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NAC IONAL

UNIVERSIDAD

DEL ALTIPLANO

P U

N O

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO Facultad de Ingeniería de Minas

TECNOLOGÍA DE EXPLOSIVOS

Dr. Alfredo Cámac Torres Puno - 2018

CAPÍTULO I

C O N T E N I D O – CAPÍTULO I

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Historia y desarrollo de los explosivos Algunos conceptos sobre reacciones físico-químicas Que es un explosivo y su importancia Proceso de detonación y sus efectos básicos Clasificación general de los explosivos Efectos básicos de un explosivo

1. HISTORIA Y DESARROLLO DE LOS EXPLOSIVOS

CRONOLOGÍA DEL DESARROLLO DE EXPLOSIVOS Y ACCESORIOS DE VOLADURA Pólvora negra

S-VII-IX Chinos y Árabes. Roger Bacon, 1242 – 1900 minería y obras civiles

Mecha de seguridad

1831, William Bickford

Nitroglicerina

1842, Ascanio Sobrero descubre en Suecia

Nitrocelulosa

1846, Christian Schönbein y Rudolf Böttger

Fulminato de mercurio

S-XVII Sueco-alemán Baron Johann Kunkel

Fulminante

1799, Inglés Edward Howard, cápsula de cobre

Trinitrotolueno TNT

1863, Wilbrand

Dinamita normal

1867, Alfred Nobel, tierra diatomáceas o kieselguhr + NG. Posteriormente se sustituye por oxidantes (nitrato potásico, de sodio o bario...) y combustibles (carbón vegetal, azufre, parafinas, aserrín...)

1

Dinamita amoniacal

1867, Alfred Nobel ( Ohlsson y Norrbin) Dy + AN

Dinamita gelatinosa

1875, NG + NC

Fulminante eléctrico

1875, Julius Smith y Perry Gardiner

Dinamita gelatinosa amoniacal

1879, Alfred Nobel, Dy + NC + AN

Azida de plomo

1891, Curtius

Pentrita o nitropenta

1894, Alemania

Cordón detonante

1907, Francia

Micro retardos

A mediados de los 40 del S-XX

Agente de voladura seco Se conocía desde el siglo XIX, AN + Combustible ANFO

1947, catástrofe del buque carguero Grandcamp, el 16 de abril de 1947 en Texas. AN + Fuel Oil

2

Explosivos permisibles 1949, Reino Unido, para minas de carbón 1955, Robert W. Acre crea la akremita, una mezcla de nitrato

Nitrato de amonio - Prills amónico en forma de “prills” porosos

Slurries (Hidrogeles)

1956, Melvin Cook y Farman(Universidad de Utah), mezclas de AN, agua, goma guar y aluminio como sensibilizante

Slurries 1964, Melvin Cook sensibiliza con micro-burbujas, teoría de los Empacados Ø pequeños puntos calientes ALANFO

1968, para incrementar la energía y sensibilidad. ANFO + Al

NONEL No Eléctrico

A mediados del 60 del S-XX, P. A. Persson, Nitro Nobel- Suecia

3

Emulsiones

1964, Richard Egly y Albert Neckar crean por primera vez 1968, Atlas Powder Co. introducen las emulsiones explosivas

Emulsiones 1968, H. F. Bluhm, microburbujas de gas y microesferas Empacados Ø pequeños huecas de vidrio Heavy ANFO pesado)

(ANFO 1978, R. B. Clay, mezcla Emulsión + ANFO en diferentes proporciones para diferentes condiciones de roca

Detonadores electrónicos

Por los años 90 del S-XX, generando dos vertientes de iniciación: Electrónicos y tubo de choque o no eléctrico(Fanel)

Emulsiones gasificadas

2007, formulados por Famesa y EXSA en el Perú

4

RESUMEN CRONOLÓGICO DEL DESARROLLO DE LOS EXPLOSIVOS Explosivos comerciales, dinamitas - Pólvora negra - Nitroglicerina - Nitrocelulosa - Dinamita normal - Dinamitas amoniacales y gelatinosas - Slurries (diámetros pequeños) - Emulsiones (diámetros pequeños)

1 242-1 900 1 842 1 846 1 867 1 867-1 950 1 970 1 980

Agentes de voladura - Nitramón - ANFO - Slurries (empacados) - ALANFO, SANFO - Slurries (a granel) - Emulsiones - ANFOs pesados (Heavy ANFOs) - Emulsiones gasificadas

1 930 1 940-1 950 1 950 1 960 1 960 1 970 1 980 1 992

LA NG Y EL AN EN LA FORMULACIÓN DE EXPLOSIVOS

2. ALGUNOS CONCEPTOS SOBRE REACCIONES EXPLOSIVAS

CONCEPTOS SOBRE REACCIONES FÍSICO-QUÍMICAS Combustión.- Reacción química (combustible + oxígeno) Deflagración.- Proceso químico (óxido-reducción), activación termocinética, reacción en capas paralelas a su superficie: Pólvora negra, mecha de seguridad, mecha rápida y conectores.

Detonación.- Proceso de reacción química violenta, VoD muy elevada, propagada por una onda de choque o presión. Efecto: arrancar, fragmentar y desplazar. Ejemplo: Voladura con dinamitas y agentes de voladura. Explosión.- Proceso físico-químico, consecuencia de la detonación, gran velocidad de reacción y formación de productos gaseosos a elevadas t°, gran fuerza expansiva Ejemplo: Voladuras con dinamitas y agentes de voladura.

CONCEPTOS SOBRE REACCIONES FÍSICO-QUÍMICAS

3. QUE ES UN EXPLOSIVO Y SU IMPORTANCIA

EXPLOSIVOS DEFINICIÓN: “Sustancia líquida o sólida o la mezcla de ambos, conformados por oxidantes y combustibles, que con la aplicación de un estímulo adecuado a una porcion pequeña de la masa explosiva, es

convertida en un intervalo de tiempo muy corto en otras sustancias más estables, casi totalmente gaseosas, con desarrollo de calor, alta presión y temperatura”

EXPLOSIVOS EN LA VOLADURA DE ROCAS Es

la

técnica

mas

versátil, efectiva y de menor costo para la fragmentación

de

rocas y explotación

de minerales,

pero

por la naturaleza de

los medios que se emplean,

es

una

labor de alto riesgo. “El consumo de explosivos, es un indicador del desarrollo de una región y de un país” A.C.T.

EXPLOSIVO vs COMBUSTIBLE Existe una diferencia entre explosivo y combustible respecto a la liberación de energía (calorías) en igualdad de peso. Comparando una NG y el carbón: NG Carbón

Q3 = 1 468 kcal/kg. Q3 = 6 000 a 8 000 kcal/kg.

Carbón contiene de 4 a 5.5 veces más energía que NG. NG, tiene alta velocidad de reacción, mayor potencia que el carbón, libera gas a altas presiones, supera los miles de atmósferas y altas T°.

IMPORTANCIA DEL USO DE EXPLOSIVOS EN VOLADURA DE ROCAS Vol.Secund Vol.Sec.

Perforación

Voladura

Carguío

Transporte

Chancado

Molienda

Producto Figura 1. Ciclo de Minado

4. PROCESO DE DETONACIÓN Y SUS EFECTOS BÁSICOS

PROCESO DE LA DETONACIÓN

El detonador crea la onda de shock iniciadora 1. La onda avanza a alta velocidad originando la reacción de la masa explosiva 2. Zona de reacción violenta a alta velocidad donde se da el frente de choque y el plano de Chapman-Jouguet donde se produce la VoD autosostenida. 3. Postdetonación o explosión, liberación de gases a altas presiones.

PROCESOS DE DETONACIÓN DE UNA CARGA EXPLOSIVA ONDA COMPRESIVA ROCA NO ALTERADA

DIRECCIÓN DE DETONACIÓN

FC ROCA COMPRIMIDA ONDA DE REFLEXIÓN

PCJ

ROCA NO ALTERADA

ZR: Zona de reacción FC: Frente de choque

ENSANCHAMIENTO DEL TALADRO

ZR

PCJ: Plano de Chapman Jouget

CAIDA DE PRESIÓN INICIAL

ONDA COMPRESIVA

ONDA DE REFLEXIÓN Y GASES EN EXPANSIÓN

PROCESOS DE DETONACIÓN DE UNA CARGA EXPLOSIVA

7H2O DIRECCIÓN DE DETONACIÓN

FC

+ CO2

3NH4 NO3 + CH2

+ PCJ

ZR

3N2

+ Qe

DETONACIÓN Y PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS DE IMPACTO O DE SHOCK

DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA POTENCIAL DEL EXPLOSIVO AL DETONAR

PRÁCTICA 1

En los siguientes gráficos 1 y 2, trazar el proceso de detonación de una columna explosiva.

Gráfico 1

Gráfico 2

5. CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS EXPLOSIVOS

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS EXPLOSIVOS MECÁNICOS Airdox Cardox Hydrox Oxígeno líquido

QUÍMICOS

ALTOS EXPLOSIVOS

PRIMARIOS Azida de plomo PETN TNT NG Pentolite TNRPb

NUCLEARES Fisión Fusión

SECUNDARIOS Dy Gelatinas ANFO Slurry Emulsiones Heavy ANFO

BAJOS EXPLOSIVOS

PERMISIBLES

NO-PERMISIBLES

Granular Gelatinoso Watergel

Pólvora negra

CLASIFICACIÓN DE LOS EXPLOSIVOS EXPLOSIVOS MECÁNICOS “United States Bureau of Mines”. Uso en minas de carbón.

•

Oxígeno líquido

•

Airdox: Aire comprimido, 600 -700 psi

•

Hydrox: Libera calor, nitrato de amonio y sodio

•

Cardox: CO2 líquido, aluminio en polvo, carbón vegetal y clorato de potasio

CLASIFICACIÓN DE LOS EXPLOSIVOS EXPLOSIVOS QUÍMICOS ALTOS EXPLOSIVOS: Velocidad de reacción muy altas, 1 a 10 km/s 1. Explosivos primarios: Detonados por una chispa, llama, fricción o impacto. RDX, TNT, NG, Fulminato de Hg, azida de plomo, PETN, trinitroresorcianato de plomo, otros. Ingredientes para fabricar principalmente accesorios de voladura: Fulminantes, cordón detonante, booster, etc.

CLASIFICACIÓN DE LOS EXPLOSIVOS EXPLOSIVOS QUÍMICOS 2. Explosivo secundario: Requiere de una onda detonante de gran magnitud para su iniciación.

-

-

Tipos: Explosivos convencionales o altos explosivos: Dinamitas, gelatinas, emulsiones (diámetro pequeño). Agentes de voladura: ANFOs, slurries, emulsiones, emulsiones gasificadas.

heavy

ANFOs,

CLASIFICACIÓN DE LOS EXPLOSIVOS EXPLOSIVOS QUÍMICOS BAJOS EXPLOSIVOS: Velocidad de reacción baja, de cm o m/s, igualmente presiones muy bajas . Tipos Explosivos permisibles: Diseñados para minas de carbón, 1600 - 6000 m/s. E.P. granular E.P. gelatinoso E.P. watergel

Explosivos no permisibles: Trabajos artificiales en pierotécnia y balística. Ejemplo: Pólvora negra (Black powder)

CLASIFICACIÓN DE LOS EXPLOSIVOS EXPLOSIVOS NUCLEARES AEC (Atomic Energy Commission), fragmenta grandes volúmenes de mineral, es posible lixiviar in-situ. Tipos: - Fisión: 1 lb uranio = 9,000 TM de TNT - Fusión: 1 lb deuterio = 26,000 TM de TNT

Remosión de material: 1. Explosión contenida: Fractura, no lanza 2. Explosión formando cráteres: Fractura y lanza Rainer: Nevada Test Site - 1 957, 1.7 kilotones, 106 °K, 7x 106 atmósferas. Efecto negativo los residuos radioactivos.

CLASIFICACIÓN SEGÚN VoD, SENSIBILIDAD Y USO POR SU RÉGIMEN DE VELOCIDAD - Deflagrantes o empujadores - Detonantes o trituradores

POR SU SENSIBILIDAD A LA INICIACIÓN - Altos explosivos sensibles al detonador N.6 u 8 - Agentes de voladura no sensibles al detonador N.6 u 8 requiere de un iniciador más potente (Booster)

POR SU APLICACIÓN PRINCIPAL - Uso industrial: Minería, construcción civil y obras especiales - Uso militar

6. EFECTOS BÁSICOS DE UNA DETONACIÓN

EFECTOS BÁSICOS DE LA DETONACIÓN Fragmentación de la roca

Desplazamiento de la roca

o perfil de disparo

Vibración del terreno

Gases tóxicos

EFECTOS BÁSICOS DE LA DETONACIÓN Fly rock

Ruido

Polvo

Impacto o presión de aire