Principios de Voladura en Minería: Mecánica de Rotura y Geología Aplicada

Explosivos y Voladuras en Geología

Conceptos Fundamentales de Explosivos

Una tonelada (t) de TNT libera aproximadamente 4000 veces más energía que la necesaria para levantar un automóvil de 1 t a 100 metros de altura. Un kilotón (kt) equivale a la energía liberada por 1000 toneladas de TNT.

Deflagración

La deflagración es una reacción química que se mueve rápidamente a través del material explosivo y libera calor o llama vigorosamente. La reacción se mueve demasiado lenta para producir ondas de choque significativas y fracturación de la roca.

Detonación

La detonación es una reacción química que se mueve a través del explosivo a una velocidad mayor que la del sonido en el mismo material. Se forma una onda de choque supersónica a través del explosivo. Los gases resultantes tienen temperaturas de 3000 a 7000 °F y presiones de alto rango, de 20 a 100 kilolibras por pulgada cuadrada (kpsi).

Zona de Reacción Primaria

La zona de reacción primaria es el área donde empieza la descomposición química y está limitada por el plano de Chapman-Jouguet. Los productos estables principales son gases en expansión, que generan una onda de esfuerzo o de impacto y un frente de impacto del explosivo.

Mecánica de Rotura en Voladuras

Fases de Rotura en un Taladro con Cara Libre

• Expansión
• Rotura radial (gases radiales en la superficie)
• Rotura flexural (plano de rotura horizontal desde la cara libre)

Fase Mecánica de Rotura de un Taladro con Cara Libre

1. Columna Explosiva: Carga explosiva confinada, burden adecuado, cara libre, taco inerte, iniciador suficiente.
2. Propagación de la Onda de Choque: Ondas o fuerzas de compresión generadas en el taladro viajan a la cara libre, produciendo concusión y ondas sísmicas.
3. Agrietamiento por Tensión: Las ondas se reflejan en la cara libre y regresan en forma de tensión que agrietan la roca.
4. Rotura por Expansión: Los gases a alta presión se expanden, penetrando en las grietas de tensión e iniciando la rotura radial.
5. Expansión Máxima: Se produce la rotura flexural; los gases presionan el cuerpo de la roca entre el taladro y la cara libre.
6. Formación de Pila de Escombros: Los gases en contacto con el medio ambiente pierden fuerza y el material triturado cae al pie de la nueva cara libre.

Diseño de Voladuras y Factores Geológicos

Consideraciones Clave en el Diseño de Voladuras

• Tipo de roca y condiciones geológicas
• Propiedades físico-mecánicas de la roca
• Volumen de roca a ser volada
• Trabajos de perforación
• Tipo de explosivo y sus propiedades
• Sistema de iniciación
• Parámetros dimensionales de la roca

Influencia del Tipo de Roca y Condiciones Geológicas

• Estratificación y bandeamiento
• Esquistosidad
• Fracturamiento
• Fallas
• Contactos
• Azimut de buzamiento

Efectos de la Geología en la Fragmentación

La fragmentación será controlada por las fracturas existentes. Los patrones de perforación más pequeños minimizan los efectos adversos de las grietas y fracturas. Los patrones de perforación pueden mejorar o empeorar la distribución de la energía.

Propiedades Físico-Mecánicas de la Roca

• Resistencia a la compresión
• Resistencia a la tensión
• Frecuencia sísmica