DISEOVoladuras a Cielo Abierto
Tercera Especializacin 2.0061
Trabajo de EQUIPODiseo Afinamiento del diseo Preparacin del rea
Evaluacin del resultado
Resultado ptimo de la voladura
Marcacin de los barrenos
RemocinCargue de la Voladura
Labores de Perforacin
2
ObjetivoEl objetivo esencial de la utilizacin de un explosivo en el arranque de rocas, consiste en disponer de una energa concentrada qumicamente, situada en el lugar apropiado y en cantidad suficiente, de forma que liberada de un modo controlado, en tiempo y espacio, pueda lograr la fragmentacin del material rocoso.Los explosivos comerciales no son otra cosa que una mezcla de sustancias, unas combustibles y otras oxidantes, que, iniciadas debidamente, dan lugar a una reaccin exotrmica muy rpida que genera una serie de productos gaseosos a alta temperatura, qumicamente ms estables, y que ocupan un mayor volumen.3
Termoqumica de los ExplosivosLos procesos de descomposicin de una sustancia explosiva son: la combustin propiamente dicha, la deflagracin y, por ltimo, la detonacin. Combustin; Desprendimiento de calor Deflagracin; Proceso exotrmico en capas a baja velocidad (menor de 1000 m/s). Detonacin; Proceso fsico-qumico caracterizado por su gran velocidad de reaccin y formacin de gases a elevadas temperaturas, que adquieren una fuerza expansiva.4
Termoqumica de los ExplosivosFases de la reaccin qumica de los explosivos. 1. Explosivo sin reaccionar. 2. Detonacin; Onda de Choque a alta presin se mueve a travs de la zona de reaccin.
3. Explosin; Los ingredientes descomponen y cambian a gases.
explosivos
se
4. Expansin; Los gases a alta presin comienzan a expandirse, ejerciendo fuerzas a travs de la roca, las cuales causan el rompimiento de ella.5
Termoqumica de los ExplosivosEnergas generadas por la reaccin de un explosivo.1. Energa de Trabajo.
a. Energa de Choque. b. Energa de Gas.2. Energa de Desperdicio. a. b. c. d. Energa de Calor. Energa de Luz. Energa de Sonido. Energa Ssmica.6
Termoqumica de los Explosivos... Continuacin. Energas generadas por la reaccina. Energa de Choque. (Energa de Tensin)
Es el resultado de la presin ejercida por la onda de detonacin que se propaga a travs de la columna del explosivo. Es una forma de energa cintica.b. Energa de Gas. (Energa de Burbuja) Es la presin que se ejerce sobre los barrenos debido a la expansin de gases despus de que la reaccin qumica ha sido completada.7
Termoqumica de los ExplosivosProceso de Rompimiento. 1. El explosivo detona y rpidamente se expande en el barreno creando altas presiones de gas en el barreno y altas concentraciones de tensin en la roca (stress). 2. La roca inmediatamente alrededor del barreno es comprimida y triturada por la alta presin del barreno. 3. Fisuras existentes son extendidas y se forman nuevas en la masa rocosa por tensiones generadas. 4. La alta presin de gas acta como cua y expande todas las fisuras. 5. La roca es desplazada hacia el paso de menor resistencia. 6. Gas del explosivo se libera a la atmsfera, la roca explotada cae por gravedad y forma el perfil de voladura.8
Teora Bsica de Rompimiento de Roca
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CLAVES para un resultado optimo de VoladuraHacer una adecuada distribucin de energa.Obtener el nivel de energa necesario para realizar el trabajo. Confinar adecuadamente la energa.
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Variables Controlables de las VoladurasLas variables que son controlables en el clculo y diseo de las voladuras las clasificamos en tres grupos: Geomtricas o de diseo (Dimetro, Longitud de carga, piedra , espaciamiento, etc.) Qumico - Fsicas o del explosivo (Tipos de explosivo, potencia, energa, sistemas de cebado, etc.) De tiempo (Tiempos de retardo y secuencia de iniciacin)11
Esponjamiento de la roca
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Variables de Diseo H = D = L = d = B = S = LV = AV= Altura del Banco Dimetro del barreno Longitud del barreno Dimetro de la carga Piedra o Burden nominal Espaciamiento nominal Longitud de la voladura Ancho de la VoladuraDaniel Eduardo Cotes Quijano 13
Variables de Diseo Be Se T J I Tr = = = = = = Piedra o Burden Efectiva Espaciamiento Efectivo Retacado Sobreperforacin Longitud de carga Tiempo de retardo
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AV 3 S 1 Be 1 Se 3 T H B 2 0 2
LV
JESQUEMA DE VOLADURA EN BANCO15
Dimetro de los Barrenos Depende de los siguientes aspectos: Caractersticas del macizo rocoso. Grado de fragmentacin requerido. Altura del banco y configuracin de los cargas. Economa del proceso de perforacin y voladura. Dimensiones del equipo de carga.16
Dimetro de los Barrenos Para lograr una excelente distribucin de la energa, utilizar dimetros de barreno (mm) igual a la altura del banco (m) multiplicado por 8. Para un H = 9 Mt. Usar un D = 9 x 8 =72 mm (3) El dimetro mximo del barreno (mm) para una altura de banco conocida, debera ser igual a la altura del banco (m) multiplicada por 15. Para un H = 9 Mt. Usar un D Mx. = 9 x 15 =135 mm (5)
A medida que aumentan los dimetros de los barrenos; el costo de la perforacin, la carga y explosivos, generalmente disminuyen. Los barrenos de menor dimetro, distribuyen mejor la energa explosiva.17
Dimetro de los Barrenos Cuando el dimetro de perforacin D es pequeo, los costos de perforacin, cebado e iniciacin sern altos y en las operaciones de carga, retacado y conexin se invertir mucho tiempo y mano de obra. Si D es muy pequeo la nica ventaja que se obtiene es la mejor distribucin del explosivo y por lo tanto un consumo especifico menor.
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Dimetro de los Barrenos Cuando los dimetros de perforacin son grandes y por consiguiente los esquemas de perforacin; la granulometra que se obtendr en las voladuras, podr llegar a ser inaceptable si la familia de diaclasas y discontinuidades presentan un espaciamiento amplio y conforman bloques.
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Influencia en el esquema de perforacin y de las discontinuidades en la produccin de grandes bloques
Bloques de roca diaclasada
20
Recomendacin
En tales casos se recomienda que el espaciamiento entre los barrenos sea menor que la separacin media entre fracturas.
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Dimetro de los Barrenos El aumento de D va acompaado de las siguientes ventajas: Elevacin de la velocidad de detonacin de los explosivos. Disminucin del costo global de perforacin y voladura. Mayor rendimiento de la perforacin (m3 volados/ml perforados). Aumento del rendimiento de la excavadora.22
Dimetro de los Barrenos La longitud del retacado T aumenta con el dimetro de perforacin D, pudiendo llegar a constituir la parte alta del barreno, una fuente potencial de formacin de bloques. En rocas masivas, cuando la longitud de carga I (cm.) y el dimetro D (cm.) I/D < 60, el incremento de D tiende a aumentar la fragmentacin. 600 / 11.4 (4.5) = 52 600 / 10.2 (4) = 59. Cuando I/D > 60 el incremento de D obliga a incrementar el consumo especifico si se quiere conservar la fragmentacin. 600 / 8.9 (3.5)= 67 600 / 7.6 (3) = 7523
Dimetro de los Barrenos En las voladuras a cielo abierto se utilizan dimetros desde 50 mm hasta 380 mm. En obras pblicas es habitual operar con valores desde 50 mm hasta 125 mm. En la minera la tendencia ha sido incrementar este parmetro siendo los dimetros ms utilizados desde 165 mm hasta 310 mm.
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Track Drill Neumtico
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Track Drill Hidrulico
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Track Drill de varios brazos
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Cantera con explotacin a cielo abierto
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Altura del Banco Deber ser mayor en metros que el dimetro en mm dividido por 15. D = 115 mm (4.5) /15 = H >7.62 Mt. D = 102 mm (4) /15 = H > 6.77 Mt. D = 89 mm (3.5) / 15 = H > 5.92 Mt. D = 76 mm (3) / 15 = H > 5.08 Mt. Cuando H es pequea cualquier variacin de la Piedra (B) o el espaciamiento (S) tiene una gran influencia en los resultados de voladura. Cuando H aumenta, manteniendo el B constante, el espaciamiento puede incrementarse sin verse afectada la fragmentacin.31
Altura del Banco Si las alturas de banco son muy grandes, pueden presentarse problemas de desviacin de los barrenos que afectan no solo la fragmentacin de la roca, sino que incluso aumentarn el riesgo de generar fuertes vibraciones, proyecciones y sobreexcavacin, pues la malla de perforacin (B x S) no se mantendr constante en las diferentes cotas del barreno.
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ndice de RigidezEl ndice de rigidez del paraleleppedo de roca situado delante de los barrenos tiene una gran influencia en los resultados de las voladuras. Si H/B es > = 3 Resultados ptimos. Si H/B es < = 1 Fragmentacin gruesa con problemas de repis y sobreexcavacin. Si H/B es = 2 se aminoran estos efectos.
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ndice de RigidezAltura banco: 10 m. Dimetro : 311mm. Burden : 10m. Taco : 7 m. Dist. Energa : 30%. Indice Rigidez: 1.
Mala Distribucin de la Energa
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ndice de RigidezAltura banco: 10 m. Dimetro : 145mm. Burden : 5m. Taco : 3,5 m. Dist. Energa : 65%. Indice Rigidez: 2.
Distribucin Aceptable de la Energa
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ndice de RigidezAltura banco: 10 m. Dimetro : 92mm. Burden : 3,3m. Taco : 2,3 m. Dist. Energa : 77%. Indice Rigidez: 3.
Buena Distribucin de la Energa
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El ndice de rigidez es el cuociente entre la altura del banco y el Burden. Con la ayuda de este cuociente se puede establecer a priori, aproximaciones de los efectos adversosINDICE DE RIGIDEZ FRAGMENTACIN ONDA AEREA PROYECCIONES VIBRACIONES NOTA
1 2 3 4
POBRE SUAVE BUENO Excelente
SEVERO SUAVE BUENO Excelente
SEVERO SUAVE BUENO Excelente
SEVERO SUAVE BUENO Excelente
Redisear Rediseo pos. Buena Frac. Optimo
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VENTAJAS DE LA PERFORACION EN ANGULOMala fragmentacin
Energa til
Energa desperdiciada
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RETACADO Debe ser desde 0,7 a 1,3 veces la dimensin de la Piedra o Burden. Para un B = 2.5 Mt. T mnimo = 1.75 Mt. T mximo = 3.25 Si el dimetro de la carga en mm. dividido por la longitud del taco en m. Es > a 55 se puede producir un flyrock y ventilacin prematura. Para un D = 89 mm (3.5) T = 2.5 Mt. 89/2.5 = 35.56 T = 2 Mt. 89/2 = 44.45 T = 1.5 Mt. 89/1.5 = 59.26 Las rocas molidas contienen la energa explosiva mejor que el detritus de perforacin. Los barrenos hmedos requieren un taco mayor para la contencin de la energa que los barrenos secos.39
RETACADO En la prctica, las longitudes ptimas de retacado (T) aumentan conforme disminuyen la competencia y calidad de la roca, variando entre 20D y 60D. Para D = 89 mm (3.5) T mx. = 5.33 Mt. T min. = 1.77 Mt. Siempre que sea posible debe mantenerse una longitud de retacado mayor a 25D, para evitar problemas de onda area, proyecciones, cortes y sobreexcavaciones. Para D = 89 mm (3.5) T > 2.22 Mt.
40
SOBREPERFORACIN Es la longitud del barreno (J) por debajo del nivel del piso, que se necesita para romper la roca a la altura del banco y lograr una fragmentacin y desplazamiento adecuado, que permita al equipo de carga alcanzar la cota de excavacin prevista. Si J es pequea no se producir el corte en la rasante proyectada, aparecen repis y aumentan los costos.41
SOBREPERFOFORACIN Equivale a la distancia del Burden desde 0,3 hasta 0,5B. Para un B = 2.5 Mt. J mx. = 1.25 Mt J mim. = 0.75 Mt. Para mejorar la fragmentacin la carga iniciadora del barreno no debe ser colocada en la subperforacin.42
SOBREPERFOFORACIN Si J es excesiva se producir:Aumento de costos de perforacin y voladura. Incremento en el nivel de vibraciones. Una fragmentacin excesiva en la parte alta del banco inferior, que provocar problemas de sobreexcavacin en las zonas finales. Normalmente J = 0.3B43
Reduccin de la Sobreperforacin con la inclinacin de los barrenos
INCLINACIN
00 100
200 300400 0,3B 0,4B
0,2B
SOBREPERFORACIN44
Piedra y Espaciamiento La piedra B es la distancia mnima desde el eje de un barreno al frente libre y el Espaciamiento S es la distancia entre barrenos de una misma fila. Estas variables dependen bsicamente de: Dimetro de perforacin. Propiedades de las rocas. Propiedades de los Explosivos. Altura del Banco. Grado de fragmentacin y desplazamiento del material deseado.45
Piedra o Burden Se han propuesto numerosas formulas para calcular la Piedra B que tienen en cuenta uno o varios de los parmetros indicados anteriormente, todas proporcionan valores que oscilan entre 25 y 40D, dependiendo fundamentalmente de las propiedades del macizo rocoso. Para un D = 89 mm (3.5) B min. = 2.22 Mt. B mx. = 3.56 Mt. Es muy importante que la distancia B sea la adecuada, cuando en la prctica este mayor o menor con respecto al terico previsto, generalmente se debe a:
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Piedra o BurdenError de posicionamiento de los equipos. Falta de paralelismo entre el barreno y la cara libre del banco. Desviaciones del barreno durante la perforacin. Irregularidades en el frente del talud.
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Piedra o Burden Si B es excesiva, los gases de la explosin encuentran mucha resistencia para agrietar y desplazar la roca, aumentando la intensidad de las vibraciones, porque parte de la energa se transforma en energa ssmica. Si B es reducida, los gases se escapan y expanden a una alta velocidad hacia el frente libre, provocando grandes proyecciones en forma incontrolada y provocando un aumento en la sobrepresin area y en el ruido.
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Espaciamiento El espaciamiento S se calcula en funcin de la piedra B, del tiempo de retardo entre barrenos y de la secuencia de encendido. Si S es muy pequeo se produce un exceso de trituracin y roturas superficiales en crter. Si S es muy grande dan lugar a una fracturacin inadecuada acompaada por problemas de repis y un frente muy irregular.
49
Espaciamiento S flucta entre 1 -1,8 veces la distancia del Burden. Para B = 2.5 Mt. S min. = 2.5 Mt. S mx. = 4.5 Mt. Se obtienen buenas distribuciones de la energa usando 1,25 x B y configuracin inclinada. S = 3.12 Mt. El agrietamiento primario paralelo a la cara libre puede permitir un espaciamiento mayor.
50
Preguntas ?
51
TREN EXPLOSIVOFuente de energa.
Red de distribucin de energa.
Retacado
Iniciador del barreno
Carga Principal
Carga iniciadora
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Esquemas de perforacin Normalmente y por facilidad se emplean esquema Cuadrados o Rectangulares (Tresbolillo). Los esquemas ms efectivos son los denominados TRESBOLILLO y entre ellos el mejor es el que forma tringulos equilteros, por distribuir mejor la energa entre la roca. En este esquema produce la mejor fragmentacin, con un S =1.15B53
Ejemplo de esquema Cuadrado
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Ejemplo de esquema Tresbolillo
55
Distribucin de la energa
Patrn Cuadrado
Patrn al Tresbolillo
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Tamao y Forma de la Voladura El tamao debe ser lo ms grande como sea posible, por las siguientes ventajas: Disminucin de los tiempos improductivos de los equipos de perforacin y carga. Menor longitud porcentual de la zona perimetral de las voladuras, donde se produce una fragmentacin ms deficiente debido a: Encontrar bloques preformados por voladuras anteriores. Al escape prematuro de los gases por grietas existentes. Mayor tiempo de supervisin y control.
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Tamao y Forma de la Voladura En general las voladuras de hileras mltiples son mejores que las de una sola fila. Con un frente libre, la relacin LV/AV debe ser > 3.
10/3=3.3 20/6=3.3 40/13= 3.1 Con dos frentes libres las voladuras deben disearse con LV/AV > 2 < 3 10/4=2.5 20/9=2.2 40/16= 2.5
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Configuracin de las Cargas Cuando los barrenos sean de pequea longitud se deben usar columnas continuas de explosivo, pero si son de bastante profundidad la mejor relacin costo efectividad se obtendr con cargas espaciadas. Harries y Hagan ((1.979) demostraron que la tensin de una carga aumenta, cuando la relacin I/D se incrementa de 0 a 20, permaneciendo constante a partir de ese valor. De esta forma con I/D = 20 se obtendr la fragmentacin mxima. I = 20 x D = 20 x 89 = 1.78 Mt.59
Configuracin de las Cargas As por ejemplo en una carga continua con un I/D de 52 no son mejores los resultados que una carga espaciada con I/D de 20 y un tacado de 12D. Sin embargo la utilizacin de cargas espaciadas puede afectar el rendimiento de cargue como consecuencia del menor desplazamiento y esponjamiento del material. Donde este condicionante no existe depender de la diferencia entre el ahorro potencial de explosivo y el tiempo, grado de complejidad y costo de iniciacin aadido a la columna seccionada.
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Configuracin de las Cargas El atractivo de las cargas espaciadas aumentara cuando: Los explosivos se encarezcan. El retacado pueda mecanizarse. Las vibraciones constituyan una limitacin y sea preciso disminuir las cargas operantes mediante el seccionado y secuenciado del explosivo dentro de un mismo barreno. En voladuras a Cielo Abierto, las alturas de banco mnimas para dividir la columna en forma efectiva debe ser H/D > 70. H > 70 x D H > 70 x 89mm > 6.2261
Columnas de carga continuas y espaciadas
25D20D
25D
12D 52D 20D
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Empleo de Cargas Puntuales en la zona de Retacado
Carga Puntual
Carga Cilndrica Alargada
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Barrenos auxiliares para ayudar a fragmentar en la parte alta del banco
1
2
3
4
5
6
64
Para mejorar la fractura superiorPaso No. 1Aumentar la longitud de la carga manteniendo el confinamiento del explosivo y/o reduciendo el tamao del patrn.
Aumenta
Reduce
65
Para mejorar la fractura superiorPaso No. 2Colocar una carga explosiva pequea en la zona dura. Si se utilizan retardos hacia abajo del barreno se debera detonar la capa 25 ms antes de la capa principal.
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Para mejorar la fractura superiorPaso No. 3Perforar barrenos satlites entre las perforaciones de produccin y si es posible cargar hacia el interior de la zona dura.
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Cantera con explotacin a cielo abierto
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Tipo de Explosivos. Bsicamente lo determina las propiedades de las rocas que se desean fragmentar y el tipo de explosivos que se encuentran en el mercado. Cuando se trabaja en roca masiva se debe emplear un explosivo de mayor potencia y velocidad de detonacin. En rocas intensamente fracturadas o estratificadas se deben emplear de baja velocidad de detonacin y de baja densidad.
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Distribucin de los Explosivos en los barrenos La energa necesaria para que se produzca la rotura de la roca no es constante en toda su altura pues debe superar la resistencia a la traccin y la resistencia al cizallamiento. La energa especifica en el fondo del barreno debe ser de 2 a 2,5 veces superior a la energa de la columna.70
Distribucin de los Explosivos en los barrenos La carga de fondo debe tener como mnimo una longitud de 0,6 B. Segn Langefors, prolongar la carga de fondo por encima de una longitud igual al valor de la piedra no contribuye apreciablemente a la rotura. Por lo que la carga inferior debe estar entre 0,6 y 1,3 B.
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Consumos Especficos (CE)Tipo de Roca Consumo Especifico Kg/m30.6 1.5
Rocas masivas y resistentes
Rocas resistencia mediaRocas muy fracturadas, alteradas o blandas
0.3 0.60.1 0.3
72
VOLADURAS EN BANCO Segn Langefors y KihistrmDe pequeo dimetro:Entre 65mm y 165 mm 2,5 y 6,5
De gran dimetro:Entre 180mm y 450mm 7,0 y 17
73
De Pequeo Dimetro Sus aplicaciones ms importantes son: En la Explotacin de Canteras, Excavaciones de Obras Pblicas, Minera de Cielo Abierto de pequea escala. Las cargas del explosivo son cilndricas alargadas con una relacin I/D > 100 y se utilizan dos tipos de explosivos, uno para la carga de fondo y otro para la carga de columna.74
Dimetros de Perforacin Depende de la produccin horaria y de la resistencia de la roca. Los costos en la mayora de los casos disminuyen con el aumento del dimetro.
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DIAMETRO PRODUCCION HORARIA (m3b/h) DEL BARRENO Roca blanda-media Roca dura-muy dura < 120MPa >120 MPa 65 mm 190 6089 mm 150 mm 250 550 110 270
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Altura del banco. La altura del banco es funcin del equipo de carga y del dimetro de perforacin. Por cuestiones de seguridad, la altura mxima de un banco en minas y canteras debe ser 15 metros y solo para aplicaciones especiales, como en voladuras para escollera.
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ALTURA DEL DIAMETRO EQUIPO DE BANCO H DEL BARRENO CARGA (M) (MM) RECOMENDADO 6 - 10 65 - 90 PALA DE RUEDAS EXCAVADORA HIDRAULICA
10 -15
100 -165
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Piedra y EspaciamientoB es funcin del dimetro de los barrenos, de las caractersticas de las rocas, y de los tipos de explosivos empleados. Los valores de B oscilan entre 33 y 39 veces el dimetro del barreno, dependiendo de la resistencia de la roca a compresin simple y a la altura de la carga de fondo. S entre los barrenos de una misma fila varia entre 1,15 B para rocas duras y 1,30 B para rocas blandas.
79
VARIABLE DE DISEO
BPIEDRA
RESISTENCIA A COMPRESION SIMPLE (MPa) Blanda Media Dura Muy dura < 70 70 -120 120-180 > 180 39 D 37 D 35 D 33 D 51 D 35 D 10 D 47 D 34 D 11 D 43 D 32 D 12 D 38 D 30 D 12 D80
SESPACIAMIENTO
TRETACADO
JSOBREPERFORACIN
Inclinacin de los barrenos Las maquinas de perforacin permiten inclinacin de las torres con ngulos de hasta 20 grados e incluso mayores con respecto a la vertical. La longitud del barreno L aumenta con la inclinacin, pero por el contrario la Sobreperforacin J disminuye con esta. L = H/Cosb + (1 b /100) x J Donde b es el ngulo con respecto a la vertical en grados
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Distribucin de cargas La energa por unidad de longitud en el fondo debe ser 2 a 2,5 veces superior a la energa requerida para la rotura de la roca frente a la carga de columna y en funcin de la resistencia de la roca. La altura de la carga de columna se calcula por diferencia entre la longitud del barreno y la suma del retacado y la carga de fondo. Los consumos especficos varan entre 250 y 550 gramos por metro cbico, para los cuatro grupos de roca considerados.82
VARIABLE DE DISEO
RESISTENCIA DE LA ROCA (MPa)Blanda Media < 70 70 - 120 Dura 120 - 180 Muy dura >180
Longitud de la carga de fondo
30D
35D
40D
46D
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Concentraciones lineales de carga para el ANFO e Indugel Plus APDimetro del Barreno Pulgadas mm 2 50,80 2 1/4 57,15 2 63,50 2 3/4 69,85 3 76,20 3 82,55 3 88,90 Densidad de carga g/cm3 ANFO Indugel AP 1,62 2,43 2,05 3,08 2,53 3,80 3,07 4,60 3,65 5,47 4,28 6,42 4,97 7,4584
Concentraciones lineales de carga para el ANFO e Indugel Plus APDimetro del Barreno Pulgadas mm 3 95,25 4 101,60 4 114,30 5 127,00 5 5/8 142,88 6 152,40 Densidad de carga g/cm3 ANFO Indugel AP 5,70 8,55 6,49 9,73 8,21 12,31 10,13 15,20 12,83 19,24 14,59 21,8985
Densidades aproximadas de distintos materialesMATERIAL BAUXITA ESCORIA CALIZA Densidad Sueltobanco (t/m3) 1,42 1,89 0,56 0,86 1,54 2,61 1,66 2,02 1,48 1,84 1,66 2,08 1,42 1,66 1,54 1,84 1,66 2,73 1,75 2,61 0,95 1,60 Factor Volumtrico de conversin 0,75 0,65 0,59 0,83 0,81 0,80 0,86 0,84 0,61 0,67 0,74 Porcentaje de expansin 33 % 54 % 70 % 22 % 25 % 25 % 17 % 20 % 64 % 49 % 35 %86
ARCILLA Estado Natural Seca HmedaARCILLA Y GRAVA Seca Hmeda GRANITO FRACME BASALTOS FRACM CARBON
Densidades aproximadas de distintos materialesMATERIAL ROCA ALTERADA 75% roca 25% tierra 50% roca 50% tierra 25% roca 75% tierra GRAVA Natural Seca Seca de 6 a 50 mm Mojada de 6 a 50 mm ARENA Y ARCILLA YESO FRACMENT. ARENISCA Densidad Sueltobanco (t/m3) 1,96 2,79 1,72 2,28 1,57 1,06 1,93 2,17 1,51 1,69 1,69 1,90 2,02 2,26 1,60 2,02 1,81 3,17 1,51 2,52 Factor Volumtrico de conversin 0,70 0,75 0,80 0,89 0,89 0,89 0,89 0,79 0,57 0,60 Porcentaje de expansin 43 % 33 % 25 % 13 % 13 % 13 % 13 % 26 % 75 % 67 %87
Densidades aproximadas de distintos materialesMATERIALMINERALES DE HIERRO Hemates Magnetita Pirita ARENA Seca Hmeda Empapada TIERRA Y GRAVA Seca Hmeda
Densidad Sueltobanco (t/m3)2,46 2,91 2,79 3,28 2,58 3,03 1,42 1,60 1,69 1,90 1,84 2,08 1,72 1,93 2,02 -2,23
Factor Volumtrico de conversin0,85 0,85 0,85 0,89 0,89 0,89 0,89 0,91
Porcentaje de expansin18 % 18 % 18 % 13 % 13 % 13 % 13 % 10 %
TIERRA VEGETALTACONITAS
0,95 1,372,43 5,61
0,690,58
44 %74 %
88
89
Ejemplo de aplicacin En una cantera se extrae roca con una resistencia a la compresin simple de 150 MPa en bancos de 10 metros de altura. La perforacin se realiza con equipo rotopercutivo de martillo en cabeza con un dimetro de 89 mm. Los explosivos estn constituidos por Indugel Plus AP encartuchado de 75 mm de dimetro y ANFO a granel, con unas densidades respectivas de 1,2 y 0,8 g/cm3. Se desea determinar el esquema de perforacin y la distribucin de cargas, manteniendo los barrenos una inclinacin de 20.90
Normativas asociadas al control de dao a instalaciones y edificaciones cercanasNorma sueca La normativa sueca entrega una gua para determinar los valores mximos a los cuales puede estar sometida una estructura, basada en diferentes parmetros caractersticos de construccin de la estructura a evaluar y de las caractersticas del tipo de roca en donde se encuentra empotrada dicha estructura. De esta manera los valores lmites quedan establecidos de la siguiente manera: Donde: V : lmite mximo de partcula permitida Vo : velocidad caracterstica del terreno en mm/s Fk : factor de calidad de la construccin Fd : Factor de distancia Ft : factor de duracin del proyecto V = Vo x Fk x Fd x Ft
Daniel Eduardo Cotes Quijano
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Normativas asociadas al control de dao a instalaciones y edificaciones cercanasDescripcin de parmetros:
- Tipo de suelo VoMorrena suelta, arenas, arcillas Morrena firme, limonitas suaves Granito, gneiss
(Pul/sg)0,72 1,40 2,80
(mm/sg)18 35 70
La velocidad caracterstica del terreno puede ser calculada como:Vo = Cp/65, donde:
Cp : Velocidad ssmica de la onda P.
- Factor de calidad de la construccin FkEste factor se define como: Fk = Fb x Fm
92
Normativas asociadas al control de dao a instalaciones y edificaciones cercanasFb se obtiene de la siguiente manera:
Clase1 2 3 4 5
Tipo de estructuraEstructuras pesadas o defensa civil Edificios industriales o de defensa civil Edificios residenciales Edificios sensibles con grandes arcos Edificios histricos en mal estado Fm como:
Fb1.70 1.20 1.00 0.65 0.50
Clase 1 2 3 4
Tipo de material Hormign reforzado con acero Concreto no reforzado, ladrillo Concreto aireado Ladrillo y tabiqueria de madera
Fm 1.20 1.00 0.75 0.6593
Normativas asociadas al control de dao a instalaciones y edificaciones cercanas Factor de duracin del proyecto Ft
Tipo de actividadTrabajos de construccin de tneles o cavernas Trabajos estacionarios como minera Factor de distancia Fd
Ft1.00 0.75-1.00
El factor de distancia queda definido de acuerdo a la figura adjunta, donde: Fd, para suelo tipo arcilla (N-1) :
Fd 1.56 x d
0.19
Fd, para suelo tipo morrena (N-2) :Fd, para suelo tipo roca (N-3) :
Fd 1.91 x d 0.42 Fd 2.57 x d94
0.29
Factor de distancia
95
Carga mxima por RETARDO de acuerdo a lo exigido por la Oficina de Minera Superficial Restauracin y observancia de Estados Unidos (OMSRE)
W = (3D/F)2 W= D= F= Kilogramos de explosivo Distancia en Metros a la estructura ms cercana que no se desee afectar Factor de distancia
96
Factor de distancia relacionado con la velocidad de vibracinFactor de distancia F 10 11,5 20 30 40 50 60 70 V (pulg./seg.) 2,5 2,0 0,83 0,43 0,27 0,19 0,14 0,1197
Gua paso paso para desarrollar diseos de voladuras Ejemplo de calculo. Dimetro del explosivo (mm) = 102 Densidad del explosivo (g/cc) = 0,85 Energa explosiva AWS (J/G) = 3726 Densidad de la roca (g/cc) = 2,4 Altura del banco (m) = 9
98
Formulas para calculo de Voladuras (segn Rodgers)x (dimetro del explosivo (mm) / 25,4) x 0,3048 =3,07
Burden (m) = ((Den. del explosivo x 2/ Den. de la roca)+1,8) Indice de rigidez del burden = Alt. del banco / Burden =2,9 Espaciamiento (m) = Burden x 1,15 = 3,53 Longitud del taco (m) = Burden x 0,7 = 2,15 Distribucin de la energa (%) =1 - (long. del taco/alt. del banco)x100= 76,12
Long. De la subperforacin (m) = Burden x 0,3 = 0,92 Longitud del barreno (m) = Alt. del banco + Subper. = 9,9299
Formulas para clculo de voladuras (segn Rodgers) (continuacin) Longitud del explosivo (m) =Long. Del barreno - long. Del taco = 7,77
Densidad de carga (kg/m) =0,0031415 x Den. del explo. x (Dim. del explo. / 2)2 = 6,95
Peso del explosivo (kg/perforacin) =Den. de la carga del explo. x longitud del explosivo. = 53,98
Energa explosiva (mj/perforacin) =(peso del explo. x energa explosiva AWS) / 1000 = 201,13
100
Formulas para clculo de voladuras (segn Rodgers) (continuacin) Volumen del tiro (Mt3/perforacin) =Altura del banco x burden x espaciamiento = 97,56
Masa del tiro (toneladas/perforacin) =Volumen del tiro x densidad de la roca = 234,15
Factor de potencia (kg/Mt3) =Peso del explosivo/vol. del tiro = 0,55
Factor de potencia (kg/ton) =Peso del explosivo / masa del tiro =0,23
101
Formulas para clculo de voladuras (segn Rodgers) (continuacin) Factor de potencia (ton/kg) =Masa del tiro /peso del explosivo = 4,34
Factor de energa (kj/ton) =(energa del explosivo por barreno x 1000)/ masa del tiro = 859
Este diseo inicial debera ser afinado mediante voladuras de prueba para ajustarlo a las condiciones existes en la masa de la roca y a los requerimientos de fragmentacin. Los factores de energa deberan fluctuar entre 500 y 1250 kj/ton. con un valor promedio para la primera voladura de 900 kj/ton.102
Preguntas ?
103
Cebado
Consiste en la operacin de introduccin de los detonadores dentro del bster (explosivo de alto poder que inicia el explosivo vaciado en las perforaciones), para luego colocar este cebo dentro del pozo.
Daniel Eduardo Cotes Quijano
104
EFECTO DEL CEBO O PRIMA6.100
Barreno 165mm
APD 900 APD 450
4.600
3.100
APD
Anfo105
CONFIGURACION DE CEBOS
TACO
ZONAS DE BAJA DETONACION
EXPLOSIV0 COLUMNA
EXPLOSIVO ALTA VELOC.
106
POSICION DEL CEBO
ZONA REGIMEN
ZONA INICIACION
ZONA REGIMEN
107
SISTEMAS INICIADORESEs una combinacin de dispositivos explosivos y componentes accesorios diseados para enviar una seal e iniciar una carga explosiva cuando ha sido adecuadamente instalada y activada desde una distancia segura.
108
NO-ELECTRICOS: (NONEL) Emplea tubos plsticos, recubiertos internamente con una sustancia reactiva la cual se transmite a 2.000 m/seg., tiene 3 mm de dimetro, pesa solo 5.5 g/m y posee un recubrimiento explosivo de 0.02 g/m. Ideal para voladuras silenciosas, donde hay riesgo de electricidad extraa o en condiciones de humedad, donde es dudosa la conexin elctrica
109
Ventajas Es un sistema no elctrico diseado para operaciones de campo, con las siguientes ventajas : Seguridad Flexibilidad Tecnologa
110
SEGURIDAD Elimina el riesgo de iniciacin prematura, en la operacin de carguo de explosivo, debido a que en esta fase no hay detonadores en superficie. Elimina el riesgo de dao a detonadores durante el carguo del explosivo, adems de tener la opcin de retirar detonadores una vez conectados por retraso en el da de la voladura.
111
FLEXIBILIDAD Los detonadores de superficie y los del barreno son independientes. Es posible usar tubos de diferentes caractersticas para barreno y superficie. Es posible cambiar secuencia de retardos una vez que se han cargado los barrenos.
112
TECNOLOGIA Conector con capacidad para 7 tubos. Excelente exactitud y precisin de los retados. Detonador de superficie fuerza 1. Detonador de superficie redondeado.
113
DISEOS DE VOLADURA CON SISTEMA DE INICIACIN NO ELCTRICOEs claro que el sistema de iniciacin no elctrico por ser un sistema de iniciacin de ltima generacin, debe cumplir con dos objetivos fundamentales:
Ser capaz de iniciar en forma infalible, todos los tiros de un diseo de disparo. Cumplir con los tiempos de salida de los disparos en la forma mas exacta con respecto a la secuencia programada
114
PARTICULARIDADES DEL SISTEMA DE INICIACIN NO ELCTRICO Es de uso seguro Son mas fciles sus conexiones Presenta la menor dispersin posible Tomadas en cuenta todas estas caractersticas, se pueden realizar los diseos de disparo con resultados mas eficientes en la minera actual, tanto de cielo abierto como subterrnea.
115
DETONACIN SECUENCIADA La detonacin secuenciada corresponde a la iniciacin desfasada de los barrenos de acuerdo a un diseo predefinido; cada tiro posee un tiempo de salida. El orden de salida de cada barreno debe estar programado de tal manera que se aprovechen las condiciones del terreno, se minimic el uso del explosivo y se obtengan los mejores resultados de voladura. El objetivo final de la voladura secuenciada es CREAR CARAS LIBRES.116
PRICIPALES OBJETIVOS DE LA DETONACIN SECUENCIADA Controlar la energa explosiva disponible Mejorar la fragmentacin Proporcionar alivio y controlar el desplazamiento de la masa rocosa Reducir la fractura dentro de la ltima lnea de barrenos y la fractura de los extremos Controlar la vibracin del suelo y la onda area Reducir los requerimientos de explosivo Reducir los kilos de explosivo que detonan a la vez
Daniel Eduardo Cotes Quijano
117
Consideraciones de diseo Sensibilidad del lugarNiveles aceptables de vibracin a estructuras cercanas
Fragmentacin requerida.Una fragmentacin uniforme generalmente requiere la produccin de caras libres nuevas durante el proceso. Generalmente se obtiene una fragmentacin ptima en roca masiva cuando se detona un barreno por retardo y el retardo entre las perforaciones de una misma fila es lo ms cercano a 40 ms. Con un factor K de alrededor de 900 kj/tn El retraso entre filas debera ser al menos 2 a 3 veces el retraso entre los barrenos de una misma fila.118
Consideraciones de diseo Desplazamiento de la pila de material.La direccin del desplazamiento depende del camino que presenta menor resistencia a la energa explosiva La secuenciacin de los retardos no compensar un diseo de voladura inapropiado. Con un diseo apropiado, la secuencia de retrasos puede controlar la direccin y el grado de desplazamiento. Intervalos de retraso cortos (< 25 ms) entre los barrenos de una fila reducir la fragmentacin, pero mejorar el desplazamiento. Habitualmente se requieren intervalos de retardo ms largos (> 150 ms) entre las filas para maximizar el desplazamiento. Con frecuencia el tipo de excavadora determinara el grado de desplazamiento requerido, lo que indicar el intervalo de retardo entre las filas de barrenos.119
Tiempos de retardoSobre quiebre excesivo y material lanzado sobre el banco Intervalo Insuficiente entre filas (menos de 6 ms / m de Burden)
Apretado
Difcil de excavar, mala fragmentacin
Contorno del Banco volado
Contorno de la pila de material volado
120
Tiempos de retardo Cont..Sobre quiebre mediano Intervalo de tiempos cortos entre filas (6 a 12 ms / m de Burden) Adecuado para operacin de Pala de cargue de material.
Apretado, compacto
Contorno del Banco tronado
Contorno de la pila de material tronado
121
Tiempos de retardo Cont...Poco sobre quiebre Intervalo de tiempos entre filas (12 a 30 ms / m de Burden) Adecuado para excavacin de cargador frontal
Suelto - bien tendido
Contorno del Banco tronado
Contorno de la pila de material tronado
122
Remocin del material volado
123
Consideraciones de diseo Geologa.Las capas dbiles (vetas de barro) pueden interrumpir barrenos adyacentes no detonados. Las masas de roca muy fracturadas ventilan los gases explosivos en todas direcciones aumentando el potencial de interrupciones. Cuando se realicen voladuras en geologa como las descritas, los intervalos de retardo entre las filas debern ser mantenidos por debajo de los 60 ms. Las masas de roca blandas requieren ms tiempo para su desplazamiento, de modo que se debe permitir ms tiempo entre las filas para controlar la sobreexcavacin (> 75 ms)124
Consideraciones de diseo Condiciones de aguaLas masas de roca saturadas (barrenos llenos de agua) transmiten la presin del agua desde el punto de detonacin hacia las zonas circundantes, esta presin puede producir el desacoplamiento de la carga explosiva o aumentar su densidad hasta el punto que ste no detone (Presin de Muerte)
Explosivos utilizadosLos explosivos de mayor densidad (>1,25 g/cc) que utilizan aire retenido para su sensibilizacin pueden dejar de detonar por efecto de la presin de detonacin de los barrenos adyacentes, se debe tener precaucin al utilizar estos productos, en agua, y usar retardos superiores a 42 ms.
125
Consideraciones de diseo Simplicidad Las configuraciones de retardo no deben ser tan complejas como facilitar que se hagan conexiones incorrectas. Los diseos complejos requerirn tiempo adicional para la evaluacin de la secuencia y el control de las conexiones. Costo A medida que los diseos se hacen ms complejos el costo del sistema de iniciacin generalmente aumentara. Seleccione el intervalo de retardo entre las filas de barrenos en base a las prioridades anteriores. Seleccione el tiempo entre los barrenos de una fila en base a un tercio o la mitad del tiempo entre filas.
126
Conexin en terreno
75 ms75 ms
25 ms
75 ms
75 ms
25 ms 75 ms 75 ms
127
Diseo bsico de secuencia de detonacin Jerarquizar los parmetros del lugar que afectan el diseo de la voladura.- Restricciones de vibracin y onda area . - Calcular el peso mximo de la carga a ser usado por un periodo de retardo. - Condiciones de agua (desacoplamiento o desactivacin por presin). - Explosivos usados (detonarn o sern desactivados por el efecto de presin). - Fragmentacin (los diseos que producen buen desplazamiento tambin proporcionaran una buena fragmentacin). - Geologa. - Control de la pared. - Determinar la direccin y desplazamiento deseado. - El patrn de distribucin para iniciar las filas debe ser perpenticular a la direccin de desplazamiento deseada.
128
Tabla de ControlRoca masiva Estructuras en bloques Roca fisurada Roca muy fisurada Pozos con agua Densidad de explosivo >1,3 Pila apretada Pila suelta Pila extendida Fragmentacin aceptable Limite de sobrequiebre Vibraciones mnimas 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
Milisegundos por metro de Burden
129
Tpicos intervalos de retardo entre filasRoca masiva Roca con muchas grietas Fisuras dbiles, planos desplazados Barreno lleno de agua Explosivo de densidad superior a 1,3 g/cc Material compacto (desplazamiento) Material Suelto Material desparramado Fragmentacin media Optima fragmentacin Quebradura hasta el fondo Control de Flyrock Escape mnimo de gases Vibraciones mnimas 42 a 210 ms 17 a 65 ms 17 a 42 ms 17 a 50 ms 17 a 65 ms 17 a 35 ms 35 a 80 ms 80 a 210 ms 35 a 65 ms 42 a 120 ms 65 a 210 ms 42 a 150 ms 42 a 130 ms 65 a 220 ms130
Instrucciones Determine los parmetros del lugar y lo que se espera de la voladura Encuentre el rango de intervalos de retardo que cubren mejor todos los parmetros. Puede que sea necesario dar prioridad a algunos parmetros para determinar el rango ms apropiado.
EJEMPLOSe requiere un rango para roca con muchas grietas (17 a 65 ms) Se requiere el material suelto (30 a 80 ms) Con fragmentacin hasta el fondo (65 a 210 ms) El tiempo ptimo de retardo sera de 65 ms Generalmente los intervalos de retardo entre los barrenos de una misma fila deberan ser de 1/3 a 1/2 del intervalo entre filas, de manera que el tiempo entre barrenos deber ser entre 22 y 35 ms.
131
Consideraciones generales En voladuras de filas mltiples (> de 4 filas) el uso de intervalos cada vez ms largos en las filas posteriores promover la formacin de caras libres. Configuraciones con intervalos de ms de 65 ms entre filas deberan utilizar retardos dentro de los barrenos para reducir la probabilidad de interrupciones. Los periodos de retardo superiores a 150 ms entre filas pueden producir una perdida prematura de confinamiento en los barrenos adyacentes no detonados. Los intervalos entre filas de menos de 35 ms pueden producir la eyeccin del taco, flyrocks y una excesiva sobreexcavacin.132
Consideraciones generales En el interior del barreno Si se utilizan cargas iniciadoras mltiples en la misma columna explosiva, el retardo del fondo, generalmente es el menor para estimular la iniciacin del fondo del barreno. Como la precisin es de suma importancia, todos los detonadores de la misma columna deberan tener el mismo periodo de retardo. Precisin Algunos fabricantes producen detonadores de precisin corriente y de alta precisin; los primeros pueden detonar en una escala de 0 a 7%(una cpsula de 50ms puede detonar en cualquier momento entre 46,5 y 53,5 ms); los de alta precisin en una escala de 0 a 2%133
Consideraciones de diseo Control de la pared.Intervalos de retardo demasiado cortos entre los barrenos de una fila y entre hileras, puede producir sobreexcavacin excesiva Si el retardo entre los barrenos de la ltima fila es inferior a 42 ms, las cargas pueden daar la pared posterior. Un intervalo demasiado corto entre las filas (< 35 ms) facilitar la fractura atrs de la ltima lnea de barrenos.
134
sobreexcavacin
DAO DE LA PARED POR INTERVALO DE RETARDO DEMASIADO CORTOSMenos de 35 ms entre filas
Menos de 42 ms entre barrenos de una misma fila
Fractura excesiva atrs de la ltima lnea de barrenos135
Mtodos para aumentar el control de la pared Se utilizan para controlar el exceso de sobrequiebre y ayudar la estabilidad de la pared. Se establece un plano de fractura a lo largo del permetro de la excavacin. Generalmente se utilizan tres mtodos segn la masa de la roca, el dimetro de la broca y la sensibilidad del lugar Perforacin en lnea Voladura amortiguada Voladura de precorte Se deben utilizar perforaciones de amortiguacin entre el plano de fractura y las perforaciones de produccin para evitar el dao de la pared final.136
Perforacin en lnea Perforacin de una lnea de barrenos perifricos a una distancia estrecha de unos de otros En estos barrenos no se utilizan explosivos No son mayores a 76 mm de dimetro La distancia entre barrenos es igual de 1 a 4 veces el dimetro del barreno En material agrietado es posible que no se produzcan los resultados apropiados Los barrenos de amortiguacin deben ser perforados de 0,5 a 0,75 el burden de produccin y deben ser cargados con solo la mitad de la carga explosiva de los barrenos de produccin. El espaciamiento de los barrenos de amortiguacin ser 0,75 veces el espaciamiento de los de produccin. Es eficaz cuando la roca es de estructura masiva.Daniel Eduardo Cotes Quijano 137
Voladura amortiguada o recorte Hilera nica de barrenos de voladura de dimetros que fluctan entre 38 y 89 mm Se dispara despus que se excava la voladura de produccin El taco acta como un amortiguador alrededor de la carga explosiva en el barreno, para reducir el dao en la pared. Los barrenos son detonados simultneamente. El espaciamiento entre las perforaciones en metros es igual al dimetro del barreno en mm dividido por 60 El dimetro de carga es la 1/2 del dimetro del barreno. El espaciamiento de la carga en el interior del barreno es igual a la mitad del largo del cartucho. El burden es equivalente a 0,75 del burden de los barrenos de produccin.138
Voladura de Precorte Las perforaciones de precorte son detonadas antes que los barrenos de produccin Puede producir una pared alta ms definida. Tiene un burden y un espaciamiento igual a la mitad del de los barrenos de produccin. El peso de la carga (kg) por perforacin es = altura de la cara (m) x espaciamiento de barrenos (m) / 2. Se obtienen mejores resultados cundo la carga esta distribuida a lo largo del barreno. El dimetro de la carga = a la mitad del dimetro del barreno. La roca muy agrietada requiere un menor espaciamiento.139
VOLADURAS CON UNA CARA LIBRECARA LIBRE CARA LIBRE
0 1
0
3 4 5
1 2
12
2CUADRADO EN LINEA
3 4
5
CUADRADO EN V
CONFIGURACIONES DE DISEODaniel Eduardo Cotes Quijano 140
CASO CON RETARDOS DISTINTOS EN EL FONDOCARA LIBRE
23 2 3
1 1
0 0
1 1
2 3 2 3
23
1
0
1
23
CONECTOR DE SUPERFICIEDaniel Eduardo Cotes Quijano 141
SISTEMA DE VOLADURA SILENCIOSA CON RETARDOS IGUALES EN EL FONDO Y RETARDOS EN SUPERFICIE DE 35, 65 Y 150 ms.
345
280
215
150
185
250
315
380
195
130
65
0
35
100
165
230
Fuego65 ms 150 ms Conector 35 ms Conector 150 msDaniel Eduardo Cotes Quijano 142
Cara libre
VOLADURA CON DOS CARAS LIBRES
PATRON FILA POR FILADESPLAZAMIENTO DESEADO
0 1 2
Daniel Eduardo Cotes Quijano
143
Sistema de iniciacin NO elctrico, troncal de Cordn Detonante, Retardo en superficie con Conectores de Superficie
Tiempos nominales0 9 18 27 36 45 54 63
100
109
118
127
136
145
154
163
209
218
227
236
245
254
263
Conector de superficie de 9 ms Conector de superficie de 100 msDaniel Eduardo Cotes Quijano 144
Conexin para una Voladura SilenciosaRetardo del fondo de 200 ms. Para todos los barrenos Tiempo de superficie
Tiempo de detonacin nominal0 200 52 252 104 17 217 69 269 121 34 234 86 286 138 51 251 103 303 155
304
321 338 Retardo de Superficie de 17 ms 335 Retardo de superficie de 52 ms
Daniel Eduardo Cotes Quijano
145
PATRON EN VDESPLAZAMIENTO DESEADO.
Conector de superficie de 25 ms. Conector de superficie de 17 ms. Conector de superficie de 42 msDaniel Eduardo Cotes Quijano 146
PATRON EN VTIEMPOS NOMINALES
201 243 285
134 176 218
67 109 151
0 42 84
59 101 143
118
177
236 278 320
160 219 202 261
Daniel Eduardo Cotes Quijano
147
PATRON EN V VOLADURA SILENCIOSATiempos Nominales
165207 249
115 157 199
65 107 149
0 42 84
50 92
100142
150192
200 242
134
184
234
294
42 ms 50 ms CUS 65MSDaniel Eduardo Cotes Quijano 148
SALIDA EN ROMBODESPLAZAMIENTO DESEADO TIEMPOS NOMINALES
0
42
84
126
168
210
252
294
51
93
135
177
219
261
303
345
102
144
186
228
270
312
354
396
Conectores de superficie de 42 ms. Conectores de superficie de 9 ms.Daniel Eduardo Cotes Quijano 149
Tiempos de retardo
Fila por FilaDesplazamiento deseado
9 ms 100 ms 100 ms
9 ms 9 ms 9 ms
9 ms
9 ms
Daniel Eduardo Cotes Quijano
150
Tiempos de retardo Chevron V del centro
17 ms
2525
42
1742 ms
42 17
Daniel Eduardo Cotes Quijano
151
Tiempos de retardo Echelon de Esquina
42 ms 42 17 ms 17ms 17 17
42 17
42
42
42
42
Daniel Eduardo Cotes Quijano
152
Tiempos de retardo Zig Zag
17 ms 17 ms 42 ms 17 ms 17 ms 42 42 42
Daniel Eduardo Cotes Quijano
153
VOLADURAS DE ZANJAS Es necesario tomar medidas especiales en lo referente al control de las vibraciones y de las proyecciones. Son obras que normalmente su ancho esta entre 0.8 y 3 metros. Su profundidad oscila entre 0.5 y 5 metros. Su principal uso es: para la construccin de drenajes, servicios de alcantarillado, conducciones de agua, ductos elctricos, gaseoductos y oleoductos.
Daniel Eduardo Cotes Quijano
154
VOLADURAS DE ZANJAS Estas voladuras requieren de consumos especficos de explosivo mayores al empleado en las voladuras en banco convencionales, debido al mayor confinamiento de la roca. Las mallas de perforacin son mas cerradas, y sus dimetros de perforacin son menores (32-65 mm) Es necesario utilizar sistemas de proteccin frente a las proyecciones. Los costos son mas altos respecto a las voladuras en banco.Daniel Eduardo Cotes Quijano 155
VOLADURAS DE ZANJASDimetros de Perforacin.
Dimensiones de las zanjas (Mt.) Ancho Zanja AZ < 1 Mt Profundidad H < 1.5 Mt Ancho Zanja AZ > 1 Mt Profundidad H > 1.5 Mt
Dimetros de perforacin (mm) 32 - 45 50 - 65
Daniel Eduardo Cotes Quijano
156
VOLADURAS DE ZANJASEsquemas de Perforacin.
Dependen bsicamente de la excavacin, se fija el valor de la piedra (Burden) en funcin del dimetro de los barrenos y el espaciamiento dependiendo del ancho de la excavacin.
Daniel Eduardo Cotes Quijano
157
VOLADURAS DE ZANJASEsquemas de Perforacin.VARIABLE DE DISEO Dimetro de Perforacin < 50 mm > 50 mm
Piedra - B VARIABLE DE DISEO
Ancho de la Zanja AZ < 0.75 M, 0.75-1.5 M, 1.5-3 M
26 D
24 D
No. De FilasEspaciamiento - S
2AZ
3AZ/2
4AZ/2.6*reduce el
* En los barrenos de contorno se espaciamiento en un 20%.Daniel Eduardo Cotes Quijano
158
VOLADURAS DE ZANJAS Sobreperforacin = 0.5 * B (Piedra) Nota: nunca debe ser menor a 0.2 Mt. El Retacado = B (Piedra) La inclinacin es aconsejable para favorecer la rotura en el fondo realizarla con ngulos con respecto a la vertical entre 26.5 y 18.5 grados (2:1 y 3:1)Daniel Eduardo Cotes Quijano 159
VOLADURAS DE ZANJAS El explosivo mas adecuado es aquel que tiene una alta densidad y energa, con el fin de aprovechar al mximo la perforacin efectuada (Indugel AP). Hay dos tipos de Zanjas, las convencionales y las suaves. Las convencionales tienen esquemas desalineados en las que los barrenos centrales se colocan por delante de los de contorno los que salen inmediatamente despus; las cargas del explosivo en todos los barrenos son iguales. Las concentraciones de explosivo en la columna se disminuyen con relacin con la de fondo en un 30%.
Daniel Eduardo Cotes Quijano
160
V1/3
V1
V1/3
V1
Daniel Eduardo Cotes Quijano
161
V1/3
V1
2
4
6
8
10
1V1/3 2
34 4
5
7
910 10
6 V1 8 6 8
2
1 12
3 34
5 56
7 78
9 910162
Daniel Eduardo Cotes Quijano
Voladura en Zanja Convencional.
B
T=B
qc = 0.25 a 0.35 qf qf
Daniel Eduardo Cotes Quijano
163
VOLADURAS DE ZANJAS En las voladuras suaves los barrenos centrales van alineados con los de contorno y se utilizan cargas de explosivo distintas. En los centrales las cargas de columna y de fondo son mayores que los de contorno, mientras que el retacado se disminuye en los de contorno a una longitud de 10D.
Daniel Eduardo Cotes Quijano
164
B
S
Daniel Eduardo Cotes Quijano
165
B 10 1
3 2 3
5 4 5
7 6 7
9 8 9
10 0 1
3 22 3
5 44 5
7 66 7
9 8 S 8 9
Daniel Eduardo Cotes Quijano
166
Voladura con Diseo en Zanja Suaveqc = 0.4 qf
T=B
T = 0.4B
qf
Daniel Eduardo Cotes Quijano
167
VOLADURAS DE ZANJAS Para calcular las longitudes de las cargas de fondo se utilizan las siguientes expresiones, donde H es la profundidad de la Zanja a excavar en Metros. Voladuras Convencionales (todos los Barrenos) 0.4 + ((H-1)/5) Voladuras Suaves (barrenos centrales) 1.3 (0.4 + ((H-1)/5)) Barrenos de contorno 0.7 (0.4 + ((H-1)/5))Daniel Eduardo Cotes Quijano 168
VOLADURAS DE ZANJAS En las voladuras en zanja convencional, la carga es mas sencilla ya que en todos los barrenos es igual y los niveles de vibracin son menores, pero se produce una mayor sobreexcavacin al tener los barrenos de contorno un ngulo de rotura menor y estar mas confinados. En las voladuras suaves la perforacin es mas sencilla de replantear y se reduce el volumen de sobreexcavacin en las paredes de la zanja, pero la carga de los explosivos se complica al ser distinta en los barrenos de contorno y laterales y los niveles de vibracin son superiores como consecuencia de las mayores cargas de estos ltimos.
Daniel Eduardo Cotes Quijano
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Fragmentacin Secundaria y Voladuras Especiales Los fragmentos de roca de un tamao excesivamente grande que se producen en las voladuras (sobretamaos), precisan ser fracturados para que puedan manipularse con los equipos de carga o para que puedan ser introducidos en la trituradora sin dar lugar a que se atasquen. Los mtodos para esta fragmentacin secundaria utilizados actualmente se clasifican en dos grupos: -Explosivos dentro de barrenos o adosados a la superficie. -Por medios mecnicos.
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Fragmentacin Secundaria Con Perforacin de Barrenos Con Perforacin de Barrenos. Estos fragmentos de gran tamao se perforan con martillos manuales o con carros ligeros, perforando barrenos de pequeo dimetro con una profundidad entre 1/2 y 2/3 del dimetro o dimensin mayor del bloque y paralelo a ste. Si estos fragmentos tienen un volumen superior a 2 Metros Cbicos se recomienda perforar dos barrenos y detonarlos instantneamente. Dependiendo del grado de enterramiento del fragmento (sobretamao), el consumo especfico con un tipo de explosivo tipo hidrogel va aumentando de 50 gr./m3 hasta los 200 gr./m3.Daniel Eduardo Cotes Quijano 171
Fragmentacin Secundaria Con Perforacin de BarrenosTabla de Consumo Especfico Condiciones del Fragmento Consumo Especfico de Explosivo CE (gr./m3 )
DescubiertoSemienterrado
50 100100 150
Enterrado 150 200 Si se emplean explosivos menos potentes las cargas se aumentarn entre un 25 y un 50%.Daniel Eduardo Cotes Quijano 172
Fragmentacin Secundaria Con Perforacin de BarrenosEsquemas de Perforacin.
Cordn Detonante
Carga Retacado
RetacadoCarga Retacado Carga
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Fragmentacin Secundaria Con Cargas Superficiales La fragmentacin colocando el explosivo en la superficie de los fragmentos de gran tamao se lleva a cabo con cargas conformadas o, ms habitualmente con cargas constituidas por varios cartuchos de dimetros pequeos. Es recomendable cubrir el explosivo con una capa de arcilla o arena de unos 10 cm. De espesor como mnimo, para reducir el ruido y conseguir la rotura de la roca con una menor cantidad de explosivo. Los consumos especficos normales oscilan entre los 700 y 1.000 gr./m3 para los explosivos gelatinosos. En el caso de no cubrir las cargas estas se incrementarn en un 25% aproximadamente.
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Fragmentacin Secundaria Con Cargas SuperficialesEsquemas Colocacin de la Carga.Cordn Detonante
Recubrimiento de Arena o Barro
Explosivo
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Fragmentacin Secundaria Con Cargas Superficiales Las ventajas de este mtodo son que no se precisan la perforacin de los barrenos, las proyecciones son pequeas y la ejecucin es rpida. Las desventajas son que la cantidad de explosivo requerida es cuatro o cinco veces mayor a la del taqueo con barrenos, y su empleo esta limitado a reas alejadas a zonas habitadas debido al intenso ruido y onda area que se generan.Daniel Eduardo Cotes Quijano 176
Fragmentacin Secundaria Con Minivoladuras Cuando se dispone de explosivos de alta potencia, el taqueo de los fragmentos (sobretamaos) se puede llevar a cabo perforando pequeos barrenos de 22 mm. De dimetro, usando consumos especficos del orden de 0.02 a 0.04 Kg./m3. Estas cantidades pueden reducirse hasta 0.01 0.02 Kg./m3, dependiendo de la forma y nmero de barrenos perforados.Daniel Eduardo Cotes Quijano 177
Fragmentacin Secundaria Con Minivoladuras Esquema de Perforacin0.02 0.04 Kg./m3 0.01 0.02 Kg./m3
Cuando los fragmentos estn cubiertos de tierra se debe desenterrar una parte de este, para disponer de una cara libre y as lograr una mejor fractura.
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Fragmentacin Secundaria Con Cargas Conformadas Direccionales Estas se utilizan principalmente en las minas subterrneas donde se producen habitualmente atascos en los puntos de evacuacin del material volado, coladeros piqueras, etc.., el taqueo clsico resulta peligroso para el personal, costoso y lento. Se desarrollan unas cargas conformadas que al detonar se lanza contra los fragmentos , desde un punto alejado, un dardo metlico o disco balstico con suficiente energa para fragmentarlas y removilizar el material apelmazado.
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Fragmentacin Secundaria Con Cargas Conformadas Direccionales Esquema de Voladura
Empleo de Cargas Conformadas de Proyeccin.Daniel Eduardo Cotes Quijano 180
Fragmentacin Secundaria Voladuras EspecialesVoladuras en Zanjas de tierra. Las voladuras de Zanjas en tierra son frecuentemente utilizadas cuando los medios mecnicos de excavacin no son aplicables, por ejemplo en zonas pantanosas y arboladas. El mtodo consiste en utilizar cartuchos de explosivo para tener un consumo especfico de 0.2 a 0.3 Kg. Cada uno, la distancia del espaciamiento es de 0.6 a 0.8 Mt. Y la perforacin se realiza aproximadamente a la mitad de la profundidad deseada de la zanja. Los explosivos empleados debern ser resistentes al agua en zonas pantanosas. La iniciacin se suele hacer con una lnea principal de cordn detonante, detonndose instantneamente todas las cargas.
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Voladuras EspecialesVoladuras en Zanjas de tierra.Detonadores de igual nmero
Cordn Detonante
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