voladura de rocas - air deck
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AIR DECK PRESPLITTING
U N I V E R S I D A D N A C I O N A L D E
I N G E N I E R I A
F A C U L T A D D E I N G E N I E R I A
G E O L G I C A , M I N E R A Y
M E T A L U R G I C A
0 8 / 0 6 / 2 0 1 2
CURSO: VOLADURA DE ROCAS
INTEGRANTES:
CALLUPE HUARANGA PERCY
ALVINO CAMPOS SVENTH (L.G)
GRANDEZ LLANCA FELIX
MANSILLA OLIVAS JUAN
NEY SILVA LISSET
VEGA CAMPUSANO
SAGASTEGUI AYALA FERNANDO
ASIGNACION: 03 GRUPO: 03
AIR DECK PRESPLITTINGTING
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1. INTRODUCCION
vibraciones, presión de aire, etc.
Un espaciamiento de aire puede ser considerado como un tipo de acumulador de energía
el cual inicialmente almacena la energía producida por la detonación de la mezcla
explosiva comercial y luego deja en libertad dicha energía en la forma de ondas
compresivas las cuales producirán múltiples cargas que actuaran sobre la roca. Esto traerá
como consecuencia un incremento en la fragmentación al evitarse de esta manera un
excesivo fracturamiento y la subsecuente detención de las ondas de choque en las
paredes de los taladros. El término “acumulador de energía”, se cree que no es adecuado,
desde que en términos relativos, muy poca energía puede ser almacenada en un volumen
pequeño de aire inerte.
Últimamente algunos investigadores han demostrado que en un espaciamiento de aire
actúa como un vacío el cual es atravesado por la expansión de los productos de la
detonación los cuales se mueven ida y vuelta dentro del taladro impactando varias veces
la parte inferior de la columna del taco. Los beneficios del uso de los espaciamientos de
aire fueron también demostrados por FOURNEY ET AL de la universidad OF MARYLAND.
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2. HISTORIA
1940 Melnikov & Marchenko; Surface Blasts
1961 Univ. of Missouri; Mid-column air decks
1980 Univ. of Maryland; Modelling
1987 Chiappetta & Mammele; Air Deck
1999 Intec; Test in Evergreen
2001 R. F. Chiappetta; Nueva Técnica Voladura
2006 W.L. Fourney; Borehole Pressures in an Air Decked
3. OBJETIVOS
• Restringir el número y extensión de las fracturas no planificadas del macizo rocoso
• Evitar el overbreak y el backbreak
• Disminuir las vibraciones
• Prevenir las proyecciones de roca
• Disminuir la dilución del mineral
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4. FUNDAMENTO TEORICO
4.1. PRE-CORTE
Como su propio nombre indica,
con el pre-corte se trata de
provocar una superficie de
discontinuidad en el terreno, de
acuerdo a un perfil predefinido,
previamente a la voladura del
mismo. Con el pre-corte se
pretende reducir severamente el
nivel de fracturación en el
macizo rocoso remanente así
como aumentar la estabilidad mecánica del mismo.
En el pre-corte, el plano de corte que formará el contorno final se crea por medio de una
voladura previa a los taladros de producción.
4.2. VOLADURA ADP (Air Deck Presplitting o Air Shock Blasting)
Método de voladura controlada que emplea espacios de aire en lugar del material inerte que
se emplea en la voladura de pre-corte convencional, es decir las cargas están espaciadas con
aire.
Consiste en colocar al fondo de los taladros pequeñas cargas de explosivo (carga de fondo) y
por encima de ellas se deja una columna de aire (carga de columna), lo cual se consigue
colocando una bolsa de aire en la parte superior del taladro, y sobre el cual va el taco. Los
taladros se alinean, separan y disparan en la forma establecida para voladura controlada, con
resultados comparables a los del pre-corte convencional pero con menor consumo de
explosivo. Las ondas generadas en el taladro se expanden en la roca creando un plano de
corte.
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El problema más serio es poder mantener el taco o de detritos de perforación en su sitio, sin
que caiga dentro del taladro, lo que se logra mediante un tapón inflable, que es
prácticamente una bolsa plástica patentada con el nombre de Power Plug.
Cuando las cargas detonan, los gases se expanden libremente dentro del espacio con aire
y la presión es atenuada. Sin embargo los gases de la explosión son contenidos dentro del
taladro por un periodo de tiempo mas largo gracias al taco, y dichos gases ejercerán una
presión sobre las paredes del taladro por un periodo de tempo mas largo. Entonces el
esfuerzo generado en el macizo rocoso entre los taladros será sostenido por más tiempo y
existirá un potencial mayor de una acción con lo cual se obtiene mayor abertura en el
fracturamiento del pre-corte.
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4.2.1. OPERACIONES DE LA VOLADURA DE PRE-CORTE CON CÁMARAS DE AIRE
Existe un equilibrio entre la calidad deseada de la superficie remanente y el coste asociado
a dicha calidad a través de la perforación y carga específica aplicada, así como el correcto
diseño y explosivo seleccionado.
Primero la carga explosiva (0,39 a 0,59 kg por m2 de área de pre-corte), se coloca en el
fondo del taladro, usualmente de 6", 7 7/8" ó 9 7/8" de diámetro. Luego se introduce el
tapón inflable por el collar del taladro hasta una profundidad en pies de 1,0 a 1,2 veces el
diámetro del taladro en pulgadas, inflándolo con aire comprimido (7 psi) hasta que selle el
taladro, el cual se cubre finalmente con detritos de perforación, y se procede a disparar.
La carga específica en general, válida para taladros con diámetros entre 1 1/2" y 12 1/4"
(38 a 310 mm) es de 400 g de explosivo por cada m2 de área del plano ubicado entre dos
taladros aún sin taco.
Cuando se usa una bolsa de aire y taco es posible incrementar el espaciamiento entre los
taladros que conforman la línea de pre-corte.
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Como es bien sabido que las propiedades físico-mecánicas del macizo rocoso juegan un
papel muy importante en cualquier diseño de voladura, en el caso del pre-corte con
cámaras de aire, el diseño depende mucho de las estructuras geológicas como diaclasas,
fallas, estratos, etc. El espaciamiento entre taladros será mayormente controlada por la
distancia existente entre los contactos principales que por la aplicación de la tecnología de
los espaciamientos de aire. Por otro lado, cuando se usa la técnica del pre-corte con
espaciamientos de cámaras de aire, se debe tener mucho cuidado con el fracturamiento
excesivo de la cresta, esto se debe al incremento de esfuerzos en la zona del collar debido
a la onda reflejada en la parte inferior del taco.
4.2.2. PARAMETROS DE DISEÑO
Cabe recalcar que la mejor manera de aproximación de los parámetros de diseño para la
voladura de pre-corte con cámaras de aire será diseñando inicialmente los taladros que
conforman la línea de pre-corte usando el enfoque de los espaciamiento de aire en los
taladros del pre-corte y que tienen espaciamientos normales. Luego se va incrementando
el espaciamiento entre los taladros hasta obtener el resultado adecuado.
Las variables de diseño más importantes para el pre-corte con cámaras de aire son las
siguientes:
La cantidad de MEC.
El espaciamiento entre taladros.
La ubicación del tapón.
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o φ = Diámetro (in).
o S(ft) = (1.7 – 2.0) x φ
o AB(ft) = φ
o S = Espaciamiento (ft).
o BH = Altura de banco (ft)
o T = Taco (ft)
T = (1.0 – 1.2) x φ
o A = Área superficial del pre-corte (ft2).
A = S x BH
o Carga explosiva (Lb)/taladro del pre-corte = (0.08 – 0.12)Lb x (área superficial
del pre-corte en ft2).
o Carga explosiva (Kg)/taladro del pre-corte = (0.39 – 0.59)Kg x (área superficial
del pre-corte en m2).
T
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5. TIPOS DE CÁMARAS DE AIRE
5.1. Neumáticos:
Se coloca la cámara de aire a la altura calculada y se bombea aire a la cámara de aire
desde la superficie o contienen un tanque con aire comprimido en el interior de la cámara
que se activa antes de bajar y este termina de llenarse a la altura deseada. Actualmente
están en desuso.
5.2. Químicos:
La cámara de aire se llena gracias a reacciones químicas que producen gases, la mezcla
varia de acuerdo al proveedor.
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Ventajas:
No hay necesidad de un compresor de aire, para inflar las bolsas auto-
químicamente. No hay fugas debido a que la bolsa de gas se cierra
herméticamente durante la fabricación.
No hay calor producido durante la inflación y los ingredientes no son cancerígenos.
Ejm:
En el caso de la bolsa de gas vinagre, apretar el recipiente de líquido de color y el pop.
Esto libera el vinagre en el bicarbonato de sodio. Asegúrese de que todo el vinagre se haya
drenado en la bolsa de bicarbonato y baje en el agujero. Tiene unos 40 segundos para
obtener la bolsa en su lugar antes de la inflación comienza. Cuando la bolsa está apretada
en el taladro, desconecte el cable con un brusco tirón.
5.3. Aerosoles
Usa un aerosol, que se infla del tamaño del taladro, se han fabricado con materiales de
alta calidad que se ensamblan y las normas de Cuidado Responsable del medio ambiente.
El propulsor de aerosoles está clasificado no inflamable por las exigencias de la ONU y con
el medio ambiente, a diferencia de los gases refrigerantes del tipo que emiten gases de
efecto invernadero de gran alcance cuando se expone al calor, como el encontrado en la
limpieza. Tamaños de bolsas se han calculado para la celebración de reducir el stock al
mínimo de las operaciones que utilizan varios barrenos de tamaño, sin dejar de ser eficaz
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en aplicaciones pesadas de la cubierta de carga. El propelente se llena también se calculan
para garantizar un rendimiento óptimo de la inflación y el costo mínimo para los usuarios.
Ventajas del producto Rápido, seguro y muy confiable para los usuarios Reducir los costos
de explosivos con la fragmentación de la mejora Aumentar la presión del pozo Seguros
para los usuarios y el medio ambiente Reducir la corriente de aire y vibraciones del suelo.
6. BENEFICIOS DEL USO DEL AIR DECK
- Reducir la longitud del taco.
- Retener la energía en el taladro.
- Reducir consumo de explosivo.
- Distribución de fragmentación más uniforme.
- Reducir Fly rock y vibraciones producidos.
- Disminuir daño a las paredes finales (superficies lisas).
- Disminuir contaminación de emulsión por el material del taco.
- Disminuir la dilución del mineral.
7. COMPARACION: VOLADURA NORMAL vs. VOLADURA CON AIR DECK
NORMAL BALSTING AIR DECK BLASTING
La presión de aire sale inmediatamente a través del taladro (por la parte superior).
Usa las cámaras de aire para dirigir la presión de aire hacia arriba (hacia la parte donde esta el taco).
Rompe las rocas por compresión. Rompe las rocas por tensión.
Aumenta el potencial de generar ondas que dañan el diseño del pit.
La generación de ondas es controlable y no daña demasiado al diseño del pit.
Las vibraciones generadas no son controlables y pueden causar daños a las estructuras adyacentes.
La generación de vibraciones se puede reducir a un quinto de su magnitud original lo cual es beneficioso.
Aumenta el potencial de fly rocks. Disminuye los fly rocks.
- Reduce el consumo de explosivos en un rango de 10 – 30%.
Es menos COSTOSO la perforación. Es más COSTOSO la perforación.
Necesita personal menos entrenado. Necesita personal altamente entrenado.
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8. ROTURA DE LAS ROCAS POR TENSIÓN
La voladura con de pre-corte con el uso del AIR DECK es beneficioso pues funciona con
fuerzas de tensión y no de compresión como en la voladura convencional, las cuales son
beneficiosas para que la cara del talud quede uniforme y de este modo haya una mayor
estabilidad del mismo. Al mismo tiempo que se controla la dilución que se pueda producir
disminuyendo la posibilidad de una sobre rotura.
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9. CONDICIONES QUE SE DEBE CUMPLIR PARA USAR EL METODO AIR DECK
- Los taladros deben estar alineados y paralelos para que asi el diseño de la cara
final no se vea afectada.
- El espaciamiento entre taladros del pre-corte debe ser menor que el de la voladura
convencional (por lo general la mitad de la distancia de los de producción).
- El 60% de la carga total de la MEC debe estar en la base.
- La secuencia de iniciacion de estos taladros debe de ser con una diferencia de un
maximo de 100 milisegundos, es decir se debe detonar primero los taladros de
precorte y luego los de producción pero con un intervalo máximo de 100 ms entre
las detonaciones.
- Al angulo de la cara del talud debe estar en una rango de 15 a 30 grados.
10. CONFIGURACIONES DE LAS CÁMARAS DE AIRE
10.1. ¿Que tamaño de la columna de cámara de aire usar?
La respuesta mas acertada es que depende de las condiciones del lugar en donde se
efectúan las operaciones y obviamente cambian de lugar en lugar ya que cada una de las
minas u operaciones tienen características deiferentes unas de otras.
Ello dependera también de cuanto de desea controlar las vibraciones producidas que
puedan dañar a la cara del talud.
En el uso de las camaras de aire se pueden ver diferentes posiciones de las camaras como
se muestra a continuación.
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TIPO DE ROCA POSICION DE LA CAMARA DE AIRE BENEFICIOS
ROCA DE DUREZA MEDIA CONDICIONES SECAS
- Reducción máxima de explosivos (30%) - Reducción de hasta un 70% de las vibraciones. - Reducción de las ondas generadas. - Mejor contención de la presión de aire.
ROCA ESTRATIFICADA CONDICIONES SECAS
- Reducción del costo en explosivos. - La ubicación de las cámaras de aire en los estratos duros disminuye la energía perdida a través de los estratos débiles.
ROCA DE DUREZA ALTA CONDICIONES SECAS
- Reducción de hasta un 20% de explosivos. - Menos daño a la roca circundante.
ROCA DE DUREZA MEDIA CONDICIONES CON AGUA
- Reduce la cantidad de emulsión usado.
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11. PROBLEMA DE APLICACION
En una operación minera de tajo abierto ubicada al Norte del Perú a una altura
aproximada de 4150 msnm, se tiene serios problemas con la estabilidad de los taludes en
el tajo causados por las vibraciones producidos por la detonación, evidenciados por la
aparición de grietas o apertura de las juntas existentes que llegan a afectar seriamente la
integridad del macizo rocoso evitando así posibles deslizamientos, por lo que se está
evaluando la posibilidad de implementar el uso de voladura controlada tipo pre-corte con
cámaras de aire convencional como alternativa de solución.
Se tienen los siguientes parámetros de diseño, los bancos tienen una altura de 10 metros,
trabajando con taladros de un diámetro de 9 7/8”, se sabe además en su mayor parte el
tipo de rocas es Arenisca con una resistencia compresiva que oscila entre 50-120MPa,
tiene una sobre perforación de 1.5m.
Lo que se necesita para la evaluación es determinar la malla de perforación tomando en
cuenta un modelo matemático de amplia aplicación en minería superficial.
• Se tienen los siguientes parámetros de diseño
• Tipo de rocas: Arenisca
• Resistencia a la tracción dinámica: 92.5 Kg/cm2
• MEC Utilizada: ANFO
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• Presión de Detonación: 49.852 K bar
• Diámetro taladros: 9 7/8”
• Altura bancos: 10 metros
• Sobre perforación de 1.5m
Lo que se necesita para la evaluación es determinar los parámetros de diseño para la
voladura controlada con cámaras de aire.
Solución:
Las variables más importantes para el diseño de pre-corte con cámaras de aire son:
El peso de la mezcla explosiva comercial.
El espaciamiento entre los taladros.
La ubicación del tapón.
Vamos a determinar:
La carga explosiva por taladro.
El espaciamiento entre los taladros.
El taco que debe usarse en el pre-corte.
Distancia entre la última fila de los taladros de producción y la fila del pre-corte es:
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Calculo de los parámetros de diseño de los taladros de pre-corte:
Vamos a calcular es espaciamiento de entre los taladros de la fila de pre-corte:
Ahora calculamos la cantidad de carga explosiva utilizada por taladro:
El taco tendrá las siguientes dimensiones:
Altura de la columna de carga:
Burden para la fila de pre-corte:
Burden para los taladros de producción:
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Sabemos también que la presión de detonación de la MEC es de 4985.19MPa y la
resistencia a la tensión dinámica es de 9.071151MPa.
Ahora ya tenemos las dimensiones de la malla cuadrada, B=17’ y S=17’.
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12. CONCLUCIONES
Con los espaciamientos de aire se consigue que la energía producida al detonarse
la MEC sea mejor distribuida y por ende esfuerzos serán mejor distribuidos, con lo
cual se evita triturar la roca que se encuentra alrededor del taladro.
Haciendo uso de esta técnica se logra que los gases ejerzan una presión sobre las
paredes de los taladros por un periodo de tiempo mas largo.
Cuando se usa bolsa de aire y taco es posible incrementar el espaciamiento entre
taladros que conforman la línea de pre-corte.
Las estructuras geológicas y las propiedades físico-mecánicas del macizo rocoso
son de vital importancia ya que de ello depende fundamentalmente la obtención
de buenos resultados.
En macizos rocosos altamente fracturados no es posible obtener buenos
resultados ya que al mantener la presión dentro del taladro por un periodo de
tiempo más largo se podría aflojar ciertos contactos existentes.
Los resultados obtenidos para el ejemplo de aplicación deben ser evaluados en el
campo, verificando que para esos valores no exista un fracturamiento excesivo de
la cresta debido a las ondas reflejadas en la parte inferior del taco.
Para evitar el fracturamiento de la cresta se puede ajustar la longitud del taco o
reducir la carga explosiva.
13. VENTAJAS
Se emplea menor cantidad de mezclas explosivas comerciales.
Se obtiene una mejor estabilidad de las paredes finales de la excavación.
Se obtiene un menor costo de perforación, esto se debe a que se espaciamiento
entre los taladros que conforman la línea del pre-corte, es mayor que el que se usa
cuando se aplica otras técnicas de la voladura controlada.
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Para la perforación de los taladros, no se necesita una perforadora adicional ya
que se usa la misma perforadora que se emplea para perforar los taladros de
producción.
Se obtiene paredes finales más lisas y de mejor acabado.
14. DESVENTAJAS
Es necesario contar con personal muy bien entrenado para efectuar el carguío de
los taladros en forma adecuada ya que prácticamente de esto dependerá los
resultados a obtenerse.
El diseño de carga debe ser efectuado por personal muy calificado y con mucha
experiencia de campo, por que los resultados a obtenerse estarán en función de
dicho diseño.
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15. BIBLIOGRAFIA
[1]. Floyd, J. Wall Control Blasting Techniques: Special Blasting Techniques
Proceedings Reno, NV 2007 pp. 1-67.
[2]. Yuri Alberth Piñas Esteban, Aplicación del Principio de la Velocidad Pico de
Partícula (ppv) para Minimizar el Daño al Macizo Rocoso, utilizando tecnología
electrónica (minera aurifera Retamas s.a.- yacimiento El Gigante – La Libertad),
Tesis de la Facultad de Minas, Mayo 2007.
[3]. P.h.D. Carlos Agreda, “Voladura Controlada” Tecnologías y Aplicaciones, Lima-
Peru, Mayo 2001.
[4]. Huirong-Anita AI and Thomas J. AHRENS, Dynamic tensile strength of terrestrial
rocks and application to impact cratering, California Institute of Technology, 2004.
[5]. Eduardo Araya Chávez, Cámaras de Aire una real alternativa en Voladura de
Rocas, Ing. Minas, International Technologies, Chile.
[6]. R. Frank Chiappetta, “Nueva técnica de Voladura”, Journal of Explosives
Engineering, ejemplar Enero-Febrero 2004.
[7]. Benjamín Cebrián Romo, “Control de estabilidad de taludes mediante voladuras de
contorno – cámara de aire”, XII Congreso Internacional de Energía y Recursos
Minerales Oviedo, 7 a 11 de Octubre de 2007.
[8]. J. Lyall Workman and Peter N. Calder, “Wall Control Blasting”, Calder &
Workman Inc.
[9]. Rojas Cuba Juan Carlos, “Método de Voladura Tensional Usando Cámaras de
Aire”, Tesis de la FIGMM Nro. 1109, 2010.
[10]. Chanduvi Gamarra Manuel Ángel, “Análisis técnico Económico Ecológico
con la aplicación de Explodeck para la reducción del consumo de Mezcla
Explosiva en la Cía. Minera Barrick Misquichilca-Lagunas Norte”, Tesis FIGMM
Nro. 1130, 2011.