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• arturo gutierrez

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I

Capítulo 19

VARIABLES CONTROLABLES DE LAS VOLADURAS

,

1. INTRODUCCION

Variables de diseño

En el cálculo y diseño de las voladuras las variables I que son controlables se clasifican en los siguientes grupos:

H D L d B S LV AV Be

A. Geométricas (diámetro, longitud de carga, piedra, espaciamiento,etc). I B. i

C.

Químico-Físicas o del explosivo (tipos de explosivo, potencia, energía, sistemas de cebado, etc). De tiempo (tiempos de retardo y secuenciade iniciación).

Se

r J I e v/w t,

Para lograr una mejor comprensión y normalizar la simbología utilizada en este texto, en la Fig. 19.1 se representa una voladura en banco donde se ilustran las diferentes variables de diseño y las expresiones más frecUentes en el argot de los trabajos de arranque con explosivos.

= Altura de banco = Diámetro del barreno = Longitud del barreno = Diámetro de la carga = Piedra nominal = = = = = = = = = = =

/ ~F :> O/

~q)e -

c:::~-

z:: q

q

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C(~

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/-=-

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00

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A--'3~ '--"'

O\

~ --

\J

Espaciamiento efectivo Retacado Sobreperforación Longitud de carga Angulo de salida ,Grado de equilibrio Tiempo de retardo

AV

_o~-

--- ~~

O

Espaciamiento nominal Longitud de la voladura Anchura de la voladura Piedra efectiva

\ 0\

!ZI.

~.¡

03

r=

Figura 19.1. Esquema de una voladura en banco. 243

'--rn

-

Repié Caña del barreno Roca saliente o en voladizo Sobreexcavación Grieta de tracción Descabezamiento Cráter de bocazo

En tales casos se recomienda que el espaciamiento entre barrenos sea menor que la separación media entre fracturas. También debe procederse de igual'~ manera si el área a volar está constituida por u na matriz elasto-plástica que engloba bloques de roca sana que difícilmente pueden fragmentarse si no se intersectan "con barrenos en una malla cerrada.

-

Carga desacoplada

El aumento ventajas:

-

[2J [3] [4] [5]

-

-

ffi] [1] rnJ

-

A continuación, se expone la influencia sobre los resultados de las voladuras de cada una de las variables indicadas y las tendencias actuales seguidas en su elección.

de «D» va acompañado

de las siguientes '---

-

Elevación de la velocidad de detonación de los explosivos, por lo que se producirá la detonación en un régimen más estable y menos afectado por,,las condiciones externas.

-

Disminución del coste global de perforación y voladu ra. '---

El diámetro de perforación idóneo para un trab?jo dado depende de los siguientes factores:

Posibilidad de mecanización de la carga de explosivo.

-

Mayor dos/mi

-

-

Aumento

2.

DIAMETRO

Características volar.

DE LOS BARRENOS

del macizo

-

Grado de fragmentación

rocoso

-

Altura de banco y configuración Economía

-

Dimensiones

del equipo

de la perforación

del rendimiento

consecuencia productividad.

requerido.

-

del proceso

que se desea

rendimiento perforado).

(m3 vola-

de la excavadora

de la reducción

como

de zonas de baja "-

de las cargas.

de perforación

'--

"-

y voladUTa. _.-

de carga.

Cuando el diámetro de los barrenos «D» es pequeño, los costes de perforación, cebado e iniciación serán altos, y en las operaciones de carga, retacado y conexión se invertirá mucho tiempo y mano de obra. Si «D» es muy pequeño, la única ventaja que se presenta es la mejor distribución del explosivo y por lo tanto un consumo específico de éste menor. Cuando los diámetros son grandes, y por consiguiente lo son los esquemas de perforación, la granulometría que se obtendrá en las voladuras podrá llegar a ser inaceptable si la familia de diaclasas y discontinuidades presentan un espaciamiento amplio y conforman bloques «in situ». Fig. 19.2.

."::::::

::\

" " 1, " " . ---o.m. "m;..",,~ :}"""' 60», un incremento de "O» obliga a elevar el consumo específico si se quiere mantener ..-/

la fragmentación.

J

En voladuras a cielo abierto los diámetros cubren un amplio rango desde los 50 mm hasta los 380 mm. En obras públicas es habitual operar con valores de "O» entre 50 y 125 mm, mientras que en minería la tendencia ha sido incrementar este parámetro de diseño,

siendo habituales diámetros comprendidos entre 165 mm y 310 mm. En trabajos subterráneos el aumento del diámetro de .-/ los barrenos ha sido limitado y sólo en la minería metálica se han alcanzado valores entre 125 mm y 220 mm. En el avance de galerías y túneles se opera en el rango de 32 mm a 64 mm y en las voladuras en banco para j excavaciones de cavernas lo normal son calibres entre ..-/

/

64 y 90 mm. En relación con los equipos de carga, debe existir un equilibrio entre las dimensiones de éstos, los diámetros de perforación y la capacidad de las unidades de transporte, Fig. 19.4.

Ir

~ T

B~1

H B~2

H B~3

Figura 19.5. Estados de flexión de un banco con distintas relaciones HIB (Ash).

../ La condición "H/B :2: 3» se cumple generalmente en canteras y en explotaciones de descubierta de carbón, pero no en minería metálica puesto que la altura de banco viene impuesta por:

../

../

;.

-

El alcance de la máquina La dilución del mineral.

de carga, y

../

Cuando "H» es pequeña cualquier variación de la piedra "B» o el espaciamiento "S» tiene una gran influencia en los resultados de las voladuras. Cuando "H» aumenta, manteniendo "B» constante, el espaciamiento puede incrementarse sin verse afectada la fragmentación hasta un valor máximo.

../

9 - 10 11m3

../

../

../

../

Figura 19.4.

Triángulo de dimensionamiento de los equipos de perforación, carga y transporte.

Si las alturas de banco son muy grandes, pueden presentarse problemas de desviación de los barrenos que afectarán no sólo a la fragmentación de la roca, sino que incluso aumentarán el riesgo de generar fuertes vibraciones, proyecciones, y sobreexcavaciones, pues la malla de perforación "B x S» no se mantendrá constante en las diferentes cotas del barreno. 245

~ 22

~

"O o

/

20

'"

;:¡;

18

o

i5 Q:

/

16

Q: . ~

Figura

-

19.17.

Voladura

con un frente libre.

Con dos frentes libres las voladuras deben señarse con «LV/AV> 2». Fig. 19.18.

En contraposición, los inconvenjentes duras con filas múltiples son:

-

di-

de las vola-

de la intensidad de las vibraciones y onda aérea producidas, por lo que en algunos casos, como en las proximidades de zonas urbanas, no son aplicables.

Aumento

Foto 19.3.

Voladura

con dos frentes libres.

251

11.

VOLUMEN

DE EXPANSION

DISPONIBLE

~ A+. i

25

..

Cuando la roca se fragmenta se produce un aumento de volumen. Si el hueco en el que se expande el material es menor del 15% del volumen de éste, los mecanismos de rotura se verán afectados negativamente y los fragmentos de roca tenderán a entrelazarse dando como resultado un apelmazamiento de éstos. En voladuras subterráneas de gran tamaño, se recomienda que el volumen de expansión disponible sea mayor del 25% para conseguir un flujo adecuado de'la roca hacia los puntos de carga y evitar la formación de campanas colgadas. En el avance de túneles y galerías si el volumen de hueco en el cuele es demasiado pequeño se producirá un fenómeno de sinterización o deformación plástica del material finamente troceado. Siempre que sea posible se recomienda que el volumen de expansión útil sea mayor del 15%del propio volumen del cuele. En aquellos diseños de voladuras donde no se dispone de barrenos vacíos, el empuje de la roca se conseguirá a expensas de aumentar la carga específica en dicha zona.

12.

CONFIGURACION

DE LAS CARGAS

20

Sin embargo, la utilización de cargas espaciadas puede afectar adversamente al rendimiento de las palas de ruedas como consecuencia del menor desplazamiento y esponjamiento del material. Donde este problema no es un condicionante, el interés por este tipo de configuración de cargas dependerá de la diferencia entre el ahorro potencial de explosivo y el tiempo, grado de complejidad y coste de iniciación

añadido a la columna seccionada. El atractivo de las cargas espaciadas aumentará conforme los explosivos se encarezcan, el retacado pueda mecanizarse y cuando las vibraciones constituyan una limitación y sea preciso disminuir las cargas

252

D

12 D

52

20 D

Figura 19.19.

operantes

Columnas de cargas continuas y espaciadas.

mediante el seccionado

explosivo dentro de un mismo

y secuenciado

del

barreno.

En obras a cielo abierto, las alturas de banco mínimas para poder dividir la columna de forma efectiva deben ser tal que «H/D > 70». En las.voladuras donde se produzcan grandes bloques procedentes del retacado se deberán usar cargas puntuales. Fig. 19.20.

.'8;

Cuando los barrenos sean de pequeña longitud se usarán columnas continuas de explosivo, pero si los barrenos son de bastante profundidad la mejor relación coste/efectividad se obtendrá con cargas espaciadas.

Harries y Hagan (1979) han demostrado que la tensión generada por la detonación de una carga aumenta cuando la relación «I/D» se incrementa de O a 20, permaneciendo constante a partir de ese valor. De esta forma, empleando la relación