14 Sistemas de Iniciación y Cebado

8/4/2019 14 Sistemas de Iniciacin y Cebado

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Captulo 14

SISTEMAS DE INICIACION y CEBADO

INTRODUCCIONLa aplicacin masiva de los agentes explosivos, como

el ANFO, los hidrogeles y las emulsiones alarranque de rocas, ha exigido un fuerte desarrollo de lastcnicas de iniciacin y cebado, debido, por unlado, a la insensibilidad relativa de dichas sustanciasy, por otro, para obtener el mximo rendimiento de laenerga desarrollada por los explosivos.El proceso de detonacin precisa de .una energa

de iniciacin para que se desarrolle y mantenga encondiciones estables.Los trminos ms corrientes que se encuentran en

la documentacin sajona sobre iniciadores son:- Primer: Carga de explosivo potente y sensible

utilizada para iniciar la columna principal alojadaen el barreno. Son explosivos sensibles al deto-nador y al cordn detonante, incluso al de bajogramaje.

- Booster: Es una carga de explosivo potente que nocontiene ningn accesorio de iniciacin y que tienedos funciones:1. Completar el trabajo de iniciacin del primer

en la columna de explosivo, y2. Crear zonas de alta liberacin de energa a lo

largo de dicha columna.Sobre las tcnicas de iniciacin se han desarro-

liado a partir de los aos 70 diversas teoras, algunascontradictorias, que han creado cierto confusio-nismo entre los operadores. En los apartados si-guientes se actualiza el estado de conocimiento y sedan una serie de recomendaciones prcticas para 10-grar el mximo aprovechamiento de los explosivos.

2. INICIACION DEL ANFO A GRANELCuando los barrenos tienen una longitud inferior a

los 10 m y se mantienen secos, la iniciacin del ANFO sepuede llevar a cabo con seguridad mediante un soloiniciador.Si la altura del banco es grande y los barrenos atra-

viesan zonas con diferentes caractersticas litolgicasy grados de fractu racin de la roca, se presenta no slo

una posibilidad de aporte de agua, sino incluso quedurante la carga del barreno se produzcan disconti-nuidades en la columna de explosivo. En estos casos,es aconsejable un cebado mltiple de la columna dis-poniendo un iniciador cada 4 5 m, ya que con estepequeo sobrecoste se elimina el riesgo de fallos enalgunos barrenos de la voladura.2.1. Iniciacin con cargas puntualesEn el cebado del ANFO, el rendimiento de un iniciador

est definido por su presin de detonacin, sus dimen-siones y su forma.Cuanto mayor es la presin de detonacin PO,mayor ser su disponibilidad para la iniciacin. Elefecto de la PO sobre la velocidad de detonacinVD del ANFO se ilustra en la Fig. 14.1.

5.000

l2z'::;:-~~~~~:;'~ f~p,)!24000

13.5005000--'wo

i5 4000Uzo~0.-woooUS~ 3600

4000700

e

V.D. DE REGIM~

2000 DIAMETRO DELMULTIPLlCADOR " DIAMETRODEL ANFO 75 mmCONFINAMIENTO EN TUBO DE ASBESTO

100 200 300 400 500DISTANCIA AL PUNTO DE INICIACION (mm)

Figura 14.1. Efecto de la presin de detonacin del inicia-dor sobre la velocidad inicial del ANFO (Junk, 1972).189


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Como puede observarse con una presin de detona-cin inferior a un cierto valor se produce una cadaparcial de la VD", sucediendo lo contrario cuando setiene una PO" superior al citado valor.De la misma manera se ha estudiado el efecto deldimetro del iniciador. Fig. 14.2.

5.000

1[2zCURVAA 75

6451

v. D DE REGIMEN""-'2'izou 4.000zot;;o

25

wooougw>3.000

2000 D'AMETRO DEL ANFO 076 mmCONFINAMIENTO EN TUBO DE ASBESTO

'0 200 300 400 500DISTANCIA AL PUNTO DE INICIACION (mm)

Figura 14.2. Efecto del dimetro del iniciador sobre la velo-cidad inicial del ANFO (Junk, 1972).

As pues, las condiciones que debe cumplir un ini-ciador para eliminar las zonas de baja VD"del ANFOson: presin de detonacin lo ms elevada posible ydimetro superior a 2/3 del calibre de la carga aproxi-madamente.La longituddel iniciadortambin tiene su importancia,ya que ste a su vez es iniciadopor un detonador o cor-dn detonante y presentan un determinado tramo deelevacin de la velocidad de detonacin. Por ejemplo~un hidrogelpara alcanzar la velocidad de detonacin dergimen suele tener una distancia carac~rstica de 3 a6 veces el dimetro de lacarga. .En la Tabla 14.1 se indican las dimensiones mnimasde iniciadores booster de pentolita para diferentesdimetros de barrenos.

Tabla 14.1

190

"

En cuanto a la forma de los iniciadores, las ltimasinvestigaciones han puesto de manifiesto que tiene unefecto significativo sobre su rendimiento, por lo queconstituye un campo de estudio abierto. "Aunque existe la creencia general de que la energaproducida por el ANFOaumenta con la VD"transito-ria de la carga, esta concepcin es errnea porque la 'energa total producida por un explosivo es constantee rndependiente de dicha velocidad. Un aumento de laVD provoca un incremento de la energa de tensin "-ET" y por consiguiente una disminucin de la energade los gases EB", pero, la suma de ambas permanececonstante.La relacin ET/EB" es menor en zonas de cada"

de VD" y mayor cuando el iniciador produce unasobreelevacin de la VD".El aumento de la ET" slo es beneficiosa en la "-fragmentacin cuando se vuelan rocas duras, frgiles ymasivas. En formaciones sedimentarias o rocas muytectonizadas se debe intentar aumentar EB" paraaprovechar el efecto de las fracturas y planos de debi-lidad y conseguir un desplazamiento adecuado de lasrocas.Por ltimo, se ha visto que la VD" de rgimen delANFO es independiente del tipo, peso y forma de losiniciadores (Junk 1972).

2.2. Clases de iniciadores

En la actualidad, los iniciadores ms utilizados sonlos multiplicadores fabricados de pentolita, pues pre-sentan numerosas ventajas entre las que destacan:- Insensibilidad a los impactos y fricciones.- Alta resistencia mecnica y por lo tanto estabilidaddimensional.- Poseen uno o dos orificios por donde el cordndetonante puede pasar y quedar retenido o in-sertar un detonador. Fig. 14.3.- Son pequeos, compactos, fciles de manejar y noproducen efectos fisiolgicos adversos.- No se alteran con el tiempo.CORDONDETONANTE CORDONDETONANTE~I DETONADORCOMERCIAL

,I~- '~:~S'VA

Figura 14.3. Multiplicadores convencionales.

Los hidrogeles y emulsiones que son sensibles aldetonador o al cordn detonante pueden emplearsecomo iniciadores primarios o cartuchos cebo, con la

DIAMETRO DEL TAMAO DEL INICIADORBARRENO DE PENTOLlTA(mm) (Masa x dimetro x longitud)

- 50 30 g x 23 mm x 52 mm50 - 115 60 g x28 mm x70 mm115 - 160 150 g x 40 mm x 79 mm160 - 320 400 g x 80 mm x 59 mm


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ventaja de que ocupan as toda la seccin del barreno yresultan muy eficientes. Cuando estos explosivos pre-cisan para su iniciacin de un multiplicador slo pue-den usarse como boosters (iniciadores secundarios)a no ser que se utilicen accesorios especiales comoel Detaprime de Du Pont. Fig. 14.4.

O ,"""~ ::" "~ '.'{ ~".~ nn_- "

:;,:~~~~~~c:::~'"':~:::~~ m~

~:~?~~~:~~~~Figura 14.4. Cartuchos-cebo con multiplicador Detaprime(Du Pont).

2.3. Iniciacin por cordn detonanteCuando un cordn atraviesa una carga de ANFOytiene un gramaje insuficiente para iniciarla, la detona-cin de dicho cordn crea un frente de presin que se

expande de forma cilndrica y una chimenea de gasdentro del ANFO. Si el rea de la seccin transversaldel barreno es pequea la presin lateral puede com-primir el explosivo y desensibilizarlo.Segn Hagan, en barrenos de 75 a 125mm un cordndetonante de 10 g/m en una posicin prxima al eje destos desensibiliza, al menos parcialmente, las cargasde ANFO.Si el cordn se encuentra a lo largo de lacaa del barreno, el riesgo de desensibilizacin raravez se presenta con un ANFObien mezclado, pero esposible en barrenos con agua donde el explosivo seencuentre alterado.

3 /B RADID DELA CARGA

..

FRENTE DE REACCION, VD~;~z~~O~~i'!;;000

7EL BARRENO

,COROON DETONANTE

\ 4000 U

[d--- / 4200

VELOCIDAD DE PRESION DEDETONACION (m;,1 30DO DETONACION(MP,)13002OCC500

IOCC .S 10DISTANCIA RADIAL(mm)

Figura 14.5. Efecto de la detonacin de un cordn situadoen elejede unbarrenosobrela velocidadde detonacindelANFO.

Si el cordn detonante produce la iniciacin lateraldelANFOla VD comienzasiendomsbajayaumentalentamente mientras que el frente de la onda de deto-nacin atraviesa laseccin de lacolumna de explosivo.Con la iniciacin axial se produce entonces un au-mento de la energa de los gases ES, a expensas dela energa de tensin ET, lo cual puede ser muyventajoso en rocas blandas e intensamente fractura-das y cuando se desea efectuar una voladura con tra-yectoria controlada y mximo desplazamiento.Por otro lado, en la Fig. 14.6, se muestran las prdi-das de energa para el ANFO,cuando ste sufre daospor el cordn detonante, debido a la precompresin queprovoca la combustin o deflagracin de parte de lacarga de explosivo.

100

lc{ 70~a:w 60ZWW 50ec{ei5a:wQ.

E"-..c{CJa:c{uw-" 100 eOa:1-w"c{i5

2002~aoooo 8 104 8

(g/m)Figura 14.6. Prdidas de energa provocadas encolumnas de ANFOpor el cordn detonante(Konyay Walter, 1990)

2.4. Iniciacin con multiplicador y cordn deto-nanteCuando el cordn detonante no llega a iniciar bien lacarga de ANFOpueden aparecer las siguientes situa-, ciones:

- En barrenos con dimetros superiores a 200 mm ycordones con gramaje inferior a 10 g/m, ladetona-cin del cordn tiene un efecto insignificante y elANFOse ve afectado solamente por el multiplica-dar.- Cuando se dispone de un cordn de 10g/men el ejede un barreno de 75 a 125 mm, la detonacin delcordn, como ya se ha indicado, comprime y de-sensibiliza al ANFO e impide su detonacin enpuntos alejados del multiplicador. Cuando esto su-

cede, la fraccin de ANFOque detona disminuye almismo tiempo que la onda de choque se propaga atravs de la carga. En la prctica, sobre todo enbarrenos inclinados, como el cordn detonante seapoya a lo largo de una generatriz, esta situacinno se produce.191


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Si el cordn inicia lateralmente las cargas deexplosivo, los multiplicadores tienen una influen-cia muy pequea sobre laefectividad de la detona-cin del ANFO,a menos que estn situados muyprximos entre s.

INICIACION DEL ANFO ENCARTUCHADO

Si la envoltura de una carga de ANFOha resultadoaada y su contenido alterado por el agua, la propa-acin de ladetonacin puede llegar a interrumpirse amenos que se coloquen diversos multiplicadores en lacolumna formada por cartuchos de explosivo, Fig.14.7,existiendo siempre la garanta de que cada una destas est en contacto con un multiplicador.

CaRDaN DETONANTE;-- ----MULTiPLlCAOOR

CARTUCHOS QUENDDETONAN

CARTUCHOS,APTOS PARALA DETONACION

TODOS LOS CARTUCHOSOErONAN EXCEPTO ESTENFO ALTERADOPOR EL AGUA

b) SATISFC'fORIO) INADECUADO

igura 14.7. Colocacin de multiplicado res en columna deexplosivo formada por cartuchos de l"roFO.

En barrenos con un dimetro de 150 mm, se reco-iendan multiplicadores de 125 g de peso y en losarrenos ms grandes de 500 g.Cuando el ANFO se ha encartuchado en fbrica apresin, las densidades alcanzadas (1,1 g/cm 3) sonayores que las que tiene el explosivo a granel (0,8/cm 3),por ello, aunque exista agua en los barrenos esms fcil que los cartuchos estn en contacto con losmultiplicadores y adems, las envolturas suelen sers resistentes al agua y a la abrasin, por lo que elnmero de iniciadresque se precisa es menor que enlos casos anteriores.

4. "-INICIACION DE HIDROGELES VERTIBLESO BOMBEABLES

Engeneral, los hidrogelesy las emulsionesexplosi- "vas son menos sensibles que el ANFOa la iniciacin.Estos agentes explosivos tienden a ser ms fcilmentecomprimibles y pueden ser desensibilizados por la "-detonacin del cordn dentro de la columna de explo-sivo. La menor porosidad y la presencia de una faselquida reducen la atenuacin de la onda de choque "-producida por el cordn y prolongan la accin de losgases a alta presin despus del paso de la onda dechoque.Paraminimizarel riesgode los fallosoriginadospor "el cordn detonante, en barrenos de gran calibre (150-381 mm) se emplea un sistema de cebado mltiple, Fig.14.8. El nmero de multiplicadores equidistantes nm "dentro de un barreno de dimetro D con una lon-gitud de columna 1 se determina, de acuerdo conHagan, con la siguiente expresin: '-

n - 1m -300+0,73 'En un banco de 20 m de altura con un dimetro de

229 mm, un retacado de 5,70 my una sobreperforacinde 1,80 m, el nmero de multiplicadores necesarioser:

'-

.20- 5,70 + 1,80 + 0,73 = 3,07 ~ 3nm 30 . 0,229'-

'-

'

'-

'-

Foto 14.1. Colocacin de un multiplicador para iniciar unacolumna de hidrogel vertible.


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Para asegurar que la posicin de los multiplicadoressea la correcta se colocar un peso en el extremo delcordn detonante para tensar la lnea, y se situarn losprimeros multiplicadores a la profundidad calculada.Cuando la densidad de los multiplicadores no esmuy superior a la de los agentes explosivos utilizados oa la del propio Iodo que puede existir en el barreno,puede presentarse el riesgo de una posicin inade-cuada de los iniciadores como consecuencia de suflotacin o de haber sido empujados hacia arriba. Entales casos se aconseja preparar la lnea de cordnpara el cebado mltiple en el exterior, enhebrandodos veces cada uno de los multiplicadores. Fig. 14.8.En algunos lugares los accesorios se descienden

con unas grapas en forma de pinzas que impiden eldeslizamiento de los mismos hacia la superficie.

CORDON DETONANTE

RETACADO

HIDROGEL BOMBEADOO VERTlBLE


6/8

CEBADO EN FONDO/OZ


7/8

N

1:1IT1r.

N+1

R'i

6.2.

Figura 14.13. Esquema de seguridad con cebado en fondo.Cebado en cabeza

En voladuras en banco donde se utiliza el cebado encabeza una onda de alta tensin se propaga hacia lazona de la sobreperforacin, donde por supuesto, suenerga se disipa malgastndose. En voladuras de re-cubrimiento en descubiertas de carbn, esta energade tensin puede ser empleada de forma ms til frag-mentando la roca entre el fondo del barreno y la partesuperior del carbn, pero no el propio carbn, espe-cialmente si hay un nivel duro inmediatamente a techodel carbn y/o una zona bien diferenciada entre elestril y el mineral.Si se pretende maximizar la tensin de pico a lo largode la roca que rodea la columna de recatado el inicia-dor en la cabeza deber estar al menos a 1/4 de lapiedra por debajo del techo de la carga (Starfield 1966).Si el explosivo es iniciado con un multiplicador en elpunto ms alto, la superposicin de las tensiones ge-neradas por elementos de carga adyacentes da unaresultante menor en cualquier punto del retacado. Fig.14.14.

'P

'b".,.,..0 PUNTO OE INICIACION

.r

TENSION RESULTANTE

/-~N}PUNTO P

1

,/ , PULSOS DE TENSION DE~ " , CADA ELEMENTO DE;; , ',CARGA1-7~~, /\ \\\ ,

TiEMPO

La eliminacin del escape prematuro de los gases ala atmsfera, con una longitud de retacado adecuada,mejora la fracturacin y el desplazamiento de la rocapor la energa de burbuja. Para cargas alargadas, laeficiencia del retacado con el cebado en cabeza esmenor, pues tanto el material inerte del retacado comola propia roca en la parte alta comienzan a moverseunos milisegundos antes de que la zona inferior delexplosivo detone. La cada de presin de los gases esms acusada en columnas largas de explosivo de bajavelocidad de detonacin con 10ngitdes de retacadoinsuficientes o dimensiones de la piedra pequea.Cuando la detonacin llega al nivel del piso, la pre-sin de los gases cae rpidamente desde su valor msalto, debido al escape de stos hacia zonas de menorpresin. Este fenmeno produce en el fondo del ba-rreno mala fracturacin y especialmente un desplazacmiento reducido de la roca inferior.6.3. Cebado mltiple

Si se utilizan varios multiplicadores debern colo-carse en puntos tales que las ondas de detonacinchoquen a un nivel que coincida preferiblemente conuna zona dura de la roca, o el propio piso del banco.Fig.14.15.Las tensiones que se producen en esos puntos decolisin son un 46% mayores que las que se obtienencon una iniciacin simple (Starfield 1966).Cuando las cargas no presentan cadas de veloci-dad, la iniciacin mltiple mejora la fragmentacin dela roca por la energa de tensin.6.4. Cebado axialCuando las columnas de explosivo estn iniciadasde forma continua, por mediO de un cordn detonante.las velocidades de detonacin son relativamente ms

bajas que las de rgimen. As, el cebado axial es msefectivo en formaciones rocosas blandas y con mu-chas fracturas donde es preferible una mayor energade los gases EB. La teora de Teller (1972) de que lainiciacin continua aumenta de forma significativa laVD" del ANFO no puede mantenerse tal y como se ha,. demostrado en la prctica.

,C/,~,~"~,,-,=,,=,, ", \, \! \ TENSIONRESULTANTEI : ENEL PUNTOP" :/! II I, \f II IZ

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0 PUNTO DE INICIACION TiEMPOFigura 14.14. Diferentes posiciones del iniciador con cebado en cabeza (Hagan, 1974).

195


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Figura 14.15. Aplicaciones del cebado mltiple a unavoladura en banco.

7. CEBADO DECARTUCHOS DE EXPLOSIVOSCONVENCIONALES

El cebado de cartuchos consiste en la insercindentro de los mismos de un detonador o extremo decordn detonante para activar o iniciar la detonacinde la carga explosiva principal dentro del barreno.Para aprovechar al mximo el efecto de choque queproporciona el detonador se debe colocar ste 8nforma axial al cartucho cebo y al eje de la columna deexplosivo.

nI r'I! !"-CORRECTO 1!NCORRECTO

Figura 14.16. Cebado de cartucho con detonador elctrico.

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