exp. parte i. mallas ing. manuel peña

INSTITUTO EMPRESARIAL MITTAL SACMITTAL SAC

LES DA LALES DA LALES DA LA LES DA LA

BIEN VENIDABIEN VENIDA

jun‐09 1Ing. Manuel F. Peña C.

INSTITUTO EMPRESARIAL MITTAL SACMITTAL SAC

EXPOSITOREXPOSITOR

Ing Manuel F PeñaCastilloIng. Manuel F. Peña Castillo


CURSODECAPACITACIÓNCURSODECAPACITACIÓN

“DISEÑODEUNAMALLADE“DISEÑODEUNAMALLADE

CURSO DE CAPACITACIÓNCURSO DE CAPACITACIÓN

DISEÑO DE UNA MALLA DE DISEÑO DE UNA MALLA DE PERFORACIÓN EN MINERÍA PERFORACIÓN EN MINERÍA

SUBTERRÁNEA”SUBTERRÁNEA”SUBTERRÁNEA”SUBTERRÁNEA”


INTRODUCCIÓN

El propósito de esta exposición es el de familiarizar a los ingenieros,técnicos y a los responsables de voladuras en los fundamentosbásicos del diseño de arranque de las rocas. La ejecución devoladuras ha evolucionado de un arte a una ciencia ya que muchasvoladuras ha evolucionado de un arte a una ciencia ya que, muchasde las variables de las voladuras se pueden calcular utilizandofórmulas simples de diseño enseñando un método de diseñopracional quesigueprincipioscientíficos.Los avances logrados en la física de la explosión y de laf t ió d l l i i ifragmentación de rocas y en general en las cienciasmineras, aun nopermitenmodelar teóricamente conprecisiónel proceso dearranquede las rocasde las rocas.


El di ñ d l l d d l l l bEl diseño de las voladuras y de los cueles al excavar obrassubterráneas se ha basado fundamentalmente en la experienciaproductiva y la generalización de los resultados alcanzados Losproductiva y la generalización de los resultados alcanzados. Losvaloresde los criterios de efectividad quese alcanzanconestosdiseños son insuficientes por lo que es necesario aplicarp q pmétodosmás efectivospara resolver estaproblemática.


PROPIEDADESPROPIEDADESDEDELASLASROCASROCASYYDEDELOSLOSMACIZOSMACIZOSROCOSOSROCOSOSYY SUSU INFLUENCIAINFLUENCIA ENEN LOSLOS RESULTADOSRESULTADOS DEDE LASLASVOLADURASVOLADURAS

Los materiales que constituyen los macizos rocosos poseen ciertascaracterísticas físicas que son función de su origen y de los

ló i t i b ll h t d Elprocesos geológicos posteriores que sobre ellos han actuado. Elconjunto de estos fenómenos conduce en un determinado entorno auna litología particular con unas heterogeneidades debidas a losuna litología particular con unas heterogeneidades debidas a losagregados minerales policristalinos y a las discontinuidades de lamatriz rocosa (poros y fisuras); y a una estructura geológica en un(p y ); y g gestado tensional característico, con un gran número dediscontinuidades estructurales (planos de estratificación, fracturas,di l j t t )diaclasas, juntas, etc.)


DENSIDADDENSIDAD::

Las densidades y resistencias de las rocas presentannormalmentey puna buena correlación. En general las rocas de baja densidad sedeforman y rompen con facilidad, requiriendo un factor de energía

l ti t b j i t l á d irelativamente bajo mientras que las rocas más densas precisanuna mayor cantidad de energía para lograr una fragmentaciónsatisfactoria así comounbuen desplazamiento y esponjamientosatisfactoria, así comounbuen desplazamiento y esponjamiento.

En rocas con alta densidad para que el impulso impartido a la rocapor la acción de los gases sea el adecuado deberán tomarse laspor la acción de los gases sea el adecuado, deberán tomarse lassiguientesmedidas:


- Aumentar el diámetro de perforación para elevar así la presión deltaladro.

- Reducir el esquemaymodificar la secuencia deencendido.

- Mejorar la efectividad del retacado con el fin de aumentar el tiempoMejorar la efectividad del retacado con el fin de aumentar el tiempode actuación de los gases y, hacer que estos escapen por el frentelibrey nopor el retacado.

- Utilizar explosivosconunaaltaEnergíadeBurbuja odegases.


Resistencias dinámicas de las rocasResistencias dinámicas de las rocas

Las resistencias estáticas a compresión y a tracción se utilizarón en unprincipio como parámetros indicativos de la aptitud de la roca a lavoladura Así se definió el Índice de Volabilidad (Hino 1959) como lavoladura. Así, se definió el Índice de Volabilidad (Hino, 1959) como larelación “RC / RT” de modo que a un mayor valor resultaría más fácilfragmentar la roca.g

El tratamiento racional de los problemas reales obliga a considerar lasresistencias dinámicas ya que éstas aumentan con el índice de cargaresistencias dinámicas, ya que éstas aumentan con el índice de cargapudiendo llegar a alcanzar valores entre 5 y 13 veces superiores a lasestáticas.

Cuando la intensidad de la onda de choque supera a la resistenciadinámica a la compresión se produce una trituración de la rocap pcircundante a las paredes del taladro por colapso de la estructuraintercristalina. Pero esta trituración contribuye muy poco a la

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fragmentacióny provocauna fuertedisminuciónde la energíade tensión.Ing. Manuel F. Peña C.

Por ello, se recomienda lo siguiente:

-Seleccionar explosivos que desarrollen en las paredes del taladroSeleccionar explosivos que desarrollen en las paredes del taladrotensiones inferioreso igualesa la resistencia a la compresión.

- Provocar una variación de la curva Presión Tiempo por- Provocar una variación de la curva Presión – Tiempo pordesacoplamientode la cargadentrodel taladro.

POROSIDADPOROSIDAD::POROSIDADPOROSIDAD::

Existen dos tipos de porosidad: la intergranular o de formación y lad di l ió t f iódedisoluciónopost-formación.

La primera, cuya distribución en el macizo puede considerarseuniforme, provocadosefectos:

-Atenuaciónde la energíade la ondadechoque.g q

-Reducción de la resistencia dinámica a la compresión y,consecuentemente, incremento de la trituración y porcentajes de

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consecuentemente, incremento de la trituración y porcentajes definos.

Ing. Manuel F. Peña C.

El trabajo de fragmentación de rocas muy porosas se realiza, casi en sutotalidad por la energía de burbuja por lo que deberán observase lastotalidad, por la energía de burbuja, por lo que deberán observase lassiguientes recomendaciones:

Utilizar explosivos con una relación “EB / ET” elevada como por-Utilizar explosivos con una relación EB / ET elevada, como porejemplo elANFO.

Incrementar la “EB” a costa de la “ET” mediante el desacoplamiento de-Incrementar la “EB” a costa de la “ET”, mediante el desacoplamiento delascargasy lossistemasde iniciación.

-Retener los gases de voladuras a alta presión con un dimensionamientoadecuadode la longitudy tipode retacado.

La porosidad de post-formación es la causada por los huecos ycavidades que resultan de la disolución del material rocoso por las aguassubterráneas Los espacios vacíos son mucho mayores y su distribuciónsubterráneas. Los espacios vacíos son mucho mayores y su distribuciónesmenos uniformeque la de la porosidad intergranular. También en lasrocas de origen volcánico es frecuente encontrar un gran número de

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rocas de origen volcánico es frecuente encontrar un gran número deoquedades formadasdurante suconsolidación.


FRICCIÓNFRICCIÓNINTERNAINTERNA

Como las rocas no constituyen un medio elástico, parte de la energíade la onda de tensión que se propaga a través de él se convierte encalor por diversos mecanismos. Estos mecanismos son conocidos por“fricción interna” o llamada capacidad de amortización específica, quemiden la disponibilidad de las rocas para atenuar la onda de tensiónmiden la disponibilidad de las rocas para atenuar la onda de tensióngenerada por la detonación del explosivo. La fricción interna aumentacon la porosidad, la permeabilidad, las juntas y el contenido en aguap , p , j y gde la roca. También aumenta considerablemente con los nivelesmeteorizadosen funcióndesuespesor y alteración.

La intensidad de la fracturación debida a la onda de tensión aumentaconforme disminuye la fricción interna. Así por ejemplo, lasemulsiones son más efectivos en formaciones duras y cristalinas queen los materiales blandos. Por el contrario, en éstos últimos, el ANFO

á d d d í d t iójun‐09 12

esmásadecuadoapesar desumenor energíade tensión.Ing. Manuel F. Peña C.

PROPIEDADESPROPIEDADESDEDELOSLOSMACIZOSMACIZOSROCOSOSROCOSOS

LitologíaLitología:: Las voladuras en zonas donde se produce un cambiolitológico brusco por ejemplo estéril y mineral y consecuentementelitológico brusco, por ejemplo estéril y mineral, y consecuentementeuna variaciónde las propiedades resistentes de las rocas obliga aunareconsideracióndel diseño, pudiendoseguirsedoscaminos:

-Esquemas iguales para los dos tipos de roca y variación de lascargasunitarias.g

-Esquemasdistintos pero con igual carga por taladro. Esta disposiciónsuele adoptarsemanteniendo igual la dimensión del burden, ya que lasuele adoptarsemanteniendo igual la dimensión del burden, ya que laintroducción de un esquema distinto en cada zona entrañaría unamayor complejidad de perforación y un escalonamiento del nuevofrente creado.


PROPIEDADESPROPIEDADESDEDELOSLOSMACIZOSMACIZOSROCOSOSROCOSOS

FracturasFracturas preexistentespreexistentes:: Todas las rocas en la naturalezapresentan algún tipo de discontinuidad, microfisuras y macrofisuras,

i fl d d i i l i d d fí ique influyen de manera decisiva en las propiedades físicas ymecánicas de las rocas y, consecuentemente, en los resultados delas voladuraslas voladuras.

Las superficies de discontinuidad pueden ser de distintos tipos:planos de estratificación planos de laminación y foliación primariaplanos de estratificación, planos de laminación y foliación primaria,planosdeesquistosidady pizarrosidad, fracturasy juntas.

L di ti id d d d bi t llLas discontinuidades pueden ser cerradas, abiertas o rellenas, y porello condiferentesgradosde transmisiónde la energíadel explosivo.

La fragmentación está influenciada por el espaciamiento entretaladros, la separación entre juntas y el tamaño máximo de bloqueadmisiblejun‐09 14

admisible.Ing. Manuel F. Peña C.

Historia de los explosivos

•• El inglés Fray Roger Bacón indica en forma escrita la fórmulade fabricación de la pólvora negra en 1242.p g

•• MonjeAlemánBertholdScwarz perfecciona mezclaNitratodeMonje Alemán Berthold Scwarz perfecciona mezcla Nitrato de Potasio (NO3K),Azufre (S), y carbón vegetal (C) ( 1350 ).

•• En 1627 se emplea la pólvora por primera vez para aplicaról l l i táli H ísólo en el arranque , en las minas metálicas en Hungría,

posteriormenteen1650 enAlemania .


•• EnEn 18471847 elel QuímicoQuímico italianoitaliano AscanioAscanio SobreroSobrero descubredescubre porpor•• EnEn 18471847 ,, elel QuímicoQuímico italianoitaliano AscanioAscanio SobreroSobrero descubredescubre porporprimeraprimeravezvez lalaNitroglicerinaNitroglicerina..

•• EnEn 18661866 CientíficoCientífico AlfredAlfred NobelNobel experimentaexperimenta concon NitroglicerinaNitroglicerinaabsorbidaabsorbida porpor materialesmateriales porososporosos talestales comocomo tierratierra KieselgurKieselgur (tierra(tierraabsorbidaabsorbida porpor materialesmateriales porososporosos talestales comocomo tierratierra KieselgurKieselgur (tierra(tierracalizacaliza porosa)porosa) yy carbóncarbón vegetalvegetal.. LlamandoLlamando aa esteeste productoproductoDi itDi it LL t tt t 18671867DinamitaDinamita.. LoLo patentopatentoenen18671867..

••19471947 enen TexasTexas citycity yy HamburgoHamburgo ocurreocurre unun desastredesastre dede grandesgrandes••19471947 enen TexasTexas citycity yy HamburgoHamburgo ocurreocurre unun desastredesastre dede grandesgrandesproporcionesproporciones alal explotarexplotar NitratoNitrato dede AmonioAmonio fertilizantefertilizante revestidorevestido concon

t t dt t d bb l i tl i tceraceraquequeeraera transportadotransportado enenununbarcobarcoparaparasusualmacenamientoalmacenamiento..


•• EnEn 19581958,, MelvinMelvin Cook(USA) y Farman(Canadá) diseñan unnuevo tipo de explosivo con buena resistencia al agua y connuevo tipo de explosivo con buena resistencia al agua y con

buenapotencia a granel, llamado “ Slurry“ y se inicia la era de losl i t i t ll l l i 1969slurriesparaposteriormente llegar a lasemulsiones en1969.

•• LaLa pentritapentrita fuefue sintetizadasintetizada inicialmenteinicialmente enen 18911891 porpor TollensTollens yyWiegandWiegand mediantemediante lala nitrificaciónnitrificación deldel pentaeritritolpentaeritritol.. EnEn 19121912,,despuésdespués dede queque elel gobiernogobierno alemánalemán lolo patentara,patentara, fuefue utilizadoutilizado porporelel ejércitoejército alemánalemánenen lala PrimeraPrimeraguerraguerramundialmundial..elel ejércitoejército alemánalemánenen lala PrimeraPrimeraguerraguerramundialmundial..


•• ElEl HMXHMX sese hizohizo porpor primeraprimera vezvez enen 19301930.. SeSe utilizautiliza casicasiexclusivamenteexclusivamente enen aplicacionesaplicaciones militares,militares, inclusoincluso comocomo elelexclusivamenteexclusivamente enen aplicacionesaplicaciones militares,militares, inclusoincluso comocomo eleldetonadordetonador dede laslas armasarmasnuclearesnucleares.. ElEl HMXHMX vieneviene dede lala siglasigla eneninglésinglés “High“High MeltingMelting Explosive”Explosive” TambiénTambién sese conoceconoce comocomoinglésinglés HighHigh MeltingMelting ExplosiveExplosive .. TambiénTambién sese conoceconoce comocomooctógeno,octógeno, ciclotetrametilentetranitarminaciclotetrametilentetranitarmina yy otrosotros nombresnombres.. EsEs ununólidólid i li l l bll bl S lS lsólidosólido incoloroincoloro pocopoco solublesoluble enen aguaagua.. SolamenteSolamente unauna pequeñapequeña

cantidadcantidad dede HMXHMX sese evaporaráevaporará alal aireaire;; sinsin embargo,embargo, puedepuedeencontrarseencontrarse enen elel aireaire adheridoadherido aa partículaspartículas suspendidassuspendidas.. NoNo seseconocenconocen nini elel saborsabor uu olorolor deldel HMXHMX.. SeSe usausa actualmenteactualmente enen loslostubostubosdedechoquechoqueoo llamadallamada línealíneasilenciosasilenciosa..


•Años60 Retardos enmilisegundosen losdetonadores•Años60 Retardos enmilisegundosen losdetonadores

•1863 TNT (trinitrotolueno) elaborado por el químico alemánJosephWilbrandy utilizadocomocoloranteamarilloJosephWilbrandy utilizadocomocoloranteamarillo.

•1965 Gasificaciónparacontrol dedensidad

•1969 Emulsionesymezclasanfo - emulsiones

•1980 Introducción de Anfo Pesado y emulsiónh dencartuchada

•Años90 Comienzadesarrollo de losdetonadoreselectrónicos


ExplosivosExplosivos

Concepto:

S d t í i i t i l dSon productos químicos que encierran un enorme potencial deenergía, que bajo la acción de un fulminante u otro estímulo externoreaccionan instantáneamente congranviolenciareaccionan instantáneamente congranviolencia.

Se fabrican con diferentes características de desempeño,dimensionesy resistencia al agua segúnse requieradimensionesy resistencia al agua, segúnse requiera.


Los explosivos son una mezcla de sustancias normalmente sólidas y/olíquidas: Oxidante, combustible y el sensibilizador, que al ser iniciadasdan lugar a una reacción exotérmica altamente rápida generando unaelevada energía de choque y productos gaseosos a alta temperaturaquenospermite fragmentar la roca.

Unexplosivogenera:

1. Un fuerteefectode impactoque tritura la roca.p q

2. Un gran volumen de gases que se expanden con gran energía,desplazando los fragmentos .desplazando los fragmentos .


Componentes de los ExplosivosComponentes de los Explosivos

EXPLOSIVO OXIDANTE COMBUSTIBLE SENSIBILIZADOR

DINAMITAS Sólido Nitrato de amonio y otras sales.

Sólido Materiales absorbentes; pulpa de madera, harina, celulosa.

Líquidos Nitroglicerina, nitrocelulosa, glicol.

ANFOS Y OTROS CARBO-NITRATOS GRANULARES

Sólido Nitrato de amonio granular

Líquido Petróleo Diesel o aceites residuales carbón

Aires Pocos vacíos de aire en los prills de nitrato de GRANULARES granular residuales, carbón. pamonio.

Sólido Nitratos de amonio y

Líquido Aceites minerales

Gasificación Aire en microbalones

EMULSIONES Nitratos de amonio y otras sales (soluciones salinas)

Aceites minerales, emulsiones, petróleo, parafina.

(microesferas de vidrio) o agentes gasificantes (nitratos)


FUENTESDELAENERGÍA DELOSEXPLOSIVOSFUENTES DE LA ENERGÍA DE LOS EXPLOSIVOS

Cuando los explosivos reaccionan químicamente, se liberandos tiposprincipalesdeenergía. El primerose llamaenergíadechoque y el segundo energía de gas Ambos tipos de energíachoque y el segundo, energía de gas. Ambos tipos de energíase liberanduranteel procesodedetonación.

E í d h Sól d lt l i i jEnergía de choque: Sólo se produce en altos explosivos, viajaa través del explosivo antes que la energía de gas sealiberada Por lo tanto hay dos presiones distintas y separadasliberada. Por lo tanto, hay dos presiones distintas y separadas,resultado de la reacción de un alto explosivo y sólo una en elcaso de un bajo explosivo. La presión de choque es unaj p p qpresión transitoria que viaja a través del explosivo a lavelocidadde reaccióny es seguidade la presióndegas.


La energía de choque resulta de la presión de detonación de laLa energía de choque resulta de la presión de detonación de laexplosión. La presión de detonación está en función directa dela densidad del explosivoy la velocidaddedetonación.

Se calcula multiplicando la densidad del explosivo por lal id dd d t ió l d d f d ívelocidaddedetonación al cuadrado y es una formadeenergía

cinética.

PD = 0,25 x De x VOD2

Nota:Nota:

PD : presión de detonación (Mpa).

De : densidad del explosivo (g/cm3).

VOD : velocidad de detonación (m/s)

jun‐09 24

( )


PROCESO DE DETONACIÓN DE UN EXPLOSIVOPROCESO DE DETONACIÓN DE UN EXPLOSIVO

PREPARACIÓN DEL CEBO O PRIMA:DETONADOR

MECHA DE

EXPLOSIVO ROMPEDORÓ

SEGURIDAD

(DINAMITA O EMULSIÓN) EXPLOSIVO INICIADOR (PRIMARIO)

MASA EXPLOSIVAENSAMBLE

CHISPEO


El detonador crea la ondadeshock iniciadora (1).El detonador crea la ondadeshock iniciadora (1).La onda avanza a alta velocidad originando la reacción de lamasa explosiva (2), inicialmente en un punto, que se amplíahasta ocupar el diámetro total del explosivo (3), donde ésteadquiere su velocidad máxima de detonación (VOD)autosostenidaautosostenida.

FC PCJDETONADOR

13 2


DetonaciónPor detrás del frente de choque (FC) se forma la zona dereacción (ZR) limitada por el plano deChapman-Jouguet (PCJ),donde la masa explosiva se descompone para originar la zonadonde la masa explosiva se descompone para originar la zonade explosión (ZE) que le sigue con presión y temperaturaelevadas. Los gases calientes al expandirse, ejercen enormepresión contra las paredes del taladro (presión de trabajo),originandoel efectode “MecánicadeRotura”.

E ZRFC PCJ

ZEFC PCJ

PTo P1T1 P T P3P To 1 1 P2T2P3

PTo = presióny temperaturacero; P T = Py Tde reacción;E = explosivo aún sin reaccionar.PTo = presióny temperaturacero; P1T1 = Py Tde reacción;P2T2 = PyTdeexplosión; P3 = Pde trabajo (efectomecánico)


Detonación

ONDA DE CHOQUEO DE TENSIÓN

ROCA COMPRIMIDA

PLANOC- J

ZONA DE REACCIÓN PRIMARIA

ONDA DEREFLEXIÓN

PLANO C J

FRENTE DE DETONACIÓN

EXPLOSIVOINTACTO

GASESEXPANDIENDOSE

DIRECCIÓN DEDETONACIÓN


DetonaciónDetonación

• Gran velocidad de reacción, detonación autosustentable• Gran fuerza expansiva.


DetonaciónDetonación

1500 6000 [m/seg]DetonaciónVelocidad de

Detonación

1500 - 6000 [m/seg]Detonación

TransiciónTransición

DeflagraciónIniciación

Tiempo

Iniciación

Deflagración: El explosivonodetona solo sequema VOD< 1000 m/sDeflagración: El explosivo no detona, solo se quema. VOD < 1000 m/sPuede ser causado por: Explosivo no balanceado, de mala calidad o insensibilizado. Ambiente desfavorable (Diámetro

íti A i t )

30

crítico, Agua, grietas)

jun‐09 Ing. Manuel F. Peña C.

ENERGÍADEGAS:

La energía de gas liberada durante el proceso dedetonación, es la causa de la mayor parte de lafragmentaciónde la rocadurante unavoladura concargasconfinadas en los taladros. La presión de gas,frecuentemente llamada presión de la explosión, es lap p ,presión que los gases en expansión oponen contra lasparedes del taladro después que la reacción química haparedes del taladro después que la reacción química haterminado.


EXPLOSIVOS QUÍMICOS

Los explosivos químicos son materiales que pasan porreacciones químicas muy rápidas para liberar productosreacciones químicas muy rápidas para liberar productosgaseosos y energía. Estos gases bajo altas presionesliberan fuerzas sobre las paredes del taladro lo queliberan fuerzas sobre las paredes del taladro, lo queprovocaque la rocase fracture.Los elementos que forman los explosivos, generalmentese consideran ya sea elementos combustibles oelementos oxidantes. Los explosivos usan el oxígenocómo elemento oxidante. El Nitrógeno es un elementogcomún en los explosivos, pero una vez que reaccionaformaNitrógenogaseoso

jun‐09 32

formaNitrógenogaseoso.


EXPLOSIVOSCOMERCIALES

Los productos que se utilizan cómocarga principal en lostaladros pueden dividirse en tres categorías genéricas: lasdinamitas, anfo y las emulsiones. Las tres categoríasgenéricas discutidas en esta sección son altos explosivosdesde el punto de vista de que todos ellos detonan yp q ygeneran onda de choque. Por otro lado, comúnmente senombra a algunos de estos explosivos por otros nombresnombra a algunos de estos explosivos por otros nombrestalescómoagentesexplosivos.


DINAMITAS (Pulverulentas, Semigelatinas y Gelatinas)

• PULVERULENTAS:Secaracterizapor el empuje y poder rompedor,tili l d bl d i t di b jse utilizan para voladuras en rocas blandas a intermedia, baja

resistencia al agua.SEMIGELATINAS: Se caracteriza por el alto poder rompedor• SEMIGELATINAS: Se caracteriza por el alto poder rompedor,buena resistencia al agua, su uso es para rocas de durezaintermedia aaltas.intermedia aaltas.

• GELATINAS: Se caracteriza por el alto poder rompedor, altavelocidad de detonación, su uso está orientada para rocas duras a, pextremadamenteduras, buenaresistencia al agua.

34jun‐09 Ing. Manuel F. Peña C.

DinamitasDinamitas


SLURRY(INICIODELOSAÑOS50)

Son explosivos que contienen H2O, AN, TNT o AL, másgomas gelatinas con alta resistencia al agua mayorgomas gelatinas , con alta resistencia al agua, mayorseguridad y entregan alta energía para hacer trabajos de

l dvoladura.HIDROGELESEl desarrollo de estos explosivos tuvo lugar a finales de ladécada de los años 50. Los hidrogeles son agentesexplosivos constituidos por soluciones acuosas saturadasde NA, a menudo con otros oxidantes como el nitrato dede NA, a menudo con otros oxidantes como el nitrato desodio y/o el del calcio. Los primeros ensayos positivos conunamezcla de65% deNA 20% deAL y 15% deagua

jun‐09 36

unamezcla de65% deNA, 20% deAL y 15% deagua.Ing. Manuel F. Peña C.

EMULSIONESEl desarrollo de estos explosivos tuvo lugar al comienzode la décadadel 70de la décadadel 70.Una emulsión, es una mezcla estable de un líquidoinmiscible dispersoenotroinmiscible dispersoenotro.Una emulsión explosiva, es el tipo “Agua dentro deAceite”, viene a ser una solución saturada de sales, en elcual el soluto, son los nitratos y el solvente el agua; loscombustibles y emulsificantes constituyen la faseaceitosa. Adicionalmente, tienen agentes sensibilizadores, g(microesferas de vidrio). Son resistentes al agua, proveenalta energíadisponible y alto poder de fracturamiento

jun‐09 37

alta energíadisponible y alto poder de fracturamiento.


• El aire contenido en las micro esferas al ser violentamenteEl aire contenido en las micro esferas al ser violentamentecomprimido (adiabáticamente) por la presión de la onda dechoque iniciadora, se inflama, produciendo un efectodenominado de puntos calientes (hot spots) que hacen detonardenominado de puntos calientes (hot spots), que hacen detonara la emulsión (equivaliendoa la nitroglicerinade lasdinamitas).

• Es importante, durante la perforación, que se cumpla con elEs importante, durante la perforación, que se cumpla con elparalelismo de lo contrario puede ocasionar sobrecompresión alos taladrosadyacentes.


VENTAJAS Y DESVENTAJAS

• Las emulsiones tienen ciertas ventajas sobre las dinamitas comola excelente resistencia al agua, y el hecho que el minero nuncag , y qestá sujeto a malestares de cabeza ocasionales debido a lanitroglicerina.L d t j fi bilid d b j di i f í• Las desventajas son : menor confiabilidad bajo condiciones frías,la tendencia a ponerse insensible debidoal impactopor ondas dechoque de detonaciones de tiros cercanos y la relación alta deq ydetonaciónconsistente quealcanzan.

• Lasdinamitas, debido a unajustedel tamañode laspartículasdei d l i di t d l fó l dvarios de los ingredientes secos de la fórmula, pueden ser

producidoscongran rangodevelocidades.• Esto permite que el usuario pueda conmayor exactitud parear las• Esto permite que el usuario pueda conmayor exactitud parear las

característicasde suexplosivo a las características de la rocaqueestá volando.


Ventajas• Alta velocidad y potencia• Resistente al agua

Menor sensibilidadal manipuleoy el ser inodoras (noproducen• Menor sensibilidad al manipuleo y el ser inodoras (no producen cefalea).

• Aplicación en roca dura competente.p p• En taladros inundados

D t jDesventajas:• Menor tiempo de vida útil• Menor capacidadde transmisiónencondicionesadversasenelMenor capacidad de transmisión en condiciones adversas en el

taladro• Su sensibilidad al iniciador y su simpatía son susceptibles a

fallasc andooc rrensobrecompresión efecto canal detritosfallas cuando ocurren sobrecompresión, efecto canal, detritos que aíslan los cartuchos

• Ocasiona sobrerotura en roca semidura a suave.


Preparación y carguío

• Limpiar bien el taladro con cucharilla y/o soplete.• La superficie de la punta del atacador debe ser lisa convexa y de• La superficie de la punta del atacador debe ser lisa, convexa y de

mayor diámetro.• El cebado debe ser centrado no introducir el fulminante hasta laEl cebado debe ser centrado no introducir el fulminante hasta la

mitaddel cartucho.• Colocar los cartuchos una detrás de otra hasta que se peguen o

t ll t d l t d d tse unan entre ellas y atacar cada levemente cada dos o trescartuchos y confinar todos los cartuchos al final, para que existacontinuidaddecarga.continuidaddecarga.

• Para facilitar el acoplamiento entre cartuchos se puede hacer unoó dos orificios en el cartucho para que acople al cartucho que lesigue.

• Usar tacos de arcilla en todos los taladros para disminuir lasvibracionespor golpedeairevibracionespor golpedeaire.


Preparación y carguío

• El cebo debe introducirse al fondo del taladro en dirección a la bocadel taladroboca del taladro.

• En taladros sobrecabeza cada dos cartuchos de emulsión picar 2 huecoscortosparaque al momentode introducir los cartuchoshuecos cortos para que al momento de introducir los cartuchos éste se adhiera al taladro se confine y acople.

• Notarjar los cartuchosNo tarjar los cartuchos.• Al momento de atacar el explosivo no es necesario reventar el

plástico, solamente acoplar y atacar al final.p , p y• paralelismo y distancia adecuada es importante para evitar el

efecto de presión de muerte o congelamiento.


NITRATO DE AMONIO

El Nitrato de Amonio es una sal inorgánica de color blancoi iócuya composición es:

NH4NO34 3

Seobtienepor reacción del amoniacoy el ácido nítrico:

3H2 + N2 2NH3 (Amoniaco)

NH3 + HNO3 NH4NO3 (Nitrato de Amonio)

Aisladamente no es un explosivo pues sólo adquiere tal propiedadAisladamente, no es un explosivo, pues sólo adquiere tal propiedadcuando semezcla con una determinada cantidad de combustible yreacciona violentamenteconél aportandooxígeno.

jun‐09 43

p g


CLASES DE NITRATO DE AMONIO

• NITRATO DE AMONIO AGRÍCOLA (33,0 % de Nitrógeno),cristalino, compacto, con cobertura de diatomita, uso primordialcomo fertilizante, noaptopara voladura.

É• NITRATO DE AMONIO TÉCNICO (34,5 % de Nitrógeno), sepresenta en dos tipos: cristalino y granular poroso, concobertura de hidrocarburos aptopara explosivos y voladuracobertura de hidrocarburos, aptopara explosivos y voladura.

El técnico se usa en la fabricación de dinamitas y emulsionesid t i t l l lcomo oxidante, mientras que el poroso se emplea en la

preparación deANFO.


PROCESOS DE FABRICACIÓN DEL NITRATODEAMONIONITRATO DE AMONIO

Se emplean dos procedimientos para presentar al nitrato en prillsp p p p pcompactos o porosos, en base a la solución de Nitrato de AmonioTécnico:

• PRILLS COMPACTOS: La solución se proyecta contra un discoi t i lt d á l i l d t ñgiratorio resultando gránulos irregulares de tamaño

heterogéneoy más densos.

• PRILLS POROSOS: La solución se deja caer desde el topeinterior de una torre de prillado contra una corriente de aireinterior de una torre de prillado contra una corriente de airecaliente, que produce prills redondeados y menos densos algenerarles poros internamente.ge e a es po os e a e e


CALIDAD DEL NITRATO DE AMONIO PARA DINAMITAS Y ANFO

• NITRATO DE AMONIO TÉCNICO COMPACTO. (Paradinamitas y emulsiones.).dinamitas y emulsiones.).

• NITRATODEAMONIOTÉCNICOPOROSO (ParaANFO)• NITRATODEAMONIOTÉCNICOPOROSO. (ParaANFO).


SOLUBILIDAD E HIGROSCOPICIDAD DEL NITRATO DE AMONIO

La solubilidad del NA en el agua es grande y varía ampliamentecon la temperatura:

•A 10°C : 60 % de solubilidad.

• A20°C : 65 4 % de solubilidadA20 C : 65,4 % de solubilidad.•A 30°C : 70% de solubilidad.

A40°C 74% d l bilid d•A40°C : 74% de solubilidad.

La higroscopicidad es también muy elevada, pudiéndog yconvertirse en líquido en presencia de aire con una humedadsuperior al 60 %. La adición de sustancias inertes hidrofílicas

l lí l ill l it l NA b bcomo el caolín o las arcillas en polvo evitan que el NA absorbahumedad.jun‐09 47Ing. Manuel F. Peña C.

ANFOANFO

El ANFO es un agente de voladura granular seco compuesto porEl ANFO es un agente de voladura granular, seco, compuesto poruna mezcla de Nitrato deAmonioporoso y petróleo diesel N° 2.

La mezcla ideal corresponde al 94 3 % de Nitrato de AmonioLa mezcla ideal corresponde al 94,3 % de Nitrato de Amonio(oxidante) y 5,7 % de petróleo (combustible), en pesos, para elmejor balancede oxígenoen la detonación.ejo baa cede o ge oe a de o acó

Esta mezcla proporciona el 100 % de energía útil y la menorgeneración de gases nocivosgeneración de gases nocivos.


AnfoNitrato de Amonio + Diesel

NH NO CHNH4NO3 + CH294,4% 5,6%

Genera los siguientes gases

COCO NN HH OOCOCO2 2 NN2 2 HH22OO17% 33% 50%17% 33% 50%

NOx COGases Nitrosos Monóxidos de Carbono


ANFO

Una variación enel porcentaje de petróleo desequilibra el balance:

ANFO

Una variación enel porcentaje de petróleo desequilibra el balance:

• Con exceso de petróleo (más de 6 %), la energía decae 40 a60% y se genera exceso de monóxido de carbono.

• Con deficiencia de petróleo (menos de 6 %) la pérdida de• Con deficiencia de petróleo (menos de 6 %), la pérdida deenergía es similar y se genera exceso de gases nitrosos.


ANFO

Requisitos fundamentales que debe cumplir el ANFO:

• Porosidad: Los poros son indispensables para la generaciónde puntos calientes en la detonación del ANFO, porde puntos calientes en la detonación del ANFO, porcompresión adiabática del aire (sensibilizador) por la ondade choque iniciadora del cebo.

• Absorción del petróleo (mínima enporcentaje)Absorción del petróleo (mínima en porcentaje).

• Retención del petróleo (mínima en tiempo).

• Cobertura antiaglomerante (anticaking) para la fluidez delos prills enel manipuleoa granel.p p g


VARIACIÓN DE LA ENERGÍA TERMODINÁMICA Y VOD DEL ANFO CON EL CONTENIDO DE PETRÓLEO

1 000 5 500

E900

5 000

g)VELOCID

E

8004 500

4 000CA (k

cal/k

gDAD DE DE

VOD

7004 000

3 500

ODIN

ÁMICETONACIÓ

6003 000

GÍA

TERM

OÓN (m/s)

500

400

2 500

ENER

G

BALANCE O2 (-)BALANCE O2 (+)

4001 2 3 4 5 6 7 8 9 10

PORCENTAJE DE PETRÓLEOjun‐09 52Ing. Manuel F. Peña C.

CONTENIDO DE PETRÓLEO O

En el gráfico anterior se aprecia la influencia que tiene el

EN EL ANFOEn el gráfico anterior se aprecia la influencia que tiene elporcentaje de combustible sobre la energía desprendida yvelocidad de detonación.

Se ve que no interesan ni porcentajes inferiores ni superiores alindicado si se pretende obtener el máximo rendimiento en laspvoladuras.

El contenido de combustible afecta también a la cantidad deEl contenido de combustible afecta también a la cantidad degases nocivos desprendidos en la explosión (CO + NO); cuandoen las voladuras los humos producidos tienen color naranja, estoes un indicativo de un porcentaje insuficiente de petróleo, o queelANFO ha absorbido agua de los taladros, o no se ha iniciadocorrectamentecorrectamente.


HUMOS PRODUCIDOS POR DIFERENTES PORCENTAJES DEPETRÓLEODE PETRÓLEO

0,25MOLES / 100 g

0 20

g

CO

0,20

0 150,15

0 100,10 NO + NO2

0,05

2 4 6 8 10 PETRÓLEO (%)jun‐09 54Ing. Manuel F. Peña C.

SENSIBILIDAD DEL ANFO A LA INICIACIÓN

La variación de sensibilidad con la cantidad de combustibletambién varía, con un 2 % de petróleo la iniciación puede

i d t d l í di iblconseguirse con un detonador, aunque la energía disponible esmuy baja y con una cantidad superior al 7 % la sensibilidadinicial decrecenotablementeinicial decrecenotablemente.


SENSIBILIDAD DEL ANFO A LA INICIACIÓN

3,0

2,5

CIAC

IÓN

6 94 % DE NITRATO DE AMONIO6 % DEPETRÓLEO

2,0

A DE

INIC

NADO

R N° 6 % DE PETRÓLEO

DENSIDAD 0,82 g/cm3

1,5 REL

ATIV

AUN

DET

ON

1 0FICU

LTAD

CO

N U

1,0

DIF

2 3 4 5 6 7 8 9PETRÓLEO (%)


INFLUENCIADELCONTENIDODEAGUASOBRELAINFLUENCIA DEL CONTENIDO DE AGUA SOBRE LA VELOCIDAD DE DETONACIÓN DEL ANFO

Como se ha mencionado anteriormente, con el Nitrato de,Amonio, el agua es el principal enemigo del ANFO, ya que ésteabsorbe una gran cantidad de calor para su vaporización y bajaconsiderable-mente la potencia del explosivo.

En cargas de 76 mm de diámetro una humedad superior al 10% produce la insensibilidad del agente explosivo. En tales casosel único recurso de empleo consiste en envolver el ANFO enrecipientes o bolsas impermeables al aguarecipientes o bolsas impermeables al agua.


INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE AGUA EN EL ANFO SOBRELAVELOCIDADDEDETONACIÓNSOBRE LA VELOCIDAD DE DETONACIÓN

3 600 1,05DIÁMETRO DE LA CARGA – 76 mm

3 300

D

1,00

3 000

IÓN

(m/s) DENSIDAD

0,95

2 700

DETO

NACID (g/cm

3)

0,90

2 400

CIDA

D DE

D 0,85

FALLOS2 100

VELO

C

0 2 4 6 8 10PORCENTAJE DE AGUAjun‐09 58Ing. Manuel F. Peña C.

“No se puede mejorar oNo se puede mejorar ocontrolar un proceso que nop qse ha medido”


DENSIDAD

La densidad tiene importancia para la velocidad de detonación yLa densidad tiene importancia para la velocidad de detonación ylos efectos de impacto de unexplosivo.

Conforme la densidad del ANFOaumenta entonces la velocidadConforme la densidad del ANFOaumenta, entonces la velocidadde detonación se eleva, pero es más difícil conseguir lainiciación. Por encima de una densidad de 1,2 g/cm3, el ANFOiniciación. Por encima de una densidad de 1,2 g/cm , el ANFOse vuelve inerte nopudiendo ser detonado.


DENSIDADMétodos de control:

• A granel:g

Peso por unidad de volumen en libras o kilos/recipiente devolumen conocido (lleno)

P

volumen conocido (lleno).

D= W / V• Para masas:

Desplazamiento de volumen de agua de un recipiente alintroducirse una masa (Método clásico del Principio deArquímedes), Engramos/ cm3 . (Patrón agua = 1,0 g/cm3).

• Densidad promedio del ANFO : 0,85 g/cm3


INFLUENCIA DEL DIÁMETRO DE LA CARGA SOBRE LA VELOCIDADDEDETONACIÓNVELOCIDAD DE DETONACIÓN

5 000

4 500

m/s)

3 500

4 000

NACI

ÓN (m

3 000

3 500

DE DE

TON

2 500

ELOC

IDAD

2 000VE

0

DIÁMETRO DEL BARRENO (mm)

50 100 150 200 250 300 350


DIÁMETRO DEL CARTUCHO CEBO

Las condiciones que debe cumplir un iniciador para eliminar laszonas de baja velocidad de detonación del ANFO son: presiónde detonación lo más elevada posible y un diámetro igual a los2/3 del diámetro del taladro2/3 del diámetro del taladro.

La longitud del iniciador también tiene importancia, ya que éste ai i i d d t d t d t i dsu vez es iniciado por un detonador y presenta un determinado

tramo de elevación de la velocidad de detonación.


RANGO DE INICIACIÓN DEL ANFO

Punto de inicio de la detonación autosostenida

Punto de inicio de la detonación

INICIACIÓN DEL ANFO CON DETONADOR SIMPLE SOLO (NO DESEABLE)( )





INICIACIÓN DE ANFO CON DETONADORREFORZADO O MINI PRIMER.

(POCO EFECTIVO).





INICIACIÓNDE ANFO CON UN CEBO CUYODIÁMETROINICIACIÓNDE ANFO CON UN CEBO CUYODIÁMETROES 1/2 EL DIÁMETRO DELTALADRO.

(NOADECUADO)





INICIACIÓN DE ANFO CON CEBO IGUAL A LOS 2/3 DEL DIÁMETRO DEL TALADRO

(ÓPTIMO)(ÓPTIMO)jun‐09 67Ing. Manuel F. Peña C.

CARACTERÍSTICAS DEDESEMPEÑODELOSEXPLOSIVOS

En el proceso de selección de un explosivo, las condicionesambientales pueden eliminar el uso de ciertos tipos de explosivos enun proyecto en particular. Después de considerar las condicionesambientales, se deben considerar las características de desempeñod l l i L i i l d t t í tide los explosivos. Las principales de estas características son:sensibilidad, sensitividad, velocidad de detonación, densidad,potencia y cohesividad Se elegirá el que más convenga al tipo depotencia y cohesividad. Se elegirá el que más convenga al tipo deaplicaciónqueprecisemos:• Sensibilidad• Sensitividad• Velocidad de detonación

P t i• Potencia• Densidad • Cohesividad

jun‐09 68

Cohesividad


SENSIBILIDAD

Sensibilidad es la característica que tiene un explosivo para propagarla reacción a todo lo largo de la carga y controla el diámetro mínimopara usos prácticos. La sensibilidad semide al determinar el diámetrocrítico de un explosivo El término diámetro crítico se usacrítico de un explosivo. El término diámetro crítico se usafrecuentemente en la industria de los explosivos para definir eldiámetro mínimo en el cuál un compuesto explosivo en particularp p pdetonaráconfiablemente.La sensibilidad es también una medida de la habilidad del explosivo

l ió d t h t h i d lpara propagar la reacción de cartucho a cartucho, asumiendo que eldiámetroessuperior al crítico.


SENSITIVIDAD

La sensitividad de un explosivo está definida por la cantidad deenergía que un explosivo requiere para detonar confiablemente. Estoes conocido en ocasiones cómo los requerimientos mínimos decebado Algunos explosivos requieren de muy poca energía paracebado. Algunos explosivos requieren de muy poca energía paradetonar confiablemente. El fulminante estándar número 8 harádetonar la dinamita y emulsiones sensibles al fulminante. Por otroylado, un fulminante sólo no iniciará la reacción del ANFOconfiablemente.L iti id d d d t d fi l i i t d b dLa sensitividad de un producto define los requerimientos de cebado,estoes, el tamañoy la potencia del cebo.


VELOCIDADDEDETONACIÓN

La velocidad de detonación es la velocidad a la cual la reacción de lamezcla se mueve a lo largo de la columna de explosivo. Tiene unrango que va de 2 000 a 7 600 m/s en los productos explosivoscomerciales La velocidad de detonación es una consideracióncomerciales. La velocidad de detonación es una consideraciónimportanteparaaplicaciones fueradel taladro, talescómoel plasteo.

Lavelocidaddedetonaciónpuedeusarsecómounaherramientaparadeterminar la eficiencia deunareacciónexplosivaenel usopráctico.


POTENCIA

El término potencia se refiere al contenido de energía de unexplosivo, que a su vez, es la medida de la fuerza que puededesarrollar y suhabilidadparahacer un trabajo.La potencia ha sido clasificada por varios fabricantes sobre la baseLa potencia ha sido clasificada por varios fabricantes sobre la basede un peso o volumen igual, y comúnmente se les llama potencia enpesoy potencia envolumen.p y pSemide mediante la prueba de Trauzl que determina la capacidaddeexpansióndel explosivo.


DENSIDAD

La densidad de un explosivo es importante debido a que losexplosivos se compran, almacenan y utilizan sobre la base del peso.La densidad determina el peso de explosivo que puede cargarsedentro de un diámetro específico de taladro Basándose en el pesodentro de un diámetro específico de taladro. Basándose en el peso,no hay una diferencia muy marcada en la energía entre diversosexplosivos. La diferencia en energía sobre la base de la unidad dep gpeso no es ni siquiera cercana a la diferencia de energía sobre labasede la unidaddevolumen.L d id d d l i ú t h i tLa densidad de un explosivo se usa comúnmente como herramientapara calcular la potencia y los parámetros dediseño entre explosivos.Amayor densidad mayor energía enel producto La densidadde losAmayor densidad, mayor energía enel producto. La densidadde losproductoscomercialesvaríade0,8 a1,6g/cm3.


COHESIVIDAD

La cohesividad se define cómo la habilidad de un explosivo demantener su forma original. Hay ocasiones en que el explosivo debemantener su formaoriginal y otrasenquedebe fluir libremente.Cómoejemplo cuándo se hacen voladuras en roca muy fragmentada yejemplo, cuándo se hacen voladuras en roca muy fragmentada yagrietada, definitivamente se debe utilizar un explosivo que no fluyahacia las grietas causando con esto que el taladro quedeg q qsobrecargado.Por el contrario, en otras aplicaciones, tales cómo el cargado a

l l l i d b fl i fá il t t lgranel, los explosivos deben fluir fácilmente y no atascarse en eltaladroni formar huecosen la columnadeexplosivo.


Propiedades más importantes de los Explosivos

Propiedades importantes respecto a la seguridad en suempleo:p

La sensitividad o capacidad para reaccionar con el fulminante oelementodetonador.elementodetonador.

Lasensibilidado simpatíaes la capacidad para transmitir la ondadedetonación ensumasay aotrosexplosivosdetonación ensumasay aotrosexplosivos.Propiedades importantes que influyen en lafragmentación de la roca:g

• Lapotencia relativade lamezcla explosiva (TRAUZL).

• Brisanceopoder rompedor (HESS).


BRISANCEBRISANCE

-Es el efecto “demoledor” o triturador que aplica el explosivo sobrela rocapara iniciar su rompimiento.

Como factor dinámico de trabajo es consecuencia de la onda dechoque y está vinculado a la densidad y a la velocidad dedetonación.

TRAUZL

-Es el efecto de expansión y empuje del material roto, paradesplazarlo y formar la piladesplazarlo y formar la pila.

-Es la medida del “contenido de energía” del explosivo y del trabajod f tquepuedeefectuar.


UNMOMENTOPORFAVORUNMOMENTOPORFAVORjun‐09 79rockfrag.peru@gmailcom

Ing. Manuel Peña C.

UN MOMENTO POR FAVOR……………UN MOMENTO POR FAVOR……………

exp. parte i. mallas ing. manuel peña

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