Perforacion y Voladura II- Tema _18

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  • PERFORACIN Y VOLADURA II

    Calidad que se acredita internacionalmente

    ASIGNATURA

    TERCERA UNIDAD

    TEMA N 18 SECUENCIA DE ENCENDIDO Y TIEMPO DE RETARDO.

    DOCENTE: Ing. Benjamn Manuel Ramos Aranda

    Huancayo, 2015

  • Asignatura: Perforacin y Voladura II

    MATERIAL DE ESTUDIO:

    TEMA N 18 SECUENCIA DE ENCENDIDO Y TIEMPO DE RETARDO.

    Tema: SECUENCIA DE ENCENDIDO Y TIEMPO DE RETARDO.

    Compilado y adaptado de:

    LPEZ JIMENO, Carlos; LPEZ JIMENO, Emilio; GARCA BERMDEZ, Pilar. Madrid: Ed. Entorno Grfico Manual de Perforacin y Voladura de Rocas.

    Madrid, 2003. UBICACIN: Biblioteca UCCI: 622.23/L87

    Material preparado con fines de estudio de alumnos del curso de Perforacin y Voladura de

    la Universidad Continental

  • "--/

    ~Captulo27"--/

    "-./

    SECUENCIAS DE ENCENDIDO Y TIEMPOS DE RETARDO'.-/

    ~

    '.-/

    1. INTRODUCCION

    ~

    El grupo de variables controlables ms desconocidopor tcnicos y operadoreses el constituido por las

    ~ secuencias de encendido y los tiempos de retardo en-tre las cargas de una voladura. Los esquemas nomina-

    .~ les de perforacin con una piedra B y espaciamiento

    --J S se modifican radicalmente con la secuencia deiniciacin, pasando a otros valores "Be Y Se deno-minados efectivos.

    Las variables indicadas no slo influyen sobre la~ fragmentacin, sino incluso sobre otros aspectos b-

    sicos como el desplazamiento y esponjamiento de la-~ roca,sobreexcavacine intensidadde lasvibraciones.~ As pues,el pequeosobrecostequesuponeemplear

    secuencias de iniciacin ms complejasse ve com-pensadosobradamentecon lasmejorasglobalesde la

    ~ economade la operacin.Granpartede lasteorasaquexpuestassondebidas

    a los especialistasT. N. Hagany a A. B. Andrews,que.- durantemuchotiempohandedicadosus esfuerzosal~ estudiode la optimizacinde las voladuras.

    /

    " 2. SECUENCIAS DE VOLADURASEN BANCO CON UNA FILA/

    ""~,

    Para unas condiciones constantes de altura debanco, consumo especfico de explosivo, tipo deroca y dimetro de los barrenos, si las cargas sedisparan instantneamente,hay una relacin S/B

    -J para la cual el desplazamientoy la fragmentacinson ptimos.La relacin "S/B en materialeshomo-

    ~.~gneososcila entre2 y 4 (Langefors,1966),pero de-J bido a queel volumenexcavadopor barrenoempieza

    a decrecercuando "S > 3B, los valoresptimos de"S/B se encuentranprximos a 2,4.

    Si el espaciamientoes menor de ,,2,4B, al actuarlas cargasal unsono, las grietasradialesentrebarre-nos se intersectanantes de que el resto alcance elfrente libre,crendoseun plano de cortedefinido por

    -.J los barrenos a travs del cual los gases escapan pre-

    -J

    J

    J

    maturamente a la atmsfera. Se produce entonces unempuje simultneo de la roca por delante de las cargascon una fuerte componente horizontal, quedando lafragmentacin afectada negativamente, no slo por-que se interrumpe la propagacin de las grietas por lainfiltracin de los gases, sino porqu1eadems las coli-siones de las rocas proyectadas casi desaparecen y larotura por cizallamiento slo se produce al nivel delpiso y en los laterales AB y CD. Fig. 27.1.

    MOVIMIENTOEN MASA DE LA ROCA DEFICIENTEMENTEFRAGM

  • cin lascargasdan lugara unascaraslibresadiciona-les que hacen que cada barreno disponga de dos fren-tes de salida JK y KL, Fig. 27.2, resultando una piedraefectivaBe menorque la piedra nominalB.

    J "/;;l/S/"

    :~~"V o L .I 1Figura 27.2. Piedra efectiva B, en una voladura secuen-

    ciada de una fila (Hagan, 1975).

    La fragmentacin es mayor que en las voladurasinstantneas, pues se aprovecha mejor la energa delos gases en el cizallamiento vertical de la roca y pro-longacin de las grietas, y la reflexin de la onda dechoque tiene lugar en una superficie ms amplia.

    Cuando el intervalo de retardo entre barrenos adya-centes es grande, para que cada carga fragmente ydesplace su parte de piedra correspondiente, el espa-ciamientoptimo So es igual a 2,79Bo.Fig. 27.3.

    FRENTE

    i7i"iii"1,- - - - nn - n n

    '--""--" ' B'ROCA PROYECTADA7 ,

    ,

    ~o/

    POR LA CARGA X ' ' ~,rfO.6

    8, "\/' ~ fO,4'-5-0

    0,4

    0,3

    0,2

    0,1 0,2

    0,6 1,0 1,4 1,8 2,2 2,6SIBo

    3,0

    Figura27.4. Variacindelasrelacionesdelapiedraconelespaciamientoentrebarrenos.

    388

    '--/tacin empeora, elevndose los costes de excava-cin, Fig. 27.4.

    Si se mantiene S = 2,79 B y B excede a Bo,Fig.27.5, el ngulo del crter abierto es menor de 138y el '-./barreno con retardo nmero 1 romper hacia elfrente BD, que se encuentra ms prximo que el DC,resultando una fragmentacin en la seccin central '-./X deficiente. Por esta razn, el espaciamiento de-ber ser menor de 2,79 B. Si, por el contrario, B sehace menor que Bo y S = 2,79 B, el barreno 1 ' 'romperpor igualhacialos frentesDCy BDYelngulodelcrtersemantendren 138,lafragmentacinserms fina de lo que se precisa y al ser la malla mscerrada aumentarn los costes de perforacin y vola- '--/dura.

    B

    ~, 1I /", BoB 8,

    "" L[ /-"V/1

    D

    ~~~~m .~--- E ' /

    1, "PO PROYECTADA ' :

    x ( "R LACARGAY' "---"

    Figura 27.5. Voladurade microrretardocon piedra yespa- ' 'ciamientomayoresque el ptimo (Hagan,1975).

    ' 'CuandoB es considerablementemenorque Bo,

    y S se incrementa por encima de 2,79 B, en unesfuerzo por compensar la pequea piedra relativa, elespaciamiento llega a ser tan grande que la roca entre '----los barrenos no es ni desplazada ni fragmentada ade-cuadamente.

    A pesar de esto, en la prctica operativa los valores '--..--ms comunes de S oscilan entre 1,1 y 1,4 B, conun valor medio de 1,25 B. Parece, pues, lgico pen-

    sar que las dimensiones de las piedras que se utilizan '---son mayores que las tericamente ptimas.

    '----

    '--

    '--

    '---

    '-

    Foto27.1. Voladuradeunafilasecuenciadaenunbancode20mdealtura. '-

    3. SECUENCIAS DE VOLADURASEN BANCO CON FILAS MUL TIPLES

    "-.

    Salvo en aquellas formaciones rocosas dondelas '-

    '-

  • Jvoladurasde unafila producenunagransobreexcava-

    -. cin con efectos positivossobre los costesde arran-

    J que,laspegasdefilas mltiplesmejoranlafragmenta-cin.

    J

    3.1. Voladurasconunfrentelibre

    -"Los criteriosquedebenseguirseen estetipo de

    voladurasson:

    J - Cadacargadebedisponerdeunacaralibreenelmomentodedetonar. .

    - Larelacin8.18.debeestarcomprendidaentre3y 8,Y preferiblementeentre4y 7.

    - Los barrenosdebenestardispuestosal tresbo-Iillo,con un altogradodeequilibriov/w~ 1.

    J

    .D

    .E

    .F

    [J,j LJ..J

    ../~" "W 0G2 01

    ~4 D E H 4~../ 5 B 5B'" 6eyc. CUADRADO EN"V"

    ../

    ,--,- ri..!.J..JJ

    ../e. CUADRADO"v1"

    ./ ,r;- 1,1,1

    ~~.2 .' .0 ~1.2 E

    4 3 3 4

    ~~ 6-' C '-s~ ~10. 9"~ D ~~ ~oB 1 F"'

    g. CUADRADO"V2"

    ./

    ./

    ./

    Las filas con el mismo retardodeben formar unngulo8entre900y 160,Y preferiblementeentre1200y 140.Los ngulos~yy,queformaladireccinprin-cipal del movimientode la roca con los nuevosfrenteslibres,debenser lo mayorposibleparaevi-tar las roturaspor desgarreen los taludes.

    En la Fig. 27.6se indican las diferentessecuenciasde encendidodisponiblesen voladurasmltiplesconesquemascuadradosy al tresbolillo.

    Enestegrupodesecuenciasseobservalosiguiente:

    - En losesquemasCuadradosenlnea(a)en"V (b)yAl Tresbolillo en V(d),algunos barrenosdispo-nende caraslibresmuylimitadas.En el ltimoquese cita las cargasC, D, G Y H tienensolamenteelvrticede la "v.. del cuele como frente libre msprximo.

    GLJ L.LJ! -~ .. . . .c. .. .

    o. Q.. .

    R. B. . .b. AL TRESBOLlLLO EN LlNEA

    i,I,1

    A V !43223

    J CiD

    fl

    .~,,"I,~

    1,1-1I

    d. AL TRESBOLILLO EN"v"

    f. AL TRESBOLILLO "V1"

    [Lj w::J

    ~~I o~~. : .~l~' c Q.

    h. AL TRESBOLlLLO"V2"

    Figura27.6. Secuenciasdeencendidocon ..8 =S" (Hagan, 1975).

    ./ 389

    J

    1,1,i 1,1,1. . . . o . . . .

    J A

    . . . . 1 . . . .B

    J . . . . 2 . . . .c

    a. CUADRADO EN LINEA

    ../

    . . . .. 2 . .

  • - Lassecuencias Cuadrado V2 (g) y Al Tresbo-lillo V2" (h) presentan un alto grado de des-equilibrio y un valor S./B." demasiadogrande.

    - El esquemaCuadrado V1" (e), y sobre todo eldispuesto Al Tresbolillo V1", tienen valores deS.lB." y v/w" aceptables.

    - El esquema Cuadrado V1" (e), y sobre todo eldispuesto Al Tresbolillo V1", tienen valores deS.IB." y v/w" aceptables.

    - La secuencia Al Tresbolillo en Lnea (b) propor-ciona el mayordesplazamientode la roca volada.

    Las voladurascon espaciamientosmayoresque lapiedraS> B" songeneralmentemsfavorables,y seha observadoque:

    - El esquema Rectangular V1" mejora incre-mentandoS/B" desde 1 a 1,8,siendo S.lB. yv/wptimos para S/B = 1,3a 1,7B, con unvalor medio de 1,5B.

    - En la secuencia Al Tresbolillo V1, el rendi-miento aumentaal manteneruna relacin S/Bentre 1,1Y 1,3.

    - En los esquemasRectangularesy Al TresbolilloV y V2, no pueden mejorarselos resultadosni aumentandoni disminuyendola relacin S/Bcon respectoa 1,

    - Las secuencias Cuadradas y Al Tresbolillo enV1 dejan permetros de excavacin bastanteestables,Fig. 27.7.

    C---~-- :e,'B BJ ,,_/ -----~ --...I 5/2 5 I

    s.~~B'. 2,25 s' SoIB. ~lB" 2,25 S') / B-Sv/w ~1,5- S'/IB"O,75-S')

    B.~ B-S/S.

    "-

    "-

    \.......

    '---

    '---

    '--Foto27.2. Voladuraenbancoconsecuenciadeencendido

    enV1.

    '--

    Por ltimo,paraconseguirencadavoladuraunosfrentesen condiciones aceptablesse actuar: '--

    - Aumentandolosngulos~yy.- Incrementandolassuperficiesdelosfrentesefecti-

    vosen los barrenosperimetrales.- DisminuyendolosvaloresdeB.enlosbarrenos

    decontorno.

    ',--

    "--

    3.2. Voladuracondos frentes'---

    La voladuracon dos frentes libres, Fig. 27.8,es laconfiguracin geomtricams frecuenteen minera.

    '--

    I , i LJ.J,1, i FRENTE

    Figura 27.7. Clculo de relacionesgeomtricasen esque-masRectangularesV1y Al TresbolilloV1.

    Las normasgeneralesparaaumentarel desplaza-mientode la rocaentodoslos esquemasindicadosson:

    - Disminuir S..- Aumentarel ngulo6,e- Incrementarel nmerode barrenoscon un frente

    efectivoadecuado.

    390

    'I, FRENTE Ij'l ~. . . . . ., , , , , ,, , , \ , \\ \ \ , , ,\ , , , \ ,, \ \ \ \ '\ \, \ \ \ \ \,\ ~ ~ '\ ~ ~ --::

    \' , , , , \ //\5 \4 "3 "2 \1 'J' /, ' \ ' " \ /\ " , \ \ ", ~ '. , '. ..\ , , , \ ,\ \ \ \ ' ,, \ \ , \ " ., , , , \ ,, , , , \ ," \ \ \ \ \

    \ , .. . , .b - AL TRESloLlLLO EN"V"

    ~\'o

    \\~,

    ...\

    \\

    \ '.

    '--

    "-

    "-

    Figura 27.8, Voladuracon dos frenteslibres.'-

    '-

    J '---'--

    q'--

    '--

    " " " " " " " .0, \ ' " "'. " " ,

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    [.---- w'.

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    S." B" 4S' 10 , , " , ,'

    SoIB."(B'.4S')/BS . . .. '. '. . . '....B."BS/S. v/w "2.S7(B', 2.S') Q- CUADRADO EN "v"

  • JLos planos de los taludesformanentres ngulosqueoscilan entre 90 y 150.

    / En general, todas las cargas disponen de una ade-cuada cara libre, por lo que los desplazamientos sue-len ser bastante grandes.

    " Al contrario que en las voladuras con un frente libre,J los barrenos pueden ser perforados en aquellas posi-

    ciones que proporcionen valores ptimos de SeIBeyv/w. Esto se consigue con un cierto desfase o des-

    .../ plazamiento lateral de las filas de barrenos, Fig. 27.9.

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    111

    '--

    FRENTE HORIZONTAL

    '-' ~

    FRENTE HORIZONTAL

    ---

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    ~'-

    o L-.

    ~

    (a)

    '--NQ DE DETONADORDE MICRORRETARDO

    I!

    511

    '---j

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13. .~/ ~// ~ ~ ~//~ /,/ ~15V/V/:>/-- ~ ~/ ~:::::=::-~// /::'4 ~16~18// --~ --- ~ ~/ ~/ // 1~-v ~/---~,

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    11

    '--

    '--

    (b) '--

    Figura27-11. Voladurasen bancohorizontal(a)sobreexcavacin importante(b) sobreexcavacinpequea.(Hagan,1982)

    Figura 27.12. Empleo de cargasseccionadasyexplosoressecuencialesen voladurade bancos verticalescon barrenos

    degrandimetro(Hagan,1982).

    5.1. Influencia del tiempo deretardo en la fragmentaciny desplazamiento

    Los tiemposde retardo,de acuerdocon Lang y Fa-vreau deben permitir la sucesin de los siguientesacontecimientos:

    392

    '-

    - Propagacin de las ondas de compresiny trac-cin desdeel barrenohastael frentelibre(aproxi- '-madamente0,58ms/m).

    - Reajustedelcampoinicialdetensiones,debidoa lapresenciade grietasradialesprimariasy al efecto '-de la reflexinde la onda de choque en el frentelibre. El tiempode reajustese puedeestimarentre10y 20 msdespusde la iniciacin,dependiendo '-de los tipos de roca y explosivos.

    - Aceleracinde la roca fragmentadaporaccin delosgases,hastaunavelocidadqueasegureundes- '-plazamientohorizontaladecuado. El movimientoesmsfcil cuantomayoreseltiempoderetardo,yseestimaentre30y50msdespusde lainiciacin. '--

    En lo referenteal tiempode retardoentrebarrenos,se ha comprobadoque la interaccinde las ondasdechoqueprimariasnocontribuyendemanerasignifica-tivaa lafragmentacinde la roca.As, enunavoladuraen banco de una fila con barrenossecuenciados,lafragmentacindepende bsicamentedel desarrollototal de las grietasgeneradasalrededorde sada ba-rreno antesde que el contiguo detone.

    Bergmann,tras unaserie de pruebasexperimenta-les, recomiendaun desfasede 3 a 6 mspor metrodepiedra.Estosvalorescoinciden con los indicadosporLangefors, que estaban basados en observacionescualitativasde voladuras en campo, Fig. 27.13.An-drews estableceun lmite inferiorde 3 ms/mde pie-dra y otro superior de 16,6ms/m,siendo ste ltimoadecuado en rocas masivasy poco fracturadas, y

    '--

    '--

    '--

    '-

    '--

    '--

    II24 .46 .

    !6a .I

    1 a1/1'10 .

    1I

    12,. .I 10I1

    N2DETONADOREN N2 DETONADOR ENCARGA INFERIOR CARGA SUPERIOR

    FRENTE

    7 3 Om., 1 5

    12 8 4 2 6 ID 14

    25 21 17 15 19 23 28

    27 22 18 16 20 24 - 30

    25 21'l 350ms,;

    19 23 28. . . .r30

    27 22 18 16 20 24

    25 21I 7DOm.. 5

    19 23 28

    12. . .

    r3022 18 16 20 24

    etc.

  • 65o ESQUEMA CUADRADO, B~33cm., S~33cm.1:::> ESQUEMA RECTANGULAR l, B~28cm., S~39cm

    O ESQUEMA RE/

    ,177'001I//,

    / / /'I//'

    I //'/ /'/ / /'

    I / /'/ / /'

    I //',. /'

    /'2

    10 20 30 40 50 60

    TIEMPO TRANSCURRIDOANTES DE MOVERSE EL TERRENO (ms.)

    Figura 27.15. Tiempo transcurridoantes de comenzar elmovimiento del techo del banco con barrenos de 229 a

    381 mm.

    Si el tiempode retardoparaconseguirel despeguede la piedra es menor que el tiempo para el cual seproduce el movimientodel techo del banco, podrncolocarse los accesoriosde iniciacin en superficie.

    Peroenaquelloscasosdondelaslongitudesdereta-cado para conseguir una buena fragmentacinde laroca son menores,ysucede lo contrariocon los tiem-pos, los accesorios de retardo deben introducirsedentrode los barrenoso utilizarunsistemamixtoparaevitarla posibilidadde fallos.

    393

  • La aportacin de Winzer en este campo tambinpone de manifiesto que los decalajes entre cargas de-ben ser superiores a 3,3 ms/m, llegando incluso hasta12 ms/m.

    Por otro lado, Konya y Walter (1990) prqponen losvalores de la Tabla 27.1 para calcular los tiempos deretardo entre barrenos, conocindose el espaciamientoentre stos, para diferentes tipos de rocas.

    TABLA 27.1

    Finalmente, Fadeev et al proponen la siguiente ecua-cin para calcular el tiempo de retardo entre barrenos:

    TRB = 2 ( ~~)1/2siendo:

    TRB= Tiempo de retardoentre barrenos (ms/mdepiedra)Densidadde la roca(tlm3)Consumoespecficodeexplosivo(kg/m3)

    p =rCE=

    Puede as establecerse la primera regla de diseopara el Tiempo de Retardo entre Barrenos "TRB:

    TRB =4 - 8 ms/m de piedra

    P...