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1. TERMINOLOGIA DE LA TRONADURA

El propsito de esta seccin es presentar la terminologa que se usar en el resto del manual, y luego revisar la teora bsica detrs de la tronadura. Es importante establecer los conceptos tericos primero, ya que a estos se referir en discusiones posteriores sobre diseos, modelamiento, monitoreo, funcionamiento del explosivo, etc. Los trminos comnmente usados en tronadura se listan alfabticamente, y explicados, cuando sea necesario, con ecuaciones, ejemplos o diagramas. Acoplamiento. Se refiere al grado de intimidad entre el explosivo en un pozo y la roca que lo rodea. Cuando el dimetro del explosivo es menor que el del pozo, se dice que la carga est desacoplada, con la relacin de desacople definido como la razn entre el volumen de la carga al volumen del pozo. Los explosivos cargados a granel tienen un factor de acoplamiento igual a 1. Algunos autores definen la razn de acoplamiento como la razn de dimetro de la carga al del pozo.

hoyohoyo

c ll

dd

f exp22exp

= (1)

donde fc es la razn de acoplamiento (o desacoplamiento) y d es el dimetro, l es el largo y los subscriptos exp y hoyo se refieren al explosivo y al pozo. Acuageles. Son explosivos diseados especficamente para mejorar la resistencia al agua y la potencia en volumen del ANFO, y consiste en una solucin acuosa saturada de nitrato de amonio y otros nitratos y contiene tambin combustibles y cantidades adicionales de nitritos en suspensin. La reologa de la mezcla es controlada por espesadores (por ej. goma de guar) para ajustar la viscosidad de la mezcla, y entrelazadores (brax por ej.), para proveer la consistencia de gelatina y resistencia al agua. Los nitratos frecuentemente incluirn nitratos de amina orgnicos. El acuagel contiene agentes sensibilizadores tales como el TNT, perclorato de amonio, adems de burbujas de aire finamente dispersas, o micro esferas de vidrio, que generalmente se agregan durante la fabricacin del explosivo. Algunos acuageles se fabrican usando nitratos de hexamina para proveer tanto energa adicional a la reaccin de la detonacin como una fuente de combustible para el nitrato de amonio oxidante. El acuagel tiene una consistencia distintiva de gelatina mientras que las emulsiones usualmente tienen la consistencia de mayonesa (emulsiones a granel), o masilla (emulsiones encartuchadas). Angulo de friccin. El ngulo de friccin es la pendiente del esfuerzo de corte relacionado con el esfuerzo normal. El ngulo de friccin , y la cohesin c se relacionan al esfuerzo normal , y fuerza de corte, ; por la ecuacin:

Tanc *+= (2)

Vea tambin Cohesin, y Figura 1.1.

2

Balance de oxgeno. sta es la cantidad de oxgeno, expresada en por ciento del peso, liberada como un resultado de la conversin completa del material explosivo a CO2, H20, SO2, AlO2, etc. (balance de oxgeno "positivo"). Si hay oxgeno insuficiente para la reaccin completa de la oxidacin se dice que el compuesto tiene un balance de oxgeno negativo. Los explosivos comerciales deben tener un

Angulo de friccin

Esfuerzo normal

Esfuerzo de corte

Esfu

erzo

de

corte

Esfuerzo normal

Figura 1.1. Cohesin y ngulo de friccin para bloques de roca.

Angulo de friccin

Esfuerzo normal

Esfuerzo de corte

Esfu

erzo

de

corte

Esfuerzo normal

Figura 1.1. Cohesin y ngulo de friccin para bloques de roca.

C ara o riginal

B = B urden perforado

S = E spaciam iento perforado

B =B urden efectivo

S = E spaciam iento efectivo

F igura 1 .2 . D efinic iones de burden & espaciam iento nom inal y efectivo.

C ara o riginal

B = B urden perforado

S = E spaciam iento perforado

B =B urden efectivo

S = E spaciam iento efectivo

F igura 1 .2 . D efinic iones de burden & espaciam iento nom inal y efectivo.

balance de oxgeno cerca de cero para minimizar la cantidad de gases txicos, particularmente monxido de carbono y gases nitrosos que estn presentes en los humos. Burden y burden efectivo. El burden de un pozo se refiere a la dimensin lineal entre el pozo y la cara libre y se mide perpendicular a la direccin de la lnea de pozos que constituyen una fila (figura 1.2). El trmino burden generalmente se refiere al burden perforado, significando que la dimensin lineal se hace a la cara libre existente del banco. El trmino burden efectivo se refiere a la dimensin lineal entre el pozo y la posicin de la cara libre ms cercana al tiempo de la detonacin del pozo, y toma en consideracin la direccin de la iniciacin. Para una malla equiltera de pozos, el burden es igual a 0.87 veces el espaciamiento. Para una malla equiltera con iniciacin V1, el burden efectivo es igual a 0.29 veces el espaciamiento.

3

Campo cercano. Un trmino que describe vibraciones cerca de una columna larga de explosivo Generalmente, cuando se estn tan cerca como aproximadamente 5 longitudes de la carga a una columna de explosivo, los niveles de vibracin es llamado de campo cercano, y requiere la aplicacin de ecuaciones complejas para la prediccin. En el campo cercano es probable que se dae la roca por la iniciacin de fracturas frescas, y por la dilatacin de fracturas existentes. Campo lejano. Un trmino que se usa en este texto para describir la distancia a que el nivel de vibracin se puede describir por la ecuacin convencional del peso de la carga escalar (elevada a una potencia). En esta regin el comportamiento de la onda vibracional se puede tomar como elstica o inelstica. A distancias ms cercanas al hoyo de tronadura (campo cercano), los niveles de vibracin tienen que describirse usando ecuaciones complejas que toman en consideracin la longitud de la columna del explosivo y no se pueden describir usando ecuaciones de elasticidad. En el campo lejano el dao a las estructuras rocosas se espera que ocurra principalmente por deslizamiento inducido por la vibracin a lo largo de las superficies de las diaclasas existentes. Cohesin. La cohesin de una diaclasa es el esfuerzo de corte requerido para causar el deslizamiento de bloques en cualquier lado de la diaclasa a esfuerzo normal cero, y refleja por lo tanto, la rugosidad de la superficie de la diaclasa. Figura 1.1 Ver tambin Angulo de friccin. Concentracin de la Carga lineal. La concentracin de explosivo, medida en kg/m, a lo largo de una hoyo de tronadura. El trmino puede ser independiente de dimetro del pozo (por explosivos desacoplados), o dependiente del dimetro (cargas totalmente acopladas). En este manual el smbolo usado es . Cristalizacin. Se usa para referirse al proceso de crecimiento de cristales dentro de la solucin acuosa de sal en una emulsin explosiva. La cristalizacin causa un cambio considerable a la reologa y textura de una emulsin, y a su sensibilidad y ltima performance. Decibeles. El decibel es una unidad usada para medir los niveles de presin del sonido de una tronadura. El decibelio es una unidad relativa, que mide los niveles de presin del sonido, Pmeas, usualmente comparado con el nivel de referencia, Po de 20 micro Pascales. El decibelio, relacionado los niveles de presin de sonido, se define como:

=

010*log*20 P

Pdb meas (3) Deflagracin. Los materiales del explosivo a menudo se descomponen a rapidez mucho menor que la velocidad del sonido del material sin ningn acceso a oxgeno atmosfrico. Esto es una deflagracin, y es propagado por la liberacin del calor de reaccin, y la direccin de flujo de los productos de la reaccin es opuesta al de la detonacin. En algunos casos la deflagracin puede convertirse en una reaccin de detonacin, por ej. el incidente de la ciudad de Texas en 1947 en que 3180 ton. de nitrato de amonio explotaron despus de arder por varias horas.

Desacoplamiento. El desacoplamiento se refiere a la prctica de usar una carga de dimetro ms pequeo que la del hoyo de tronadura en que se pone. La reduccin en dimetro sirve primero al propsito de reducir la presin efectiva de la detonacin (dao reducido), con reduccin de la presin peak de hoyo. La reduccin en presin es mayor que la estimada en virtud de la razn de desacople debido al efecto de

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confinamiento reducido en la velocidad de detonacin (VOD) del explosivo, y la dependencia de presin de la detonacin en la VOD. La ec. 4 se usa para definir la razn de desacople. Dimetro crtico. El dimetro crtico es el dimetro mnimo al cual una carga explosiva todava puede detonar. Inclusiones de gas finamente dispersas reducen considerablemente el dimetro crtico de un explosivo. El dimetro crtico puede ser bastante grande (aprox. 125 mm) para muchas emulsiones a granel y productos acuagel. Distancia de separacin. Se refiere a la distancia entre una lnea de hoyo de tronadura del permetro y la fila inmediatamente adyacente de hoyos de tronadura como se indica en Figura 1.3. Distancia escalar es un factor que relaciona efectos de tronadura similares de cargas de distintos tamao del mismo explosivo a variadas distancias. Se obtiene al dividir la distancia en cuestin por una raz exponencial del peso del explosivo. Ms frecuentemente, la raz exponencial es , pero se han utilizado valores del orden de 0.3 a 0.5. Efecto de iniciacin. El efecto de iniciacin de un reforzador describe el desacople efectivo y reduccin efectiva de la presin de detonacin, que ocurre cuando se pone un reforzador en un pozo de dimetro ms grande que el propio. El efecto del desacople se describe trminos de Acoplamiento y Desacoplamiento, y se usan ecuaciones para calcular la presin de detonacin desacoplada del iniciador. Se est de acuerdo generalmente que la presin de detonacin del iniciador desacoplado debe exceder la presin de detonacin de rgimen del explosivo para alcanzar detonacin efectiva de la columna.

22.1 ***25.0 iniciadoriniciadorcd VODfP = (4) donde y VOD es la densidad y velocidad de detonacin del iniciador, y fc es la relacin del acoplamiento.

Cara final

Distancia a la cresta

Precorte

Distancia a la pata

Malla principal

Figura 1.3. Distancia entre hoyos de produccin y perimetrales.

Cara final

Distancia a la cresta

Precorte

Distancia a la pata

Malla principal

Figura 1.3. Distancia entre hoyos de produccin y perimetrales.

P u l s o d e c h o q u e

P u ls o d e c h o q u eR e f le x i n d e l p u l s o d e c h o q u e .

T IE M P O ( m s )

T i e m p o (m s )

R e g i s t r o d e p r e s i n d e d e t o n a c i n b a j o e l a g u a .

F i g u r a 1 .F i g u r a 1 . 44 . P u l s o d e d e to n a c i n s u b m a r in a d e u n a . P u l s o d e d e to n a c i n s u b m a r in a d e u n a p r u e b a d e e x p lo s i v o .p r u e b a d e e x p lo s i v o .

I m p lo s i n d e la b u r b u jaP u l s o d e c h o q u e

P u ls o d e c h o q u eR e f le x i n d e l p u l s o d e c h o q u e .

T IE M P O ( m s )

T i e m p o (m s )

R e g i s t r o d e p r e s i n d e d e t o n a c i n b a j o e l a g u a .

F i g u r a 1 .F i g u r a 1 . 44 . P u l s o d e d e to n a c i n s u b m a r in a d e u n a . P u l s o d e d e to n a c i n s u b m a r in a d e u n a p r u e b a d e e x p lo s i v o .p r u e b a d e e x p lo s i v o .

I m p lo s i n d e la b u r b u ja

5

Emulsin. Explosivos de emulsin basados en una "emulsin agua-en aceite" se forman de una solucin saturada de nitrato y una fase de aceite mineral. Estn normalmente sensibilizadas por burbujas de gas finamente dispersas (despus de la adicin de un agente gasificador en el collar del hoyo de tronadura), o por adicin de micro esferas de vidrio (usualmente durante la fabricacin de la emulsin). Antes de la adicin de los sensibilizantes, las emulsiones son normalmente clasificadas como agentes oxidantes, e incapaces de detonar. Las emulsiones pueden ser balanceadas en oxgeno o pueden tener un balance de oxgeno positivo. Energa de burbuja. O energa de levantamiento, se define como el trabajo til realizado por un explosivo despus que la roca ha estado sujeta a la energa de choque inicial. A la energa de burbuja se le considera responsable del desplazamiento de la roca despus de fracturarse. Se mide en la prueba submarina de energa y se calcula de acuerdo a la ecuacin (figura 1.4):

5.135.2 ***684.0 = whb tPE (5)

donde Eb es la energa de burbuja, Ph es la presin hidrosttica a la profundidad de la carga, t es el perodo de tiempo entre el pulso de choque y la primera implosin de burbuja y w es la densidad del agua. Ver tambin Energa de choque. Energa de choque. Se determina en la prueba de la energa submarina y se define en tronadura como la energa usada para expandir el hoyo de tronadura a un equilibrio estable, Figura 1.4. Se calcula de los tiempos de pulso de presin inicial registrados por transductores de presin localizados en el agua cerca de las cargas detonantes segn la ecuacin:

=

7.6

0

22

***4 dtP

CRE

wws (6)

donde R es la distancia desde la carga a los medidores de presin, w es la densidad del agua, C, es la velocidad del sonido en el agua; P(t) es la forma de la onda presin tiempo y es el tiempo constante de la curva de choque. Espaciamiento, espaciamiento efectivo. El espaciamiento para un hoyo de tronadura se refiere a la dimensin lineal entre hoyos de tronadura adyacentes que forman una fila, y se mide usualmente paralelo a la cara libre. El trmino usualmente se refiere al espaciamiento de la perforacin. El trmino espaciamiento efectivo se refiere a la dimensin lineal entre hoyos que detonan sucesivamente, y toma en consideracin la direccin de la cara libre. Ver Figura 1.2. Estabilidad. Se usa el trmino estabilidad generalmente con respecto a los explosivos emulsin y acuagel y se refiere al tiempo que un producto explosivo puede quedar en un hoyo de tronadura sin que ocurra un cambio en la composicin qumica o fsica. Fabricantes proveen "tiempos de residencia" de manera que no ocurran prdidas significativas de energa en la tronadura.

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Explosivos aluminizados. Son explosivos compuestos a los cuales se les adiciona aluminio en polvo de diferente granulometra. El aluminio se aade para potenciar la energa efectiva del explosivo, en virtud del alto calor de formacin del xido de aluminio que se produce durante la reaccin de detonacin. El aluminio no aumenta el volumen de gas producido, al contrario, disminuye al atrapar algo del oxgeno. El aluminio acta como un combustible en la reaccin y su uso debe estar acompaado por la reduccin de otro componente combustible (por ej., petrleo). El aluminio aumenta la performance al elevar la temperatura de reaccin, aumentando por lo tanto la presin peak de hoyo y aumentando la velocidad de desplazamiento del burden. El aluminio en polvo se aade hasta un 10% en peso a los explosivos a granel. No aumenta la velocidad de detonacin de un explosivo y puede causar su reduccin. La granulometra del aluminio en polvo es el principal factor que influye en su efectividad al mejorar la performance del explosivo. Partculas ms finas reaccionan ms rpidamente y ms completamente y tienen un mayor impacto que las ms gruesas. Explosivos primarios Un explosivo que detona por ignicin simple de medios tales como chispas, llamas, impacto, y otras fuentes primarias de calor. Explosivos Primarios incluyen aquellos que se hallan en detonadores, cordn detonante, e iniciadores. Explosivo secundarios son explosivos en que la detonacin es iniciada por el impacto de la detonacin de un explosivo inicial (primario). Esta definicin incluye todo explosivos usado en tronadura de la roca. Materiales insensibles tales como nitrato del amonio se clasifican como explosivos terciarios. Explosivos slurries. Vea acuagel. Factor de carga. ste es el trmino usado para describir la cantidad de explosivo usado para romper un volumen o peso unitario de roca, El trmino tiene por eso las unidades de kg/m3 o kg/ton. Algunos tambin toman en cuenta la potencia en peso de explosivo para expresar el peso de explosivo como equivalente a la potencia en peso equivalente al ANFO, o sea, Wteff = Wt* potencia en peso relativa. Otro usuarios prefieren usar un trmino inverso del factor de carga, para describir el peso de roca quebrada por unidad de peso de explosivo (ton/kg). Factor de energa. Este trmino es similar al Factor de carga, pero la energa del explosivo se expresa como una relacin al peso o volumen de roca quebrada (o sea. MJ/m3 o MJ/ton o Kcal/ton). El factor de Energa es por eso el producto de Factor de Carga y la energa por peso del explosivo.

1000* EnergaFF ce = o, EFF ce **00912,0=

donde E = potencia en peso [%], Fc = factor de carga [gr/ton] Grado de Fijacin. El grado de fijacin se refiere al grado de confinamiento de la carga explosiva en el hoyo de tronadura, el que es influido por el nmero de caras libres, el ngulo de abertura a las caras disponibles libres, y a la resistencia de la roca circundante. Langefors & Kihlstrom (1978) indican que para un hoyo de tronadura vertical con pasadura normal, el grado de fijacin es la unidad, decreciendo a 0.85 a medida que la inclinacin del pozo aumenta a 180. Dependiendo de la aplicacin, el grado de fijacin puede variar de 0.5 a 2.0, Figura 1.5. Se usan valores de 1.5 a 2 en tronaduras en tnel, con valores de 0.5 a 0.75 en hoyos de tronadura con una base libre (e. g. pozos sin pasadura).

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Hoyo de rainura

Hoyo de alivio

Tnel (rainura quemada) f > 1.5

Hoyo inclinado (2:1)f = 0.9

Hoyo inclinado (3:1)f = 0.85

Tronadura en bancof = 1

Burden libref = 0.75

Figura 1.5. Grados de fijacin para diferentes configuraciones de carga.

Hoyo de rainura

Hoyo de alivio

Tnel (rainura quemada) f > 1.5

Hoyo inclinado (2:1)f = 0.9

Hoyo inclinado (3:1)f = 0.85

Tronadura en bancof = 1

Burden libref = 0.75

Figura 1.5. Grados de fijacin para diferentes configuraciones de carga.

Explosivo

Pared del hoyo

Frente de la detonacin

Direccin

de la

detonacin

Sondas de VOD

Figura 1.6. Diagrama mostrando la frente de detonacin dentro del hoyo.

Explosivo

Pared del hoyo

Frente de la detonacin

Direccin

de la

detonacin

Sondas de VOD

Figura 1.6. Diagrama mostrando la frente de detonacin dentro del hoyo.

Impedancia. La impedancia de un explosivo es el producto de su densidad y velocidad de detonacin. Idealmente los explosivos deben tener la misma impedancia que la roca (impedancia de la roca es el producto de la onda P y densidad) que se va a fragmentar, para efectuar la mxima transferencia de energa desde el hoyo de tronadura a la masa rocosa. Iniciacin lateral. Iniciacin lateral ocurre cuando una columna de explosivo detona radialmente en el hoyo de tronadura en lugar de a lo largo. A causa de la distancia requerida para alcanzar la VOD de rgimen, los explosivos con iniciacin lateral producen una cantidad reducida de energa de choque, y se usa a veces para controlar el dao y sobre quebradura en condiciones sensibles. Vea tambin Trazado Iniciadores y reforzadores son ambos sistemas de explosivo de alta potencia, consiste generalmente de iniciador de pentolita o un cartucho de emulsin o explosivo basado en nitroglicerina. El trmino iniciador se usa para designar la carga que inicia a la columna, mientras que el trmino "reforzador" se usa para designar un aditivo a la columna para mantener una velocidad alta de detonacin en el explosivo. Para que el iniciador detone, la columna de explosivo en que se sumerge debe generar suficiente energa de choque para comenzar una detonacin a travs de la seccin completa de la columna del explosivo. Potencia en peso & potencia en Peso Relativa. La potencia en peso se refiere al rendimiento de la energa de un peso conocido de explosivo, y tiene las unidades de energa por unidad de peso (MJ/ kg). La potencia en peso relativa se refiere al rendimiento de la energa de un explosivo expresado como un porcentaje del rendimiento de la energa del mismo peso de ANFO. El mtodo ms fiable para estimar la potencia del explosivo es a travs del uso de softwares computacionales para calcular la curva presin-tiempo para los productos de la detonacin, ya que este es el mejor mtodo para estimar la "energa disponible". La potencia en peso relativa efectiva es un trmino para estimar la energa relativa disponible en la reaccin de la detonacin hasta que los gases se disipan a la atmsfera. Ver tambin potencia en volumen & potencia en volumen relativa. Potencia en volumen y potencia relativa en volumen. La potencia en volumen se refiere a la energa producida por un volumen de explosivo. La potencia relativa se refiere a la energa producida por un explosivo expresada como un porcentaje de la energa producida por un volumen igual de ANFO. La

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forma ms confiable de evaluar la potencia de un explosivo es a travs del uso de cdigos de computacin para evaluar la curva presin-tiempo para los productos de la detonacin, ya que este es el mejor mtodo para evaluar la energa disponible. La potencia relativa en volumen efectiva es un trmino usado para estimar la energa disponible relativa en la reaccin de detonacin hasta que los gases en expansin se disipen a la atmsfera. La potencia relativa en volumen (RBS) se relaciona a la potencia relativa en peso (RWS) por la ecuacin:

anfo

RWSRBSexp*= (7)

donde exp y anfo se refieren a las densidades del explosivo y del ANFO respectivamente. Ver tambin Potencia en peso y Potencia relativa en peso. Presin de detonacin. La presin de la detonacin es la presin que ocurre dentro de la zona primaria de reaccin que est limitada en un lado por el frente de choque y en el otro lado por el plano de Chapman Jouguet (C-J) (figura 1.6). Detrs del plano C-J, estn los productos de la reaccin, y an algunos productos todava sufren reaccin, que ejercen una presin menor, conocida como la presin de explosin, o presin peak de hoyo. Presin de la detonacin es usualmente una cantidad calculada basada en la densidad de explosivo (

exp ) y el VOD del explosivo ( expVOD ), y normalmente se calcula de la ecuacin:

2expexp **25.0 VODPd = (8)

donde = [kg/m3] Generalmente se considera a la presin de detonacin responsable del fracturamiento de la roca alrededor del hoyo de tronadura. Rocas masivas de resistencia alta, usualmente requieren una presin de detonacin alta para una fragmentacin ptima. Presin de la explosin. Vea Presin peak de hoyo de tronadura. Presin peak de hoyo, o Presin de Explosin, se usa para referirse a la presin peak desarrollada detrs de la zona de reaccin primaria en la columna del explosivo. La presin peak de hoyo generalmente es aproximadamente un 45% de la presin de detonacin. Es la presin peak de hoyo la que se considera que produce el esfuerzo para levantar el burden, y dilatacin de fracturas en la masa rocosa que rodea un hoyo de tronadura. Proyeccin de rocas. Es el desplazamiento indeseado de roca de un rea de la tronadura. Es importante sealar que un buen diseo minimizar la ocurrencia de proyeccin, pero no puede garantizar la eliminacin de ella. No se debe permitir que las rocas salgan del rea de la tronadura, y en situaciones de tronaduras en banco bien controlada usualmente la proyeccin no es ms que aproximadamente 5 veces la altura del banco. La proyeccin puede ser causada por sobre confinamiento de cargas, o sobrecarga debido a la presencia de cavidades o fracturas abiertas en la roca. Razn de carga. Este es un trmino que describe la distribucin vertical de explosivo en un banco y es igual a la razn del largo de la carga sobre el piso del banco (o sea el largo de la carga pasadura) a la altura del banco. Para dimetros grandes de pozos, esta relacin puede ser pequea, con una proporcin grande de explosivo localizado debajo el piso, en la pasadura. Bajo estas condiciones es difcil lograr una fragmentacin uniforme.

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Razn de rigidez. Es un trmino que describe la influencia de la geometra del disparo en el estado de confinamiento de una columna de explosivo, y se toma como la razn entre la altura del banco y el burden. Se sabe bien que la longitud de un hoyo de tronadura tiene una gran influencia en la cantidad de burden, que se puede romper an para dimetros de pozo constantes. Pozos largos quiebran un burden fijo ms fcilmente que pozos cortos y observaciones prcticas sugieren una longitud ptima de hoyo de alrededor de 3 a 4 veces el burden. El ptimo representa un equilibrio entre la fragmentacin mejorada de pozos ms largos, y el aumento de la desviacin en la perforacin de los pozos largos.

Resistencia al agua. La resistencia al agua de los explosivos vara extensamente segn la composicin del explosivo, y el empaquetamiento del explosivo. Los explosivos con nitrato de amonio/ petrleo (ANFO) tienen una resistencia al agua muy pobre, ya que el nitrato del amonio es soluble en agua. El efecto del agua en la performance del explosivo es reducir la sensibilidad del explosivo, reduce la eficacia de reaccin, y reduce la energa de reaccin. Se acompaa la presencia de agua en el hoyo de tronadura frecuentemente por la generacin de humo txico naranja o caf. Finalmente, se puede reducir la sensibilidad al punto donde el producto no detonar. Explosivos comunes comerciales no son a prueba de agua, ellos tienen slo calidades de resistencia al agua. La resistencia al agua se rankea cualitativamente usando trminos tales como malo, regular, bueno o excelente. Usualmente la resistencia al agua se clasifica para agua esttica. Cuando el agua fluye por el hoyo de tronadura (agua dinmica), se agrega resistencia encartuchando el explosivo. Secuencia de la iniciacin. Se describe frecuentemente en trminos de VO, V1, V2, etc. El uso del descriptor "V' se adopta como una anotacin para describir la orientacin aproximada de la cara libre expuesta por los hoyos de tronadura al detonar. Los tipos diferentes de "V" se perfilan en Figura 1.7 Sensibilizantes & Sensibilidad. Sensibilizantes son aditivos para explosivos a granel que se requieren para que la formulacin detone ms fcilmente. Los ms comunes son la nitroglicerina, TNT, micro esferas, aluminio, nitrato de hexamina, ceniza liviana o carbn en polvo fino, y cualquiera agente reducidor. La sensibilidad se usa para describir la facilidad con que se puede detonar un explosivo, y finalmente determina el dimetro del pozo mnimo; o dimetro del cartucho mnimo que se puede usar. La sensibilidad de un explosivo usualmente se describe en cuanto al tamao del iniciador requerido para efectuar una detonacin ptima, y vara desde la sensibilidad a un detonador hasta un iniciador. Sobre presin. Es el trmino usado para describir las fluctuaciones de las presiones dinmicas creadas en el aire por la tronadura. Se usa este trmino en preferencia a "ruido" ya que tambin incluye frecuencias de perturbacin, que son inaudibles. Se mide usando una funcin lineal mientras que el "ruido" se mide usando una funcin A. Taco de aire. Este trmino se usa para describir la combinacin de una columna explosiva y una seccin vaca no cargada del pozo (Figura 1.8). El taco de aire se usa para reducir el impacto de una columna explosiva en la roca adyacente, y al mismo tiempo para extender la regin de influencia del explosivo sobre la parte superior de l. La presencia de un taco de aire reduce la presin peak efectiva de hoyo, Pb* de acuerdo a la ecuacin:

bcb PfP *2.1*

= (9) donde fc es la relacin de acoplamiento, y Pb es la presin peak de hoyo para el explosivo cuando est acoplado totalmente.

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Lneas de iniciacin de superficie

Lneas de iniciacin de superficie

Cara libre

Trabado VO

Trabado V1

Cara libre

Lneas de iniciacin de superficie

Lneas de iniciacin de superficie

Cara libre

Trabado VO

Trabado V1

Cara libre

Figura 1.7. diagrama mostrando tipos de secuencia de iniciacin V.

Figura 1.8. Taco de aire en tronadura en banco.

Explosivo

AireLnea de iniciacin

Iniciador

Taco

Figura 1.8. Taco de aire en tronadura en banco.

Explosivo

AireLnea de iniciacin

Iniciador

Taco

Taco superior & taco intermedio. Taco superior es el material inerte aadido en la cima del hoyo de tronadura para efectuar el confinamiento de los gases de la explosin y prevenir una proyeccin y sobre presin excesiva. El taco intermedio se aade a la columna del explosivo para reducir deliberadamente la cantidad de explosivo contenido en un hoyo de tronadura. Se agrega taco intermedio en aquellas posiciones en el hoyo de tronadura donde la roca circundante es lo suficientemente dbil como para no requerir un quebrantamiento adicional. Vea Figura 1.9. Trazado. Trazado se refiere a la prctica de insertar una lnea de cordn detonante dentro de un hoyo cargado. El efecto deseado es promover la insensibilizacin de una porcin del explosivo, o causar iniciacin lateral del explosivo. Ambos efectos causan una disminucin del rendimiento de la energa de choque del explosivo, como consecuencia de esto provee algo de alivio a la roca en cuanto a dao inducido. Tronadura de tacos intermedios. ste es un trmino usado cuando una columna larga de explosivo es reemplazada por varias unidades de carga ms pequeas, con cada unidad separada por material inerte tal como el taco superior. Usualmente, el taco intermedio se practica para reducir el peso de explosivo por retardo, requiriendo que las cargas separadas sean independientes con diferentes retardos.

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Taco

Carga

Taco intermedio

Pasadura

Carga

Cara del banco

Figura 1.9. diagrama de la seccin de un tronadura en banco mostrando la pasadura.

Taco

Carga

Taco intermedio

Pasadura

Carga

Cara del banco

Figura 1.9. diagrama de la seccin de un tronadura en banco mostrando la pasadura.

Velocidad de Detonacin. Velocidad de detonacin (VOD) es una medida de la razn a que la reaccin de la detonacin procede por la columna del explosivo. Tpicamente, el VOD variar de alrededor de 3000 m/ s para ANFO en hoyos de tronadura de dimetros pequeos a alrededor de 6000 m/ s para emulsin y acuagel en hoyos de tronadura de dimetros ms grandes. Se considera un indicador del potencial de fragmentacin de un explosivo, con el potencial creciente para un VOD creciente. La relacin entre la presin de detonacin, Pd y la VOD est dada por la ec. (8). Varios autores han sugerido que cuando se reduce el VOD, tambin se reduce la fraccin de energa de la onda de choque fc de acuerdo a la relacin:

2

=

ss

act

VODVODf (10)

La velocidad de detonacin es considerada por muchos el mejor "barmetro" para estimar la performance y consistencia de formulaciones de explosivo a granel, pero no es, en s mismo, una medida de la energa total disponible del explosivo. Velocidad peak de Partcula & Velocidad de la onda P. La Velocidad peak de partcula (PPV) se refiere a la velocidad de movimiento de partculas individuales dentro de la masa rocosa como una vibracin u onda de choque que se propaga por la roca. Estas partculas se pueden mover slo en cantidades pequeas en 3 dimensiones, de manera que se pueden medir velocidades peak de partcula en 3 direcciones ortogonales. El PPV medido en cualquiera ubicacin es una funcin de la energa en la fuente de vibracin, la distancia desde la fuente, y las caractersticas de la atenuacin de la roca. La velocidad de la onda P, Vp, es una medida de la velocidad de propagacin de la roca, y es independiente de la fuente de vibracin. La velocidad de la onda P es controlada por la roca y propiedades estructurales del medio. PPV y Vp, se relacionan en un medio elstico, homogneo segn la ecuacin:

12

pVPPV

= (11)

donde es el nivel de deformacin inducida dinmica en la roca

13

2. TEORIA DE TRONADURA.

2.1. GENERAL.

Los explosivos estn hechos de oxidantes y combustibles en una mezcla meta estable. Dndoles un estmulo suficiente, se descomponen violentamente liberando una gran cantidad de energa que llega a ser til para quebrar la roca. En la mayora de los explosivos comerciales, los oxidantes son principalmente nitratos, siendo el nitrato de amonio el material bsico de fabricacin. Otros nitratos comnmente usados incluyen el de sodio, calcio, potasio y an algunos inorgnicos tales como aminas y hexaminas. Los combustibles bsicos para un explosivo incluyen el C y el H, ya que estos reaccionan con el O para liberar grandes cantidades de energa. La mayora de los combustibles son hidrocarburos que tienen una estructura bsica de CH2. En general, hay dos tipos de explosivos: los moleculares y los compuestos. Los moleculares tienen O y combustible dentro de las mismas molculas; tienen la ventaja que los oxidantes y combustibles estn en contacto ntimo, de manera que la reaccin se lleva a cabo extremadamente rpida, y generalmente es completa. El trinitrotolueno (TNT) es un ejemplo de un explosivo molecular. Los explosivos compuestos tienen oxidantes y combustibles en diferentes molculas o en diferentes compuestos. Debido a que el combustible y el oxidante estn muy separados relativamente, la reaccin de descomposicin se lleva a cabo mucho ms lentamente que en un explosivo molecular. El ANFO, las emulsiones y los acuageles son todos ejemplos de explosivos compuestos, aunque, estrictamente hablando, ellos son un sistema hbrido ya que el nitrato de amonio contiene tanto combustible (H) y O en asociacin molecular, en adicin al combustible separado contenido en el petrleo. Dos aspectos importantes de la formulacin de un explosivo son el tamao de las partculas involucradas en la reaccin y la cantidad de espacio libre de huecos en la formulacin. En su estado normal, el petrleo no se absorbe en la superficie del nitrato de amonio. Cuando se muele lo suficientemente fino, el rea superficial llega a ser lo suficientemente grande y el petrleo puede formar un fino recubrimiento sobre el polvo, lo suficiente para permitir y sostener la reaccin de descomposicin. Pero el polvo del nitrato de amonio es difcil de manejar de manera que se desarroll un prill poroso. El prill consiste de un caparazn de cristal con el espacio entre cristales semejando poros o capilares. Cuando se mezcla con petrleo, ste penetra el prill por accin capilar. El grado de intimidad de la mezcla de petrleo dentro del prill est algo influenciado por el dimetro del prill: pequeos prills proporcionan una distribucin ms uniforme que prills grandes. Tpicamente, el prill grado explosivo tiene un rango de tamao desde 1 mm a 3 mm, estando el grueso del material entre 1 a 2 mm de dimetro. El concepto de espacio libre es particularmente importante en los explosivos compuestos. El espacio libre o hueco en un explosivo parece servir dos propsitos. Primeramente el espacio permite que el oxidante y el combustible se muevan juntos. Si la densidad en volumen de la formulacin es muy grande, el movimiento de los componentes es impedido y la reaccin se detendr. En segundo lugar el espacio libre proporcionar un mecanismo para la generacin de puntos calientes causados por la compresin adiabtica. El calor generado por la compresin produce un punto caliente que permite que la reaccin se sostenga por s misma. Si la reaccin encuentra una zona en que hay insuficientes huecos, (por ej. donde no hay micro esferas) la reaccin se apagar y la detonacin cesar. En el caso del ANFO, el espacio de huecos se proporciona en virtud de la porosidad de los prills. Puesto que la densidad del cristal de nitrato de amonio es alrededor de 1.7 gr./cc y la densidad en volumen del prill de casi 0.85 gr./cc, se puede ver que el nitrato de amonio prilado contiene un porcentaje de huecos de casi un 50%. A una densidad

14

aproximada de 1.1 a 1.2 gr./cc, el nitrato de amonio llega a ser demasiado denso para sostener una detonacin.

2.2. QUIMICA DE LOS EXPLOSIVOS. Se asume en esta seccin que la reaccin de la descomposicin para el explosivo resultar en una oxidacin completa de todos sus componentes. La validez de esta suposicin es algo dependiente de la composicin correcta y del tamao del prill. La reaccin bsica de descomposicin para el nitrato de amonio est dada por: 2 4 24 3 2 2 2NH NO H O N O + + (12) de la cual el balance de oxgeno se puede estimar del conocimiento de los pesos atmicos de todos los elementos; ste ser de 0.2 g/g 20%. Similarmente, la reaccin de descomposicin para el componente combustible del ANFO (simplificado como CH2) se puede escribir como: 2 3 2 22 2 2 2CH O CO H O+ + (13) Esta reaccin se ve deficiente en oxgeno, de manera que el oxgeno requerido para completar la reaccin debe ser proporcionado por el componente oxidante del explosivo. Cuando los dos componentes se mezclan juntos, la ecuacin de la reaccin se puede escribir como: 3 7 34 3 2 2 2 2NH NO CH H O N CO+ + + (14) de la cual la cantidad de combustible requerido para lograr una mezcla con oxgeno balanceado se puede calcular que es 15/254 5.51%. En el caso que se agregue menos combustible, se dispone de un exceso de oxgeno y se produce xido nitroso (NO) en adicin a los productos de ms arriba. Debido a su baja estabilidad en la presencia de oxgeno libre, este producto se reduce rpidamente a dixido de nitrgeno (NO2) que es altamente txico, y combinado con la humedad atmosfrica forma cido ntrico. Cuando se forma, el xido nitroso es claramente visible en la forma de humo coloreado naranja o caf. Una consecuencia adicional de aadir poco combustible es que tanto la energa de reaccin como el VOD disminuye relativo a aquellas de una mezcla balanceada. La fig. 2.1 muestra como la energa del ANFO vara con los cambios en la cantidad de petrleo, y la fig. 2.2 muestra el efecto en el VOD. En el caso que la cantidad de petrleo excede al 5.5%, la mezcla resultante se convierte en deficiente en oxgeno, resultando en la formacin de monxido de carbono, ms txico que el relativamente inofensivo dixido de carbono CO2. Aunque la energa de reaccin tambin disminuye con el exceso de petrleo, esta disminucin es menor que la que ocurre para el exceso de oxgeno. De las dos alternativas, es mejor tener un ligero exceso de petrleo, de manera que la formulacin ms comn de ANFO tiene 6% de petrleo. Un aditivo comn a muchas formulaciones de explosivos es el aluminio, aadido en forma de polvo o de grnulos. El Al aumenta la potencia en volumen de los explosivos, an de las emulsiones de alta densidad. El Al se aade al explosivo ya sea a granel o envasado, debido a que es un combustible altamente energtico. La reaccin del Al durante la detonacin produce el xido metlico slido Al2O; ningn producto gaseoso con Al se produce en la reaccin de detonacin. El Al, por lo tanto, reduce la formacin de gas, atrayendo algo del oxgeno que de otra forma estara disponible en la reaccin para producir vapor o dixido de carbono. La ecuacin de la reaccin qumica del ANFO con Al est dada por:

15

( ) ( ) ( )3 2 1 6 3 14 3 2 2 2 2 2 3NH NO XCH X Al X H O N XCO X Al O+ + + + + +

para x 1 (15)

% de petrleo

ENERGIA DEL ANFO A GRANEL

EFECTO DEL PETROLEO

% E

NER

GIA

EFE

CTIV

A

Figura 2.1. variabilidad de la enerrga explosiva con el contenido de petrleo para el ANFO.

% de petrleo

ENERGIA DEL ANFO A GRANEL

EFECTO DEL PETROLEO

% E

NER

GIA

EFE

CTIV

A

Figura 2.1. variabilidad de la enerrga explosiva con el contenido de petrleo para el ANFO.

% PETROLEO

VOD DE ANFO A GRANEL

VARIACION CON EL PETROLEO

Iniciador de 400 gr

VELO

CIDA

D DE

DET

ONAC

ION

(m/s)

Figura 2.2. Variabilidad del VOD con el contenido de petrleo para el ANFO.

% PETROLEO

VOD DE ANFO A GRANEL

VARIACION CON EL PETROLEO

Iniciador de 400 gr

VELO

CIDA

D DE

DET

ONAC

ION

(m/s)

Figura 2.2. Variabilidad del VOD con el contenido de petrleo para el ANFO.

El Al se aade en cantidades de hasta 15% en peso, pero lo ms comn son cantidades entre 5 y 10 en peso. De la ec. 15, el 5% de Al requerir una reduccin en el contenido de petrleo de 5.7 a 4% para un balance de oxgeno perfecto y tambin reducir el volumen total de gas de 11 moles como se calcul en la ec. 14 a 10.5 moles como se calcul en la ec. 15. Es claro de la ec. 15, que el Al acta como un combustible en la reaccin de descomposicin del nitrato de amonio. El beneficio del Al como un aditivo a los explosivos est en el muy alto calor de formacin del xido de Al, aproximadamente 16.25 MJ/Kg. Este calor de formacin resulta en un considerable aumento en la temperatura de los productos gaseosos de la reaccin, que a su vez produce un considerable incremento en la presin de los gases en el hoyo. El aumento de presin causado por el aumento de la temperatura de los gases ms que compensa la reduccin en el volumen de gas producido, de manera que el efecto neto de aadir Al es aumentar la energa disponible terica, principalmente a travs de un aumento de la energa de levantamiento. Si el Al se aade como un combustible y es para contribuir totalmente a la energa del explosivo, debe cumplir estrictas especificaciones de tamao. El Al se aade en forma metlica, generalmente como polvo. Si el tamao del grano del Al es muy grueso, el tiempo disponible para la oxidacin ser inadecuado para permitir una reaccin completa del Al, y el beneficio total no se obtendr. Adems, bajo estas condiciones, tender a existir un exceso de oxgeno (insuficiente combustible), y se generarn humos de xidos nitrosos. Si el polvo de Al es muy fino, es muy riesgoso manejarlo, ya que el polvo en s se convierte en un riesgo de explosin de polvo. El tamao ideal para el polvo parece estar en el rango de 70 a 100 mallas.

2.3. TECNOLOGIA DEL PRILL.

16

El nitrato de amonio slido usado en los explosivos simples se suministran en la forma de prills. Estos prills deben ser porosos y de una distribucin de tamao uniforme. El tamao tpico para el prill de nitrato de amonio grado explosivo es: 100% < 3 mm 90% < 2 mm 1% < 1 mm El grueso del prill en el nitrato de amonio grado explosivo, por lo tanto, debe tener un dimetro entre 1 y 2 mm. Durante la formacin de los prills, una fina capa de arcilla se aade generalmente en el exterior del prill. Esto es para contra restar la naturaleza higroscpica del nitrato. El nitrato sin recubrimiento en contacto con el aire que tenga un 60% de humedad, eventualmente se transforma en lquido. Arcilla finamente adherida a la superficie del prill reduce este efecto, pero tambin reduce la sensibilidad y permeabilidad del prill. Pequeas cantidades de aditivos de sulfato de Al tambin se pueden aadir para mejorar la resistencia del prill. La densidad de los prills individuales grado explosivo, debe estar alrededor de 1.2 gr./cc, dando una densidad en volumen de casi 0.8 gr./cc. Si la densidad y tamao de los prills estn en el rango correcto, entonces no debera haber dificultad con el funcionamiento del producto cuando se mezcla con 6% de petrleo, a menos que los prills estn recubiertos con un exceso de arcilla. Los prills con permeabilidad reducida se pueden detectar examinando una seccin transversal del prill despus que se ha mezclado con petrleo coloreado. Si el petrleo ha penetrado uniformemente, el interior del prill estar coloreado uniformemente. Si no, el interior permanecer blanco mientras que el exterior estar coloreado. Este tipo de prill no reaccionar adecuadamente y el funcionamiento de la detonacin ser inadecuado. Durante el almacenamiento del nitrato de amonio el ciclo de temperatura puede significar un desmoronamiento de la estructura del prill. Cuando la temperatura del nitrato de amonio puro se eleva sobre los 32,1 C, ocurre un cambio espontneo en la estructura del cristal. El cambio en la densidad y el volumen de la estructura del cristal resultar en un agrietamiento del cristal y, por lo tanto, en el prill. Cuando se enfra bajo los 32 C los cristales tienden a aglutinarse y si hay alguna humedad presente, el producto empezar a formar terrones. Si los prills estn dentro de un cartucho de emulsin, el ciclo de temperatura promover la cristalizacin de la fase emulsin, conduciendo a una prdida significativa de la sensibilidad y al final de la insensibilizacin del producto.

2.4. ENERGIA DEL EXPLOSIVO. La energa del explosivo se puede definir en trminos del trabajo de expansin de los gases de alta presin, o sea, el rea bajo la curva PV como se muestra en la fig. 2.3, y como se muestra en la siguiente ecuacin:

= cP

dPPdVEnerga (16)

17

donde P y V se refieren a la presin y el volumen de los gases de explosin en cualquier instante en el tiempo, dP es la presin de detonacin y cP es la presin crtica a la cual ningn trabajo adicional se realiza debido a la expulsin del gas a la atmsfera. De muchas observaciones del funcionamiento de un amplio rango de explosivos, la presin crtica a la cual el trabajo til cesa, es alrededor de los 100 MPa. Por esta razn, la energa disponible para el trabajo til es sustancialmente menor que el trabajo terico obtenido en consideracin de los calores de formacin de los reactantes individuales.

CURVA P-V PARA ANFO

EFECTODE LA PRESION VARIABLE DE CORTE

Figura 2.3. Definicin P-V de la energa explosiva y su dependencia de la presin de desahogo

PRE

SIO

N D

E H

OY

O (M

Pa)

VOLUMEN DE HOYO RELATIVO

Energa disponible a 200MPa = 1

Energa disponible a 100MPa = 2

Energa disponible a 75 MPa = 3

CURVA P-V PARA ANFO

EFECTODE LA PRESION VARIABLE DE CORTE

Figura 2.3. Definicin P-V de la energa explosiva y su dependencia de la presin de desahogo

PRE

SIO

N D

E H

OY

O (M

Pa)

VOLUMEN DE HOYO RELATIVO

Energa disponible a 200MPa = 1

Energa disponible a 100MPa = 2

Energa disponible a 75 MPa = 3

La curva PV es caracterstica de cada formulacin de explosivo y su derivacin requiere conocimiento preciso de la composicin del producto. Los explosivos emulsiones, por ej., tienen una curva completamente diferente, con el rea total bajo la curva (de Pd a presin ambiental) menor que los del Anfo. Esto se espera debido a la presencia de cantidades sustanciales de agua, y el efecto de apagado que tiene esto en la reaccin. Sin embargo, el rea bajo la curva PV desde Pd a Pc normal, es frecuentemente mayor o muy similar a la del Anfo, de manera que las emulsiones pueden tener una potencia en peso efectiva muy cercana o an exceder al 100%. Es importante notar que los factores que afectan a la presin de venteo de los gases de explosin (tales como el grado de confinamiento de la carga) afectar tambin la cantidad de energa obtenida de los explosivos y pueden, por lo tanto, esperarse que influya en los perfiles de la pila, la fragmentacin y los niveles peak de vibracin. Estudios recientes de McKenzie et al (1992), investigaron la relacin entre la energa disponible y la vibracin inducida.

2.5 TECNOLOGIA DE LA EMULSION Y DEL ACUAGEL. Los explosivos emulsiones comnmente usados estn tambin basados fuertemente en el nitrato de amonio como la sal oxidante y el petrleo como la fuente de combustible, de manera que la reaccin qumica para estos productos no es muy diferente que la del Anfo.

18

Las emulsiones se fabrican comnmente produciendo primero una solucin acuosa super saturada de sal(es) oxidantes y luego finamente dispersa en una fase aceite para formar una emulsin agua en aceite. La solucin de sales siempre contendr nitrato de amonio pero puede tambin tener nitrato de calcio o de sodio. Debido a que la solucin se hace super saturada, cuando se enfra a temperatura ambiente se convierte en meta estable, mostrando una fuerte tendencia a formar cristales de varias sales de nitrato. Una formulacin tpica para una emulsin que contiene tanto nitrato de amonio y de calcio debe ser alrededor de 65% de nitrato de amonio, 16% de nitrato de calcio, 12% de agua y 7% de petrleo. Algunas formulaciones pueden contener hasta alrededor de 18% de agua. El nitrato de calcio aadido a la solucin tambin contribuye a la energa total, pero en una tasa significantemente menor que el nitrato de amonio. La potencia del nitrato de calcio, de acuerdo a ratings internacionales es slo la mitad que la del nitrato de amonio. Es importante destacar que estos nitratos son los nicos ingredientes activos en la mayora de las emulsiones (excepto en los pocos casos donde se aade Al). Las gotas finas de sales acuosas se previenen de la coalescencia aadindole un emulsificante que forma un recubrimiento de una capa de una cadena polar de hidrocarbono alrededor de cada gota. La naturaleza polar de la gota recubierta previene la coalescencia con otras gotas similarmente recubiertas y cargadas. La mezcla resultante, por lo tanto, logra un alto grado de intimidad entre el combustible y el oxidante del explosivo, resultando en un aumento en la tasa de reaccin lograda por el explosivo durante la detonacin. Generalmente la fase emulsin misma no se clasifica como un explosivo, pero s como un agente de tronadura. Esta distincin se hace con la base de sensibilidad o de energa requerida para iniciar la reaccin. Las emulsiones requieren una sensibilizacin a travs de la adicin de sensibilizantes tales como burbujas de gas, micro esferas de vidrio o prills, antes de que ellas se clasifiquen como explosivos y se puedan iniciar con pequeas cantidades de explosivos primarios. Estos aditivos proporcionan los puntos calientes, a travs de su compresibilidad, necesarios para sostener y propagar la reaccin. Los productos emulsiones hechos de esta forma se refieren a los bombeables, ya que el bombeo es la forma recomendable de cargar estos productos altamente viscosos. Aunque se han hecho algunas pruebas de vaciar estos productos en el hoyo, no es una prctica recomendable, particularmente en hoyos de pequeo dimetro, debido a la posibilidad de bloqueo del producto en el hoyo. En vez de dispersar la solucin salina acuosa en petrleo, es posible usar ceras o parafinas. Estos son hidrocarburos de cadena muy larga; a temperatura ambiente se convierten en rgidos y maleables. Cuando se usan parafinas en vez de petrleo, el producto llega a ser muy rgido al enfriarse; estos productos se usan para hacer emulsiones encartuchadas de diferente rigidez. Sin embargo, la formulacin del producto tiene un alto porcentaje de sensibilizantes para hacerlos sensibles a un detonador. Los explosivos acuageles son soluciones acuosas que son sensibilizadas y entrelazadas para proporcionar una buena resistencia al agua, pero difiere considerablemente de las emulsiones en sus formulaciones. En los explosivos acuageles, se fabrica una solucin acuosa madre, conteniendo nitrato de amonio y otros componentes activos, tales como perclorato de amonio, nitrato de hexamina, Al y nitrato de metil amina. Estos aditivos tienen una tasa de energa mayor que el nitrato de amonio, tendiendo a aumentar la energa relativa a la de las emulsiones. La qumica del acuagel es ms compleja que la de la emulsin, requiriendo un buen control sobre la mezcla y fabricacin del producto. Sin embargo, en general ella se puede resumir con que tienen componentes ms energticos y una cantidad de agua similar o menor que la emulsin. El acuagel ms comnmente encontrado en Australia contiene alrededor de 85 a 90% de componentes reactivos (nitrato

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de amonio, de hexamina, perclorato de amonio) y menos de 10% de agua. Otros aditivos principales incluyen la goma de guar para lograr la consistencia requerida del producto, agentes entrelazadores para proporcionar la resistencia gel al agua y agentes sensibilizantes.

2.6 MECANISMOS DE LA EXPLOSION. La reaccin principal que constituye la detonacin explosiva, ocurre dentro de una zona delgada denominada la zona de reaccin principal dentro del hoyo. Esta se extiende desde el frente de choque a un lmite posterior denominado el plano de Chapman Jouguet (CJ), siendo el largo de esa zona caracterstico de un explosivo. Las reacciones que ocurren dentro de la zona de reaccin principal, generan la presin peak (la presin de detonacin) y produce la accin de esparcimiento del explosivo. Detrs de la zona principal hay una zona de baja presin o de hoyo. La presin de esta seccin es casi la mitad que la de detonacin para explosivos acoplados totalmente. En explosivos ideales, la reaccin de los componentes est completamente dentro de la zona de reaccin principal. Luego, la energa mxima, est disponible para conducir la reaccin y la presin de detonacin es la mxima. En explosivos no ideales (incluyendo todos los basados en ANFO) slo parte de la reaccin ocurre en la zona de reaccin principal, ocurriendo algunas detrs del plano CJ. Esto reduce la presin de detonacin pero puede no disminuir la presin de hoyo que acta detrs de la zona de reaccin. La presin de detonacin lograda por un explosivo se puede estimar en un grado razonable de la VOD usando la ec. simple:

2**250 VODPd = *10-6 (17) donde VOD est en m/s, es la densidad del explosivo en gr./cc y Pd es la presin de detonacin en MPa. La presin de detonacin se considera que es el mejor indicador del potencial de fuerza, esparcimiento o fragmentacin de un explosivo en tipos de rocas competentes y de alta densidad. Es particularmente importante mantener una alta presin de detonacin y de hoyo en la base de los hoyos para asegurar una excavacin fcil de la pila. En este contexto, el uso de explosivos encartuchados tiene algunas dificultades. Cuando se seleccionan explosivos encartuchados para usar en hoyos de tronadura, el dimetro del cartucho se selecciona siempre que sea al menos 10 mm menor que el dimetro del hoyo, para facilitar el carguo. Esto significa que un anillo de aire rodea al explosivo en el hoyo y este anillo servir para reducir la presin peak de hoyo y por lo tanto reducir la cantidad de rompimiento. Esta situacin puede ser evitada rajando los cartuchos primero para asegurar el impacto o taquearlos, entonces ellos se expandirn para ocupar completamente el hoyo. Sin embargo, cuando se carga en hoyos llenos de agua, los cartuchos no se deben rajar puesto que ellos se pueden atascar en el hoyo en la interfase aire agua, provocando un mal carguo. Debido a la fuerte dependencia de la presin de detonacin en la VOD, este ltimo trmino se toma a menudo como el indicador de la fragmentacin potencial de un explosivo. La VOD no es una medida de la energa de choque de un explosivo ni de su sensibilidad, pero se usa como un indicador de la energa de choque, de la estabilidad de la emulsin y de la consistencia de la formulacin. Chiappetta (1991) demuestra como se usan las mediciones del VOD en terreno para cuantificar el funcionamiento de un

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explosivo y como este trmino se usa para proporcionar estimaciones aceptables para la habilidad del explosivo para crear una red de fracturas en un medio dado. La VOD de los explosivos comerciales depende del dimetro de la carga, del grado de confinamiento al momento de la detonacin, aumentando a medida que el dimetro y el confinamiento aumenta. Como regla general, los explosivos con alta VOD proporcionan mejor fragmentacin y esparcimiento en roca dura, masivas o masa rocosa con bloques y hay poco beneficio en usar explosivos con alto VOD en rocas blandas y altamente fracturadas. La justificacin para el aumento del VOD para roca de alta resistencia viene del anlisis de la transferencia de energa a las paredes del hoyo. La transferencia de energa se maximiza cuando la impedancia de los dos medios es igual. La impedancia del explosivo se define como el producto del VOD y la densidad, mientras que la impedancia de la roca es el producto de la velocidad de la onda P y la densidad de la roca. Tpicamente, la impedancia de una roca de alta resistencia tal como el granito est alrededor de 12,5x106 Kg. m-2 seg-1 (5000 m/s x 2500 kg/m3) mientras que la impedancia de un explosivo con alto VOD est alrededor de 7,8 x 106 Kg. m-2 seg-1 (6000 x 1300 kg/m3). El ANFO, por ej. , tiene una impedancia de 3,4 x 106 kg. m-2 seg-1 (4000 m/s x 850 kg/m3). El impacto de las propiedades de las rocas en el funcionamiento del explosivo se discute en la seccin 3.1, tratando los efectos de las propiedades en la fragmentacin.

2.7 EXPLOSIVOS INICIADORES. El trmino de explosivos iniciadores se refiere a los mtodos de iniciar las mallas de tronadura. En algunas aplicaciones el explosivo en el hoyo se iniciar directamente por el detonador o por un cordn detonante, mientras que en otros casos estos elementos iniciarn a un explosivo iniciador, el que a su vez iniciar la columna explosiva. Por definicin, los explosivos iniciadores tienen una densidad ms alta que los explosivos secundarios cargados en los hoyos. El sistema de iniciacin ms adecuado para cualquier aplicacin depende de muchos factores, incluyendo: 1. Tipo de explosivo y susceptibilidad a la insensibilizacin. 2. Profundidad del hoyo. 3. Costo y sensibilidad a tiros quedados. 4. Requerimiento de desplazamiento de la pila. 5. Susceptibilidad a riesgos elctricos. 6. Requerimiento de tiempo que la tronadura quedar cargada sin tronarla. 2.7.1 CORDONES DETONANTES. El sistema ms simple para iniciar la malla de tronadura es probablemente la combinacin de cordn detonante y conectores de retardo para cordn detonante. Los cordones detonantes son explosivos lineales resistentes que contienen una carga en su ncleo de un alto explosivo envuelto por un plstico y posiblemente envuelto adems por un recubrimiento textil para proporcionar una cubierta resistente al agua. El cordn se consume durante la detonacin y detona a una velocidad de casi 7.000 m/s. La detonacin es extremadamente violenta y es capaz de causar un dao considerable al material del taco y a la columna explosiva a travs de la cual pasa. Al alcanzar al iniciador, el impacto es suficiente para causar la iniciacin. Alternativamente, el cordn detonante puede sacarse del iniciador de manera que la cola de un detonador no elctrico se active y este, a su vez, pueda activar un retardo en el hoyo. Este sistema se llama el iniciador deslizante.

21

Cuando se usa el sistema de cordn detonante es importante minimizar la potencia del cordn. Esto debido a que la detonacin del cordn puede ser suficiente, bajo ciertas circunstancias, de iniciar la columna explosiva. Cuando en el interior del hoyo existe un iniciador, esto puede causar serios problemas de fragmentacin y de proyeccin de rocas. An cuando el hoyo no contenga un iniciador en el hoyo, la iniciacin lateral del explosivo resulta en una prdida significativa de energa del explosivo, especialmente de la energa de choque. An cuando el cordn detonante no detone al explosivo, este causar una insensibilizacin parcial del explosivo y una prdida consecuente de energa del explosivo. Es un truco que han efectuado muchas operaciones de trazar hoyos con cordn detonante como medio de un control efectivo durante la tronadura de contorno. La iniciacin lateral o insensibilizacin parcial del explosivo, causa una cada importante en la energa de choque que hace que el explosivo emule a uno de baja potencia. Cuando se usa la iniciacin por cordn detonante se debe tener cuidado en las conexiones de superficie. Las conexiones entre lneas de cordn detonante debe hacerse en ngulo recto, ya que un ngulo agudo entre las lneas causar un corte. Cuando se use cordn detonante para iniciar un explosivo iniciador, debe asegurarse que el iniciador es sensible a la potencia del cordn en uso. Muchos iniciadores, incluyendo los de pentolita y las emulsiones encartuchadas, por ej., no son sensibles al cordn con un ncleo de menos de 10 gr./m. 2.7.2 DETONADORES ELECTRICOS. Los detonadores elctricos de retardo se utilizan comnmente para iniciar hoyos en tronaduras en canteras (aunque este mtodo se est reemplazado rpidamente por la iniciacin no elctrica) y en tronaduras de zanjas y otras de pequea escala. Cuando se estima o compara el uso de la iniciacin elctrica respecto de los sistemas no elctricos, se debe poner mucha atencin en el punto de la exactitud del tiempo de iniciacin. Como una observacin general, la exactitud de los detonadores elctricos comercialmente disponibles en Australia, es menor que la de los sistemas no elctricos de perodos comparables, aunque debe puntualizarse que la exactitud del detonador con retardo pirotcnico es muy dependiente del tiempo y de la condicin de almacenamiento. La tabla 2.1, por ej., presenta un resumen de la comparacin entre los detonadores de retardo elctrico y no elctricos, comercialmente disponibles en Australia.

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RANGO (%) VARIABLE NO

ELECTRICOS ELECTRICOS

Rango de tiempos (ms)

25 8000 30 845

Coeficiente de varianza del batch (%)

0.8 2.8 2.0 3.0

Coeficiente de varianza total (%)

1.0 4.5 2.5 4.5

Dispersin al 95% de confianza (%)

2.0 9.0 5.0 9.0

TABLA 2.1. Resumen de la comparacin de dispersin para detonadores elctricos y no elctricos. La generalizacin no parece ser vlida por ej. en USA, donde los detonadores elctricos de retardo nuevos y de alta exactitud son a lo menos tan exactos como los retardos no elctricos ms nuevos (+/- 2% de dispersin con el 95% de nivel de confianza). Generalmente hablando, la dispersin del retardo no es un problema principal en la tronadura, pero s cuando la probabilidad de traslape o detonacin fuera de secuencia, Posd, alcanza un nivel inaceptablemente alto. La definicin de inaceptablemente alto es muy dependiente de la aplicacin (Heilig & McKenzie, 1988) y no se puede dar una regla general. La probabilidad de traslape se calcula de la ec.:

( )( )

+

=

+

+

21

211

nn

nnosd

SSttP (18)

donde ( )x es la funcin de probabilidad acumulativa para la varianza estndar normal, tn y tn+1 son los tiempos nominales de iniciacin y Sn y Sn+1 son las desviaciones estndar para los retardos nmeros n y n+1 respectivamente. Como una buena aproximacin, la funcin de probabilidad acumulada F(x) se puede calcular a cualquiera de los dos retardos (m y n) usando las siguientes relaciones. El uso de estas ecuaciones elimina la necesidad de tablas matemticas, permitiendo la posibilidad de ser calculada en formato de planilla electrnica. Estas ec. proporcionan una aproximacin a las reas bajo la curva de distribucin normal o gaussiana, y son exactas hasta a lo menos tres lugares decimales.

( )Pr obabilidad F A t A t A t A t A t= + + + +1 2 2 3 3 4 4 5 5

23

[ ]t A x= +1

1 6 ( )

Fe

x

=

( )2

2

2 (19)

( )xt t

S Sm n

m n

=

+2 2

donde A1 = 0.319381530 S = desviacin estndar del tiempo de disparo

A2 = -0.356563782 t = tiempo nominal de disparo A3 = 1.781477937 A4 = -1.821255978 A5 = 1.330274429 A6 = 0.2316419

Los retardos elctricos muestran una baja probabilidad de traslape (y por lo tanto un buen control de la fragmentacin y niveles de trastornos ambientales) para tronaduras de tamao pequeo. Esto se ilustra en la fig. 2.4 para coeficientes de varianza de 3 a 5% que se considera tpicos para retardos elctricos en Australia. Cuando el tamao de la tronadura necesita el uso de nmeros de retardos ms altos (sobre el #12), la probabilidad de traslape llega a ser significativa y aumenta con el aumento del nmero del retardo, de manera que saltarse un perodo (o sea, omitir algn elemento de retardo en las series) para los nmeros de retardo ms altos es muy comn. Este hecho tiende a reducir el tamao mximo de la tronadura que se pueden iniciar, especialmente si se desea limitar el nmero de hoyos que comparten un nmero de retardo comn.

Otro factor que limita el tamao de las tronaduras que se puede disparar es la dificultad de energizar un gran nmero de detonadores elctricos, con la mayora de los sistemas porttiles con limitaciones a no ms que 100 hoyos. La seguridad es tambin un tema importante con los retardos elctricos debido a su susceptibilidad a la iniciacin por fuentes extraas, que incluyen a los transmisores de radio y los rayos. Los detonadores elctricos disponibles comercialmente en Australia tienen un grado ms alto de dispersin que la mayora de los detonadores de retardo no elctricos, y son ms adecuados en tronaduras pequeas. La aplicacin de sistemas de iniciacin elctricos a las tronaduras que tienen ms de 30 hoyos generalmente resultar en retardos compartidos, en donde muchos hoyos se inician al mismo tiempo nominal. La aplicacin de la iniciacin elctrica se limita generalmente a tronaduras con poco menos de 100 hoyos.

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PROBABILIDADES DE TRASLAPE

DETONADORES ELECTRICOS SERIE L

TIEMPO (ms)

% desviacin

Prob

abili

dad

de tr

asla

pe (%

)

Figura 2.4. Probabilidades de traslape de retardos para detonadores elctricos Serie L.

PROBABILIDADES DE TRASLAPE

DETONADORES ELECTRICOS SERIE L

TIEMPO (ms)

% desviacin

Prob

abili

dad

de tr

asla

pe (%

)

Figura 2.4. Probabilidades de traslape de retardos para detonadores elctricos Serie L.

2.7.3 DETONADORES NO ELECTRICOS. Los detonadores no elctricos muestran un grado de dispersin igual o menor que los detonadores elctricos. Sin embargo, dependiendo del perodo del retardo en el hoyo, y de la combinacin de los retardos de superficie usados entre hoyos y entre filas, la dispersin absoluta en los tiempos de iniciacin puede exceder a los del sistema elctrico. Una seleccin cuidadosa de los elementos en el sistema no elctrico permitir que se inicien tronaduras grandes ms fcilmente y en forma segura de lo que es posible con la iniciacin elctrica. Tal vez la principal razn para usar sistemas de iniciacin no elctricos en tronaduras grandes es que la probabilidad de traslape permanece constante a travs de toda la tronadura, independientemente del tamao de las tronaduras y el nmero de hoyos que detonan en un mismo tiempo se reduce significativamente en comparacin con el mismo diseo iniciado con detonadores elctricos. Debido a que no hay series no elctricas fijas, no es posible generar un grfico de probabilidad de traslape similar a la fig. 2.4 que se aplica a todas las tronaduras no elctricas. Sin embargo, es posible construir el grfico para un caso particular y considerar las probabilidades de traslape para varios hoyos dentro de la tronadura. La fig. 2.5 considera las probabilidades de traslape (asumiendo un coeficiente de varianza de 1 y 2%, lo que parece tpico de las unidades de alta exactitud usadas como retardo constante dentro del hoyo) para hoyos adyacentes a un hoyo localizado en cualquier parte en la tronadura de la fig. 2.6, que contiene una combinacin de 175 ms en el hoyo y 17 & 42 ms en superficie (combinaciones tpicas en una cantera). Los nmeros adyacentes a los hoyos en la fig. 2.6 representan los tiempos de disparo para los hoyos relativo al hoyo de referencia marcado o. El diagrama de traslape permanecer sin cambiar para cualquier hoyo seleccionado de referencia: sta es una de las principales ventajas de los sistemas de iniciacin no elctricos.

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PROBABILIDADES DE TRASLAPE

DETONADORES NO ELECTRICOS (500/42/17)

% dispersin

Incremento de tiempo a hoyos adyacentes (ms)

Prob

abili

dad

de tr

asla

pe (%

)

Figura 2.5. Probabilidades de traslape para detonadores no elctricos en malla de abajo.

PROBABILIDADES DE TRASLAPE

DETONADORES NO ELECTRICOS (500/42/17)

% dispersin

Incremento de tiempo a hoyos adyacentes (ms)

Prob

abili

dad

de tr

asla

pe (%

)

Figura 2.5. Probabilidades de traslape para detonadores no elctricos en malla de abajo.

LEYENDALEYENDA500 o 175 ms retardo en el hoyo17 ms retardo entre hoyos42 ms retardo entre filas

Tiempos de iniciacinde los hoyos

Figura 2.6. Porcin de una tronadura no elctrica que muestra la secuencia y tiempos.

LEYENDALEYENDA500 o 175 ms retardo en el hoyo17 ms retardo entre hoyos42 ms retardo entre filas

Tiempos de iniciacinde los hoyos

Figura 2.6. Porcin de una tronadura no elctrica que muestra la secuencia y tiempos.

Para el retardo en el hoyo elegido de 175 ms, el diagrama no elctrico de traslape indica una probabilidad muy baja de traslape entre hoyos adyacentes en la misma fila y entre hoyos en diferentes filas. Para estos tiempos de retardo en el hoyo ms grandes (por ej. 500 ms) la probabilidad de traslape entre hoyos en la misma fila aumenta significativamente. La alta probabilidad de traslape en estos casos, para hoyos en la misma fila, generalmente no se considera un problema, ya que los hoyos en la misma fila se disparan hacia una cara libre y la detonacin fuera de secuencia en la misma fila no afectar por lo tanto adversamente a la fragmentacin, vibracin o proyeccin de rocas. Esto es en contraste a la situacin con retardos elctricos donde el traslape puede ocurrir entre filas de hoyos, dependiendo de como se ha secuenciado el diseo. Los sistemas de iniciacin no elctricos son los preferidos y recomendados para la iniciacin de mallas grandes de tronaduras, proporcionando buen control sobre la secuencia de detonacin y minimizando el impacto de los trastornos ambientales. El control de la secuencia es independiente del tamao de la tronadura y el tiempo de la tronadura puede variarse para proporcionar ms control sobre los niveles y frecuencias de vibracin inducida. Sin embargo, debe mantenerse una observacin muy de cerca a los ltimos desarrollos con la iniciacin elctrica y electrnica. 2.7.4 COMPARACION ENTRE DETONADORES ELECTRICOS Y NO ELECTRICOS. Conociendo la variabilidad en los elementos de retardo, la estadstica permite el clculo de la probabilidad que cualquier diseo de tronadura dado, detonar en la secuencia diseada. Para el propsito de este estudio, una secuencia controlada de iniciacin se define por: Una secuencia de iniciacin donde cada carga explosiva detonar subsecuentemente a cargas entre ella y la cara libre. Tomando en cuenta el ngulo de salida (130) y la influencia de los hoyos circundantes, el rea de influencia se asume tambin que incluye cargas dentro del espaciamiento de un hoyo o como se muestra en la fig. 2.7. Tanto los sistemas de retardo elctricos y no elctricos se han evaluado para un diseo estndar de 18 hoyos como se muestra en la fig. 2.8. La comparacin se ha efectuado para tiempos de retardo no elctricos en el hoyo de 175 ms y 500 ms. Los grficos de probabilidad calculados, que muestran la probabilidad que todos los 18 hoyos detonarn en una secuencia controlada, se pueden ver en la fig. 2.9, e indica: 1. Una disminucin en la probabilidad de que no haya una secuencia inversa a medida que la variabilidad

de retardo aumenta (para todos los sistemas de retardo).

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2. Para un coeficiente arbitrario de variacin de 2%, las probabilidades de que no haya una secuencia inversa se calcularon a 11% (500 ms no elctrico, retardo en el hoyo), 100% (175 ms no elctrico, retardo en el hoyo) y 100% (retardo elctrico en el hoyo). Respecto a esto, las series elctricas se consideran ms exactas que algunas combinaciones no elctricas.

CARALIBRE

Estos hoyos no deben detonar antes que cualquiera de los 3 en la fila frontal

Estos hoyos no deber detonar fuera de secuencia

Figura 2.7. Definicin de la secuencia de iniciacin controlada

CARALIBRE

Estos hoyos no deben detonar antes que cualquiera de los 3 en la fila frontal

Estos hoyos no deber detonar fuera de secuencia

Figura 2.7. Definicin de la secuencia de iniciacin controlada

Hoyo

Series elctricas

Series no elctricas

(500 o 175 ms retardo en el hoyo)

Figura 2.8. Malla estndar de 18 hoyos usada para una simulacin.

Hoyo

Series elctricas

Series no elctricas

(500 o 175 ms retardo en el hoyo)

Figura 2.8. Malla estndar de 18 hoyos usada para una simulacin.

3. Para retardos no elctricos de alta exactitud que exhiben coeficientes de varianza en el intervalo del 1 -

1.5%, la probabilidad de una secuencia correcta para la tronadura de 18 hoyos de la fig. 2.8 est en un rango de alrededor de 40% a alrededor de 90% para retardo en el hoyo de 500 ms y es efectivamente 100% para el retardo en el hoyo de 175 ms.

4. Para retardos elctricos con un coeficiente de varianza en el intervalo de 3 - 4%, la probabilidad de una secuencia correcta para la tronadura de 18 hoyos de la fig. 2.8 est en el rango de casi 50% a casi 75%.

5. Existe una marcada declinacin en la probabilidad de todos los 18 hoyos detonados en la secuencia correcta cuando se usan retardos no elctricos ms largos con un coeficiente de varianza que excede el 10%.

Se puede concluir de estos anlisis que las tronaduras secuenciadas usando alta exactitud en el hoyo, los retardos no elctricos de perodos cortos ofrece ventajas sobre tronaduras de similar tamao iniciadas con retardos elctricos en trminos de la habilidad de los hoyos para detonar en una forma controlada (o reducir la probabilidad de iniciacin fuera de secuencia). Esta ventaja llega a ser an ms aparente si el nmero de hoyos aumenta sobre los 18.

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PROBABILIDAD DE SECUENCIA CORRECTAELECTRICOS/NO ELECTRICOS (18 HOYOS)

No elctrico500/42/17

Elctrico

Variabilidad (Coef. de varianza) %

Prob

abili

dad

(%)

PROBABILIDAD DE SECUENCIA CORRECTA

ELECTRICO/NO ELECTRICO (18 HOYOS)

Variabilidad (Coef. de Varianza) %

No elctrico175/17/42

Elctrico

Figura 2.9. Probabilidad de cambios de no secuenciacin para una tronadura de 18 hoyos (elctricos, no elctricos de 500 ms y 175 ms)

Prob

abili

dad

(%)

Sistema de iniciacin

Sistema de iniciacin

PROBABILIDAD DE SECUENCIA CORRECTAELECTRICOS/NO ELECTRICOS (18 HOYOS)

No elctrico500/42/17

Elctrico

Variabilidad (Coef. de varianza) %

Prob

abili

dad

(%)

PROBABILIDAD DE SECUENCIA CORRECTA

ELECTRICO/NO ELECTRICO (18 HOYOS)

Variabilidad (Coef. de Varianza) %

No elctrico175/17/42

Elctrico

Figura 2.9. Probabilidad de cambios de no secuenciacin para una tronadura de 18 hoyos (elctricos, no elctricos de 500 ms y 175 ms)

Prob

abili

dad

(%)

Sistema de iniciacin

Sistema de iniciacin

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3. PROPIEDADES DE LA ROCA.

El rompimiento de la roca con explosivo es una interaccin entre el explosivo y la roca. Los resultados en trminos de grado de fragmentacin, dao y desplazamiento de la pila tronada, estn determinados por las propiedades de los dos componentes. Hagan & Harries (1977) establecieron que los experimentos y la prctica indican que los resultados de la tronadura estn influenciados ms por las propiedades de la roca que por las del explosivo. Experiencias realizadas en canteras, minas a tajo abierto, minas de carbn de superficie y minas subterrneas soportan este aserto. En general, las tentativas para predecir resultados de fragmentacin, realizados en operaciones normales de tronadura a partir de propiedades fsicas y mecnicas de la roca, obtenidas de ensayos de laboratorio, no han sido exitosas. La falla se atribuye a los efectos dominantes de la estructura de la roca y su influencia en las propiedades del macizo rocoso. Aunque las propiedades fsicas mecnicas del macizo rocoso (es decir resistencia a la compresin y tensin, densidad, mdulos de elasticidad), s impactan en la fragmentacin, son secundarios comparados con los efectos de la estructura de la roca. Las estructuras existentes en la roca se extienden durante la tronadura, con extensin preferencial de grietas favorablemente orientadas. Cuando existe un patrn de grandes diaclasas a grandes espaciamientos, no ocurrir una formacin y extensin de grietas uniformes, y se obtendr una fragmentacin irregular. Cuando existe un patrn denso de fisuras, la fragmentacin resultar claramente mejor que la obtenida en roca masiva usando la misma carga. En este material, la onda de choque del explosivo que detona se atena ms rpidamente y es por eso menos efectivo en iniciar nuevas fracturas y las nuevas fracturas generadas se cortan abruptamente por la existencia del patrn de fisuras. Las discusiones de las propiedades de la roca y su influencia en la fragmentacin frecuentemente se refieren a la resistencia de la roca. Esta propiedad es difcil de cuantificar en vista de su dependencia de la razn de esfuerzo o razn de deformacin, puesto que es bien sabido que la resistencia dinmica de la roca varia considerablemente de la resistencia esttica. Sin embargo, a pesar de su limitacin, tanto la resistencia a la compresin como a la tensin juegan un papel muy importante en determinar los lmites de dao y sobre quebradura detrs de la tronadura, debido principalmente a su relacin con la fcil de medir velocidad de partculas. Las propiedades de la roca tienen una mayor influencia en la amplitud, frecuencia y duracin de las ondas de vibracin de la tronadura. La amplitud y la frecuencia de vibracin disminuyen con el aumento de la distancia desde la tronadura debido a dos mecanismos separados: esparcimiento geomtrico y prdidas adicionales. En general la duracin de la vibraci6n de la tronadura aumenta con el aumento de la distancia desde la tronadura. Los tipos de rocas con alto mdulo (por ej. las rocas gneas) exhiben un comportamiento casi elstico con relativamente poca prdida friccional, mientras que tipos de roca con bajo mdulo (por ej. rocas sedimentarias) muestran una pronunciada prdida friccional y un comportamiento inelstico. Las fracturas y diaclasas en la masa rocosa tienen el efecto de bajar el mdulo del macizo y disipar la energa en la superficie de las diaclasas, de manera que una roca dura con muchas estructuras se parece a un tipo de roca blanda ms masiva en trminos de sus caractersticas de vibracin. Las propiedades de la roca tambin tienen un mayor impacto en la estabilidad de los taludes, y mucho de estos sectores pueden ser modificados por la accin de la cercana y an la lejana de las operaciones de tronadura. A medida que la tronadura expone taludes y excavaciones, las fuerzas que tienden a mantener los bloques en equilibrio a lo largo de planos de diaclasas bien definidos (o sea, la cohesin de las

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diaclasas y el coeficiente de friccin), pueden ser colocadas fuera de este balance con el resultado que la excavacin llega a ser inestable y vulnerable a fallar Los factores de la roca ms importantes que afectan a la fragmentacin, estabilidad y al impacto ambiental de la tronadura son:

1. Grado de diaclasamiento y fracturamiento natural e inducido por la tronadura. 2. Orientacin de las diaclasas naturales. 3. Propiedades elsticas de la roca. 4. Densidad de la roca. 5. Angulo de friccin. 6. Resistencia cohesiva de la superficie de las fracturas.

Por conveniencia, la influencia de las propiedades de la roca en la estabilidad, fragmentacin e impacto ambiental se considerarn separadamente.

3.1 INFLUENCIA EN LA FRAGMENTACION. De los factores usados anteriormente, el de mayor influencia en la fragmentacin es, indudablemente, el grado natural de diaclasado y fracturamiento. La formacin de diaclasas ocurre durante la diagnesis de la roca, generalmente como resultado de los esfuerzos tensionales en la roca. La masa rocosa desarrolla tpicamente un nmero de conjuntos de diaclasas nter dependientes que actan para aliviar esfuerzos en la roca. Las diaclasas inevitablemente se forman en grupos y cada grupo muestran un grado de paralelismo que refleja su gnesis comn. Los grupos de diaclasas generalmente se ordenan por prominencia desde grupos principales a menos prominentes o grupos menores determinada por su frecuencia de ocurrencia y persistencia o continuidad. El grado de diaclasamiento natural es importante debido a que define el bloque ms grande que puede resultar despus de la tronadura, ya sea dentro de la malla de la tronadura o en la quebradura detrs del disparo. Debido a que las diaclasas tienden a formarse en grupos que son aproximadamente perpendiculares, los planos de las diaclasas naturales definen grupos de bloques de distintos tamaos. Cuando el espaciamiento de las diaclasas dentro de un grupo es amplio, los bloques in situ son grandes y el factor de energa asociado con el diseo de la tronadura es alto. Si la tronadura no rompe estos bloques, ellos formarn el sobre tamao. Cuando la frecuencia de fracturas en la masa rocosa es alta, es ms fcil de obtener fragmentacin fina y los factores de energa asociados con la tronadura tienden a ser bajos. Rocas duras altamente diaclasadas o fracturadas se comportan muy similar a rocas ms blandas y ms dbiles. La combinacin de roca y discontinuidades se puede considerar y modelar como una ruma de bloques mantenidos juntos por una combinacin de la cohesin de la superficie de las diaclasas, el coeficiente de friccin de las superficies de las diaclasas y los esfuerzos actuando en los bloques (ya sea esfuerzos hidrostticos en aplicaciones de superficie o una combinacin de esfuerzos hidrostticos o tectnicos en aplicaciones subterrneas profundas). Varios autores han sugerido que para lograr la mxima utilizacin de la energa del explosivo en el proceso de fragmentacin es necesario equiparar la impedancia del explosivo lo mas cercanamente posible a la impedancia de la roca. La impedancia se define como el producto de la velocidad y la densidad. Para el explosivo, la impedancia se refiere al producto de la densidad en el hoyo y a la

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velocidad de detonacin, mientras que en la roca la impedancia se define como el producto de la velocidad de las ondas P y la densidad. Luego, para una mxima fragmentacin:

proca VVOD **exp = (20) Donde es la densidad, VOD es la velocidad de detonacin del explosivo y Vp es la velocidad de la onda P de la roca. Basado en el deseo del igualamiento de las impedancias, rocas masivas y de alta resistencia (con velocidades P en el rango de 4500 a 6000 m/s) se fragmentan mejor con un explosivo con alta densidad y alta velocidad de detonacin. La impedancia de los explosivos nunca alcanza la impedancia mxima de la roca, debido a la baja densidad de los explosivos comerciales. Muchas rocas, sin embargo, ms que fragmentacin requieren desplazamiento y para este tipo de rocas la utilizacin de la energa de choque es de importancia secundaria comparada con la generacin y utilizacin de la energa de levantamiento (heave). Estas rocas se benefician del uso de explosivo de baja velocidad de detonacin y es en esta aplicacin que el uso de explosivos aluminizados se adecua mejor. 3.1.1 DISTRIBUCION DE TAMAO DE BLOQUES INSITU. Una masa rocosa, en el contexto de la tronadura, consiste de uno o ms tipos de roca que se interceptan por un sistema de discontinuidades. Estas discontinuidades se refieren frecuentemente a una variedad de trminos que incluyen a diaclasas, fallas, zonas de corte, fracturas, planos de estratificacin, intrusiones o fisuras. La mayora de estas discontinuidades son naturales pero existen tambin algunas fracturas que se pueden inducir por la excavacin, ya sea directamente como resultado de la tronadura o indirectamente por redistribucin de esfuerzos. Las discontinuidades en la masa rocosa actan para definir bloques preformados y la distribucin de tamao de stos puede ser el principal factor para lograr un costo efectivo de tronadura. Los datos requeridos para estimar la distribucin de tamao de bloques son los espaciamientos de los tres grupos principales de diaclasas. Estos datos se pueden obtener por muchos mtodos, incluyendo el registro de testigos de sondajes (testigos orientados) y el mapeo de los bancos. Una de las principales dificultades asociadas con la exactitud para determinar el espaciamiento de fracturas es el problema de hacer un muestreo que represente exactamente un nmero significativo de diaclasas. A menudo se usa el sistema Scanline, principalmente si ellos representan vistas al azar a travs de la masa rocosa y si las superficies expuestas no estn alineadas con los planos de diaclasas dominantes. Sin embargo, an el Scanline al azar dar datos distorsionados, puesto que de los planos de diaclasas que son de corta persistencia y de los planos que estn orientados oblicuamente se obtendran pocas muestras, particularmente en Scanlines ms cortos. De los planos que son paralelos al Scanline no se har un muestreo. Claramente, el Scanline simple es inadecuado para la estimacin de patrones de fracturas. Un punto importante de recordar se relaciona con el tamao y el tipo de fracturas que se debera registrar durante el anlisis Scanline. Es en este punto que el mapeo de fracturas llega a ser subjetivo, puesto que la nica regla disponible es mapear fracturas que parecen haberse extendido durante la tronadura, o que

31

parecen formar las superficies de los bloques tronados. Las fracturas de muy poca persistencia no parecen tener una fuerte influencia en la fragmentacin, y las diaclasas que se han cementados juntas con cuarzo o calcita pueden no representar an planos de debilidad. Las fracturas que no pertenecen a un grupo de diaclasas definido pueden ser inducidas por la tronadura, y pueden ser ignoradas frecuentemente en e1 mapeo si la cara expuesta representa slo una pequea fraccin del volumen total de la roca a tronarse. Despus de obtener el espaciamiento de las fracturas, es til determinar la forma de la distribucin de las fracturas. Las dos distribuciones ms comunes observadas son la normal o Gaussiana y la exponencial negativa. Se ha argumentado que las rocas ms jvenes tienden a mostrar la distribucin normal, mientras que las rocas ms viejas, que han sido sujetas a repetidos esfuerzos y fracturamientos, tienden a mostrar ms una distribucin exponencial negativa. Se debe notar que la seleccin de la forma de la funcin de distribucin influir fuertemente en la distribucin de tamao calculada de los bloques. La conversin de los datos de espaciamiento de fracturas a la distribucin de tamao de bloques in situ se efecta usando la simulacin de Monte Carlo para generar muestras grandes de bloques de distintas dimensiones. Estos bloques se ordenan para determinar su ranking de tamao de tamiz y una estimacin hecha de los pesos promedios de los bloques para cada tamao de tamiz. La fig. 3.1, por ej. , ilustra la distribucin de tamao de los bloques in situ para una mina, mostrando 3 dominios estructurales marcadamente diferentes. Dentro de cada dominio, el espaciamiento y orientacin de las fracturas y el nmero de los sub grupos de fracturas, vara considerablemente. El Dominio I muestra un fracturamiento intenso con un 5% en peso de material in situ que tiene un tamao mayor que 1m. Para este tipo de roca se requiere poca fragmentacin real del explosivo y la tronadura se realiza slo para mejorar la excavabilidad y productividad del cargador.

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DISTRIBUCION INSITU DE TAMAO DE BLOQUES

SOBRECARGA EN CARBONEspaciamiento de fracturas principales

Dominio III

Dominio IIDominio I

TAMAO DE BLOQUES (mm)

% E

N P

ESO

Dominio I

Dominio II

Dominio III

Carbn

Figura 3.1. Distribucin insitu de bloques para diferentes tipos de roca

DISTRIBUCION INSITU DE TAMAO DE BLOQUES

SOBRECARGA EN CARBONEspaciamiento de fracturas principales

Dominio III

Dominio IIDominio I

TAMAO DE BLOQUES (mm)

% E

N P

ESO

Dominio I

Dominio II

Dominio III

Carbn

Figura 3.1. Distribucin insitu de bloques para diferentes tipos de roca

El Dominio III sin embargo, se caracteriza por su naturaleza masiva, con cerca de un 45% de material in situ con tamao mayor que 1 m. Este material requiere un fracturamiento sustancial durante la tronadura y se puede beneficiar considerablemente con el uso de un explosivo con alta presin de detonacin, o sea, una emulsin o un acuagel. Al mismo tiempo, este tipo de roca es