9. Voladura de Rocas.pdf

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    08-Aug-2015

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VOLADURA DE ROCAS

CAPITULO 9

e acuerdo a los criterios de la mecnica de rotura, la voladura es un proceso tridimensional, en el cual las presiones generadas por explosivos confinados dentro de taladros perforados en la roca, originan una zona de alta concentracin de energa que produce dos efectos dinmicos: fragmentacin y desplazamiento. El primero se refiere al tamao de los fragmentos producidos, a su distribucin y porcentajes por tamaos, mientras que el segundo se refiere al movimiento de la masa de roca triturada. Una adecuada fragmentacin es importante para facilitar la remocin y transporte del material volado y est en relacin directa con el uso al que se destinar este material, lo que calificar a la mejor fragmentacin. As, en la explotacin de minerales se busca preferentemente fragmentacin menuda, que facilita los procesos posteriores de conminucin en las plantas metalrgicas, mientras que en la de rocas algunas veces se requiere que sea en grandes bloques, como los que se emplean para la construccin de ataguas o rompeolas. El desplazamiento y la forma de acumulacin del material volado se proyecta de la manera ms conveniente para el paleo o acarreo, de acuerdo al tipo y dimensiones de las palas y vehculos disponibles. Teniendo en cuenta los diversos criterios que involucra un trabajo de voladura, como el propsito o uso final del lugar a excavar o el del material a obtener el volumen a ser excavado, el grado de fragmentacin promedio requerido, si la roca excavada se quedar in situ o ser transportada a otro lugar, el tipo y la dimensin del equipo de remocin y acarreo disponible, la proximidad a instalaciones importantes que puedan ser afectadas por vibraciones o proyecciones, adems de otros, es pues necesaria una planificacin cuidadosa de la voladura considerando todos los detalles que puedan influir en sus resultados. Existe una serie de factores o variables que intervienen directa o indirectamente en la voladura, que son mutuamente dependientes o que estn relacionados uno u otro; unos son controlables y otros no. Son controlables, por ejemplo, las variables de diseo, de perforacin o del explosivo a emplear, mientras que no podemos modificar la geologa o las caractersticas de la roca. Para facilidad de interpretacin se resume a estos factores afines en grupos, que suelen denominarse variables, factores, parmetros o condiciones fundamentales que comprenden: PARMETROS DE LA ROCA Son determinantes, debiendo los explosivos y sus mtodos de aplicacin adecuarse a las condiciones de la roca. Entre ellos tenemos: A. a. PROPIEDADES FSICAS Dureza

D

c.

Densidad

Indica aproximadamente entre la dificultad para volarla y vara 3 entre 1,0 a 4,5 g/cm en promedio. Rocas densas requieren tambin explosivos densos y rpidos para romperse. d. Textura

Trama o forma de amarre de los cristales o granos y su grado de cementacin o cohesin, tambin relacionada con su facilidad de rotura. e. Porosidad

Proporcin de poros u oquedades y su capacidad de captar agua. f. Variabilidad

Las rocas no son homogneas en su composicin y textura. Tienen un alto ndice de anisotropa o heterogeneidad. g. Grado de alteracin

Deterioro producido por efecto del intemperismo y aguas freticas, adems de fenmenos geolgicos que las modifican o transforman. B. PROPIEDADES ELSTICAS O DE RESISTENCIA DINMICA DE LAS ROCAS Frecuencia ssmica o velocidad de propagacin de las ondas ssmicas y de sonido

a.

Velocidad con la que estas ondas atraviesan las rocas. b. Resistencia mecnica

Resistencia a las fuerzas de compresin y tensin. c. Friccin interna

Habilidad de las superficies internas para deslizarse bajo esfuerzos (rocas estratificadas). d. Mdulo de Young

Resistencia elstica a la deformacin. e. Radio de Poisson

Radio de contraccin transversal o extensin longitudinal del material bajo tensin. f. Impedancia

Indica aproximadamente la dificultad de perforarla. b. Tenacidad Relacin de la velocidad ssmica y densidad de la roca versus la velocidad de detonacin y la densidad del explosivo. Usualmente las rocas con alta frecuencia ssmica requieren explosivos de alta velocidad de detonacin.

Indica la facilidad o dificultad de romperse bajo el efecto de fuerzas de compresin, tensin e impacto, variando entre los rangos de friable (fcil), intermedia a tenaz (difcil).

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C. a.

CONDICIONES GEOLGICAS Estructura Es la forma de presentacin de las rocas y est en relacin con su origen o formacin (macizos, estratos, etc.).

g.

Volumen normal de gases

Cantidad de gases en conjunto generados por la detonacin de 1 kg de explosivo a 0C y 1 atm de presin, expresado en litros/kg. Indica aproximadamente la cantidad de energa disponible para el trabajo a efectuar y generalmente vara entre 600 y 1.000 litros/kg. h. Presin de taladro

b.

Grado de fisuramiento Indica la intensidad y amplitud del fracturamiento natural de las rocas. Son importantes la orientacin (rumbo y buzamiento) de los sistemas de fisuras y el espaciamiento entre ellos, as como la apertura y los tipos de relleno en las discontinuidades.

Fuerza de empuje que ejercen los gases sobre las paredes 2 del taladro. Se expresa en kg/cm , en kilobares (kbar) o en Mega pascales (MPa) en el sistema SI. Para evaluarla se aplican las mismas ecuaciones de estado como las que valen en el estado de detonacin y explosin, tomando en cuenta la variacin del volumen. Esta presin vara con el confinamiento. As, un explosivo con densidad 3 1,25 y g/cm una presin de explosin de 3.500 MPa en taladro lleno al 100%, cuando se llena slo al 90% llega aproximadamente a 2.600 MPa y cuando slo se llena al 80% bajar hasta cerca de 1.900 MPa. i. Categora de humos

c.

Presencia de agua Define incluso el tipo de explosivo a usar.

PARMETROS CONTROLABLES A. PARMETROS DEL EXPLOSIVO

PROPIEDADES FSICO-QUMICAS a. Densidad3

Factor de seguridad que califica su toxicidad (todos los explosivos generan gases de CO y NO en diferentes proporciones). B. a. CONDICIONES DE LA CARGA Dimetro de la carga(dimetro del taladro)

Peso especfico en g/cm (a mayor densidad, mayor potencia), 3 vara entre 0,7 a 1,6 g/cm . Todo explosivo tiene una densidad crtica encima de la cual ya no detona. b. Velocidad de detonacin (VOD)

Influye directamente sobre el rendimiento del explosivo y la amplitud de la malla de perforacin. Todo explosivo tiene un dimetro crtico; por debajo de ese dimetro no detonan. b. Geometra de la carga

Velocidad de la onda de choque, en m/s, califica a los explosivos como detonantes y deflagrantes; a mayor velocidad mayor poder rompedor o brisance. c. Transmisin o simpata

Relacin entre el largo de la carga con su dimetro y el punto donde es iniciada. Se refleja en el proceso de rompimiento y en la formacin de zonas de fracturacin en las cargas cilndricas de los taladros de voladura. c. Grado de acoplamiento

Transmisin de la onda de detonacin en la columna de carga. Una buena simpata asegura la explosin total de la columna de carga. d. Resistencia al agua

Vara desde nula hasta excelente (varias horas). e. Energa del explosivo

Radio del dimetro de carga al dimetro del taladro. El acoplamiento fsico entre la carga explosiva y la roca permite la transferencia de la onda de choque entre ellas, teniendo un carcter muy significativo sobre el rompimiento. El efecto de trituracin depende mucho del contacto directo del explosivo con la roca. El desacoplamiento tiene enorme efecto sobre el grado de confinamiento y sobre el trabajo del explosivo, ya que la presin de taladro decrecer con el aumento del desacoplamiento. Esta condicin puede incluso ocasionar que los gases liberados por la explosin se aceleren ms rpidamente que la onda de detonacin en la columna de carga, acumulndola al descomponer al explosivo por el fenmeno denominado efecto canal o presin de muerte (Dead pressing). El desacoplamiento es recomendable slo para la voladura controlada o amortiguada, donde forma un colchn de aire que amortigua el impacto, con lo que disminuye la fragmentacin.

Se puede dar en cal/g J/g. Calculada sobre la base de su formulacin, aplicable para estimar su capacidad de trabajo. f. Sensibilidad a la iniciacin

Cada explosivo requiere un iniciador o cebo mnimo para iniciarse (usualmente se tiene como referencia al detonador N 8 para calificarlos como altos explosivos (sensibles) y agentes de voladura (insensibles), por lo que requieren un cebo ms potente).

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Para voladura convencional se recomienda que la relacin entre dimetro de taladro y dimetro de cartucho no sea mayor que 1,2:1. Como por ejemplo: cartuchos de 32 mm de dimetro para taladros de 40 mm de dimetro, o cartuchos de 42 mm de dimetro para taladro de 50 mm de dimetro. d. Grado de confinamiento

La densidad de carguo y la distribucin del explosivo tienen influencia en esta zonificacin. As, un taladro con carga normal de columna con refuerzo de carga de fondo tendr un buen rompimiento al piso. Por lo contrario, si la mayor densidad de carga est hacia la boca del taladro, el tiro proyectar demasiados fragmentos volantes y tendr mal rompimiento al piso. Igualmente, es diferente el resultado entre una carga concentrada al fondo y otra en la que se empleen cargas alternadas con tacos a lo largo del taladro (Deck charges). Las cargas desacopladas y el empleo de explosivos de baja presin de detonacin normalmente eliminan la zona de trituracin y controlan el rumbo y extensin de las grietas en la voladura amortiguada. i. Intervalos de iniciacin de las cargas (Timing)

Depende del acoplamiento, del taqueo o acabado, del uso de taco inerte para sellar el taladro y de la geometra de la carga (burden y distancia entre los taladros). Un confinamiento demasiado flojo determinar un pobre resultado de voladura. Por otro lado, un alto grado de confinamiento (por excesivo atacado del explosivo) puede incrementar tanto su densidad que lo puede hacer insensible a la transmisin de la onda de detonacin y fallar. Los explosivos a granel (ANFO, emulsin) en bancos se confinan por s solos. e. Densidad de carguo (Dc)

Los taladros deben ser disparados manteniendo una secuencia ordenada y correcta, para crear las caras libres necesarias para la salida de cada taladro, lo que se logra con los detonadores de retardo o con mtodos de encendido convencional escalonados. j. Variables de perforacin

Da la medida de llenado de un taladro. En el caso de un llenado perfecto sin dejar el menor espacio desocupado tendremos por definicin una densidad de carguo = 1. En general, cuando un taladro se llena al X% de su espacio ocupado por explosivo tendremos Dc = 0,92. f. Distribucin de carga en el taladro

Tienen importante influencia en los resultados de la voladura: a. b. La profundidad del taladro respecto a la altura de banco en superficie y al avance estimado en tneles. La malla de perforacin, relacin de burden y espaciamiento entre taladros, importante para la interaccin entre ellos. Dimetro del taladro, base para determinar el burden y el consumo de explosivo. Las brocas de perforacin tienen desgaste variable segn el tipo de roca, tendiendo a reducir paulatinamente su dimetro (Bit wear factor), especialmente en perforaciones de pequeo dimetro. Inclinacin del taladro, controlada, como en la perforacin radial o en abanico y desviacin del taladro (fuera de control, perjudica el performance del explosivo y por tanto la fragmentacin y avance).

La carga explosiva puede ser de un solo tipo en todo el taladro (carga nica) o tener primero explosivo ms denso y potente (carga de fondo) y luego explosivo menos denso (carga de columna). Tambin pueden ser varias cargas de igual o distinto tipo separadas entre s por material inerte (cargas espaciadas o decks).

c.

d. g. Tipo y ubicacin del cebo Puede emplearse el cebo nico, el cebado mltiple (dos o ms en rosario en la misma columna de carga, o una en cada deck en cargas espaciadas) y el cebado longitudinal (axial), ste generalmente con cordn detonante. h. Distribucin de energa, en cal/t de roca

Otros factores que se deben considerar en el planeamiento de un disparo son el costo de perforacin y el costo del explosivo, con base en el consumo total de explosivo por metro cbico o 3 tonelada de roca movida (factor de carga en kg/m ). Tambin para ciertos tipos de explosivo su vida til (Shelf life). CONDICIONES GENERALES PARA EFICIENTE DE LOS EXPLOSIVOS 1. 2. EL TRABAJO

La energa aplicada sobre la roca depender de la distribucin de la carga en el taladro, de la densidad del carguo, del punto de iniciacin y del tipo de explosivo utilizado, mientras que el consumo til de energa est vinculado al confinamiento y tiempo de duracin del proceso de rotura antes que los gases se disipen en el ambiente. Alrededor de la columna explosiva la fracturamiento presenta cierta zonificacin; el rea de crter o de cavidad de la explosin donde procesos hidrodinmicos asociados a la detonacin producen la volatilizacin y pulverizacin de la roca, la zona de transicin donde la presin y tensin se reducen rpidamente originando un flujo plstico o viscoso de la roca acompaado por trituracin y desintegracin, finalmente la zona ssmica donde la tensin se encuentra ya por debajo del lmite elstico de la roca y donde ya no se presenta fragmentacin si no hay caras libres.

Deben contar con cara libre para facilitar la salida del material fragmentado. Deben estar confinadas, para aumentar su densidad de carga (atacado con vara de madera en subsuelo, compactacin con aire comprimido en carguo a granel en subterrneo y por gravedad en superficie). Sellado del taladro con taco inerte. Deben ser cuidadosamente cebados. Deben ser disparados manteniendo una secuencia ordenada de salidas (temporizacin).

3. 4.

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5.

El espaciamiento entre taladros debe ser el adecuado para permitir la interaccin de las grietas radiales entre ellos; de lo contrario habr mala fragmentacin, incluso hasta pueden soplarse sin efecto rompedor. 4.

indispensable mantener el nivel del piso para el drenaje de agua y para el tendido de lneas de riel donde se utilice transporte con locomotora. El grado de fragmentacin del material disparado o el tamao promedio requerido de los fragmentos depende del trabajo en que se van a emplear, pero por lo general la fragmentacin demasiado gruesa o demasiado menuda son inconvenientes. Debe observarse el porcentaje de pedrones grandes que tendrn que ser reducidos posteriormente. La fragmentacin tiene relacin directa con la facilidad de paleo y transporte y con sus costos. 5. La sobrerotura (Over break) y la sobre rotura hacia atrs (Back break) en bancos, afectan la estabilidad de la nueva cara libre de voladura y a los taladros que hayan sido perforados a continuacin de la ltima fila disparada. Generalmente indica exceso de carga explosiva en la ltima fila de taladros. En tneles y labores subterrneas debilita y agrieta a la roca remanente en toda la periferia, afectndola a profundidad, c...