Optimización de Voladuras: Explosivos, Rocas y Técnicas de Fragmentación

Fragmentación de la Roca y Explosivos

La fragmentación de la roca se debe a: Reflexión de las ondas de compresión y expansión de los gases.

Características de los Explosivos

Presión de Detonación y gases - Poder rompedor y potencia explosiva - Velocidad de detonación - Densidad del explosivo - Resistencia al agua - Calidad de humos - Sensibilidad - Estabilidad química - Precio

La presión de burbuja es directamente proporcional a la densidad del explosivo y al calor liberado en la reacción. Así, una manera de incrementar las propiedades de un explosivo es incrementar el calor de explosión. Una opción es incorporar aluminio en su composición porque la oxidación de este elemento durante la explosión incrementa dicho calor de explosión, como sucede en los explosivos aluminosos.

Potencia Explosiva

Capacidad que posee el explosivo para quebrantar y proyectar la roca.

El Poder Rompedor

Es un parámetro muy importante para los explosivos de uso no confinado o desacoplado, cuyos gases no pueden ejercer grandes presiones.

Diámetro Crítico

Es el diámetro de una carga cilíndrica por debajo del cual la onda de detonación no se propaga o lo hace a una velocidad muy inferior a la nominal.

Masa Crítica

Es la mínima cantidad de explosivo que se necesita para que se produzca la detonación por efecto de una llama.

Resistencia al Agua

Se entiende por resistencia al agua a la característica por la cual un explosivo, sin necesidad de cubierta especial, mantiene sus propiedades inalterables durante un periodo de tiempo en contacto con el agua. Las dinamitas gelatinosas, hidrogeles y emulsiones resisten perfectamente cuando son cargados en barrenos con agua y por ello permiten su utilización en barrenos con agua en su interior. Sin embargo, los productos pulverulentos y Anfos no resisten al agua por el carácter soluble del nitrato amónico.

Sensibilidad

Se pueden considerar diferentes aspectos relativos a la sensibilidad de los explosivos; unas afectan a la seguridad en la manipulación (fabricación, transporte y utilización) y otras a su iniciación en la voladura: Sensibilidad al detonador - Sensibilidad a la onda explosiva - Sensibilidad al choque y al rozamiento.

Características de la Roca

Características de la Roca

Densidad o peso específico - Compacidad y porosidad - Humedad e inhibición - Dureza y tenacidad - Frecuencia sísmica - Resistencia mecánica a la compresión y tensión - Grado de fisuramiento - Textura y estructura geológica - Variabilidad - Coeficiente de expansión o esponjamiento.

Densidad

Relación entre la masa del material y su volumen, siendo un factor ampliamente usado como indicador general de la mayor o menor dificultad que pueda encontrarse para romper a una roca.

Humedad

La porosidad y la humedad influyen en el rango de transferencia de las ondas de detonación de la voladura, por lo general amortiguándolas, lo que deberá tenerse en cuenta al momento de planificar el disparo.

Dureza y Tenacidad

Técnicamente por “dureza” se entiende a la resistencia al corte y penetración que presentan las rocas a la perforación, pero en la práctica se ha hecho común emplear el término para indicar su comportamiento en la voladura clasificándolas como: duras, intermedias y blandas. Es la “tenacidad” realmente la resistencia a la rotura, aplastamiento o doblamiento por lo que deberíamos procurar el empleo de los términos de: tenaces, intermedias y friables para indicar su comportamiento ante los explosivos.

Resistencias a la Compresión y Tracción

Las propiedades de resistencia a la tracción y compresión se usan a veces para clasificar las rocas en cuanto a su facilidad de rompimiento con explosivos. Una característica común de las rocas y decisiva para el proceso de fragmentación es su alto porcentaje de resistencia a la compresión versus su baja resistencia a la tracción (tensión), que va de 10 a 100.

Geología y sus Efectos en la Tronadura

Estratificación o bandemiento - Esquistocidad - Fractura (joints, fisuras o juntas) - Fallas - Contactos.

Influencia de Estructuras

Pocas estructuras o estructuras ampliamente separadas - Interrupción de las ondas sísmicas o de tensión - Fallas de confinamiento - A menudo enormes variaciones en dureza y densidad entre los estratos (incompetencia) - Sopladura de taladros por escape de gases - En perforación, menor rango de perforación y desviación cuando no se perfora perpendicularmente al bandeamiento.

Estructuras Apretadas

Normalmente son una ventaja, mejor transmisión de las ondas de tensión con mejor fragmentación y control del disparo - Las rocas con baja resistencia junto con bandeamiento apretado, con las lutitas y esquistos presentan buena fragmentación - Algunos aspectos técnicos pueden bajar costos en estas condiciones: Explosivos y cebos de menor velocidad y densidad son efectivos en estas rocas (areniscas, lutitas, esquistos, etc.).

Estratificación Plana u Horizontal

La perforación perpendicular a estratos horizontales reduce la probabilidad de que se traben o agarren los barrenos. Los taladros son verticales y rectos ya que estos planos no afectan por desviación - En estas condiciones son factibles de aplicar opciones técnicas en mallas, inclinación de taladros y sistemas de inclinación para mejorar la voladura - Por otro lado estratos o discontinuidades en ángulo pueden desviar los taladros.

Parámetros de Voladura

Burden

Se conoce como la distancia desde el barreno a la cara libre, seleccionar un burden apropiado es una de las decisiones más importante que hay en el diseño de una voladura. Si el burden es pequeño la roca es lanzada a una distancia considerable de la cara, provocando grandes niveles de sobrepresión, fragmentación fina, sobre rompimiento, alteración a la roca adyacente etc… y si el burden es muy grande, puede provocar roca en vuelo, escopetazo de barrenos.

Espaciamiento

Se considera como espaciamiento la distancia entre un pozo y otro. El espaciamiento en el diseño está generalmente ligado al Burden, siempre que sea posible es recomendable que se use una malla trabada, ya que está proporciona un rendimiento el rompimiento más efectivo de la roca para un factor de carga fijo.

Pasadura

Se considera pasadura a la profundidad a la cual se perforará el barreno por debajo del nivel de piso propuesto. La pasadura es necesaria en la mayoría de las operaciones, para proporcionar un grado de fragmentación al nivel de piso.

Exceso de Pasadura

1.- Aumenta costos de perforación y explosivos. 2.- Hace que el empate de pozos en el banco inferior sea muy difícil y provoca bolonaje en estos pozos. 3.- Aumenta los niveles de vibración inducida.

Taco

El taco es el material inerte añadido a la cima del pozo de tronadura que tiene como fin efectuar el confinamiento de los gases de la explosión y prevenir una proyección y sobrepresión de aire excesiva.

Tacos Largos

Reducción en la cantidad de proyección - Sobretamaño de rocas post-tronadura - Reducción en la cantidad de explosivo en los pozos - Reducción de la energía total disponible - Crestas poco limpias.

Tacos Cortos

Exceso de Carga Explosiva - Mayor sismicidad - Mejor granulometría - Mayor flyrock, y eyecciones de tacos - Crestas limpias.

Material del Taco

El material del taco es crítico en cualquier diseño, ya que en muchas operaciones mineras se utiliza el mismo detritus obtenido de las perforaciones puesto que se ubican en la misma boca del pozo.

Factor de Carga

Mediante este término se describe la cantidad de explosivo usado para romper en volumen o peso unitario de roca.

Técnicas de Voladura

Tronaduras de Precorte

Consiste en crear en el macizo rocoso una discontinuidad o plano de fractura antes de disparar las tronaduras de producción, mediante una fila de barrenos generalmente de pequeño diámetro, y con cargas de explosivo desacopladas.

Beneficios del Precorte

Formación de una pared de banco más estable - Generar el límite de penetración de la pala - Obtener las bermas programadas - Crear una percepción de seguridad (El precorte debe permitir fracturar un plano para atenuar vibraciones en la voladura principal, lo anterior depende mucho de la calidad de las fracturas que se formen. Las vibraciones serán menores, mientras estas crucen fracturas lo más abiertas y limpias posibles)

Línea Buffer o Amortiguada

Consiste en modificar la última fila de voladura de producción, reduciendo el burden, espaciamiento y concentración de carga explosiva para amortiguar la acción de la onda de compresión proveniente de los taladros de producción en la pared de banco. Generalmente se usa con el precorte, aunque también puede ser utilizada en macizos rocosos homogéneos.

Diferencias de Voladura Controlada y de Producción

Los taladros de voladura de producción destrozan la roca por interacción de las ondas entre sí, con predominio de fracturamiento radial / A diferencia de los taladros de voladura de producción, los de voladura controlada deben espaciarse de tal modo que no se tenga la etapa de roca pulverizada y que las fracturas creadas se dirijan a los puntos de menor resistencia.

El Objetivo de la Voladura Controlada

Es evitar el rompimiento de la roca fuera de límites previamente establecidos, es decir evitar la sobrerotura.

Voladura Amortiguada

Es una combinación de la Voladura de Pre-corte y la Voladura Lisa.

Líneas Buffer

Tienen menor burden, espaciamiento y concentración de carga explosiva que los taladros de producción, de manera que durante el proceso de detonación amortiguan la acción de la onda de comprensión provenientes de los taladros de producción.

Prioridades Comunes en un Disparo

Mejoramiento de los rendimientos de los equipos de carguío y desplazamiento de material - Fragmentación - Cuidado de paredes en tronaduras de contorno - Cuidado de equipos, pozos e/o instalaciones aledañas.

Mejoramiento de los Rendimientos de Equipos de Carguío

Cara libre, de manera de entregarle espacio al material para su desplazamiento - Utilización de Diagonales largas para reducir el burden efectivo, por lo que la cantidad de material a desplazar es menor por cada fila de pozos - Tiempos cortos entre pozos y largos entre filas (> 125 ms), así la tronaduras saldrá por tajadas, entregándole espacio a las tajadas siguientes para su desplazamiento, a medida que se desarrolla la tronadura.

El Diseño Trapezoidal

Es un buen diseño para obtener tronaduras esponjadas y levantadas, pero depende de la densidad y de la frecuencia de estructuras que tenga la zona a tronar.

Disminuir la Fragmentación Mediante la Secuencia de Detonación

Burden de alivio deben se bajos para pozos de producción - Tiempos pequeños entre filas - reducir los tiempos entre pozos para mejorar la fragmentación - Realizar la secuencia de forma de que las ondas viajen paralelamente a las estructuras existentes.

Reducir el Burden

Una de las mejores formas de reducir el Burden de alivio y por ende mejorar la granulometría, es el uso de diagonales largas al diseñar la secuencia de disparo.

Consideraciones para el Cuidado de Paredes de Banco

La idea de la tronadura es el de “producir el arranque de la roca, sin dañar la roca o material colindante” - Dar alivio a la fila más cercana a la pared de banco, que por lo general es una línea de tronadura amortiguada o buffer.

Consideraciones para el Cuidado de Estructuras Aledañas

Para el cuidado de elementos cercanos a la tronadura, además de tener cuidado con las vibraciones también es necesario tener en consideración la dirección de la tronadura y la eyección de taco - La dirección del movimiento del material debe ser siempre en forma contraria a la de la posición del elemento que deseamos cuidar, ya sea una rampa, equipos, cables etc.

Terminología de Voladura

Rainura

Debe generar una cavidad tal que permita el desplazamiento sin complicaciones del material que se desplaza a lo largo de la Voladura. En conjunto con los tiros de alivio conforma el “cuele”.

Auxiliares

Sirven de apoyo a los tiros de rainura y son los encargados de fragmentar gran parte de la roca a remover. También llamados de descarga o destroza.

Contorno

Corresponde a las perforaciones de Cajas Coronas que generan un plano de corte que permita una buena calidad en la excavación.

Zapateras

Corresponde a las perforaciones ubicadas en el piso de la labor y limitan la excavación y mueven el material ya tronado con el fin de facilitar el carguío.

Procedimientos y Materiales

Procedimiento Pre Voladura

Limpiar el área - Considerar la posibilidad de gases de voladura y sus efectos en otras áreas - Proteger todos los equipos, los servicios en situación de riesgo - Sacar todos los sobrantes de explosivos, equipos, servicios y personal del área de voladuras - Caminar a lo largo de la red de inicio buscando posibles: daños, uniones pobres y posibles problemas - Confirmar todas las conexiones y amarres - Colocar señaléticas en las entradas, evitando el ingreso de personal no autorizado al área.

APD Cilíndrico

Carga explosiva de alta potencia y gran seguridad destinada a la iniciación de agentes de voladura.

Tronco Cónico

Carga explosiva con forma de cono truncado de alta potencia.

Minibooster y Minisblaster

Variedad especial de APD, booster de bajo gramaje, diseñados para el uso con detonadores de tipo no eléctrico y facilitar la operación de primado en minería subterránea.

HU-HOLE

Diseñados para tiros largos ascendentes, en zonas de hundimiento, de zanjas, o embudos de minas subterráneas, facilita la operación del primado.