Clasificación y Propiedades Fundamentales de Materiales Explosivos Industriales

Módulo 3: Materiales Explosivos Industriales

Definición General de Explosivo

Explosivo: Mezcla sólida o líquida que experimenta una descomposición rápida y violenta, liberando una gran cantidad de energía y volúmenes significativos de gases.

Clasificación por Sensibilidad a la Iniciación

Explosivos Primarios

• Todo explosivo que puede ser iniciado por un fulminante o detonador n.º 8.
• Ejemplos: Dinamita, emulsión o buster de pentolita.

Explosivos Secundarios

• Todo explosivo que no es capaz de ser iniciado por un fulminante n.º 8.
• Requieren un explosivo o cebo primario para su activación (ej. ANFO).

Tipos Comunes de Explosivos

Dinamita

• Mezcla basada en nitroglicerina, combustible y oxidantes.
• Variantes: Gelatina, semigelanita y granulado.

Slurry y Aquageles

• Mezclas húmedas en forma de suspensión, con aditivos gelificantes.
• Ejemplos: Acuagel pequeño y acuagel grande.
• Son bombeables y permiten controlar su densidad.

Nitrocarbonitratos

• Mezclas elaboradas a base de nitrato de prill y combustible (petróleo).
• Ejemplos: ANFO brizancia, ANFO aluminizado y ANFO AST.
• Característica: No resisten el agua.

Iniciadores y Rompedores

• Producidos a base de pentrita y TNT.
• Ejemplos: Rompedor cilíndrico y cónico.
• Presentan una alta velocidad de detonación (> 7000 m/s).

Emulsiones

• Compuestas por dos fases líquidas inmiscibles.
• Ejemplo: Emultex.
• Ventajas: Estables, bombeables, resistentes al agua, disponibles en cartucho o bombeables, gran control de densidad y gasificación.

ANFO Pesado

• Mezcla de ANFO + Emulsiones.
• Aumenta la densidad y la Velocidad de Detonación (VOD).
• Es vaciable y bombeable.

Propiedades Fundamentales de los Explosivos

Las propiedades clave que definen el rendimiento de un explosivo incluyen:

• Densidad (g/cc): Masa por unidad de volumen.
• VOD (Velocidad de Detonación) (m/s): Rapidez con la que se propaga la reacción de detonación en la columna explosiva. (Afectada por el diámetro, confinamiento y densidad). La secuencia es: Sin detonar $\rightarrow$ Detonación $\rightarrow$ Explosión $\rightarrow$ Expansión.
• Presión de Detonación (KBAR): Presión de la onda de detonación que se propaga (entre 5 y 150 kbar). Favorece la fragmentación de roca competente.
• Energía: Calor desarrollado durante el proceso de explosión (expresado en kcal o Joule).
• Volumen de Gases (lts/kg): Cantidad de gas generado por las reacciones químicas.
• Potencia Relativa (en peso y volumen): Capacidad del explosivo para fragmentar y mover el material eficientemente. Máxima energía para desplazar material.
• Balance de Oxígeno (BO): Exceso o déficit de oxígeno en un explosivo.
  • BO negativo: Produce CO y carbono.
  • BO positivo: Produce NOX.
  • Generalmente, los productos finales son CO2, H2O y N2. (Mayor humedad $\rightarrow$ Menor VOD).
• Resistencia al Agua.

Diámetro Mínimo para Detonación Estable

El diámetro del explosivo debe ser igual o superior al diámetro crítico. La VOD es proporcional al diámetro.

Factores que Afectan la Detonación y Control de Gases

Causas de Gases Explosivos (Incompletos)

• Interacción del explosivo con agua.
• Efecto de la temperatura ambiental.
• Diámetro crítico y mínimo insuficiente.
• Falta de confinamiento.
• Agua dinámica.
• Iniciación deficiente.

Nota: El confinamiento depende del tipo de roca, el tipo de taco y los sistemas de confinamiento utilizados. (Menor confinamiento $\rightarrow$ Mayor producción de NOX).

Control de Gases

• Controlar la presencia de agua.
• Controlar las sales y la solubilidad química del terreno.
• Controlar el medio ambiente.
• Seleccionar el tipo de explosivo y el diámetro de perforación adecuados.
• Evitar la falta de confinamiento.
• Considerar la calidad del fabricante.

Sistemas de Iniciación

Los sistemas de iniciación forman la carga primaria o cebo necesaria para iniciar la columna explosiva. Su función es transmitir la señal de iniciación hasta el detonador y son programables para generar retardos.

Detonador a Mecha (Mecha Mina)

• Consiste en un cordón de pólvora negra (con cubierta plástica seca o húmeda) y una cápsula de aluminio que contiene la carga explosiva.
• Contiene compuestos de carga primaria, secundaria e ignición.
• Se utiliza para detonar el cordón o el explosivo mediante un detonador n.º 8. Transmite ondas de choque.

Detonador Eléctrico

• Sistema de iniciación que convierte un impulso eléctrico en una detonación en un tiempo determinado.
• Componentes: Cápsula, carga explosiva, retardador y elemento inflamador eléctrico.

Detonador No Eléctrico (Nonel)

• La iniciación se propaga a través de cordón detonante, tubos de choque o una combinación de ambos.
• Tipos: Tradicional y silencioso.
• Tradicional: Incluye un extremo explosivo de PETN, carga ácida de plomo, cushion disk, tren de retardo y sello antiestático.