Rock Blasting 5.pdf

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Mezclas Explosivas Comerciales (MEC)Chapter V

Carlos Agreda, Ph. D

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Mezclas Explosivas Comerciales (MEC)

IntroduccinComo se sabe para llevar a cabo la voladura derocas, se necesita:Diseo de las mallas de perforacin y voladuraUsando modelos matemticos tanto para minera(open pit como subterrnea), ingeniera civil,prospeccin ssmica, etc.Accesorios de voladura


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Mezclas explosivas comerciales (MEC)Carguo de las MEC dentro de los taladrosConexionesCalculo y diseo de la secuencia de salidaIniciacin.


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Fuente de energa de las MEC.Generalmente se divide en tres componentes:1. Shock energy2. Heave energy3. Lost energy

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5Carlos Agreda, Ph. D

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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 lossiguientes: Petrleo, Al, C, propano, Nitro metano,gas, etc.Para sensibilizar los ingredientes anteriormentemencionados generalmente se usan explosivosintrnsecamente explosivos, tales como: NG, TNT,PETN, NC, acida de Pb, etc.


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Clasificacin general de las MEC.

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1 Bajos explosivos

2 Agentes de Voladura

3 Altos explosivos


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Clasificacin General de las MEC.Bajos explosivos: Son las MEC que en sucomposicin no llevan ningn explosivointrnsecamente explosivo y que combustionan odeflagran pero no detonan. Ejemplo Plvora negra(componente mecha seguridad)


Agentes de Voladura: Son las MEC que en sucomposicin no llevan ningn explosivointrnsecamente explosivo y pero que al mezclarse susingredientes se convierten en un explosivo, as porejemplo al mezclar el NO3NH4+CH2 = AN/FO.

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Un agente de voladura no essensible a los fulminantescomunes y para su iniciacinse requiere de un boosterque produzca una altapresin de detonacin.


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Altos explosivos: Son las MEC que en su composicinsi llevan un explosivo intrnsecamente explosivo y quepara su iniciacin se requiere de un fulminante comn.Ejemplo la dinamita



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Goal Typical Blasting GoalsFragment sizedistribution

Downstream processing requirements

Rock displacement Facilitate future handling Control flyrock

Diggability Improve excavation performanceVibration control Provide for public protection

Ensure regulation compliance Preserve next blasting surface

Final condition of theremaining rock mass

Create wall, roof, pillar stability

Control ore dilution or damage Contract requirements

Cost Optimize or control overall processingcost Vs. Individual line item costs.

Table: Typical blasting goals.

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15Carlos Agreda, Ph. DFuente: Paul W. Cooper

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Desarrollo Histrico de las MEC.


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Plvora Negra (C, S, NO3N2) 1300 1900.Nitrocelulosa (4C6N3H7O11) 1832Nitroglicerina (4C3N3H5O9) 1846Dinamita (NG + Kieselghr) 1865Dinamitas Amoniacales y Gelatinosas 1875 1950.AN/FO 1940Slurries 1950Slurries (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 secade nitrato de potasio o nitrato de sodio 64%, azufre18% y carbn vegetal 18%. En primer lugar fueusada como propulsora de caones, luego comomaterial deflagrante de la mecha de seguridad. Seinvento o descubri en China 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 liquidoincoloro a la temperatura ordinaria.La nitroglicerina se emplea como ingrediente en lafabricacin de las dinamitas. La nitroglicerina es unalto explosivo sensible al calor, golpe y friccin, perocuando esta en estado slido y congelado es menossensible que en el estado liquido; sin embargo, porningn motivo debe sacudirse la nitroglicerina, seacual fuere su estado; de ah la dificultad para sumanipuleo, transporte y almacenaje.

Nitroglicerina N. G


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Tiene una velocidad de detonacin que alcanza los7000 m/seg.La reaccin qumica es:

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


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Ascanio SobreroNaci el 12 de octubre de1812 Casale Monferrato,primer imperio Francs.Su profesin qumico yde nacionalidad Italiana.Muri el 26 de mayo de1988 en Turn, Italia.


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Fue inventada por Alfred Nobel, en 1865.- Ladinamita es un nombre genrico que abarca ungran numero de mezclas explosivascomerciales; cuyo ingrediente es un materialcarbonceo (aserrn de madera, harina, almidn,otros) que es sensibilizado por la nitroglicerinay algunas sales que proveen el oxigenocorrespondiente.

Dinamita


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Alfred NobelNaci en unafamilia deingenieros. El 10de diciembre de1896, a la edad desesenta y tresaos, Alfred Nobelmuri en suresidencia deinvierno de SanRemo


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Las dinamitas se clasifican en:Dinamitas purasDinamitas gelatinosasDinamitas amoniacalesDinamitas gelatinosas amoniacales, etc.


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Ventajas DesventajasDinamitas

Su flexibilidad para suformulacin y fabricacinSus altas velocidades dedetonacinBuena resistencia alaguaTrabajan muy biensoportando altaspresiones hidrostticasFuncionan atemperaturas muy bajas.

Produce gasesnocivos, por eso queen los pasesdesarrollados se haminimizado 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.

Mezclasexplosivas de la

nueva generacin:

Slurries de la 1era generacinSlurries de la 2da generacinSlurries de la 3era generacin

Tipos de las MEC.


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Ventajas DesventajasAgentes de Voladura


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Ventajas DesventajasMezclas explosivas de la nueva generacin


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Fue descubierto por accidente en 1940. El AN/FO agranel fue usado como agente de voladura seco en lasoperaciones mineras a tajo abierto y subterrneo.En las operaciones mineras donde no existe agua seobtienen buenos resultados en trminos defragmentacin.

AN/FO

La densidad esta comprendida enel intervalo de 0.85 g/cc en cadalibre.El ANFO, tiene dos limitaciones:1. No water resistance2. A low bulk density



The amount of oil affects four importantcharacteristics:1. Energy2. Velocity of detonation (VOD)3. Sensitivy4. Fumes produced.This is done in two ways by either:1. Adding substances such as finely-sized aluminum

or carbonaceous materials in conjunction with N2 diesel fuel

2. Or crushing the ANFO and packaging the productin a water resistant package for use in damp toslightly wet boreholes.

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Carlos Agreda, Ph. D 35Ewk: Work energy


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Fue inventado por el Dr. Alan Bauer, en Marcona el12/12/68.- La adicin de aluminio a la mezclaexplosiva AN/FO, incrementa la energa entregadaal detonar dicho agente de voladura, pero no enforma lineal en proporcin al porcentaje de AL.

El incremento de Al puede ser hasta un 25% apartir del cual la energa no variara y luegocomenzara a decaer.

AL/AN/FO


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ALAN BAUERWas born in Liverpool, England,in 1931, and obtained degreesin physics and metallurgy fromthe universities of Durham andUtah.From 1956 to 1959 he wasexplosives research engineerwhit Canadian IndustriesLimited. Later he was director ofresearch with the Iron OreCompany of Canada. He iscurrently Professor and Head ofthe Departament of MiningEngineering at QueensUniversity.


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Inventado Annimamente en la dcada del 70.Tiene las caractersticas, ventajas y desventajasdel AN/FO y AL/AN/FO; esta constituido poroxidantes y combustibles.Los principales ingredientes son los siguientes:AN, SN, Al, C, etc., en diferentes proporciones, deacuerdo a las caractersticas fsico-mecnicas dela roca donde se desarrolla la operacin minera.

S/AN/FO


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AN/COFue inventado por Dr. Carlos Agreda, en agosto2002.Es un agente de voladura seco similar al AN/FO,pero la gran ventaja del AN/CO es que el costo porTM disparada es mucho menor, con mejoresresultados de fragmentacin.


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Dentro de estas consideraciones se debe mencionarque es factible mezclar qumicamente al nitrato deamonio (NO3NH4) con el carbn (C).La reaccin qumica exotrmica que toma lugarcuando dicha mezcla explosiva comercial estabalanceada en oxigeno OB 0, es la siguiente:

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


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Se debe mencionar que para formular y elaborar elAN/CO, el carbn del tipo antractico debe serusado como combustible y sensibilizador delNO3NH4.El nombre comercial AN/CO proviene de losvocablos ingleses:

ANMONIUM NITRATE: ANCOAL: CO

Obtenindose como resultado: AN/CO.


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Diagrama conceptual mostrando un taladro cargado conAN/CO para la ejecucin de un disparo primario.


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Fueron inventados por el Dr. Melvin Cook yFarnaman; en las minas de Sheverville-Labradorcity Canada.- Son explosivos que contienen H2O,AN, TNT o Al, mas gomas gelatinosas oesperadoras.Esta MEC proveen mayor seguridad, altaresistencia al agua, y en el momento de sudetonacin producen alta energa para hacertrabajos de voladura de rocas.

Slurries


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Slurries de la primera generacin.- Composicintpica de un slurry tipo alto explosivo (SHE),fueron las primeras mezclas comerciales de estetipo; y estas inicialmente fueron sensibilizadaspor un alto explosivo como el TNT y suscaractersticas principales son las siguientes:

Son sensibles a los fulminantes N 8. Son muy resistentes al agua. Pueden ser aplicados en dimetros pequeos en

labores 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.- Composicintpica de un slurry tipo agente de voladura (SBA). Eneste caso se usa al aluminio (Al) comosensibilizador y ninguno de sus ingredientes sonintrnsicamente explosivos. No son sensibles alfulminante comn N 8 y para su iniciacinnecesitan de un booster que produzca una altapresin de detonacin (P2).Su composicin tpica es como sigue:

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

Espesador 1.0 %Carlos Agreda, Ph. D

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Estas mezclas explosivas comerciales son las masmodernas 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 aninguna 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 alquedar en reposo, se agregan pequeas cantidadesde agentes emulsificantes (monometilaminas,sulfuros y cidos sulfricos de cadena larga ocoloidales liofilicos).

Emulsiones


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Diagrama conceptual mostrando la composicintpica de una emulsin.


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Dr. Melvin A. Cook, 89 internationally renownedscientist and inventor, died Thursday, October 12,2000 at LDS Hospital following recent surgery. Hewas a former Professor of Metallurgy at theUniversity of Utah and founder of several commercialenterprises manufacturing industrial explosives.



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El carguo a granel deemulsiones es directamente altaladro en bancos de tajoabierto o canteras, tiene comoelemento mecnicofundamental al caminmezclador-cargador, el cualcuenta con tolvas de diferentescapacidades para nitrato deamonio, emulsin, aluminio enpolvo y tanque de petrleo, condescarga tanto por mangueracomo por brazo sinfn, capacesde dosificar mezclas endiferentes formulaciones.

Carguo de emulsiones a granel


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Sistema de carguo a granel mediante uncamin fabrica


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VentajasMenor precio.Excelente resistencia al agua.Posibilidad de conseguir productos condensidades entre 1 y 1.45 g/cm3.Elevadas velocidades de detonacin, 4.000 a5.000 m/s. con poco efecto del dimetro deencartuchado.Gran seguridad de fabricacin y manipulacin.Posibilidad de mecanizar la carga y preparar losdiferentes agentes de voladura.

Emulsiones


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La alterabilidad por las bajas temperaturas.La contaminacin durante la carga si seutiliza a granel.El tiempo de almacenamiento y los periodosprolongados de transporte.

DesventajasEmulsiones


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Como se ha mencionado anteriormente, R.B. Clayfue el investigador que ha comienzos de ladcada del 80 propuso el conceptofundamental para el desarrollo de las nuevasmezclas explosivas comerciales llamadasAN/FOs pesados.

Clay, deca que el AN/FO en su composicin teniaaproximadamente 50% de aire de los cuales30% estaba dentro de los grnulos del Nitratode amonio Y 70% entre los grnulos de este.

AN/FOs Pesados


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El aire que se encontraba dentro delos grnulos se aprovechaba paradar la sensibilidad; pero el aire quese encontraba entre ellos pasaba aser un volumen perdido, con unamezcla explosiva comercial de altadensidad y resistente al agua, lamezcla explosiva comercialresultante tendr mayor densidad ymayor resistencia al agua que elAN/FO con un costo adicionalmnimo.


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Con este concepto bsico de Clay se hadesarrollado en forma impresionante toda latecnologa acerca de los AN/FOs pesados.

Por otro lado, como sus aplicaciones en el campohan dado buenos resultados se prevee que elfuturo de los AN/FOs pesados es muy promisorioy expectante.


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El AN/FO pesado puede ser definido como unexplosivo de la nueva generacin, y que estacompuesto por una mezcla de emulsin y AN/FO.Aprovechando los intersticios vacos de los prills delNO3NH4 del AN/FO. Dichos intersticios sonrellenados con una emulsin matriz resultando elAN/FO pesado.

Definicin

Proporcin del AN/FO Pesado.Como se comprender, hay una serie decomposiciones del AN/FO pesado; una de la masusadas es la siguiente:30% de Emulsin70% de AN/FO


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Es la Mezcla Explosiva Comercial mas modernay la ltima que invento el Dr. Melvin Cook y sualumno R. Clay, a comienzos de la dcada del 80.Es una MEC, mas barata que una emulsin ycon mejores propiedades fsico-qumicas que elAN/FO.Es muy resistente al H2OLos parmetros de detonacin y explosin sonmuy adecuados para fracturar rocas muycompetentes.En el momento de su detonacin no generagases nocivos, etc., etc.

Caractersticas del AN/FO Pesado.


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Esta MEC puede ser usada tanto en minerasubterrnea como superficial, ya sea encartuchadao a granel.Se obtiene muy buena fragmentacin aun costomnimo en US$/TM disparada, etc.

Aplicaciones.


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Prills AN/FO

Intersticiosrelleno 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 emulsinbase en ANFO, abre una nueva perspectiva en elcampo de los explosivos


Perforacin Carguo de MEC Conexiones

Iniciacin VoladuraFragmentacin de la

roca

Proceso de la operacin minera unitaria de perforacin y voladura derocas.

Diseo


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Algunas pruebas a las que deben ser sometidas lasMEC

IntroduccinLas MEC que se usan en las operaciones minerasde voladura de rocas tanto en minera subterrneacomo superficial a nivel mundial, son lassiguientes.

Pruebas para laDinamita

SimpataImpactoFuego,Densidad etc.


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Simpata


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Impacto


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Densidad


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Pruebas para los agentes de voladura

AN/FOEl AN/FO debe ser sometido a las pruebas de:Absorcin y Retencin del petrleo.En esta prueba se trata de demostrar si el ANusado para la formulacin del AN/FO cumple contodas las especificaciones exigidas entre ellasbuena absorcin y retencin 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 petrleoDensidadMnimo boosterVOD, etc.



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Carlos Agreda, Ph. D 86EL COMERCIO 07/09/2014

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Dr. Carlos AgredaProfesor

La sabidura de la incertidumbre reside en el desapego en lasabidura de la incertidumbre reside la liberacin del pasado, lo

conocido, que es la prisin del condicionamiento anterior.Nuestro deseo de ir hacia lo desconocido, el campo de todas lasposibilidades, nos entregamos a la mente creativa, que orquesta

la danza del universo


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