Capitulo 11 Diseños de Voladura

7/28/2019 Capitulo 11 Diseos de Voladura

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Capitulo 11 Diseo de Voladuras 143

Diseo

de Voladuras Captulo 11Cuando se comienza a trabajar en una minanueva o en un rea nueva de una mina yaexistente, es necesario desarrollar uno o msdiseos iniciales para las voladuras deproduccin. Para desarrollar estos diseos sedebera recurrir a ciertas reglas generales,basadas en muchos aos de experienciaprctica relevante. Si se ha llevado a cabo unadetallada evaluacin de las propiedades de lamacizo rocoso, se podra usar el modelo de

simulacin Shot Plus I Pro para evaluar laidoneidad de los diseos desarrollados, yposiblemente para indicar diseos alternativosmejores.

Los diseos iniciales de una voladura debenser mejorados en forma progresiva paraoptimizar operaciones y costos. Los diseosptimos ayudan a producir la fragmentacinrequerida, la soltura de la pila, perfil de la pila,condiciones de la pata y control de la gradiente(piso del banco). En algunos casos, los diseosde las voladuras tambin deben minimizar losproyecciones de roca y el control devibraciones del suelo y las ondas atmosfricasde voladura. Estos aspectos medioambientalesde una voladura son vistos en el Captulo 14.

Variables de Diseo

Altura del Banco

La altura del banco normalmente yace en elrango 3-18 m. La altura seleccionada del banco

es influenciada por: Normas Establecidas (los bancos

excesivamente altos son inseguros y,por lo tanto, no son permitidos),

propiedades de la macizo rocoso ,

el tipo y tamao del equipo deexcavacin,

requisitos de control de gradiente, y

la necesidad de maximizar larentabilidad general en la perforacin yen la voladura.

Los siguientes factores influyen en laeleccin de la altura del banco:

Al incrementar la altura del banco sedisminuye la perforacin total(expresada en metros por tonelada),

consumo de cebos y de iniciadores, lamano de obra requerida para la quema,y la cantidad de ciclos de extraccin.

El dimetro ptimo de un pozo seincrementa con la altura del banco. LaTabla 11.1 muestra el efecto general dela altura del banco en el dimetro de unpozo. En general, un incremento en eldimetro de un pozo disminuye el costototal de perforacin.

Figura 11.1: Altura de banco y dimetro de pozos

La precisin en una perforacin sevuelve ms crtica en bancos ms altosy una desviacin en una perforacintermina en costosas consecuencias.

Considere un nuevo rajo abierto grandeen el que el operador planea hacervoladuras en bancos de 10 m hastauna profundidad final de 240 m. Si laaltura del banco se fuera a incrementarde 10 m a 12 m, se lograran lassiguientes ventajas.


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a) 24 bancos seran reemplazados por 20bancos. La cantidad de ciclos deextraccin podra disminuir en un 15%.

b) Para un dimetro de pozo dado, lapasadura total podra disminuir en un15% y los metros perforados por aoen alrededor un 2%.

c) Las perforadoras podran pasar mstiempo perforando. El movimiento de laperforadora podra ocupar un menorporcentaje del turno de perforacin.

d) El consumo y costo de los cebospodra disminuir en 15%.

e) El costo de los detonadores y/o delcordn detonante podra disminuir enalrededor un 10% a 15%.

f) El costo de mano de obra por cebado,carga, taco, conexin, revisin de redde lnea troncal, proteccin y quema,podra disminuir en 15%.

g) La roca del collar (la roca a lo largo dela columna del taco que originasobretamao o bolones) podradisminuir en un 10% a 15%. Por lo

tanto, la fragmentacin global podraser ms fina y los costos porexcavacin, transporte y chancadopodran ser ms bajos.

h) Para un rea dada de bloque devoladuras, la cantidad de voladuras porao sera 15% menos. El tiemponecesario para despejar una voladuratambin podra disminuir en 15%.

Las desventajas de estos bancos ms altospodran ser las siguientes.

a) El control de la gradiente podra serms difcil. Tal dificultad posiblementese podra minimizar logrando un mayorcontrol sobre el desplazamiento dematerial tronado o excavando elmineral tronado en dos bancos iguales,cada uno con una altura de 6 m.

b) Podra ser necesario sustituir laperforacin de un paso con unaperforacin de paso doble. Los pozosen suelo hmedo se podran perder al

agregar la segunda varilla (barra depozo). (Con suficiente planificacin, laperforadora seleccionada podra

perforar los pozos ms profundos enun slo paso.)

c) Podra haber una mayor necesidad porpozos inclinados en la fila delantera delas voladuras. (Con suficienteplanificacin, el dimetro de un pozopodra ser suficientemente grande paraevitar la necesidad de pozosinclinados).

d) El factor de carga tendra que ser msalto. Una razn mnima de altura debanco a dimetro de pozo para unavoladura eficiente de frente libre es:

Altura Mnima de Banco (H)

H = 40 a 50 Dimetro del pozo

Esto iguala a una altura de banco de al menosdos veces el burden tpico. Los bancos mscortos que esto tienen una geometra ydistribucin de explosivos deficientes. Engeneral, las minas a rajo abierto tienen alturasde banco en el rango de 50 a 120 veces el

dimetro del pozo. Los dimetros de pozosms pequeos que los valores anteriorespodran ser tiles cuando:

el control de la gradiente requiere de laperforacin de pozos en una malla mschica,

la roca es dura, slida y masiva y esdifcil de lograr una fragmentacin fina,o

el equipo para excavacin o chancado

es pequeo.

Cara libre

El desplazamiento hacia adelante de una rocatronada puede ocurrir fcilmente si unavoladura dispara hacia una frente libre. Esnecesario que haya algn movimiento delmacizo rocoso para permitir que las grietas sepropaguen. Un aumento en el movimientoayuda a la propagacin de grietas y mejora lafragmentacin. Este podra no ser el principal


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objetivo en algunas operaciones (por ejemplo,voladura en mineral) de tal forma que la caralibre podra ser limitada (obstruidas).

Las frentes obstruidas son aquellas que estnconfinadas por una pila de roca rota. Puedeocurrir poco movimiento hacia adelante si lafrente est obstruida, de tal forma que lafragmentacin y el ndice de excavacin van aser menores. Para obtener la mismafragmentacin y soltura de pila que al tronarcon cara libre, las voladuras obstruidas debentener un factor de carga mayor en alrededor un10%. Las voladuras obstruidas a menudo seusan para reducir la cantidad de movimiento ydilucin de las voladuras de mineral. Lasvoladuras con cara libre son lo mejor paraexplosivos a granel y para grandes cuerpos demineral en los que no se requiere de unaexcavacin selectiva.

Cara libre Horizontal

En muchas minas rajo abierto, se usan bancoscortos (3-5 m). En estas situaciones, la caralibre efectiva es la cima horizontal, con unmenor grado de libertad hacia los crteresformados por cargas de quemas anteriores. Ver

Figura 11.1.

Figura 11.1: Efecto de tiros en bancos pequeos

Si hay voladura de crter en rocas de tipohomogneo, el movimiento de la pila puede sercontrolado poniendo mucho cuidado en elburden, espaciamiento, altura del taco, ysecuencia de retardo. Sin embargo, laspropiedades variables de la roca puedenprovocar cambios en el esponjamiento yfragmentacin dentro de una misma voladura.

En rocas de tipo duras (UCS mayor de 120Mpa, aprox.), la quema de los primeros pozoshacia la cara libre horizontal usualmente causa

patas a travs de grandes reas de la voladura.Los pozos abiertos con crteres a menudofallan en tirar a profundidad total. Los pozos

posteriores no siempre pueden superar elburden extra en frente, y tambin formancrteres verticalmente (ver Figura 11.2). Latransicin de la voladura desde craterizacin avoladura obstruida (ver Figura 11.1) no ocurre,y grandes reas de pata son dejadas en elpiso.

El control de la gradiente puede ser promovidoen bloques de voladuras que contengancuerpos de mineral delgados o pequeosdentro de una matriz de estril, disparando afrentes obstruidas para suprimir eldesplazamiento lateral.

Figura 11.2: Tronadura para base del banco

Dimetro de Pozo

El dimetro ptimo de un pozo es mayor parabancos ms altos y para excavaciones msgrandes, para transporte y equipo dechancado.

Los pozos con dimetro grande son menosadecuados:

1. en rocas slidas, masivas,

2. si se requiere de un mnimomovimiento de la roca rota, y

3. cuando es muy importante controlar lasvibraciones de voladuras

En grandes minas de superficie, el costo totalde extraccin usualmente disminuye al perforarpozos de dimetro grande. Los pozos dedimetro grande reducen costos por


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perforacin, cebos e iniciadores, y por mano deobra. Usualmente requieren de factores decarga ms altos que los pozos de dimetro

chico, para dar la misma fragmentacin, sobretodo en rocas slidas. Los pozos ms chicosdan mejor distribucin de energa en la macizorocoso.

Burdens de pata excesivos de fila delanterason algo comn cuando se perforan pozos dedimetro chico en bancos altos con frentesinclinadas poco profundas. Cuando el burdende la pata de la primera fila no est roto y estdesplazado suficientemente, a menudo lavoladura falla en la fila delantera; Podra norecuperarse, independientemente de lacantidad de filas de pozos.

Cuando las fracturas dividen el burden enbloques grandes (ver Captulo 10, Figura 10.7),a menudo se logra una fragmentacinaceptable slo cuando cada bloque esinterceptado por un pozo. Esto usualmenterequiere de pozos con dimetro ms chico ypor ende mallas de voladuras ms chicas.

En rocas que tienen fisuras estrechamenteespaciadas, la fragmentacin tiende a serestructuralmente controlada.

Por lo tanto, se pueden hacer incrementos endimetros de pozos slo con una pequeareduccin en la fragmentacin. Los pozos dedimetro ms chico tambin dan mejor roturade cima, ya que las cargas pueden ser llevadasms alto en el pozo (ver Figura 11.3). Estamejor distribucin de carga es una apreciableventaja en rocas enormes. Con pozos dedimetro de 229 mm a 381 mm, se deben usarlargas columnas de taco de 5 m a 8 m de largo,para evitar airblast y flyrocks excesivos. Conpozos de dimetros de 89 mm a 127 mm, lalongitud del taco puede ser reducida a

alrededor de 2 metros.

Figura 11.3 reduccin de collar de roca con un pozode dimetro ms pequeo

ngulo del PozoInclinacin

Los pozos verticales son usualmente usadosen minas de superficie porque:

los pozos inclinados son ms difcilesde preparar y de perforar,

algunas perforadoras no tienencapacidad de perforacin en ngulo, y

la precisin de la perforacin es mayorcon los pozos verticales.

Si se est haciendo una voladura de una caralibre, los pozos verticales de la fila delantera amenudo dejan burdens variables y excesivosentre la parte superior e inferior de la carga (verFigura 11.4). Esta variacin es mayor en frentesaltas o inclinadas poco profundas y puedeformarse una pata dura, fija. Los pozos de lafila delantera con collar cerca de la cresta, paracontrolar el burden de la pata provocanexplosin de gases que estallan

prematuramente en la frente superior, (verFigura 11.5). Este estallido crea ruido, airblast yflyrocks y reduce la presin del pozo cerca delnivel del piso del banco, lo que podra impediruna rotura adecuada y movimiento de la pata.Esto podra requerir del uso de pozosinclinados en las filas delanteras.


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Figura 11.4: Variable Burden para pozos verticales

Figura 11.5 Problemas con el Burden

Una de las ventajas importantes de los pozosinclinados, es la mayor uniformidad de burdena lo largo de la longitud del pozo. Los pozosinclinados entregan una mejor distribucin delexplosivo en el macizo rocoso, y son eficacespara reducir problemas en la pata ysobrequiebre de la superficie (ver Figura 11.6).Los pozos inclinados tambin dan mayordesplazamiento y soltura de pila. Lafragmentacin es usualmente mejor porque eluso de la energa de la explosin es mseficiente y porque el volumen de roca a lo largode la columna del taco es reducido, (donde losbolones se originan frecuentemente).

Figura 11.6: Pozo con ngulo de inclinacin paradisminuir perdidas y aumentar quebrantamiento

El desplazamiento y soltura de la pila podranno ser los objetivos claves de una voladuracuando se est extrayendo el mineral. Si se

eligen los pozos inclinados, los ngulos mscomunes son los de 10 a 20 (desde lavertical). Los ngulos mayores de 25generalmente causan un desgaste excesivo dela broca y una pobre alineacin del pozo.Tambin se vern incrementadas lasdificultades en la carga y hundimiento de lospozos.

Se necesita precisin cuando se perforanpozos inclinados. Si el ngulo de los pozos dela fila delantera es demasiado grande, uninsuficiente burden de la pata provocarfragmentos de roca excesivos, airblast y ruidodesde la frente, inmediatamente por encima delnivel del piso del banco (ver Figura 11.7).

Figura 11.7 excesivo ngulo de inclinacin causaproblemas

Los pozos verticales no eliminan la necesidadde precisin en la alineacin del pozo. En unbanco con una altura de 15 m, errores en 1 enla inclinacin de un pozo pueden resultar enerrores de 0,5 m en el burden de la pata o en elespaciamiento de la pata. Un error de estamagnitud es significativo en las mallaspequeas y arrojan pobres resultados en unavoladura a nivel del piso.

Alineacin de un Pozo

Otro problema potencial de los pozosinclinados es la alineacin. Aunquegeneralmente menos influyentes que loserrores en la inclinacin de un pozo, los erroresen alineacin son comunes. En la Figura 11.8,los pozos perforados en el ngulo correcto (a lavertical) pero con sus manteos en la direccin


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equivocada, producen los siguientes errores:

Los burdens de pata en los pozos B y

C son demasiado grandes. El burden de la pata en el pozo A es

demasiado chico.

El espaciamiento de la pata entre lospozos A y B es demasiado chico y elque hay entre B y C es demasiadogrande.

Los pozos inclinados necesitan de un sistemade alineacin de la perforacin que sea precisoy confiable para asegurar que el pozo baje enla direccin correcta.

Pasadura y LongitudPerforada de Pozo

Una excavacin eficiente necesita que lascondiciones en la pata se adapten al equipo deexcavacin. Las condiciones en la pata se venafectadas fuertemente por la cantidad depasadura efectiva.

La pasadura corresponde a la longitud de la

carga explosiva que yace bajo el nivel del pisodel banco. Una inevitable reincidencia dematerial de cutting y de pequeos fragmentos

de roca reduce la pasadura efectiva a menosde lo que se haba perforado originalmente. Esbuena prctica perforar una cierta distancia

extra (que es mayor para bancos ms altos yrocas ms dbiles) para permitir la inevitablerecada de material.

La pasadura ptima eficaz vara con:

las propiedades de la macizo rocoso, la energa de la explosin por metro de

pozos,

el dimetro e inclinacin del pozo,

la distancia efectiva de burden, y

la ubicacin de los cebos en la carga.

Una insuficiente pasadura efectiva deriva enuna pata apretada o irrompible que debe serremovida usando pozos de pata pararestablecer el nivel del banco correcto.

En rocas slidas masivas o en formacionesabruptamente inclinadas, una pasadura dealrededor de 8d (d = dimetro del pozo) esusualmente satisfactoria. Cuando los pozosverticales son perforados a lo largo de frentesaltas inclinadas y poco profundas, una

pasadura efectiva de 10d o an de 12d podraser necesaria en pozos de fila delantera debidoal burden de pata pesado (ver Figura 11.9).

Figura 11.8: Alineacin de ngulo de pozos


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Una pasadura efectiva ms corta que 8d amenudo se puede usar satisfactoriamentecuando:

se usa energa explosiva muy alta pormetro de pozo,

hay un distinto estrato de roca o planode despojamiento a nivel del piso, o

los pozos estn inclinados

significativamente a la vertical.

Se tendra que incrementar la pasaduraefectiva con cualquier incremento en el burdeno en el espaciamiento. Evitar demasiadapasadura efectiva, debido a que lleva a:

residuos de perforacin y deexplosivos,

incremento en vibraciones del suelo,

destruccin indeseable del piso del

banco, y

movimiento ms vertical en la voladura

El excesivo movimiento vertical incrementa losproblemas por corte y por sobrequiebre.

Cebado

Los principios de un cebado y la eleccin decebos son vistos en el Captulo 5. Lapreocupacin primordial en un cebado eslocalizar el cebo en la columna de explosivos ygarantizar seguridad y eficiencia operacional. Elcebo generalmente se coloca en o cerca delnivel de la gradiente. Algunos operadores

colocan el cebo a una distancia conocida porencima o por debajo del nivel del piso delbanco para asegurar que, si ocurriera un tiroquedado, el operador de la excavadora noexcave directamente en un cebo. Esto podraser una razn vlida para no colocar el cebo anivel del piso del banco.

El cebado en el fondo tiene varias ventajassobre el cebado en la parte superior. Ellas son:

fragmentacin mejorada ,desplazamiento y soltura de la pila;

menores problemas en la pata, mejorespisos, y frentes ms limpias;

menor ruido, airblast, fragmentos deroca y superficie con sobrequiebre; y

menos cortes y tiros quedados.

Figura 11.9 Incremento de Pasadura para remover el exceso de burden


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Distribucin de la

CargaLa distribucin de las cargas explosivas en elmacizo rocoso es algo importante a considerarcuando hay que resolver la geometra de unavoladura. La voladura de un crter en unasuperficie horizontal de roca tiene unadistribucin de carga menos eficiente pero espreferida en depsitos de mineral pocoprofundos donde el control de calidad dictabancos bajos, a pesar de un mayor consumode explosivos.

La energa de la explosin debera serasignada de acuerdo al trabajo a hacer.Usualmente se requiere de una mayorconcentracin de energa hacia el fondo delpozo. Una voladura rentable para rocasmasivas y abruptamente inclinadas a vecesrequiere de dos distintos explosivos para elmismo pozo. Podra ser necesaria energa dealta densidad y de poder destructivo en elfondo para cortar la roca a nivel de piso delbanco, y se podra requerir de menor densidadcon esponjamiento ms arriba en el pozo. VerFigura 11.1.

Si de la parte superior de la voladura seobtienen rocas inaceptablemente grandes, ancuando se use la columna del taco ms cortafactible, se pueden colocar centralmentepequeos bolsones de cargas dentro de lacolumna del taco (ver Captulo 10, Figura 10.8).El peso de este bolsn de carga debe sersuficientemente pequeo para evitar airblast,flyrocks y sobrequiebre, pero lo bastante

grande para romper cualquier bloque masivoque se encuentre a lo largo de la columna deltaco.

Otras opciones que hacen variar la distribucinde la carga de explosivos son la carga del tacoy las cmaras de aire (air-decking). En cadauna de estas tcnicas, hay partes del pozoperforado que no contienen explosivos. Estopermite al operador usar menos explosivos enzonas rocosas que no necesitan alto impacto,sino que distribuir la energa de acuerdo a lorequerido. (Ver Figura 11.11).

Malla de VoladurasLas mallas de voladuras dependen deldimetro del pozo, propiedades de la roca,propiedades del explosivo, altura del banco, ylos resultados necesitados.

Tipo de Malla de Voladuras

La experiencia operativa y los resultados demodelos de voladuras han demostrado que enrocas masivas se obtiene mejor fragmentaciny productividad con mallas triangulares que con

mallas cuadradas o rectangulares. Las mallastriangulares equilteras suministran una ptimadistribucin de la energa de la explosin en laroca (ver Figura 11.12). Mientras que las mallastriangulares dan el mejor rendimiento terico, lasecuencia de iniciacin puede modificar lageometra y los resultados de las voladuras enmallas cuadradas o rectangulares. Ver Figura11.13.

Figura 11.11: Deck de carga y Deck de aire


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Figura 11.12: Diseos de perforacin en cuadrado yrectngulo

Figura 11.13: Diseo. Efectos de direccin deiniciacin

Razn Espaciamiento a Burden (S:B)

El burden y el espaciamiento estn

relacionados con el dimetro del pozo,profundidad, tipo de roca y longitud de la carga.La Tabla 11.2 se puede usar como gua paravoladuras de frente libre multi-filas de pozos dedimetro de 89 311 mm en una masa de rocade resistencia promedio.

Los espaciamientos de pozosconsiderablemente ms pequeos que elburden tienden a causar fraccionamientoprematuro entre pozos y soltura temprana deltaco. Estos causan liberaciones prematuras degases de explosin a la atmsfera, yconsiderable sobrequiebre. La prdida deenerga por esponjamiento reduce la rotura, yproduce grandes losas de roca en la pila.

Por otro lado, una razn S:B demasiadogrande, permite que la frente a mitad decamino entre los pozos de la fila de atrspermanezca intacta, sobre todo cerca del niveldel piso del banco. Esto resulta en unaestrecha excavacin y posiblemente en unapata irrompible.

Un burden excesivo hace que:

la fragmentacin se vuelva msgruesa, la pila ms apretada,productividad deficiente con costosms altos, y,

sobrequiebre, vibraciones del suelo ymayor inestabilidad en la pared delrajo.

Pozos de Fila Delantera

Se debera prestar especial atencin a laubicacin de los pozos en la fila delantera. Si el

burden en las cargas de la fila delantera esexcesivo, no se va a romper cuando las cargasde la segunda fila detonen. Restriccin demovimiento al comienzo de una voladuraimpide obtener ptimos resultados durante todala voladura. Cuando el burden es demasiadopequeo, los gases de la explosin rompenrpidamente la frente provocando ruido,airblast, y flyrocks.


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Cambio en Burden y enEspaciamiento

Los cambios en el burden generalmenteafectan la fragmentacin, la soltura de la pila ya la pata mucho ms rpidamente que los

cambios en el espaciamiento. Si se agrandauna malla de voladura por ahorro, es mscomn incrementar el espaciamiento del pozo

por etapas antes de alterar el burden.

Las voladuras obstruidas y los cortes inicialesde piso para obtener fragmentacin y solturanecesitan de un factor de energa ms alto,comparando con las voladuras con una caralibre. Este incremento en la energa se logra

usualmente reduciendo los burdens yespaciamientos (ver Captulo 10).

Tabla 11.2: Ejemplos de geometra de tronaduras en roca media

Figura 11.14 Efectos del taco


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Taco

El taco aumenta la fragmentacin y el

desplazamiento de la roca reduciendo ladescarga prematura hacia la atmsfera degases de explosin a alta presin. (Ver Figura11.14).

Tipo de taco

Los materiales secos granulares son losmejores para taco porque tienen resistencia porla inercia y alta resistencia friccionable a laeyeccin. Los materiales que se comportanplsticamente o que tienden a fluir no sonadecuados para taco, por ejemplo, agua, barro,arcilla hmeda. La longitud del taco se puedereducir significativamente si se usa un tacoeficaz, resultando en una mejor distribucin delexplosivo y en una fragmentacin globalmejorada.

La roca chancada de un tamao de alrededorde 10-15% del dimetro del pozo es el materialde taco ms efectivo. La roca chancada searquea y se mete dentro de las paredes delpozo entregando mejor enclavamiento yconfinamiento de los gases de la explosin queel material de cutting relativamente fino. Esteconfinamiento mantiene la presin mxima en

el pozo durante un periodo de tiempo mslargo, mejorando la fragmentacin de la roca yel esponjamiento. En pozos hmedos el tacoangular grueso se hunde ms rpidamente queel material de cutting, y no forma unasuspensin espesa.

Longitud del taco

La longitud ptima de un taco dependeprincipalmente del dimetro del pozo, materialdel taco, y de las propiedades de las rocas

cercanas.

Un taco inadecuado incrementa la rotura de laroca del collar, pero disminuye la fragmentacinglobal y el desplazamiento debido a que los

gases de la explosin se descargan hacia laatmsfera ms fcil y rpidamente. Tambincrea ms flyrocks, sobrequiebre de superficie,ruido y airblast.

Un taco largo asegura un buen confinamientode los gases de la explosin pero lafragmentacin de la roca del collar se vuelvems gruesa (ver Figura 11.14c).

Los tacos ms cortos se pueden usar con:

pozos de dimetro ms chico,

rocas ms slidas, ms masivas,

material de taco con una resistenciams alta a la eyeccin,

explosivos con potencia bulk ms bajay

alturas de banco ms cortas.

Como regla general, la longitud del taco nodebera ser ms corta que la distancia delburden (B). Sin embargo, la longitud ptima detaco, depende de las propiedades de la roca, ypuede variar de alrededor de 0,6B a 2B. Lascolumnas ms cortas que 0,6B generalmenteprovocan ruido, airblast, fragmentos de roca ysobrequiebre. En la Tabla 11.3 se dan pautaspara seleccionar la longitud del taco.

En roca slida, masiva, la columna del tacodebera ser la ms corta que evite fragmentosde roca, sobrequiebre o ruido excesivo yairblast. Si esta falla en dar una roturaadecuada de la roca del collar, se deberaconsiderar la aplicacin de pequeos bolsones

de cargas (ver Captulo 10, Figura 10.8).

Tabla 11.3 Rangos normales de taco


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En cada rango, el valor ms alto es para unexplosivo con alta energa efectiva bulk.

En rocas altamente fracturadas se pueden usarcolumnas de taco largas y factores bajos deenerga. La fragmentacin en este tipo de rocade collar est definida por el fracturamiento yno por la energa de los explosivos. Se puedeusar un taco de aire, cmara de aire, porencima de la carga, con una columna del tacode longitud normal (ver Figura 11.11).

Para evitar flyrocks y airblast desde los pozosde la fila delantera se deberan tambin usarcolumnas de taco relativamente largas, conburden inadecuado a lo largo de la partesuperior de la carga. Estas condiciones soncomunes cuando se perforan pozos verticalesdetrs de frentes altas o inclinadas pocoprofundas. En estos pozos se pueden usar losbolsones de cargas.

Tamao y Forma deVoladuras

La mayora de las rocas con sobretamaovienen desde atrs, lados y parte superior delas voladuras. Los bolones se crean porfracturas abiertas en la cara libre, y porsobrequiebre alrededor del permetro. El daopor voladuras previas abre fracturas alrededordel permetro las que definen las rocas aisladasdel macizo rocoso. Estas rocas no sonfragmentadas por tensiones generadas porexplosin y grietas, sino que simplemente sonempujadas hacia adelante en la pila.

Adems, las rocas grandes que han sido rotasy soltadas o desplazadas se pueden deslizardesde las frentes nuevas adentro de la pila.

Al incrementar el tamao de una voladura se

reduce el porcentaje de rocas grandes en elpermetro de la voladura, y por lo tanto mejorala fragmentacin.

Tipos Mltiples de Rocas

Si se incrementa el tamao de una voladuratambin se incrementa la probabilidad que unavoladura contenga ms de un tipo de roca.Hacer voladuras de rocas slidas y dbiles, oestril y mineral juntos requiere de uncuidadoso diseo de voladura. Los pozos

perforados en rocas slidas y dbiles deberantener un burden y espaciamiento estipulado porlas propiedades de la roca slida.

Los problemas por fragmentacin ocurrirncerca del contacto fuerte/dbil donde la energade la explosin puede preferencialmente fluiren la masa de roca dbil, dejando la roca msfuerte rota en forma deficiente. Estas reaspodran necesitar de factores de energa msaltos que aquellos usados para tronar a unaroca ms fuerte. (Ver Captulo 10).

Asignacin de

RetardosLa secuencia en que los pozos son iniciados yel intervalo de tiempo entre detonacionessucesivas tiene una importante influencia en elrendimiento global de una voladura.

El rendimiento de las voladuras de produccinslo se puede optimizar cuando las cargasdetonan en una secuencia controlada aintervalos de tiempo discretos, adecuados peroestrechamente espaciados.

La asignacin de un retardo ptimo para unavoladura depende demuchos factores incluyendo:

propiedades de la macizo rocoso(resistencia, mdulo de Young,densidad, porosidad, estructura, etc);

geometra de la voladura (burden,espaciamiento, altura del banco, caralibre, etc.);

dimetro, inclinacin y longitud delpozo;

caractersticas del explosivo, grado deacoplamiento, taco intermedio, etc.;

sistema de iniciacin (retardos desuperficie o en el pozo, tipo de lnea,etc);

tipo y ubicacin de cebo;

restricciones medioambientales (aire y


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niveles y frecuencias de

vibracin del suelo); y

el resultado deseado (fragmentacin,desplazamiento y perfil de la pila etc.).

No es posible determinar retardos ptimosdesde los primeros principios, pero elmonitoreo de voladura, anlisis e interpretacinha llevado a una mayor comprensin de losmecanismos y a la importancia de lainteraccin en un pozo.

Retardo a lo Largo

de FilasEl tiempo de retardo entre pozos adyacentesen una fila a veces es llamado retardo intra-fila.La quema de una fila de pozos con el retardoptimo entre pozos produce:

Una fragmentacin optimizada paraesa geometra de voladura enparticular.

Desplazamiento hacia adelante que esmenor que el de una voladurainstantnea de una fila.

Sobrequiebre similar a la voladura deun pozo.

En la prctica, probablemente hay algnintercambio entre fragmentacin,desplazamiento y niveles de vibracin. Elbalance apropiado para cada situacin slo sepuede lograr usando el retardo ptimo intra-fila,y usualmente se requiere de cierta

experimentacin. Para una roca quebradiza,elstica, homognea, un retardo muy cortoentre pozos es usualmente apropiado, mientrasque una roca porosa, plstica, muy fisuradarequiere de ms tiempo entre detonaciones depozos adyacentes.

Los resultados en varias observaciones indicanque el retardo ptimo a lo largo de las filas deuna voladura convencional usualmente yaceentre 2 y 5 ms por metro de espaciamiento depozo (medido a lo largo de una fila o escaln).El intervalo de retardo ptimo para cada

situacin es influenciado por las propiedadesde la roca, geometra de la voladura y elresultado deseado, pero un valor de 3 ms/m de

espaciamiento es usualmente un buen puntode inicio.

Retardo entre Filas

El tiempo de retardo entre la iniciacin de lasfilas de pozos es a veces denominado elretardo entre filas. El retardo entre filas es tanimportante como el retardo a lo largo de filas,para controlar el rendimiento general en lasvoladuras.

a

Figura 11.15 Efectos de tiempos de retardo en

tronadura

Las voladuras de filas mltiples se quemanusando un tiempo de retardo entre ladetonacin de filas sucesivas de pozos (verFigura 11.15a) El burden en cada pozo necesitade tiempo para moverse despus de ladetonacin, para crear una frente libre efectiva.Los pozos dependientes queman hacia estanueva frente libre desarrollada durante lavoladura.


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El retardo adecuado entre filas mejora lafragmentacin general de la voladura y eldesplazamiento ya que cada pozo tiene una

frente libre efectiva para romper. El ndice deexcavacin es mejorado y el sobrequiebre esminimizado debido a que la roca es libre demoverse tan pronto como el pozo detona. Seven reducidas las vibraciones del suelo y delaire producidas por craterizacin, comotambin el taco y el sobre confinamiento.

Un tiempo de retardo inadecuado hace quefilas sucesivas se vuelvan abarrotadas por laroca en frente. El rendimiento de la voladuradisminuir, particularmente hacia la parteposterior de la voladura y van a aumentar losfragmentos de roca y el sobrequiebre. (VerFigura 11.15b).

El retardo ptimo entre filas no se puedecalcular desde los primeros principios, serecomienda hacer alguna experimentacin. Sinembargo, los resultados de variasobservaciones indican que el retardo ptimoentre filas para una voladura convencional estusualmente en el rango de 10 a 25 ms/m deburden efectivo (medido entre pozosdependientes o filas sucesivas). El retardoptimo entre filas para cada situacin estfuertemente influenciado por las propiedades

de la roca, la geometra de la voladura y elresultado deseado, pero una cifra de 15 ms/mes usualmente un buen punto de inicio.

Para una roca quebradiza, elstica, muyfisurada, un retardo relativamente corto entrefilas es usualmente apropiado, mientras queuna roca porosa, plstica, densa, homognearequiere de ms tiempo para que hayamovimiento de burden. Los retardos largosalientan un desplazamiento hacia adelante ysoltura de la pila, mientras que los retardoscortos tienden a restringir el movimiento lateral,

a reducir el ndice de excavacin y a provocarmayores vibraciones en el suelo.

Retardos en el Pozo

Los retardos en el pozo entregan un intervalode tiempo entre la iniciacin de cada lnea y ladetonacin de la carga explosiva. Un tiempo deretardo adecuado asegura que la seal deiniciacin alcance el(los) detonador(es) en elpozo en cada carga antes que cargasadyacentes daen a la masa de roca cercana.

Esto minimiza la probabilidad que resultenlneas fsicamente daadas o cortadas pormovimiento del suelo durante la voladura, y

permite el uso de retardos ms largos entrefilas, los que a menudo son esenciales paraoptimizar el rendimiento de una voladura.

Seleccin de Retardos Enel Pozo

Cuando se usa un retardo en el pozo, deberaser 3 a 5 veces el retardo de superficie mslargo. Una proporcin de retardo en el pozo aretardo en superficie en este rango entrega unbalance prctico entre dos factores conflictivos:

suministrar suficiente retardo en elpozo para evitar cortes de lnea ensuperficie debido a movimiento delsuelo durante la voladura,

suministrar secuencia de pozoconfiable. Si se usa un retardoextremadamente largo en el pozo juntocon retardos de superficie cortos, lasvariaciones del tiempo de quemadentro de los retardos en el pozopodran ser grandes, comparado conlos intervalos de tiempo en superficieentre pozos. La probabilidad que lospozos se quemen fuera de secuenciaes minimizada con una proporcin de3:1 a 5:1 para retardos de superficie enel pozo. Una proporcin ms altaincrementa la probabilidad que lospozos quemen fuera de secuencia.

Como regla general, se deberan usar retardosen el pozo que sean aproximadamente 4 vecesel retardo de superficie ms largo. Una menorproporcin podra ser aceptable en condiciones

favorables (por ejemplo, cuando las voladurasdisparen hacia un extremo libre con un factorde baja energa y largas columnas de taco).Bajo severas condiciones, se podra elegir unamayor proporcin para incrementar el frente dequema entre el sistema de retardo desuperficie y los detonadores en el pozo.

Existen tres retardos de los detonadores MS deOrica que se han elegido como las lneas deretardo constante recomendadas para usar encombinacin con los retardos de superficieExel Connectadet para todas las


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aplicaciones de voladuras. Estos son: MS8(200 ms), MS12 (400 ms) y MS15 (600 ms).Estos retardos estn entre los ms precisos en

el rango de retardos y tienen una altadisponibilidad. La Figura 11.16 muestra unmomento en particular durante una voladura,donde la iniciacin de superficie ya haalcanzado el ltimo pozo. En esta fotoinstantnea, los pozos detonantes (A) puedenser vistos que estn 4 a 5 filas en frente de lared de superficie (B), dando proteccin desdelos cortes de lnea.

Iniciacin Pozo aPozo

En muchas situaciones el mtodo ms simplede conexin para iniciacin de voladuras esquemar pozos fila por fila o simultneamente alo largo de escalones. Esto raramenteproducir un rendimiento ptimo de unavoladura, sobre todo en trminos defragmentacin o de vibraciones del suelo. Elresultado final puede ser mejorado

introduciendo una quema pozo a pozo, dondecada pozo sea iniciado en secuencia a untiempo nico. Cuando se seleccionan losretardos apropiados, la iniciacin pozo a pozoaprovecha los beneficios positivos de lainteraccin del pozo mientras que se evitan la

mayora de los efectos negativos. Esto lleva auna mejor fragmentacin y soltura de pila,menor sobrequiebre, menos vibraciones del

suelo, y mejor control sobre la posicin y perfilde la pila final.

Figura 11.17 Iniciacin Pozo por Pozo

Exel Connectadets y Exel Goldetsbrindan una manera simple y efectiva deproducir quema pozo a pozo (ver Figura 11.17).Este sistema unidireccional inicia cada lnea enla secuencia correcta, progresando desde unpozo al prximo en una forma de relevo.

Porcentajes de Tiempos deRetardoEs posible influir en la direccin general dedesplazamiento de la roca rota cambiando el

porcentaje de tiempo de retardo a lo largo delas filas y entre filas. Las figuras 11.18a, b, y cdemuestran cmo el movimiento de la pilapuede ser modificado usando quema fila a fila otiempos de retardo rpidos/lentos a lo largo delas filas o de los escalones.

Figura 11.16: Iniciacin de frente de trabajo


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tiempos de retardo

Figura 11.18 Control de material tronado utilizando


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La aplicacin de estos principios puedeproducir pilas que minimicen la dilucin delmineral o que sean las adecuadas para

cargadores/excavadoras especficos.

Programa de DiseoSHOTPlusSHOTPlus, es un programa paracomputadores que ha sido desarrollado parapermitir el anlisis de secuencias de iniciacinalternativas de voladuras y de diseos detiempos de retardo.

SHOTPlus permite visualizar, analizar ycomparar secuencias de iniciacin alternativasde voladuras, diseos de tiempo de retardo yconexiones, en forma relativamente rpida ysimple. Los clculos se basan en tiempos dequema nominales de detonadores, pero paraun anlisis detallado hay un medio para incluirel tiempo de viaje de un tubo nonel.

SHOTPlus demuestra los conceptos burningfront (frente ardiente), ngulo de iniciacin, ytiene un mdulo que calcula el alivio delburden. Tambin hay un funcin con margen

de tiempo para determinar la cantidad depozos en quema dentro de un intervalo deretardo seleccionado.

SHOTPlus puede evaluar las voladurasdiseadas a ser iniciadas por cualquierproducto del rango de tubos nonel de Oricaincluyendo los detonadores Exel Goldet,los detonadores Exel Connectadet, y elcordn detonante con MSCs. Tambin hay unaversin SHOTPlus-i que incluye un recursopara timing con detonadores electrnicos i-kon.

Escalamiento deParmetros deVoladurasCada vez que haya un cambio en el dimetrode un pozo o en el tipo de explosivo, se debedesarrollar una nueva geometra de voladura.La expansin de una malla de voladuras esgeneralmente no proporcional con un

incremento en energa de explosin o endimetro de pozo.

Para determinar nueva geometra de pozospara distintos dimetros de pozos o explosivosen condiciones similares, el factor deescalamiento relevante es determinado por:

Donde:

K es el factor de escalamiento usadopara calcular nueva geometra de

diseo de voladuras

RBEE1 es la energa efectiva bulkrelativa de los explosivos que se estnusando ahora

RBEE2 es la energa efectiva bulkrelativa de los explosivos a serintroducida

d1 es el dimetro de pozo que se estusando ahora, y

d2 es el dimetro de pozo a serintroducido.

El factor de escalamiento es usado paracalcular un burden y espaciamiento apropiadopara el nuevo dimetro de pozo o deexplosivos:

B2 x S2 = Kn x B1 x S1

Donde:

B2 es el nuevo burden

S2 es el nuevo espaciamiento,

B1 es el burden actual,

S1 es el espaciamiento actual, y

n es un factor entre 0,67 y 1,0


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Un valor n de 0,8 es recomendado paravoladuras introductorias. El factor deescalamiento tambin se usa para calcular una

longitud no cargada de taco de collar para elnuevo dimetro de pozos o explosivos:

C2 = K0.3 x C1

Donde:

C2 es la nueva longitud de collar, y

C1 es la longitud actual de collar.


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Capitulo 11 Diseños de Voladura