila de cartuchos de explosivo, colocamos un detonador, e iniciamos éste, la detonación del explosivo se producirá con una cierta, que es la que denominamos velocidad de detonación del explosivo. La detonación de un explosivo, es por tanto, la transformación casi instantánea de la materia que lo compone en gases. Esta transformación casi instantánea de la materia que lo compone en gases. Esta transformación se hace a elevada temperatura, y con un desprendimiento de un gran volumen de gases. La velocidad de detonación es una de las principales características a tener en cuenta a la hora de la elección de un explosivo para un fin determinado. Así un explosivo potente que detone lentamente, va ejerciendo o desarrollando su energía de forma progresiva consiguiendo con su esfuerzo mover grandes bloques, mientras que en un explosivo dotado de una velocidad de detonación alta, como el desarrollo de la energía es casi instantáneo, provocará voladuras espectaculares, troceando los bloques totalmente. Para unos trabajos interesan en unos casos explosivos lentos, y en otros explosivos de gran velocidad de detonación, de ahí la importancia de la elección del explosivo, para obtener los mejores resultados. La velocidad de detonación de un explosivo se mide en metros por segundo, y es del orden de varios miles.

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4. Potencia explosiva La potencia puede definirse como la capacidad de un explosivo para quebrantar y proyectar la roca. Depende casi exclusivamente de la composición del explosivo, pudiendo mejorarse ligeramente con una adecuada técnica de voladura. Para la medida de la potencia de un explosivo existen diferentes técnicas, de las cuales la mas empleada es la del péndulo balístico; por este procedimiento se mide la potencia de un explosivo en tanto por ciento con relación a la goma pura, a la que se le asigna por convenio la potencia 100%. 5. Densidad de encartuchado La densidad de encartuchado es también una característica importante de los explosivos, que depende en gran parte de la granulometría de los componentes sólidos y tipo de materias primas empleadas en su fabricación. La densidad es un parámetro importante a tener en cuenta en la carga de barrenos con agua en su interior. Así, por ejemplo, la carga, en barrenos con agua, de explosivos de densidad inferior a 1, independientemente de la resistencia al agua del explosivo, resulta muy laboriosa, ya que éste flota, cosa que no ocurre con los de densidad superior a 1. 6. Resistencia al agua En este punto cabe diferenciar tres conceptos:  Resistencia al contacto con el agua  Resistencia a la humedad  Resistencia al agua bajo presión de la misma

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Entenderemos por resistencia al agua o resistencia al contacto con el agua, aquella característica por la cual un explosivo, sin necesidad de envuelta especial, mantiene sus propiedades de uso inalterables en tiempo mayor o menor, lo cual permite que sea utilizado en taladros con agua. Un caso normal, por ejemplo, sería el de un taladro que se encuentre con 7 m de columna de agua. 7. Humos Se designa con esta palabra “humos” el conjunto de los productos resultantes de la explosión, entre los que se encuentran gases, vapor de agua y polvo en suspensión. Estos humos contienen gases nocivos, como Óxido de carbono o vapores nitrosos, y su presencia en los trabajos subterráneos, puede ocasionar molestias o intoxicaciones graves a las personas.

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

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

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

Clasificación Generalizada de Rocas para Voladura TENACES             

INTERMEDIAS

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

          

Riolita Andesita Dacita Tranquita Fonolita Obsidiana (vidrio volcánico) Toba y brecha volcánica. Arenisca cementada Pizarra, metamórfica, caliza Dolomita Mármol

FRIABLES       

  

Rocas alteradas Serpentina Yeso – anhidrita Pizarra – Filita Lutita – Arcilla Compacta Conglomerado y Brecha no cementada Carbón Antracita Marga – Antracita Marga

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

Componentes de los Explosivos EXPLOSIVO

OXIDANTE

COMBUSTIBLE

SENSIBILIZADOR

DINAMITAS

Sólido Sólido Líquidos Materiales absorbentes; Nitrato de amonio y otras Nitroglicerina, pulpa de madera, harina, sales. nitrocelulosa, glicol. celulosa.

ANFOS Y OTROS CARBO-NITRATOS GRANULARES

Sólido Nitrato de amonio granular

Aires Líquido Pocos vacíos de aire en Petróleo Diesel o aceites los prills de nitrato de residuales, carbón. amonio.

EMULSIONES

Sólido Nitratos de amonio y otras sales (soluciones salinas)

Líquido Aceites minerales, emulsiones, petróleo, parafina.

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Gasificación Aire en microbalones (microesferas de vidrio) o agentes gasificantes (nitratos)

4.1.6. COMPONENTES DE LOS EXPLOSIVOS 1. Componentes del Fulminante Simple N° 8

Cápsula de aluminio

Carga primaria (azida de plomo: 250 mg)

Carga base (PETN: 450 mg)

2. Componentes de la Mecha de Seguridad Forro de PVC compuesto

Pólvora negra (5 a 6 g/m)

Hilo de arrastre

Cintas de papel kraft

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

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3. Componentes del Conector de Ignición

Cápsula de aluminio

Masa pirotécnica

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

Componentes de la Mecha Rápida

Forro de polietileno

ONDAS DE CHOQUE

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Alambre central de Cu, Fe o Al

Alambre de refuerzo de Cu, Fe o Al

Frente:

Detonador Ensamblado

7 6

6

5

4

5

3

3 2

4

4 1 2

1

1

1

2

2

5

Mecha Rápida

5

3

3 4

9

8

8

9

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

Detonador Ensamblado C A R A

C a L r I Ba R EL i Principios de Voladura 30

Mecha Rápida

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Puentes de empalme para tajeos (Voladura masiva)

Puente

d

Ejemplo de Cálculo para Hallar la Longitud del Puente Tiempo de combustión del Detonador Ensamblado de 08 pies (2,40 m):

TDE = 440 s Tiempo de Combustión: 55 s/pie Tiempo de combustión de la Mecha Rápida:

TMR = 35 s/m Cálculo de la distancia que se debe hacer el puente:

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

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4.1.7. PRUEBAS CON LOS EXPLOSIVOS 1. Prueba Trauzl - Potencia relativa

Mecha y fulminante N° 06

Cavidad cilíndrica de 62 cm3 (*)

Explosivo a ensayar (10 g) Molde de plomo de dimensiones específicas

Deformación exterior del molde de plomo

Expansión producida por la detonación de la muestra explosiva expresada en cm3, menos el volumen de la cavidad inicial

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

2. Prueba Hess – Poder rompedor

Cebo Masa explosiva

Disco de acero

Fulminante Masa explosiva

Bloque de plomo

Disco de acero Bloque de plomo

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3. Prueba D´Autriche – Velocidad de detonación

4. Densidad para Productos Encartuchados

D = W/ ∆ V

∆ V

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

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5. Presión de Detonación de un Explosivo La presión de detonación de un explosivo está dada por la fórmula siguiente:

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

En donde: PD De VOD

: : :

presión de detonación densidad del explosivo velocidad de detonación del explosivo

6. Prueba de Transmisión ó Detonación por Simpatía

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4.2. AGENTES DE VOLADURA

1. Nitrato de Amonio El Nitrato de Amonio es una sal inorgánica de color blanco cuya composición es: Se obtiene por reacción del amoniaco y el ácido nítrico: 3H2 NH3

+ N2 + HNO3

2NH3 (Amoníaco) NH4NO3 (Nitrato de Amonio)

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

ANFO El ANFO es un agente de voladura granular, seco, compuesto por una mezcla de Nitrato de Amonio poroso y petróleo diesel N° 2. La mezcla ideal corresponde al 94,3 % de Nitrato de Amonio (oxidante) y 5,7 % de petróleo (combustible), en pesos, para el mejor balance de oxígeno en la detonación. Esta mezcla proporciona el 100 % de energía útil y la menor generación de gases nocivos.

Requisitos fundamentales que debe cumplir el ANFO: • • • •

Porosidad: Los poros son indispensables para la generación de puntos calientes en la detonación del ANFO, por compresión adiabática del aire (sensibilizador) por la onda de choque iniciadora del cebo. Absorción del petróleo (mínima en porcentaje). Retención del petróleo (mínima en tiempo). Cobertura antiaglomerantes (anticaking) para la fluidez del los prills en el manipuleo a granel.

Efectos de la Absorción de Petróleo en las Mezclas de ANFO ANFO preparado al 6% de petróleo: • El prill absorberá entre 6 y 15 % del petróleo. • Saturación del prill con petróleo. • Relación óptima para el ANFO 94 % NA y 6 % petróleo, cualquier variación resulta en pérdida de eficiencia y exceso de gases tóxicos.

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Principios de Voladura 37

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

PORCENTAJE DE PETRÓLEO

En el gráfico anterior se aprecia la influencia que tiene el porcentaje de combustible sobre la energía desprendida y velocidad de detonación. Se ve que no interesan ni porcentajes inferiores ni superiores al indicado si se pretende obtener el máximo rendimiento en las voladuras. El contenido de combustible afecta también a la cantidad de gases nocivos desprendidos en la explosión (CO + NO); cuando en las voladuras los humos producidos tienen color naranja, esto es un indicativo de un porcentaje insuficiente de petróleo, o que el ANFO ha absorbido agua de los taladros, o no se ha iniciado correctamente.

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

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DIFIC ULTA D RELA TIVA DE INICIA CIÓN CON UN DETO NADO R N° 6

Sensibilidad del ANFO a la Iniciación

3,0 2,5 94 % DE NITRATO DE AMONIO 6 % DE PETRÓLEO

2,0

DENSIDAD 0,82 g/cm3 1,5

1,0

2

3

4

5

6

7

8

9

PETRÓLEO (%)

Influencia del Contenido de Agua sobre la Velocidad de Detonación del ANFO Como se ha mencionado anteriormente, con el Nitrato de Amonio, el agua es el principal enemigo del ANFO, ya que éste absorbe una gran cantidad de calor para su vaporización y baja considerable-mente la potencia del explosivo. En cargas de 76 mm de diámetro una humedad superior al 10 % produce la insensibilidad del agente explosivo. En tales casos el único recurso de empleo consiste en envolver el ANFO en recipientes o bolsas impermeables al agua.

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

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Densidad La densidad tiene importancia para la velocidad de detonación y los efectos de impacto de un explosivo. Conforme la densidad del ANFO aumenta, entonces la velocidad de detonación se eleva, pero es más difícil conseguir la iniciación. Por encima de una densidad de 1,2 g/cm3, el ANFO se vuelve inerte no pudiendo ser detonado.

Modos para calcular la densidad del ANFO: • A granel: Peso por unidad de volumen en libras o kilos/recipiente de volumen conocido (lleno).

D=W/V • Para masas: Desplazamiento de volumen de agua de un recipiente al introducirse una masa (Método clásico del Principio de Arquímedes), En gramos/ cm3. (Patrón agua = 1,0 g/cm3). • Densidad promedio del ANFO: 0,85 g/cm3

Influencia del Diámetro de la Carga sobre la Velocidad de Detonación El diámetro de la carga es un parámetro de diseño que incide de forma decisiva en la velocidad de detonación del ANFO. El diámetro crítico de este explosivo está influenciado por el confinamiento y la densidad de carga. Usado dentro de taladros en roca con una densidad a granel de 0,8 g/cm3 el diámetro crítico es de unos 25 mm, mientras que con 1,15 g/cm3 se eleva a 75 mm.

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Influencia del Tamaño de los Prills en el ANFO El tamaño de los prills de Nitrato de Amonio influye en la densidad del explosivo. Así, cuando el ANFO se reduce a menos de 100 mallas, su densidad a granel pasa a ser 0,6 g/cm3, lo que significa que si se quiere conseguir una densidad normal entre 0,8 y 0,85 g/cm3 para alcanzar unas buenas características de detonación será preciso compactarlo. Presión de Detonación La presión de detonación es un indicador significativo de la capacidad de fragmentación que posee un explosivo. Es función de la densidad y del cuadrado de la velocidad de detonación, así:

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

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

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

: :

0,9 g/cm3 2 800 m/s

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

17,64 kbar

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Iniciación del ANFO En el cebado del ANFO, el rendimiento de un iniciador está definido por su presión de detonación, sus dimensiones y su forma. Cuanto mayor es la presión de detonación, mayor será su disponibilidad para la iniciación. El efecto de la presión de detonación sobre la velocidad de detonación del ANFO se muestra en la gráfica siguiente.

Diámetro del Cartucho Cebo Las condiciones que debe cumplir un iniciador para eliminar las zonas de baja velocidad de detonación del ANFO son: presión de detonación lo más elevada posible (como se mostró en la gráfica anterior) y un diámetro superior a los 2/3 del diámetro del taladro. La longitud del iniciador también tiene importancia, ya que éste a su vez es iniciado por un detonador y presenta un determinado tramo de elevación de la velocidad de detonación.

CARGUÍO DE TALADROS

TALADROS DE ARRANQUE

TALADROS DE PRODUCCIÓN

TALADROS DE CONTORNO

Punto de inicio de la detonación autosostenida

Principios de Voladura

Punto de inicio de la detonación

INICIACIÓN DE ANFO CON DETONADOR 42 SIMPLE SOLO (NO DESEABLE)

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