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Chapter IV

Mezclas Explosivas Comerciales (MEC)


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Mezclas Explosivas Comerciales (MEC)

Introduccin

Como se sabe para llevar a cabo la voladura de rocas, se

necesita:

Diseo de las mallas de perforacin y voladura Usandomodelos matemticos tanto para minera (open pit comosubterrnea), ingeniera civil, prospeccin ssmica, etc.

Accesorios de voladura

Mezclas explosivas comerciales (MEC)

Carguio de las MEC dentro de los taladros

Conexiones

Calculo y diseo de la secuencia de salida

Iniciacin.


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Definicin.

Son las mezclas compuestas por oxidantes ycombustibles.

Entre los oxidantes mas usados se tienen lossiguientes: AN, SN, Al, CO3Ca, etc.

Entre los combustibles, se pueden mencionar los

siguientes: Petrleo, Al, C, propano, Nitro metano, gas,etc.

Para sensibilizar los ingredientes anteriormentemencionados generalmente se usan explosivos

intrnsicamente explosivos, tales como: NG, TNT, PETN,NC, acida de Pb, etc.


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Clasificacin general de las MEC.Bajos explosivos: Son las MEC que en su composicin nollevan ningn explosivo intrnsecamente explosivo y que

combustionan o deflagran pero no detonan. Ejemplo Plvoranegra (componente mecha seguridad)

Agentes de Voladura: Son las MEC que en su composicinno llevan ningn explosivo intrnsecamente explosivo y pero

que al mezclarse sus ingredientes se convierten en unexplosivo, as por ejemplo al mezclar el NO3NH+CH2 = AN/FO.

Un agente de voladura no es sensible a los fulminantes

comunes y para su iniciacin se requiere de un booster que

produzca un alta presin de detonacin.

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Altos explosivos: Son las MEC que en su composicin sillevan un explosivo intrnsecamente explosivo y que para su

iniciacin se requiere de un fulminante comn. Ejemplo la

dinamita


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Desarrollo Histrico de las MEC.


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Plvora Negra (C, S, NO3N2) 1300 1900.Nitrocelulosa (4C6N3H7O11) 1832

Nitroglicerina (4C3N3H5O9) 1846Dinamita (NG + Kieselghr) 1865Dinamitas Amoniacales y Gelatinosas 1875 1950.AN/FO 1940Slurries 1950

Slurries (Empacados) 1960.Al/AN/FO, 1968SAN/FO, Slurries (A granel) 1970Slurries para Dimetros pequeos 1972Emulsiones 1975Emulsiones para Dimetro pequeo yAN/FOs pesados (Heavy AN/FOs) 1980

AN/CO para Open Pit y Operacionesmineras Subterrneas August 2002

Agente de voladura para voladura controlada 2007

Desarrollo Historico de la MEC.


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Es una mezcla explosiva comercial granulada seca denitrato de potasio o nitrato de sodio 64%, azufre 18% y

carbn vegetal 18%. En primer lugar fue usada comopropulsora de caones, luego como material deflagrantede la mecha de seguridad. Se invento o descubri enChina en el siglo XIII.

Plvora Negra

Formula de la plvora negra: NO3K + C + S


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Fue inventada por Ascanio Sobrero, en 1846.- LaNITROGLICERINA o mas conocida como trinitrato deglicerino NO3CH2CHNO3CH2NO3, es un liquido incoloroa la temperatura ordinaria. La nitroglicerina se empleacomo ingrediente en la fabricacin de las dinamitas. Lanitroglicerina es un alto explosivo sensible al calor,

golpe y friccin, pero cuando esta en estado slido ycongelado es menos sensible que en el estado liquido;sin embargo, por ningn motivo debe sacudirse lanitroglicerina, sea cual fuere su estado; de ah la

dificultad para su manipuleo, transporte y almacenaje.Tiene una velocidad de detonacin que alcanza los 700m/seg.La reaccin qumica es:

4C3H5(NO3)3 12CO2 + 10H2O + 3N2 + O2 + Q3 Kcal/mol.

Nitroglicerina N. G


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Fue inventada porA lfred Nobel,

en 1865.- La dinamita es unnombre genrico que abarcaun gran numero de mezclasexplosivas comerciales; cuyo

ingrediente es un materialcarbonceo (aserrn demadera, harina, almidn,otros) que es sensibilizadopor la nitroglicerina y algunas

sales que proveen el oxigenocorrespondiente.

Dinamita


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Las dinamitas se clasifican en:

Dinamitas purasDinamitas gelatinosasDinamitas amoniacalesDinamitas gelatinosas amoniacales, etc.


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Ventajas Desventajas

Dinamitas

Su flexibilidad para su

formulacin y fabricacinSus altas velocidades dedetonacinBuena resistencia al aguaTrabajan muy biensoportando altaspresiones hidrostticasFuncionan a temperaturas

muy bajas.

Produce gases nocivos,por eso que en lospases desarrollados seha minimizado su uso.

Eleva los costos devoladura, etc.


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AN/FO

AL/AN/FO

SAN/FO

AN/CO

Slurries

Emulsiones y AN/FO pesados

Agentes devoladura.

Mezclas

explosivas de lanueva generacin:

Slurries de la 1era generacin

Slurries de la 2da generacin

Slurries de la 3era generacin

Tipos de las MEC.


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Agentes de Voladura


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Mezclas explosivas de la nueva generacin


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Fue descubierto por accidente en 1940. El AN/FO a

granel fue usado como agente de voladura seco en lasoperaciones mineras a tajo abierto y subterrneo.En las operaciones mineras donde no existe agua leobtienen buenos resultados en terminos defragmentacion.

AN/FO

La densidad esta comprendidaen el intervalo de 0.85 g/cc encada libre.


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Fue inventado por le Dr. Alan Bauer, en Marcona el12/12/68.- La adicin de aluminio a la mezclaexplosiva AN/FO, incrementa la energa entregada aldetonar dicho agente de voladura, pero no en formalineal en proporcin al porcentaje de AL.

El incremento de Al puede ser hasta un 25% a partirdel cual la energa no variara y luego comenzara adecaer.

AL/AN/FO


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Inventado Annimamente en la dcada del 70. Tienelas caractersticas, ventajas y desventajas del AN/FOy AL/AN/FO; esta constituido por oxidantes y

combustibles.

Los principales ingredientes son los siguientes: AN,SN, Al, C, etc., en diferentes proporciones, deacuerdo a las caractersticas fsico-mecnicas de la

roca donde.

S/AN/FO


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AN/CO

Fue inventado por Dr. Carlos Agreda, en agosto 2002.

Es un agente de voladura seco similar al AN/FO, pero lagran ventaja del AN/CO es que el costo por TM disparadaes mucho menor, con mejores resultados defragmentacin.


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Dentro de estas consideraciones se debe mencionar quees factible mezclar qumicamente al nitrato de amonio(NO3NH4) con el carbn (C).

La reaccin qumica exotrmica que toma lugar cuandodicha mezcla explosiva comercial esta balanceada enoxigeno OB 0, es la siguiente:

2NO3NH4 + C 4H2O+2N2+CO2+ Q3KCal/Kg

Se debe mencionar que para formular y elaborar el AN/CO, elcarbn del tipo antractico debe ser usado como combustible y

sensibilizador del NO3NH4.

El nombre comercial AN/CO proviene de los vocablos inglesesANMONIUM NITRATE: AN

COAL: COObtenindose como resultado: AN/CO.

Di t l t d t l d d AN/CO


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1.10m

0.30m

0.80m

Booster HDP 1/3 Lb.

575 Kg. AN/CO

Taco

Diagrama conceptual mostrando un taladro cargado con AN/COpara la ejecucin de un disparo primario.


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Fueron inventados por el Dr. Melvin Cook y Farnaman;en las minas de Sheverville-Labrador city Canada.- Sonexplosivos que contienen H2O, AN, TNT o Al, mas gomasgelatinosas o esperadoras.

Esta MEC proveen mayor seguridad, alta resistencia al

agua, y en el momento de su detonacin producen altaenerga para hacer trabajos de voladura de rocas.

Slurries


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Slurries de la primera generacin.- Composicin tpica deun slurry tipo alto explosivo (SHE), fueron las primerasmezclas comerciales de este tipo; y estas inicialmentefueron sensibilizadas por un alto explosivo como el

TNT y sus caractersticas principales son lassiguientes:

Son sensibles a los fulminantes N 8.

Son muy resistentes al agua.

Pueden ser aplicados en dimetros pequeos enlabores mineras subterrneas, etc.

Clasificacin de los slurries


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Su composicin tpica es:

Ingredientes (% W)TNT 25 %H2O 15 %AN 59 %

Espesador 1 %


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Slurries de la segunda generacin.- Composicin tpica deun slurry tipo agente de voladura (SBA). En este caso seusa al aluminio (Al) como sensibilizador y ninguno de sus

ingredientes son intrnsicamente explosivos. No sonsensibles al fulminante comn N 8 y para su iniciacinnecesitan de un booster que produzca una alta presin dedetonacin (P2).

su composicin tpica es como sigue:

Ingredientes (% W)AN 84.5 %H2O 13.5 %Al 1.0 %

Espesador 1.0 %


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Estas mezclas explosivas comerciales son las mas

modernas y su caracterstica principal es que usancomo sensibilizador al Nitrato de Mono-Metil-Amina(NMMA); y al igual que los slurries de la segundageneracin no contienen entre sus ingredientes a

ninguna sustancia explosiva propiamente dicha.

Slurries de la tercera generacin.


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Es una dispersin coloidal de una fase combustible (Fuel

Oil, wax) en una solucin salina (AN, SN, CaNO3, H2O);para impedir que se asienten al quedar en reposo, seagregan pequeas cantidades de agentes emulsificantes(monometilaminas, sulfuros y cidos sulfricos decadena larga o coloidales liofilicos).

Emulsiones


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Diagrama conceptual mostrando la composicin tpicade una emulsin.

Oxidante

Agua

Combustible

Emulsificante

Sensibilizador

Mezclado Emulsin


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El carguio a granel deemulsiones es directamenteal taladro en bancos de tajoabierto o canteras, tienecomo elemento mecnico

fundamental al caminmezclador-cargador, el cualcuenta con tolvas dediferentes capacidades paranitrato de amonio, emulsin,

aluminio en polvo y tanquede petrleo, con descargatanto por manguera como porbrazo sinfn, capaces dedosificar mezclas endiferentes formulaciones.

Carguo de emulsiones a granel


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ProcesingUnit

MixingUnit

Oxidizer

Water

Fue oil

Emulsifier

Sensitizer

Bulkemulsion

tank

Go to themine site

Formulacin convencional de las emulsiones


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BENCH TO BEBLASTED

CRESTTOE

Water

Detonatingcord

BoosterEmulsion

Blast holes

EmulsionLoadertruck

DewaterningPickup

Aplicaciones de las emulsiones

Sistema de carguio a granel mediante un


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Sistema de carguio a granel mediante un

camin fabrica


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Ventajas

Menor precio.Excelente resistencia al agua.Posibilidad de conseguirproductos con densidades

entre 1 y 1.45 g/cm

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.Elevadas velocidades dedetonacin, 4.000 a 5.000 m/s.con poco efecto del dimetrode encartuchado.Gran seguridad de fabricaciny manipulacin.Posibilidad de mecanizar lacarga y preparar los diferentes

agentes de voladura.

La alterabilidad porlas bajastemperaturas.

La contaminacindurante la carga si seutiliza a granel.El tiempo dealmacenamiento y losperiodos prolongadosde transporte.

Desventajas

Emulsiones


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Como se ha mencionado anteriormente, R.B. Clay fue elinvestigador que ha comienzos de la dcada del 80propuso el concepto fundamental para el desarrollode las nuevas mezclas explosivas comercialesllamadas AN/FOs pesados.

Clay, deca que el AN/FO en su composicin teniaaproximadamente 50% de aire de los cuales 30%estaba dentro de los grnulos del Nitrato de amonio

Y 70% entre los grnulos de este.

AN/FOs Pesados


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Con este concepto bsico de Clay se hadesarrollado en forma impresionantetoda la tecnologa acerca de los AN/FOs

pesados. Por otro lado, como susaplicaciones en el campo han dadobuenos resultados se prevee que elfuturo de los AN/Fos pesados es muypromisorio y expectante.

El aire que se encontraba dentro de los grnulos seaprovechaba para dar la sensibilidad; pero el aire que seencontraba entre ellos pasaba a ser un volumen

perdido, con una mezcla explosiva comercial de altadensidad y resistente al agua, la mezcla explosivacomercial resultante tendr mayor densidad y mayorresistencia al agua que el AN/FO con un costo adicionalmnimo.


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El AN/FO pesado puede ser definido como un explosivode la nueva generacin, y que esta compuesto por una

mezcla de emulsin y AN/FO.

Aprovechando los intersticios vacos de los prills delNO3NH4 del AN/FO. Dichos intersticios son rellenadoscon una emulsin matriz resultando el AN/FO pesado.

Definicin

Proporcin del AN/FO Pesado.

Como se comprender, hay una serie de composicionesdel AN/FO pesado; una de la mas usadas es la siguiente:

30% de Emulsin

70% de AN/FO


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Es la Mezcla Explosiva Comercial mas moderna y la

ltima que invento el Dr. Melvin Cook y su alumno R.Clay, a comienzos de la dcada del 80.

Es una MEC, mas barata que una emulsin y conmejores propiedades fsico-qumicas que el AN/FO.

Es muy resistente al H2O

Los parmetros de detonacin y explosin son muyadecuados para fracturar rocas muy competentes.

En el momento de su detonacin no genera gasesnocivos, etc., etc.

Caractersticas del AN/FO Pesado.


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Esta MEC puede ser usada tanto en minerasubterrnea como superficial, ya sea encartuchada oa granel.

Se obtiene muy buena fragmentacin aun costomnimo en US$/TM disparada, etc.

Aplicaciones.


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Prills AN/FO

Intersticios

relleno de unaemulsin matriz

30% Emulsin70% AN/FO


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HEAVY ANFO = ANFO + EMULSION

PRILLS DE ANFO CAMION MEZCLADOR

El ANFO pesado, que es una mezcla de emulsin baseen ANFO, abre una nueva perspectiva en el campo de losexplosivos


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Algunas pruebas a las que deben ser sometidas las MEC

Introduccin

Las MEC que se usan en las operaciones mineras devoladura de rocas tanto en minera subterrnea comosuperficial a nivel mundial, son las siguientes.

Pruebas para laDinamita

Simpata

Impacto

Fuego,Densidad etc.


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Simpata


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B

= 1


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Densidad


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Pruebas para los agentes de voladura

AN/FO

El AN/FO debe ser sometido a las pruebas de:

Absorcin y Retencin del petrleo.

En esta prueba se trata de demostrar si el AN usado

para la formulacin del AN/FO cumple con todas lasespecificaciones exigidas entre ellas buenaabsorcin y retensin de petrleo.

Si la proporcin cuando de formulo el AN/FO fue laadecuada.


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Por seguridad y por regulaciones a nivel mundialtodas las MEC deben pasar pruebas de control decalidad, tales como:

Absorcin y retencin de petrleo

Densidad

Mnimo booster

VOD, etc.

Diagrama conceptual mostrando el carguio, conexiones y la


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secuencia de salida de una operacin de voladura tpica paraminera open pit.


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Quien asume una meta que no es la suya, esta comprandosu propia infelicidad

Dr. Carlos Agreda T.

Profesor

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