IMIN 402 - Modulo 3 - perforacion y voladura

Tecnologías de Excavación de Rocas. Módulo 3.

Explosivos, accesorios, instalaciones y equipos para voladura de rocas en minería u obras civiles superficiales y

subterráneas.

Autor: Eduardo Berger P. Todos los derechos reservados

Tecnologías de Excavación de Rocas.

Módulo 3: Explosivos, accesorios, instalaciones y equipos para voladura de rocas en minería u obras civiles superficiales y subterráneas.

Objetivo:

Conocer las principales características y propiedades de

explosivos, accesorios y equipos y dispositivos usados en minería u

obras civiles superficiales y subterráneas.

http://e1.wrs.yahoo.com/;_ylt=AracU7obLILMfN.7yKp.I0gOEQx.;_ylu=X3oDMTA4NDgyNWN0BHNlYwNwcm9m/**http:/www.fireandsafety.eku.edu/VFRE-99/Recognition/Initiation/ElecDet-1.jpg

3.1. Definición, Historia, Clasificación y Propiedades de los Explosivos Industriales.

3.1.1. Definición de explosivo.

3.1.2. Clasificación general de explosivos. Explosivos Primarios (Sensibles al fulminante #8); Explosivos Secundarios o Agentes de Voladura (No sensibles al fulminante #8); Tipos de explosivos primarios y del tipo NCN (Nitrocarbonitratos).

3.1.3. Propiedades de los explosivos: Densidad; Velocidad de Detonación; Presión de Detonación y Explosión; Energía; Volumen de Gases; Potencia Relativa en Peso y en Volumen; Balance de Oxígeno; Resistencia al agua; Sensibilidad; Diámetro Crítico y Diámetro Mínimo Recomendado. Consideraciones para la selección de explosivos.

3.1.4. Fundamentos del diseño de explosivos y algoritmo de cálculo de propiedades termodinámicas. Relación Balance de Oxígeno Versus Generación Gases Nocivos.

3.2. Accesorios y sistemas de iniciación.

3.2.1. Mecha a fuego; Cordón detonante; Detonadores eléctricos; Detonadores no eléctricos (tradicional y silencioso) y Detonadores electrónicos. 3.2.2. Selección accesorios.

3.3. Planta de suministro de explosivos y equipos de apoyo.

3.3.1. Descripción de las instalaciones de una planta de suministro de explosivos,

3.3.2. Descripción de equipos de apoyo: Camiones fábrica; camionetas desaguadoras; camión grúa; equipo tapa hoyo; polvorín móvil, etc.

.

Contenidos.


Módulo 3:

3.1. Definición, Clasificación y Propiedades de los Explosivos Industriales.

3.1.1. Definición de explosivo.


Módulo 3:

MEZCLA DE SÓLIDOS, O DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS, QUE

ES CAPAZ DE UNA DESCOMPOSICIÓN RÁPIDA Y

VIOLENTA, LIBERANDO UNA GRAN ENERGÍA Y DANDO

POR RESULTADO UNA CONVERSIÓN A GRANDES

VOLÚMENES DE GAS.

La industria actual de explosivos comerciales tiene sus raíces en el

descubrimiento y desarrollo de la pólvora negra, cuyo origen es

desconocido y su formulación es una mezcla de Nitrato de Sodio, o

Potasio, Azufre y Carbón.

EXPLOSIVO


3.1.2.1. Breve historia desarrollo tecnológico de los explosivos.


Módulo 3:

1242: El fraile Inglés Roger Bacon publica una fórmula de pólvora negra.

1627: Primera prueba documentada de uso de pólvora negra

para tronadura de roca, en Minas de Hungría (Minas Reales de Schemnitz).

1846: Ascanio Sobrero descubre la Nitroglicerina 1857: Lammot du Pont reemplaza el Nitrato de potasio, por

Nitrato de Sodio Chileno. 1875: Alfred Nobel disuelve nitrocelulosa en nitroglicerina,

formando una masa gelatinosa, que es la antecesora de las dinamitas gelatinas.

1917: Apogeo de la pólvora negra, a causa de su gran consumo

durante la Primera Guerra Mundial. 1950’s: Apogeo de las dinamitas en USA. Comienza a declinar su

utilización debido a la aparición del Anfo y los Aquageles. 1980`s: Comienza la introducción en el mercado de las

emulsiones explosivas.


3.1.2.2 .1. Clasificación general de explosivos.


Módulo 3:

EXPLOSIVOS

QUÍMICOS NUCLEARES FÍSICOS/

MECÁNICOS

Tipo de Composición

Tipo de Explosión

Compuestos Químicamente puros

Mezclas de Combustibles Y oxidantes

Bajos Explosivos

Altos Explosivos

Sensibilidad a la iniciación

Explosivos Secundarios

Explosivos Primarios

Explosivos Terciarios


3.1.2.2 .2. Clasificación de explosivos según norma chilena.


Módulo 3:

MECÁNICOS NUCLEARES

EXPLOSIVOS

QUÍMICOS

AGENTES DE

TRONADURA

ALTOS

EXPLOSIVOS


3.1.2.3. Clasificación de explosivo primario y explosivo secundario o agente de tronadura.

Explosivo Primario: Se considera a todos aquellos explosivos que son sensibles o pueden ser iniciados por un fulminante o detonador #8 tales como las dinamitas; emulsiones encartuchadas y «booster» de pentolita.

Explosivo Secundario (Agente de Voladura): Se considera a todos aquellos que no pueden ser iniciados por un fulminante o detonador #8, o también, que para ser iniciados requieren un explosivo primario (cebo o prima). Un ejemplo clásico es el ANFO.


Módulo 3:


3.1.2.4. Tipos de explosivos.


Módulo 3:

DINAMITAS

Mezcla explosiva en base a nitroglicerina, combustibles y oxidantes

Tipos: - Gelatinas (Amongelatina 60 %)

- Semigelatinas (Tronex Plus)

- Granuladas (Permicarb, Samsonita)

• Fabricación en proceso batch (por lotes)

• Uso en excavaciones subterráneas y de superficie, tanto en faenas

mineras como en obras civiles.

Características




Módulo 3:

DINAMITAS




Módulo 3:

SLURRIES Y AQUAGELES

Mezclas húmedas en formas de suspensiones. Sus aditivos les

permiten presentar la forma de geles.

Tipos: - Aquageles de Pequeño Diámetro (HIDREX)

- Aquageles Gran Diámetro (DYNOLITE, DYNOGEL)

Características


• Se pueden bombear

• Control de la densidad (0,4 a 1,3 g/cc)




Módulo 3:

Hidrex® Aquagel de pequeño diámetro




Módulo 3:

Dynogel® y DynoliteAquageles a granel de gran diámetro

Aditivo N-17

Matriz

Anfo

Mezcla

Aditivos L-2, DW-3




Módulo 3:

NITROCARBONITRATOS

Mezclas elaboradas a base de Nitrato de Amonio prill y combustibles

adecuados.

- ANFO

- ANFO ALUMINIZADO

- ANFO AST

Tipos :

Características

• Fabricación en proceso batch (por lotes) o continuo

• No tienen resistencia al agua.




Módulo 3:

NITROCARBONITRATOS




Módulo 3:

INICIADORES Y ROMPEDORES APD

Productos a base de Pentrita (PETN) y TNT, mezcla que se denomina

Pentolita.

- INICIADORES CILÍNDRICOS REGULARES Y NONEL

- ROMPEDORES CÓNICOS

Tipos:

Características


• Alta VOD (sobre 7.000 m/s)

• Mayor resistencia (comparativa) a fuego, impacto y fricción

• Poseen efecto direccional (Rompedores)




Módulo 3:

INICIADORES Y ROMPEDORES APD




Módulo 3:

EMULSIONES

Sistema que contiene dos fases líquidas naturalmente inmiscibles entre

sí, una de las cuales es dispersa como pequeñas gotas dentro de la otra.

Tipos: - Emulsiones de Pequeño Diámetro (EMULEX, PDB)

- Emulsiones Diámetro Intermedio (EMULTEX E)

- Emulsiones Gran Diámetro (EMULTEX N, BLENDEX, EMULTEX G)

Características

• Estabilidad – transporte y bombeo.

• Alta resistencia al agua

• Se pueden formular del tipo encartuchados, bombeables y vaciables

• Control de la densidad a través de gasificación química y microesferas

• Control de VOD a través de adición de microesferas




Módulo 3:

Microfotografía de una Emulsión

Emulsión Matriz

Fase

Oxidante

Interfase

Emulsificante -

Oxidante / Aceite

Fase

Aceite

8 -10

micrones

promedio




Módulo 3:

EMULSIONES




Módulo 3:

ANFOS PESADOS: ANFO + EMULSIÓN

Heavy Anfos Augerable

Pumpable

Microballoons sensitized

Gassing


3.1.3.1. Propiedades de los explosivos: Explosivos Encartuchados

Tecnologías de Excavación de Rocas. Módulo 3:

El conocimiento de estas es

primordial para el diseño y

cálculo de las voladuras en minas a cielo

abierto y subterráneas.


3.1.3.1. Propiedades de los explosivos: Agentes de Voladura


Una vez más, el conocimiento de

estas es primordial para

el diseño y cálculo de las voladuras en minas a cielo

abierto y subterráneas.


3.1.3.1. Propiedades de los explosivos:

Densidad.


Módulo 3:

• Densidad absoluta, real o de cristal

• Gravedad específica

• Densidad gravimétrica

• Densidad de carga o longitud de carga

Donde De: Densidad de Carga (Kg/m)

SG: Densidad gravimétrica del explosivo (g/cc)

DE: Diámetro del pozo (pulgadas)

• Stick Count (1 ¼ x 8”)

SGDE507,0De 2



Densidad.


Módulo 3:



Velocidad de Detonación.


Módulo 3:

Factores que afectan la VOD

• Tipo de Producto

• Diámetro

• Confinamiento

• Densidad

Definición: Medida de la rapidez a la cual se produce la reacción de

detonación a través de una columna de explosivo.

Métodos de medición

Estándar.

Continuo.





Módulo 3:

CCHC 3.96

SENTIDO DE LA DETONACIÓN

ONDA DE CHOQUE O STRESS EN

EL MEDIO CIRCUNDANTE.

EXPLOSIVO NO DETONADO

FRENTE DE CHOQUE

EN EL EXPLOSIVO

PLANO C -J

ZONA DE REACCIÓN

PRIMARIA

GASES EN EXPANSION

PRODUCTOS

ESTABLES

PRINCIPALMENTE

GASES

Fases: • Mezcla explosiva sin reaccionar

• Estado de detonación

• Estado de explosión

• Estado de expansión





Módulo 3:

D

C B A

FC CJ

P2 ,T2

P3 E

D: Producto sin detonar

C: Zona de choque

B: Zona de reacción química

E: Zona de detonación

A: Productos de detonación

P1 ,T1

Zonas

Detonador





Módulo 3:



Velocidad de Detonación. Medición con método de Dautriche.


Módulo 3:

Enaex S.A. Emulex

d1

d2

CORDÓN

DETONANTE

MARCA SOBRE EL

PUNTO MEDIO DEL

CORDÓN DETONANTE

MARCA SOBRE EL

PUNTO DE COLISIÓN DE

LAS ONDAS DETONANTES

VODCD (m/s) x d1 (cm)

VOD = 2 x d2 (cm) CCHC

06.96

PLACA DE

PLOMO




Velocidad de Detonación. Medición con cronógrafo.


Módulo 3:

CONTADOR DE TIEMPO

VISTA TRASERA

CONTADOR DE TIEMPO

VISTA FRONTAL

BATERÍA

EXPLOSIVO

TARGETS

TARGETS

CRUCETA CCHC 06.96.

‘d’

‘t’

V = d / t



Velocidad de Detonación. Medición VOD continua «In situ».


Módulo 3:

MICROTRAP®

VOD = 3933,3 (m/s) Long Carga = 2,1 m (aprox).

Diámetro = 2,5 Pulg. (64 mm).

VOD = 4335,4 (m/s) Long Carga = 0,8 m (aprox).

Diámetro = 2,5 Pulg. (64 mm).



Presión de Detonación y de Explosión.


Módulo 3:

Definición presión de detonación: Presión de la onda detonación que se

propaga a través de la onda explosiva. Se mide en el plano C-J de la onda de

detonación.

(kbar) 62 10VOD5,2P

• Varía desde 5 hasta más de 150 Kbar

• Altas presiones favorecen el quiebre de rocas

competentes muy densas.

Características

Definición presión de explosión u hoyo: Presión ejercida en las paredes del

hoyo por los gases en expansión producidos por la detonación.

Características • Varía desde 10 hasta más de 60 Kbar



Energía.


Módulo 3:

Definición: Corresponde al calor desarrollado durante el proceso de

explosión expresado en Kcal o Joules por kilo de explosivo.

eM

pgn

5824,0kp

Qkv

Q

).freact

H.fprod

H(kp

Q A presión constante :

A volumen constante :



Volumen de Gases.


Módulo 3:

Definición: Cantidad de gases generados por las reacciones químicas

involucradas en la explosión expresados en Lts/kg de explosivo.

eM

en

100024,041pg

nVg

npg: gr.-mol de productos gaseosos

ne : Moles de explosivo

Me : Peso molecular del explosivo

Nota: Los gases junto con participar en la fase

final del proceso de fragmentación de la roca

además, tienen como función producir el

desplazamiento («Botada») de la misma.



Potencia Relativa en Peso y en Volumen.


Módulo 3:

Definición: Capacidad de un explosivo de fragmentar y mover material

eficientemente. Es la máxima energía disponible de un explosivo, para

desplazar el medio confinante.

Métodos prácticos de medir potencia:

00 Vg

Vg

6

1

Q

Q

6

5Sp Potencia relativa en peso:

• Traulz

• Mortero Balístico

• Aplastamiento del cilindro

• Método del cráter, Energía bajo el agua (acuario)

Potencia relativa en volumen:

A

eSpSv

Q : Calor de Explosión

(Kcal/Kg)

Vg : Volumen de gases

(L/Kg)

: Densidad (g/cc)

A : Anfo ; e: Explosivo



Balance de Oxígeno.


Módulo 3:

Definición: Exceso o déficit de oxígeno en un explosivo, expresado como

porcentaje.

Formas de Cálculo

• Algebraicamente : B.O. = b PMo2 / a PMcompuesto (para combustión completa)

Ejemplo: Nitrato de Amonio

2 NH4NO3 ===> 4 H2O + 2 N2 + O2

Como PM NH4NO3 = 80 y PM O2 = 32

===> B.O. = 1 x 32 / 2 x 80 = 20 %

• Mezclas: B.O. mezcla = B.O.i x Xi

Importancia

• Indica tipos de gases nocivos generados en la detonación (NOx, CO)

• Permite clasificar los explosivos en función de los gases nocivos.





Módulo 3:

Productos de la detonación según el B.O.

a) Oxígeno balanceado (BO=0)

CO2 (incoloro); H2O (gris claro); N2 (incoloro)

- Humo gris claro

- Máxima energía generada

b) Oxígeno negativo (BO<0)

CO (incoloro); C (negro); H2O (gris claro); N2 (incoloro)

- Humo gris oscuro

- Energía liberada inferior a la máxima

c) Oxígeno positivo (BO>0)

CO2 (incoloro); C (negro); H2O (gris claro); NO (gas amarillo-ocre); NO2 (incoloro)

- Humos ocres o amarillos

- Energía liberada inferior a la máxima





Módulo 3:

La generación de gases rojos, naranjas u amarillos (gases nitrosos) inmediatamente realizado el disparo en una tronadura es la evidencia de la alteración del balance de oxígeno del explosivo a causa de la presencia de agua. Nota: Si el color de los gases tienden a rojo entonces, mayor es B.O. hacia el lado positivo y viceversa. En cielo abierto, se tiene como ventaja poder apreciar su eventual ocurrencia, facilidad que no se tiene en minas subterráneas.



Resistencia al agua.


Módulo 3:

Definición: Capacidad que tiene un explosivo de detonar después de

estar sumergido en agua.

INTERNA: Depende de la composición del explosivo.

EXTERNA: Depende del grado de impermeabilidad y sellado del

envase.

FORMAS DE EXPRESARLA

Cualitativas: Excelente – Buena – Regular – Mala.

Cuantitativas: Tiempo (en horas)



Resistencia al agua.


Módulo 3:

ANFO: VOD vs. % de Humedad

NO DETONA

3 ” Ø no confinado,

iniciado con Tronex

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3200

2 4 6 8 10

% de Humedad

Vo

d (

m/s

)

3 Pulg. Ø Iniciado con Tronex 2



Sensibilidad.


Módulo 3:

A LA INICIACIÓN: Medida de la Energía, Presión o Potencia mínima

necesaria para la detonación de un explosivo.

• Por acción controlada

Iniciador mínimo

• Por acción incontrolada

Inflamabilidad

Calor

Choque o impacto, transportabilidad

Fricción

A LA PROPAGACIÓN: Capacidad de un explosivo para detonar en forma

estable a través de toda la longitud de su carga.

Simpatía

Diámetro Crítico.



Diámetro Crítico y Diámetro Mínimo Recomendado.

Se entiende por Diámetro Crítico, el mínimo diámetro de una carga explosiva al cual la propagación de la detonación puede ocurrir en forma estable, bajo ciertas condiciones específicas de confinamiento. Usualmente se considera la carga no confinada, al aire en el caso de explosivos encartuchados, o, cargada en tubos de cartón o plástico para contenerlas, en el caso de explosivos a granel, lo que representa la posible peor condición de terreno para la detonación. Al confinar el explosivo en tubos de acero, simulando condiciones similares a las que produce una roca competente y poco fracturada, es posible detonarlo en diámetros menores.


Módulo 3:



Diámetro Crítico.

Se entiende por Diámetro Crítico, el mínimo diámetro de una carga explosiva al cual la propagación de la detonación puede ocurrir en forma estable, bajo ciertas condiciones específicas de confinamiento. Usualmente se considera la carga no confinada, al aire en el caso de explosivos encartuchados, o, cargada en tubos de cartón o plástico para contenerlas, en el caso de explosivos a granel, lo que representa la posible peor condición de terreno para la detonación. Al confinar el explosivo en tubos de acero, simulando condiciones similares a las que produce una roca competente y poco fracturada, es posible detonarlo en diámetros menores.


Módulo 3:


ONDA DE CHOQUE O STRESS EN

EL MEDIO CIRCUNDANTE.

EXPLOSIVO NO

DETONADO

FRENTE DE CHOQUE

EN EL EXPLOSIVO

PLANO C -J

ZONA DE REACCIÓN

PRIMARIA

GASES EN EXPANSION

PRODUCTOS

ESTABLES

PRINCIPALMENTE

GASES



Diámetro Mínimo Recomendado.


Módulo 3:

Para el caso de los explosivos a granel, se hace referencia al Diámetro Mínimo Recomendado, que es aquél en el cual el explosivo detonará consistentemente con las propiedades informadas. Bajo este diámetro pueden detonar, pero en forma irregular e impredecible. Importante: Tanto el diámetro crítico como el diámetro mínimo recomendado, son afectados por condiciones de terreno tales como grado de confinamiento, presencia de agua, presión sobre la columna de explosivo, desacoplamiento de la carga en la perforación y temperaturas extremadamente bajas.



Ejemplo: Propiedades de Agentes de Voladura (Tronadura).


Módulo 3:


3.1.3.1. Propiedades de los explosivos: Fichas Técnicas – ANFO y ANFOS PESADOS.


Módulo 3:

El ANFO es un agente de tronadura de alta calidad, fabricado con nitrato de amonio grado explosivo de baja densidad y alta absorción de petróleo. Se

mezcla y carga in-situ mediante camiones especialmente diseñados.

CARACTERISTICAS

FICHA TECNICA DE PRODUCTOS NAGR - Feb/98 1301 - nn

USOS

El ANFO a GRANEL es un agente de tronadura de bajo costo, recomendable para minería subterránea, en zonas con buena ventilación, y para tronaduras de superficie, especialmente cuando se desea una moderada concentración de carga. Se recomienda utilizarlo en perforaciones mayores a 3” de diámetro, sin presencia de agua.

PRESENTACION

El Agente de Tronadura ANFO a GRANEL se entrega en forma mecanizada, directamente en las perforaciones de mediano o gran diámetro, mediante camiones fábrica vaciadores (“Auger” o “Quadra”), por lo que es recomendable cuando el volumen de consumo lo

Densidad (g/cc) 0,78 +/- 3%

Velocidad de detonación (m/s) 3.500 - 3.900 (*) 2.600 - 3.000 (**) 3.800 - 4.100 (***)

Presión de detonación (kbar) 30 (***)

Energía (kcal/kg) 912

Volumen de gases (L/kg) 1.050

Diámetro crítico (pulgadas) 2

ANFO a GRANEL (ANFO REGULAR)

* Confinado en 3 pulgadas ** No Confinado en 6 pulgadas (Iniciado con Tronex 2 1”x6”) *** Mediciones in-situ, 4½” a 11” (Iniciado con APD 450)

ADVERTENCIA

Enaex S.A. sólo se respon sabilizará por lo expresamente indicado en este catálogo, y no será en ningún caso respo n sable por daños, pérdidas o cualquier contingencia derivada del uso de los productos, salvo

aquéllas expresamente indicadas porla legislación chilena vigente. El uso de explosivos está regulado en cada país por leyes propias. Enaex S.A. se rese rva el der echo de introducir a sus producto s todas aquellas

modificaciones que estime conveniente, sin aviso previo.

BLENDEX®

Anfos Pesados Vaciables

Los ANFOS PESADOS VACIABLES de la serie BLENDEX son mezclas de Emulsión y Anfo, que reúnen las principales propiedades de ambos componentes: alta energía, buena generación de gases, alta densidad y, en algunos casos, resistencia al agua. Son productos apropiados para tronaduras de superficie, especialmente cuando es factible el uso de sistemas mecanizados de carga, en perforaciones secas o con agua, si esta se extrae previamente. Los productos se suministran a granel en camiones mezcladores - vaciadores AUGER, apoyados por equipos desaguadores.

CARACTERISTICAS

FICHA TECNICA DE PRODUCTOS EAPV - Mar/00 1510/18/16/xx/52 - nn

PRODUCTO BLENDEX 920 930 940 945 950 Densidad (g/cc) (#) 0,90 1,00 1,20 1,30 1,30

Veloc. de detonación (m/s) * 3.670 3.760 3.760 3.800 3.695 (m/s) ** 3.900 3.920 3.950 4.200 4.150 (m/s) *** 3.940 4.020 4.150 4.360 4.250

Presión de detonación (kbar) *** 35 40 52 62 59

Energía (kcal/kg) 858 830 803 790 776

Volumen de gases (L/kg) 1.068 1.076 1.085 1.089 1.094

Diámetro mínimo recomendado (pulgadas) 4 4 5 5 6

Resistencia al agua (†) Nula Nula Baja Baja Buena

Iniciador mínimo recomendado (g pentolita) 150 150 150 150 150

Potencia relativa al ANFO en peso 0,95 0,93 0,91 0,89 0,88 en volumen 1,07 1,16 1,37 1,45 1,43

Proporción ANFO/Emulsión 80/20 70/30 60/40 55/45 50/50

NOTAS: # Las densidades de los Anfos Pesados Vaciables pueden variar hasta en un 3 % debido a las propiedades de los gránulos del nitrato de amonio y a la diferente compactación que sufren por efecto de la presión hidrostática de la columna de explosivo y del taco, al encontrarse cargados en la perforación.

* Sin confinar en tubos de cartón de 6” de diámetro, iniciado con un APD® 450. ** Confinado en tubos de acero de 6” de diámetro, iniciado con un APD® 450. *** Promedio de mediciones “in-situ”, en terrenos sin agua de roca medianamente competente, en diámetros de 9½” a 11 “, iniciando con un APD® 900. La Velocidad de Detonación puede variar en un rango del orden del 5%, debido principalmente a la variación de densidad, tipo de roca, grado de confinamiento, diámetro de la perforación y tipo de iniciación. Los valores indicados corresponden a promedios reales de pruebas realizadas, y no son necesariamente los que se obtienen en alguna roca en particular. † Pruebas realizadas con aguas estáticas en condiciones de Laboratorio.

ADVERTENCIA

Enaex S.A. sólo se respon sabilizará por lo expresamente indicado en este catálogo, y no será en ningún caso respon sable por daños, pérdidas o cualquier contingencia derivada del uso de los productos, salvo

aquéllas expresamente indicadas porla legislación chilena vigente. El uso de explosivos está regulado en cada país por leyes propias. Enaex S.A. se rese rva el derecho de introducir a sus producto s todas aquellas



3.1.3.2. Consideraciones para la selección de explosivos:


Módulo 3:

• PRECIO DEL EXPLOSIVO (Relación $ / Kg vs. $ / Kcal.)

• DIÁMETRO DE CARGA (Tipo de Explosivo vs. Diámetro)

• CARACTERÍSTICAS DE LA ROCA.

- Rocas masivas fisuradas - Rocas muy fisuradas - Rocas conformadas en bloques - Rocas porosas

• VOLUMEN DE ROCA A VOLAR.

• CONDICIONES ATMOSFÉRICAS.

• PRESENCIA DE AGUA. (¡Ver lámina siguiente!)

• PROBLEMAS DE ENTORNO.

• HUMOS.

• CONDICIONES DE SEGURIDAD

• ATMÓSFERAS EXPLOSIVAS.

• PROBLEMAS DE SUMINISTRO.


3.1.3.2. Consideraciones para la selección de explosivos:


Módulo 3:

CALIDAD DE LA ROCA

FRACTURADA /

POCO COMPETENTE

HOMOGÉNEA /

COMPETENTE

VELOCIDAD DE DETONACIÓN

PRESIÓN DE DETONACIÓN

DENSIDAD

POTENCIA ( ENERGÍA )

BAJA ALTA

BAJA

BAJA

BAJA

ALTA

ALTA

ALTA

VOLUMEN DE GASES

ALTO MEDIO


Módulo 3: 3.1. Definición, Clasificación y Propiedades de los Explosivos Industriales. 3.1.3.2. Consideraciones para la selección de explosivos:

CARACTERÍSTICA DE LA ROCA.

• Masa rocosa competente – Alta densidad y VOD

• Roca muy fisurada – Alta energía de gas

• Roca que forma bloques – Anfo pesado

• Roca porosa – Explosivo con alto gas pero con buen taco



CARACTERÍSTICA DE LA ROCA.

Generalmente productos de alta VOD y alta densidad producen generación de más finos en la zona de trituración cerca de la columna explosiva. Velocidades y densidades más bajas limitan la cantidad de finos, mejorando la recuperación de la lixiviación. Productos de alta VOD y alta densidad son más efectivos en la generación de grietas en rocas muy competentes. Grietas abiertas o huecos pueden requerir productos en bolsas, mangas, tacos intermedios, etc. Para prevenir el sobre carguío de los pozos.



Es el diámetro mínimo al cual se puede propagar una detonación estable.

– Explosivos ideales, 1 mm – Explosivos no ideales, hasta 100 mm – Cerca del Dcrit la VOD es proporcional al

diámetro – Después que se alcanza la velocidad estable,

un aumento en el diámetro de la carga no aumentará la VOD

– Dcrit depende del nivel de confinamiento

Dcrit es importante para determinar la compatibilidad tamaño del pozo/tipo de explosivo

El DIÁMETRO CRÍTICO.



El DIÁMETRO DE LOS POZOS.

Diámetro de los pozos – Todos los explosivos tienen diámetros críticos

bajo el cual no detonarán confiablemente – Para explosivos comerciales el Dcrit puede ser

mayor que el diámetro de los pozos en algunas minas.

– El Dcrit es importante para determinar el tipo de explosivo en la mayoría de las operaciones mineras

– El Dcrit se determina predominantemente por el tamaño de la zona de reacción

– La densidad también afecta al Dcrit



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% DE EMULSIÓN 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

% DE ANFO

EXCELENTE

DESPLAZA EL

AGUA

BUENA

SE DEBE

DESAGUAR

EL POZO

NO TIENE

RESISTENCIA

AL AGUA

PRODUCTO

BOMBEABLE

(EMULTEX)

PRODUCTO

VACIABLE

(BLENDEX)

RESISTENCIA AL AGUA MEZCLAS ANFO / EMULSIÓN



COMPARACIÓN DE CARGA CON PRODUCTO VACIABLE Y BOMBEABLE EN HOYO CON AGUA.



Emulsiones Anfos Pesados

ANFO DILUIDO ANFO

Res

iste

nci

a de

la r

oca

Densidad de Fracturas

SELECCIÓN DEL EXPLOSIVO VERSUS RESISTENCIA DE LA ROCA Y DENSIDAD DE FRACTURAS.

Tecnologías de Excavación de Rocas. Módulo 3: 3.1. Definición, Clasificación y Propiedades de los Explosivos Industriales. 3.1.3.2. Consideraciones para la selección de explosivos:

6000

ANFO LIV.

ANFO

BLENDEX 930

BLENDEX 950

BLENDEX 950 G

EMULTEX G

RELACION MATRIZ / ANFO

0 / 100 50 / 50

3000

4000

5000

VE

LO

CID

AD

DE

DE

TO

NA

CIO

N

100 / 0

VELOCIDAD DE DETONACION PARA PRODUCTOS A GRANEL



PARTICIÓN DE LA ENERGÍA.

Shock Energy



ESTABILIDAD QUÍMICA

Es la habilidad para permanecer químicamente invariable cuando se almacena correctamente. Los factores que afecta la vida de almacenamiento son:

– Formulación/Calidad de los ingredientes – Empaque – Temperatura y humedad del medio ambiente de

almacenaje – Contaminación

Señales característicos de deterioro – Cristalización – Aumento de viscosidad y/o de la densidad – Cambio de color (la emulsión se pone turbia a medida

que aumenta la cristalización) – Mal resultado en la tronadura



TEMPERATURA AMBIENTE

– Para explosivos no ideales la sensibilidad se reduce al reducirse la temperatura.

– El explosivo quedará en equilibrio con la temperatura del macizo en el tiempo.

– La sensibilidad del explosivo aumenta al aumentar la temperatura.

– El diámetro crítico se reduce al aumentar la temperatura y viceversa.



COSTO DEL EXPLOSIVO.

– Las comparaciones de explosivos similares deben hacerse basados en el costo por unidad de peso ($/kg) y en costo por unidad de energía ($/kJ)

– Comparar explosivos en costo por metro de pozo para diferentes explosivos en la misma malla de tronadura tomando en cuenta diferentes densidades

– La última medida es el costo por tonelada de roca quebrada ($/ton) para cambios en productos tomando en cuenta diferentes productos y mallas una vez que se ha logrado una pila aceptable para la excavación



COSTO DE PERFORACIÓN /DISPONIBILIDAD DE LAS PERFORADORAS.

• La expansión de la malla es la herramienta principal para controlar los costos de perforación

• La disponibilidad de las perforadoras (cantidad, disponibilidad mecánica y dureza de la roca) también influye en el tamaño de las mallas.

• Mallas más grandes generalmente requieren explosivos de mayor densidad (mayor energía por metro de pozo) para asegurar una fragmentación adecuada.

Nota. La disipación de la energía puede decaer con el cuadrado de la

distancia desde el pozo, de manera que la expansión de la malla no es una función lineal del aumento de la energía en el pozo al usar productos de mayor densidad o más energéticos.



NECESIDAD DE MAYOR ENERGÍA (Kcal/Kg) – INCORPORACIÓN DE AL.

La incorporación de aluminio (AL) aumenta la energía y la temperatura de explosión. Sobre 13% baja la energía del explosivo. El tamaño de partícula es importante:

– Tamaño mínimo 100 mallas – Tamaño máximo 20 mallas – Concentración de polvo en camión fábrica < 45 gr/m3









SELECCIÓN DE EXPLOSIVOS ENCARTUCHADOS.

Se hace conforme a sus propiedades, medidas y también en particular por los aspectos siguientes: Sensibilidad al detonador Seguridad al impacto Resistencia al agua Seguridad a la fricción Buen taqueo Seguridad al calor Alta energía Mantiene firme al detonador Duración al almacenamiento Alto VOD




3.1.4. Fundamentos del diseño de explosivos y algoritmo de cálculo de propiedades termodinámicas.

Consideraciones previas.

Los explosivos industriales del tipo de mezcla se diseñan para cumplir diferentes objetivos específicos que se requieren durante su aplicación para la voladura de rocas. Lo anterior se puede lograr tanto con el tipo de ingredientes usados como asimismo, con la combinación porcentual adecuada de los mismos.

Los explosivos industriales del tipo mezcla son del tipo químico, cuyos ingredientes son tanto comburentes (aportan oxígeno) como combustibles (consumen oxígeno), los cuales al ser debidamente iniciados dan origen a una combustión de una cinética muy alta, altamente exotérmica generando gases a alta temperatura (caso de los explosivos que deflagran como la pólvora) y además, una onda de choque en aquellos que alcanzan el régimen de detonación que es el caso de la mayoría (Dinamitas, Pentolitas, Anfos; Anfos Pesados y Emulsiones).

Una variable clave a considerar para el diseño de explosivos es el «Balance de Oxígeno (B.O.)», donde lo ideal del punto de vista del rendimiento de un explosivo sería un B.O. =0, que significa que el comburente aporta todo el oxígeno que requiere el combustible. Sin embargo, por razones que apuntan a minimizar la posibilidad de generar gases nitrosos entonces, la mayoría de los explosivos industriales se diseñan con B.O.< 0.


Módulo 3:



Caso ejemplo: ANFO. Ver ficha adjunta.


Módulo 3:

El ANFO es un agente de tronadura de alta calidad, fabricado con nitrato de amonio grado explosivo de baja densidad y alta absorción de petróleo. Se

mezcla y carga in-situ mediante camiones especialmente diseñados.

CARACTERISTICAS

FICHA TECNICA DE PRODUCTOS NAGR - Feb/98 1301 - nn

USOS

El ANFO a GRANEL es un agente de tronadura de bajo costo, recomendable para minería subterránea, en zonas con buena ventilación, y para tronaduras de superficie, especialmente cuando se desea una moderada concentración de carga. Se recomienda utilizarlo en perforaciones mayores a 3” de diámetro, sin presencia de agua.

PRESENTACION

El Agente de Tronadura ANFO a GRANEL se entrega en forma mecanizada, directamente en las perforaciones de mediano o gran diámetro, mediante camiones fábrica vaciadores (“Auger” o “Quadra”), por lo que es recomendable cuando el volumen de consumo lo

Densidad (g/cc) 0,78 +/- 3%

Velocidad de detonación (m/s) 3.500 - 3.900 (*) 2.600 - 3.000 (**) 3.800 - 4.100 (***)

Presión de detonación (kbar) 30 (***)

Energía (kcal/kg) 912

Volumen de gases (L/kg) 1.050

Diámetro crítico (pulgadas) 2

ANFO a GRANEL (ANFO REGULAR)

* Confinado en 3 pulgadas ** No Confinado en 6 pulgadas (Iniciado con Tronex 2 1”x6”) *** Mediciones in-situ, 4½” a 11” (Iniciado con APD 450)

ADVERTENCIA

Enaex S.A. sólo se respon sabilizará por lo expresamente indicado en este catálogo, y no será en ningún caso respo n sable por daños, pérdidas o cualquier contingencia derivada del uso de los productos, salvo

aquéllas expresamente indicadas porla legislación chilena vigente. El uso de explosivos está regulado en cada país por leyes propias. Enaex S.A. se rese rva el der echo de introducir a sus producto s todas aquellas


Importante: 1. La «Energía» o «Calor Desarrollado» para

un explosivo ( Kcal/Kg), se determinan por medio de cálculos termodinámicos.

2. La «Densidad» de un explosivo se determina en laboratorio,

3. La «Velocidad de Detonación», se determina en pruebas de campo y también «in situ», es decir, en la mina.

4. La «Presión de Detonación», se determina por fórmula usando los valores de, densidad y velocidad de detonación de un explosivo.

5. El «Diámetro Crítico», se determina en pruebas de campo con un tamaño de iniciador estándar.




Módulo 3:

Cálculo propiedades termodinámicas y gases de un explosivo tipo mezcla . Tipo explosivo: ANFO. Fórmula: Nitrato de Amonio, NH4NO3 (94 %) + Petróleo, CH2 (6%) 1. Cálculo del balance de oxígeno (B.O.) B.O. (ANFO) = [(% NH4NO3 x B.O. (NH4NO3) + % CH2 x B.O. (CH2)] El valor del balance de oxígeno en tanto por ciento , y en tanto por uno son los expresados en tabla a continuación:

Tabla 1.

Valores de balance de oxígeno para algunos ingredientes de

mezclas explosivas.

Ingrediente. Factor Porcentual Factor Unitario

(Fp) (Fu)

Nitrato de Amonio (+) 20.0% (+) 0.200

Nitrato de Sodio (+) 47.1% (+) 0.471

Carbón (12,7% de cenizas) (-) 232.7% (-) 2.327

Petróleo. (-) 343.0% (-) 3.430

Comsol (-) 134.7% (-) 1.347

Aluminio (-) 88.9 % (-) 0.889




Módulo 3:

Ejemplos de la forma en que se establece el balance de oxígeno para un compuesto son los siguientes:

Ejemplo 1. Nitrato de Amonio (NH4NO3). Ecuación de equilibrio estequiométrico. 2 NH4NO3 4 H2O + 2 N2 + O2, es un oxidante, aporta oxígeno.

Ahora bien, el balance de oxígeno (B.O.) se define como:

B. O. = ( # Moles de O2 x Peso Mol. O2) / (# Moles de NH4NO3 x Peso Mol. NH4NO3 )

Tal que,

Peso Molecular O2 = 32 (g /mol); Peso Molecular NH4NO3 = 80,1 (g / mol).

Por lo tanto, B.O. = ( 1 x 32 ) / ( 2 x 80,1) = + 0.20,




Módulo 3:

Así entonces, el balance de oxígeno para el Anfo es: B.O. (ANFO) = [(94 % x 0.20) + (6% x –3.43)] = - 1.78 % (¡Negativo!) Nota: Un balance oxígeno negativo en el caso del Anfo significa que se generarán como

productos después de la detonación, además de agua (H2Ogas), nitrógeno molecular (N2), y Dióxido de Carbono (Co2), también, Monóxido de Carbono (CO).

2. Cálculo de los moles de los ingredientes o reactantes. Para el cálculo de los moles de los ingredientes se usará el método de los granátomos

se utilizan los valores expresados en tabla 2 señalados a continuación:




Módulo 3:

Tabla 2.

Granátomos para algunos reactantes y productos típicos de mezclas explosivas.

(*) Se define átomo gramo como el peso atómico (en gramos) de

un mol de átomos de cualquier elemento.

Compuesto o

elemento. C H N O Na2O Al2O3

NH4NO3 (-------) 5.00 2.50 3.75 (-------) (-------)

NANO3 (-------) (-------) 1.17 2.95 0.59 (-------)

C 7.08 4.30 0.06 0.21 (-------) (-------)

CH2 7.14 14.29 (-------) (-------) (-------) (-------)

C3H7NO2 3.367 7.857 1.122 2.245 (-------) (-------)

AL (-------) (-------) (-------) (-------) (-------) 1.853

H20 (-------) 11.11 (-------) 5.55 (-------) (-------)

Granátomos / 100 gramos.

La forma en que se determina el número de granátomos por 100 gramos de una sustancia o compuesto se determina como se indica a continuación: Granátomos / 100 grs = (100 x Nro. de átomos por mol) / Peso Molecular.




Módulo 3:

Ejemplo: ¿ Cuántos granátomos de hidrógeno (Ho), nitrógeno (No) y oxígeno (O2) hay en el nitrato de amonio? Solución: Peso Molecular Nitrato de Amonio = 80,1 (g / mol). De acuerdo a la fórmula del nitrato de amonio, NH4NO3, se tiene que hay presentes: 4 átomos de hidrógeno; 2 átomos de nitrógeno, y 3 átomos de oxígeno. Por lo tanto los granátomos son:

- Granátomos de Hidrógeno, Ho = (100 x 4) / (80.1) = 4.994

- Granátomos de Nitrógeno, No = (100 x 2 ) / (80.1) = 2.497

- Granátomos de Oxígeno, Oo = (100 x 3) / (80.1) = 3.745




Módulo 3:

Para el Anfo en particular tenemos que, los granátomos considerando la composición y

porcentaje de cada uno de los ingredientes o reactantes, y los valores de la tabla 2

(¡expresados por kg (1000 g)!), serán: - Granátomos de Carbono: Co = 0.714 x 6 = 4.28

- Granátomos de Hidrógeno:Ho = 0.5 x 94 + 1.43 x 6 = 55.58

- Granátomos de Nitrógeno: No = 0.25 x 94 = 23.50

- Granátomos de Oxígeno: Oo = 0.375 x 94 = 35.25 Ahora bien, los moles de cada compuesto reactante (Nitrato de Amonio y Petróleo) se

calcula de la siguiente forma: Moles de Nitrato de Amonio (NH4NO3) = Granátomos de Nitrógeno / 2 , o sea igual a:

23.50 / 2 = 11.75 moles, Moles de Petróleo (CH2) = Granátomos de Carbono / 1 , o sea igual a:

4.28 / 1 = 4.28 moles.




Módulo 3:

3. Cálculo de los moles de los productos. También en este caso y usando los granátomos calculados en el punto anterior, se determinan los productos en la forma siguiente: Moles de Agua(gas) = 55.58 / 2 = 27.8 Moles de Nitrógeno = 23.50 / 2 = 11.75 La determinación de los moles de CO2 y CO se obtiene resolviendo el siguiente sistema de ecuaciones: Sean: X = Número de moles de CO, e Y = Número de moles de CO2 Ahora tenemos que, X + Y = Cantidad de C. X + 2Y = Cantidad de O2 – Cantidad de H2O(g)




Módulo 3:

X + Y = 4.28 X + 2Y = 35.25 – 27.8 / De donde resulta: X = CO = 1.11 moles, e Y = CO2 = 3.17 moles respectivamente.

Así entonces, la ecuación balanceada entre reactantes y productos para el Anfo

es tal como sigue:

11.75 NH4NO3 + 4.28 CH2 27.80 H2O(g) + 11.75 N2 + 3.17 CO2 + 1.11 CO




Módulo 3:

4. Cálculo de la energía termodinámica teórica (E.T.T) a presión (Qkp) y volumen constante(Qkv), expresadas en Kcal / kg. E.T.T = ( Número de moles productoi x Calor de formación productoi ) - ( Número de moles reactantej x Calor de formación reactantej ), Los calores de formación son los señalados a continuación en tabla 3.

Tabla 3. Fórmula química, peso molecular y calores de formación.

Compuesto o elemento Fórmula Peso Molecular ( Gramos / Mol) Kcal / mol Kcal / kg

Nitrato de Amonio NH4NO3 80.1 (- 87.5) ( - 109.2) Nitrato de Sodio NANO3 85.0 (-101.5) ( - 119.4) Petróleo CH2 14.0 (- 7.0) ( - 40.0) Nitropropano C3H7NO2 89.1 (- 40.2) ( - 45.1) Agua H2O 18.0 (- 57.8) ( - 321.1) Dióxido de Carbono CO2 44.0 ( - 94.1) ( - 213.9) Monóxido de Carbono CO 28.0 ( - 26.4) ( - 94.3) Dióxido de Nitrógeno NO2 46.0 ( + 8.1) ( + 17.6) Monóxido de Nitrógeno NO 30.0 ( + 21.6) ( + 72.0) Nitrógeno N2 28.0 ( ------- ) ( ------- ) Oxígeno O2 32.0 ( ------- ) ( ------- ) Carbón C 12.0 ( ------- ) ( ------- ) Aluminio AL 27.0 ( ------- ) ( ------- ) Oxido de sodio NA2O 62.0 ( - 100.5) ( - 162.1) Alúmina AL2O3 102.0 ( - 392.0) ( - 384.3)

Calor de formación




Módulo 3:

Así entonces para el Anfo tenemos que la E.T.T (Qkp) a presión constante es igual a, E.T.T = {[ (27.8 x – 57.8) + (11.75 x 0) + (3.17 x –94.1) + (1.11 x –26.4)] - [ (11.75 x 87.3) + (4.23 x 7.0)]}, E.T.T = {[- 1937,5] – [1055,3]} = - 879 Kcal / Kg. (Reacción exotérmica). Por otro lado, la E.T.T a volumen constante (Qkv) se determina de la forma siguiente: Qkv = Qkp + (0.5928 x moles de productos que poseen calor de formación) Por lo tanto para el Anfo tenemos que, Qkv = 879 + 0,5928 x 32.08 = 911.08 Kcal / Kg = 3818 Kj/kg.




Módulo 3:

5. Cálculo del volumen específico de gases a 0° y 20° expresado en lts / kg.

V 0° = 22.4 (lts/ mol) x (moles de productos gaseosos),

V 0° = 22.4 (lts/ mol) x 43.83 moles de productos gaseosos. = 981.79 lts/kg

El volumen específico a 20° C, se determina a partir del volumen a 0°

multiplicado por la corrección de temperatura respectiva.

V 20° = V 0° x [(273° Kelvin + 20°) / 273° Kelvin ] = 981.79(lts/kg) x 1.073

V 20° = 1053.5 (lts / kg)




Módulo 3:

5.1 Cálculo del volumen específico de CO a 20° expresado en lts / kg.

El cálculo se hace considerando solo los moles de CO. Así tenemos,

V 0° = 22.4 (lts/ mol) x (moles de CO),

V 0° = 22.4 (lts/ mol) x 1.11 moles de CO = 24.86 lts/kg

El volumen específico a 20° C, se determina a partir del volumen a

0° multiplicado por la corrección de temperatura respectiva.

V 20° = V 0° x [(273° Kelvin + 20°) / 273° Kelvin ] = 24.86 (lts/kg) x 1.073

V 20° = 26.68 (lts / kg)




Módulo 3:

6. Cálculo de la temperatura de explosión T2 en grados Kelvin. Para el cálculo de T2 se usa la expresión siguiente: T2 ={[E.T.T (cal/ kg) / (# moles/kg producto i x Cv(calor molar prom. producto i))] + 293} °K A continuación se calculan las (cal / kg - °K) para cada uno de los productos, Producto Moles/ kg (Ni) Cv (cal /mol - °K) Ni x Cv (cal / kg - °K) H2Og 27.8 9,614 267,27 N2 11.75 6,415 75,37 CO2 3.17 12,04 38,17 CO 1.11 6,475 7,19 388,00 Así entonces tenemos que, T2 ={[ 879 x 103 (cal/ kg) / 388 (cal / kg - °K) ] + 293} °K = 2558 °k




Módulo 3:

Gases Nocivos.

Observaciones importantes:

1. Los cálculos termodinámicos que se realizan para explosivos del tipo mezcla como son la mayoría de los explosivos industriales, no son del todo exactos dado que estos no se comportan de manera ideal en la forma que si lo hacen más los llamados de tipo molecular (TNT; PETN; NITROGLICERINA; RDX; etc.)

2. Es claro que, alterar el “Balance de Oxígeno, B.O.” con que han sido diseñados y fabricados los explosivos incidirá en generar una mayor cantidad de gases nocivos cuyo tipo, cantidad, características y riesgo asociado, dependerá si el “B.O.” es positivo ó negativo como asimismo, de la magnitud (%) del desbalance. Sin embargo, las condiciones en el lugar de uso pueden alterar su valor original de diseño. Por tanto, dada la importancia de los gases nocivos en relación a su efecto sobre los trabajadores entonces, es por lo cual se describe a continuación y con gran énfasis sus principales aspectos.

3. En particular en minas subterráneas, la presencia y cantidad de gases nocivos es una de las variables a considerar para el cálculo de los requerimientos de ventilación.

Gases Nocivos.

Definición:

Los gases nocivos generados es uno de los efectos inherentes que suceden como consecuencia de realizar tronaduras con explosivos del tipo químico, y dependiendo de su magnitud y tiempo de exposición, pueden ser una fuente potencial de riesgo para las personas más aún si se trata de labores subterráneas.

3.1. Definición, Clasificación y Propiedades de los Explosivos Industriales. 3.1.4. Fundamentos del diseño de explosivos y algoritmo de cálculo de propiedades termodinámicas.


Módulo 3:

Gases Nocivos.

Gases nocivos generados por las tronaduras. Para partir es preciso decir que en todas las tronaduras se generan gases los cuales

mayoritariamente son, N2; H2O(g); CO2 y, también por cierto, los gases nocivos tales

como el monóxido de carbono (CO), y los llamados genéricamente gases nitrosos

(NOx).

En concreto, el tipo y cantidad de gases nocivos que se puedan generar dependen del

“Balance de Oxígeno” que tenga un determinado explosivo. Al respecto, se reitera que

el balance de oxígeno puede verse alterado según sean, el tipo de explosivo,

condiciones presentes del lugar de su uso final. Dentro de estas condiciones se pueden

citar, las condiciones de almacenamiento tanto de explosivos propiamente tal como de

materias primas para su fabricación «in situ», como asimismo, las condiciones del

terreno al momento de su colocación dentro de las perforaciones u hoyos, por ejemplo

presencia de agua.



Gases Nocivos.

Balance de Oxígeno Versus Generación Gases Nocivos: Definido como el exceso o déficit de oxigeno en un explosivo expresado porcentualmente. Su valor final y signo ( + o -), es el resultado de la suma del porcentaje (en peso) y el B.O. respectivo de cada uno de los reactantes que forman parte de la composición o mezcla que constituyen un explosivo. Así tenemos por ejemplo, reactantes que aportan oxígeno a la reacción como el nitrato de amonio (NH4NO3 ) y otros que consumen oxígeno como el petróleo (CH2).

Por ejemplo, para el nitrato de amonio se tiene la ecuación estequiométrica siguiente:

2 NH4NO3 4 H20 +2 N2 + O2 (Oxidante)

B.O. = + # Moles O2 (1) x Peso Mol. O2 (32) = + 0.20 (¡Aporta O2!)

# Moles NH4NO3(2) Peso Mol. NH4NO3(80,1)



Módulo 3:

Gases Nocivos.

Si el B.O. de un explosivo es negativo entonces, se genera monóxido de carbono (CO),

y si es positivo se generan los llamados gases nitrosos(NOx).

Por razones de seguridad, los explosivos para uso industrial se diseñan con un B.O.

negativo a fin de contrarrestar que una eventual presencia de agua provoque un

corrimiento hacia el lado positivo. ¡¡En especial si se trata de minas o labores

subterráneas!! En relación a estas últimas se dirá además que, la dilución de los

gases nocivos generados por las voladuras a los niveles de concentración máximos

permitidos (C.A.M.P.), expresados en p.p.m., determinan junto a la cantidad de

personal y equipos diesel trabajando por turno, los requerimientos de aire de

ventilación.

En minas a cielo abierto también se pueden generar gases nocivos en cantidades

significativas y si bien, su dilución es por aireación natural sin embargo, su presencia

puede provocar interferencias a las operaciones unitarias que vienen después de la

tronadura (carguío y transporte).



Módulo 3:

3.1. Definición, Clasificación y Propiedades de los Explosivos Industriales. 3.1.4. Fundamentos del diseño de explosivos y algoritmo de cálculo de propiedades termodinámicas. Gases Nocivos.


Módulo 3:

Gases Nocivos.

El efecto de los gases nocivos sobre las personas depende, de su concentración

(ppm) y, del tiempo de exposición (hrs.) como señala la primera figura a

continuación.

En Chile, las concentraciones admisibles máximas permitidas son 2,4 ppm para los

gases nitrosos(NOx) y 40 ppm para el CO.

En minas u obras subterráneas la medición de las concentraciones de gases nocivos

deben hacerse con equipos de respiración autónomos.

Otras consecuencias negativas de un B.O., fuera de los límites de especificación para

un explosivo son una pérdida de energía (kcal/kg) y velocidad de detonación (m/s)

respectivamente. ¡Ver figuras a continuación!



Módulo 3:


Nota: Recordar que los explosivos llamados industriales se diseñan con un B.O. Negativo lo que implica una pérdida marginal de rendimiento en aras de hacerlos menos peligrosos para los trabajadores.

Anfo regular: 94% Nitrato Amonio + 6% Petróleo.

(NOx)

(CO2;CO; C)


Módulo 3:

I) Causas que generan y aumentan los gases nocivos. En síntesis la principales causas son:

Tipo de explosivo usado vs. presencia de agua.

Efecto de la temperatura ambiente.

Diámetro crítico y mínimo recomendado para un explosivo.

Falta de confinamiento. Ver figuras.

Presencia y efecto de aguas dinámicas.

Degradación de un explosivo dentro del hoyo por ataque de sales minerales y/o soluciones químicas del terreno.

Degradación de un explosivo por almacenamiento prolongado y/o inadecuado.



(-)

(+)



Módulo 3:

I) Causas que generan y aumentan los gases nocivos.

Mala calidad de las materias primas usadas para fabricar un explosivo.

Proporción incorrecta de los ingredientes (reactantes) de un producto explosivo.

Ingredientes correctos en tipo y cantidad pero proceso de fabricación con problema.,

Uso de cordón detonante en tronadura perimetral.

Iniciación deficiente por tipo y/o tamaño del iniciador o “booster”.



Módulo 3:


Después de la detonación del Anfo, el volumen de CO permanece constante, a

diferencia de los NOx donde el volumen inicial como NO, rápidamente (35 minutos

aprox.),se oxida y se transforma en NO2 más

estable pero no menos nocivo.


Tipo y cantidad máxima de gases generados en diferentes condiciones de confinamiento para un Anfo fabricado con 4.7% de petróleo.

¡¡Notar otra vez que, a mayor confinamiento disminuye la cantidad de gases nocivos generados!!


(-)

(+)


Módulo 3:


Relación de volumen generado de NO2 y CO en un Anfo fabricado con diferentes porcentajes (%) de petróleo.


II) Formas para controlar la generación y magnitud de los gases nocivos

generados.

Como es obvio, las formas de control estarán asociadas a cada una de las causas antes señaladas y son: Controlar si es posible la presencia de agua en las formaciones rocosas y asignar el

explosivo adecuado.

Controlar y analizar el efecto de la temperatura ambiente. ¡Correlacionar con la estacionalidad Invierno - Verano!

Selección del explosivo u agente de tronadura adecuado en función del diámetro del hoyo.

Evitar y prevenir la falta de confinamiento en el uso de explosivos.



Módulo 3:

II) Formas para controlar la generación y magnitud de los gases nocivos generados.

Controlar el almacenamiento prolongado e inadecuado de los explosivos.

Control de calidad a las materias primas usadas para la fabricación de explosivos. ¡¡Tema del fabricante!!

Controlar la presencia y efecto que causan las aguas dinámicas.

Analizar la presencia y tipo de sales minerales y/o soluciones químicas del terreno, y la

forma de controlar su efecto sobre el explosivo usado.

Control de calidad para dar la proporción correcta de cada ingrediente (reactante).

¡¡Tema del fabricante!!



Módulo 3:


3.2.1. Mecha a fuego; Cordón detonante; Detonadores eléctricos; Detonadores no eléctricos (tradicional y silencioso) y Detonadores electrónicos.

Las funciones de los llamados accesorios de voladura son múltiples. Así tenemos, que por un lado es, formar una prima o cebo (detonador + explosivo primario) para iniciar un tiro, varios tiros o bien, toda una tronadura. Por otro lado, la función de los accesorios es llevar o transmitir la señal de iniciación hasta el detonador como por ejemplo lo hacen la mecha a fuego y los cordones detonantes. En particular, los detonadores tienen o se les puede programar un tiempo de retardo (detonadores electrónicos), permitiendo que cada tiro sea iniciado en una secuencia deseada para la ejecución del disparo.


Módulo 3:

Mecha para Minas

• Consiste en un cordón compuesto por un núcleo de pólvora negra, con tiempo de combustión conocido, cubierto por una serie de tejidos y una capa de plástico.

• Tipos usados en Chile:

• Mecha plástica: para ambientes secos.

• Mecha Plastec: para ambientes húmedos.

• Tiempo de combustión: 140 seg/metro.


Módulo 3:




Módulo 3: 3.2. Accesorios y sistemas de iniciación.


Consiste en una cápsula de aluminio que

contiene una carga explosiva, compuesta por una carga primaria, una secundaria y un mixto de ignición.

Los detonadores pueden ser usados para detonar cordones detonantes y/o explosivos sensibles al detonador N°8.

Por ejemplo los detonadores TEC poseen la siguientes características técnicas:

– Primaria: 220mg de PRIMTEC

– Secundaria: 600 mg. De PETN.

– Mixto de Ignición: 50 gr.

Detonador a mecha




• Proporcionar una ventilación adecuada

•Evitar la humedad

•Evitar el calor excesivo

• Evitar derrames de aceites o disolventes

•Usar primero las existencias más antiguas

• Formas del corte

• Realizar buen Crimpeado

•Velocidad de Combustión

Aspectos a considerar para el almacenamiento y armado de detonadores y mecha a fuego.




Aspectos a considerar para el almacenamiento y armado de detonadores y mecha a fuego.




Aspectos a considerar para su uso con conectores para mecha a fuego.




Cordón detonante • Es un cordón formado por un núcleo

central de explosivo recubierto por una serie de fibras sintéticas y una cubierta exterior de plástico, que conforman en conjunto un cordón flexible, resistente a la tracción e impermeable.

• Su función es transmitir una onda de choque desde un punto a otro.

• Debido a su potencia es capaz de iniciar los explosivos encartuchados tales como dinamitas, pentolitas y emulsiones.

• Según la concentración lineal de PETN en Chile se comercializan cordones de 1.5, 3, 5, 8, 10, 40 gr/m, y otros.




TIPOS DE CORDON DETONANTE TIPOS Y PENTRITA PENTRITA DIAMETRO EMPAQUE EMPAQUE

CARACT. (graim/pie) (grs/mt) (mm) (mts/caja) (kgs/caja)

PRIMACORD 50 10 5,6 700 15

REFORZADO

PRIMACORD 25 5 5,1 1000 15

E-CORD

PRIMACORD 15 3 4,0 1000 13

DETACORD

PRIMACORD 8 1,5 4,0 1600 18

PRIMALINE

SISMICO 200 40 8,2 300 20

S-200

SISMICO 150 30 7,1 400 22

S-150

DENACORD 10 50 10 4,4 1000 18

DENACORD 5 25 5 3,5 1400 16

DENACORD 3 15 3 3,3 1800 18

DENACORD 2 8 1,5 3,0 1800 16




NUDOS CON CORDON DETONANTE




CONEXIÓN DETONADOR - CORDON DETONANTE




RETARDOS DE SUPERFICIE PARA TRONCALES CON CORDON DETONANTE.




CONSIDERACIONES PARA LAS CONEXIONES.

90º




CAUSAS DE FALLA POR CORTES DEL CORDÓN.




Efecto del cordón detonante en la columna explosiva

Nota: El uso de cordón detonante para iniciar

el «Booster» o la prima (cebo) en el

fondo de los tiros está en retirada.




Detonador eléctrico Es un sistema de iniciación capaz de convertir un impulso eléctrico en una detonación en un tiempo determinado.

Consta de cuatro partes fundamentales:

• Una cápsula de aluminio o cobre.

• Una carga explosiva compuesta por un explosivo primario y uno secundario.

• Un elemento de retardo con un tiempo de combustión especificado.

• Un elemento inflamador eléctrico- pirotécnico.

Tipos usados en Chile: – Detonador de Sensibilidad Normal.

– Detonador Insensible.

– Detonador Altamente Insensible.

Los detonadores eléctricos se pueden conectar en serie o en serie-paralelo.




ASPECTOS IMPORTANTES AL USAR DETONADORES ELÉCTRICOS

• CONDICIONES CLIMATICAS,

• RADIO FRECUENCIAS,

• CORRIENTES VAGABUNDAS,

• ESTATICA,

• FUENTE DE PODER ADECUADA,

• DISEÑO PREDETERMINADO,

• CALCULOS RESISTENCIA CIRCUITO TOTAL,




DETONADORES NO - ELÉCTRICOS

SISTEMA NO ELECTRICO: La iniciación se propaga a

través de cordón detonante, tubos de choque o una combinación

de ambos.

Este sistema se divide en dos sub-grupos:

1.- TRADICIONAL

2.- SILENCIOSO

NOTA: Los llamados tubos de choque se conocen genéricamente

como noneles.




Detonador no eléctrico

En el corte longitudinal se aprecian los principales elementos de un detonador PRIMADET (Ensign Bickford). 1. El extremo explosivo contiene una carga base

de PETN y una carga primaria de Azida de plomo.

2. El Cushion Disk, otorga una gran resistencia al impacto y a la detonación por simpatía.

3. El tren de retardo, formado por uno, dos o tres elementos pirotécnicos.

4. El DIB (Delay Ignition Buffer m.r.), que permite una mayor precisión y evita el problema de la reversión de la onda de choque.

5. El sello antiestático, elemento para eliminar el riesgo de iniciación por descargas estáticas accidentales.

DIB

Sello antiestático

Tren de retardos

Cushion Disk

Azida de

plomo PETN

Tubo de choque




Detonador no eléctrico




TUBO DE CHOQUE




VENTAJAS EN SU USO.

• SEGURO ,

•Tubo NONEL , No es afectado por:

• Alta frecuencia, Cargas estáticas, Llama abierta

• Fricción o Impactos.

• SIMPLE Y FLEXIBLE,

• NO ELÉCTRICO,

• SILENCIOSOS,

• ECONÓMICOS.




SISTEMA NO ELÉCTRICO - TRADICIONAL.

Sistema mixto, compuesto

principalmente por dos

partes:

• Cordón detonante en

superficie, en conjunto con

conectores de retardo de

superficie.

• Tubo de choque en el pozo,

en conjunto con cápsula de

retardo.




SISTEMA NO ELÉCTRICO - TRADICIONAL.

RETARDO

SUPERFICIE

CONECTOR

J HOOK

TUBOS DE

CHOQUE

BOOSTER

(APD 450-2N)

CORDON

DETONANTE

CAPSULA

RETARDO

Vista en Corte-

Elevación

Vista en Planta




SISTEMA NO ELÉCTRICO - SILENCIOSO.

Conector Plástico

Detonador de Superficie

Etiqueta de Identificación

Tubo de Señal

Detonador de Fondo

300 MS DENASA

SISTEMA DE INICIACIÓN EZ DET m.r.

DESCRIPCIÓN : Está constituido básicamente por dos elementos ; a) El detonador EZ-DETm.r. propiamente tal formado por; Un tubo de señal, con largo de acuerdo a la geometría del disparo. Un detonador PRIMADETm.r., de un tiempo de retardo adecuado a la aplicación y destinado a iniciar la carga de fondo del tiro . Un detonador PRIMADETm.r. , pero de baja potencia y alojado en un conector plástico.

Etiquetas de identificación, las que indican el largo del tubo de señal y el tiempo nominal de retardo de ambos detonadores. b) Las líneas troncales EZm.r. (LTEZm.r.), usadas para crear puentes entre corridas y para cerrar circuitos en superficie.

Hoy la empresa ORICA fabrica este

tipo de detonador en Chile con el nombre

de Excel®




SISTEMA DE FUNCIONAMIENTO SISTEMA EZDET®

EZDET 17/600 MS

LTEZ 42 MS

LIP O MS

0 600

17 617

34 634

51 651

68 668

42 642

59 659

76 676

93 693

110 710

84 684

101 701

118 718

135 735

152 752

Punto de Iniciación




0

17

617 634 651 668

34 51 68 85

SISTEMA DE FUNCIONAMIENTO SISTEMA EZDET®




DISPOSITIVO PARA INICIACIÓN A DIATANCIA («Pata – Pata»)




DETONADORES ELECTRONICOS

SISTEMA ELECTRÓNICOS: Corresponde a la última

generación de detonadores siendo su principal característica la

casi nula dispersión del tiempo de retardo asignado lo cual lo

diferencia significativamente de los otros detonadores usados para

la iniciación de los tiros. Al respecto, si bien su uso más masivo

por razones de costo es en minas a cielo abierto sin embargo,

también se ha estado usando en minas subterráneas.




OTRAS CARACTERÍSTICAS DE LOS DETONADORES ELECTRONICOS

1 a 4000 ms

Precisión < 1 ms

1200 detonadores

Comunicación bidireccional

Chequeo completo

Desactivación automática

No responde a sistemas ajenos




ESTRUCTURA DE UN DETONADOR ELECTRONICO.

D A V E Y T R O N I C ® Cross Section of detonator.

1. Circuit board IED assembly.

2. Duplex detonator wire.

3. Crimped plug.

4. Logic capacitor.

5. ASIC processor.

6. Firing capacitor.

7. Fu se head.

8 . Primary charge.

9 . Base charge.

The Daveytronic




DIFERENCIAS CON LOS OTROS SISTEMAS




SISTEMA DAVEYTRONIC®

Nota: Existen otras marcas de detonadores electrónicos tales como por ejemplo, el sistema I-Kon® de Orica ó DigiShot® de DETNET

DAVEYTRONIC®




SISTEMA DAVEYTRONIC® - Conexión en paralelo.




SISTEMA DAVEYTRONIC® - Conexión de los detonadores.




SISTEMA DAVEYTRONIC® - Programación de los detonadores.




SISTEMA DAVEYTRONIC® - Chequeo de las líneas (filas).




SISTEMA DAVEYTRONIC® - Procedimiento de chequeo y disparo.




SISTEMA DAVEYTRONIC® - Principales ventajas.

• CONFIABILIDAD

• SEGURIDAD

• PRECISION

• FLEXIBILIDAD

DAVEYTRONIC

®




CONFIABILIDAD DIALOGO CON LOS DETONADORES

Comunicación

Comunicación






!

? ? ?

CONFIABILIDAD CHEQUEO DE LA LINEA





DAVEYTRONIC

®

ELECTRICO

SEGURIDAD





Comportamiento de detonadores electrónicos ante tormentas eléctricas : Pruebas en condiciones extremas.

Experiencia realizada:

Medición de corrientes generadas por la descarga de un rayo en el suelo durante tormentas eléctricas, comparando el comportamiento de detonadores eléctricos tradicionales, detonadores no-eléctricos y detonadores electrónicos Daveytronic.

Los detonadores fueron dispuestos en superficie alrededor de un pararayos destinado a conducir las altas corrientes hacia el suelo.





Comportamiento de detonadores electrónicos ante tormentas eléctricas : Pruebas en condiciones extremas.

Resultado: Durante la tormenta, se midió una corriente máxima en el suelo de 39000 Amperes.

7 detonadores eléctricos tradicionales colocados en bucle y en circuito cerrado detonaron.

Los otros detonadores eléctricos en circuito abierto no detonaron.

Ninguno de los detonadores no eléctricos detonó.

Ninguno de los electrónicos Daveytronic detonó. 4 de los 20 no funcionaron más después de la prueba (sin respuesta al ser consultados por la Unidad de Programación). El circuito electrónico quedo fuera de servicio.



3.2.2. Selección de accesorios y sistemas de iniciación.

La selección de accesorios y sistema de iniciación depende principalmente de: El tipo y características de los explosivos usados como de la voladura a realizar, Dispersión del tiempo retardo con respecto al valor nominal (Excepto

electrónicos),

Su costo relativo según tipo de tronadura a realizar,

Tamaño de las voladuras asociado a restricciones de nivel de vibraciones(Velocidad de Partícula en mm/s) y/o magnitud de la onda aérea (DbL),

Condiciones ambientales relativas al clima y condiciones de almacenamiento,

Su precio versus la capacidad económica del comprador,

Restricciones «in situ» dependientes como por ejemplo: Voladuras en minas subterráneas de carbón; Voladuras cerca de torres de alta tensión o en zonas con tormentas eléctricas; aguas ácidas o con lato contenido de pirita.

La secuencia de salida de los tiros por ejemplo en voladura de túneles.




Módulo 3:

• Estas plantas se justifican cuando el consumo de explosivos es grande y sostenido en minas rajo y subterráneas,

• Son operadas por un proveedor externo especializado,

• Instalaciones fijas que cuentan con: Oficinas, bodegas, comedores, sala de cambio y baños, naves de mantención etc.)

• Para la recepción y suministro de explosivos cuentan con: Silos de almacenamiento de Nitrato de Amonio, Matriz (Emulsión); Polvorines para explosivos primarios y accesorios; Planta para el aprovechamiento aceites usados y, zonas de transferencia de Materias Primas.

Vista General Planta de Servicios Enaex – Los Pelambres

Planta reciclaje aceites usados Polvorines




Módulo 3:

Planta de Servicios Enaex Mina Escondida

Vista General

Oficinas Polvorines

Silos de Materias Primas

Planta reciclaje aceites usados


3.3.2. Descripción de equipos de apoyo: Camiones fábrica; camionetas desaguadoras; camión grúa; equipo tapa hoyo; polvorín móvil, etc.


Módulo 3:

• La dotación de equipos está constituida por: Camiones fábrica; Equipo tapa hoyo para la colocación de los tacos; camión grúa para el manejo de maxibags; camión ¾ como polvorín móvil; camionetas desaguadoras (si aplica) y, camionetas livianas para el desplazamiento del personal

• El número y tipo de equipos requeridos es función de: a) El volumen de explosivos a cargar, b) La capacidad de los equipos y, c) La complejidad y características propias de cada mina.

Documents

IMIN 402 - Modulo 3 - perforacion y voladura