11_Explosivos industriales

8/9/2019 11_Explosivos industriales

1/16

/ Captulo 11/

. EXPLOSIVOS INDUSTRIALES

1. INTRODUCCION

Los explosivos qumicos industriales se clasificanen dos grandes grupos segn la velocidad de suonda de choque.a) Explosivos rpidos y detonantes. Con velocida-des entre 2.000 y 7.000 mis; yb) Explosivos lentos y deflagrantes. Con menos de

2.000 mis.Los deflagrantes comprenden a las plvoras, com-

' puestos pirotcnicosy compuestos propulsores paraartillera y cohetera, casi sin ninguna aplicacin en laminera o ingeniera civil, salvo en el caso de rocasornamentales.Los explosivos detonantes se dividen en Primarios ySecundarios segn su aplicacin. Los Primarios por sualta energa y sensibilidad se emplean como iniciado-res para detonar a los Secundarios, entre ellos pOde-mos mencionar a los compuestos usados en los deto-

nadores y multiplicadores (fulminato de mercurio,pentrita,hexolita,etc.).LosSecundariosson losque seaplican al arranque de rocas y aunque son menos sen-sibles que los Primarios desarrollan mayor trabajo til.Estos compuestos son mezclas de sustancias explosi-vas o no, cuya razn de ser estriba en el menor preciode fabricacin, en el mejor balance de oxgeno obte-nido, y en las caractersticas y propiedades que con-fieren los ingredientes a las mezclas en lo relativo asensibilidad, densidad, potencia, resistencia al agua,etc.Los explosivos industriales de uso civil se dividen a

su vez en dos grandes grupos, que en orden de impor-tancia por nivel de consumo y no de aparicin en"elmercado son:

A. Agentes explosivosEstas mezclas no llevan, salvo algn caso, ingre-dientes intrnsecamente explosivos. Los principalesson:

- ANFO- ALANFO- HIDROGELES- EMULSIONES- ANFOPESADO

B. Explosivos convencionalesPrecisan para su fabricacin de sustancias intrnse-camente explosivas que actan como sensibilizadoresde las mezclas. Los ms conocidos son:

- GELATINOSOS- PULVERULENTOS- DE SEGURIDADEn este captulo se exponen las caractersticas bsi-cas de cada explosivo, las sustancias constituyentes yla influencia de diferentes parmetros sobre la eficien-cia alcanzada en las voladuras de rocas.

2. AGENTES EXPLOSIVOSSECOSEste grupo engloba, como ya se ha indicado, todosaquellos explosivos que no son sensibles al detonador

y en cuya composicin no entra el agua. El factor co-mn es en todos ellos el NitratoAmnico,Fig. 11.1, porlo que seguidamente se analizarn algunas de sus pro-piedades.2.1. Nitrato AmnicoElNitrato Amnico (NH4NO3)es una sal inorgnicade color blanco cuya temperatura de fusin es 160,6C.Aisladamente, no es un explosivo, pues slo adquieretal propiedad cuando se mezcla con una pequea

cantidad de un combustible y reacciona violentamentecon l aportando oxgeno. Frente al aire que contieneel 21% de oxgeno, el NAposee el 60%.Aunque el NApuede encontrarse en diversas formas,en la fabricacin de explosivos se emplea aquel que seobtiene como partculas esfricas o prills porosos, yaque es el que posee mejores caractersticas para ab-sorber y retener a los combustibles lquidos y es fcil-mente manipulable sin que se produzcan apelmaza-mientas y adherencias.La densidad del NA poroso o a granel es aproxi-madamente 0,8 g/cm3, mientras que las densidadesde las partculas del NAno poroso se acercan a la delos cristales (1,72 g/cm3), pero con valores algo infe-riores (1,40-1,45 g/cm3) debido a la microporosidad.El NAde mayor densidad no se emplea debido a queabsorbe peor al combustible y por lo tanto reacciona

/149


2/16

~RATO AMONICO J'--

AGENTEEXPLOSIVO

SECO-DENSIFICADOAGENTE

EXPLOSIVOSECO (ANFO)

"-

"

'--ALUMINIO

POLlESTIRENOEXPANDIDOUREA

"'--

AGENTEEXPLOSIVOSECO-ALUMINIZADO(ALANFO)

AGENTE EXPLOSIVODE MUY BAJADENSIDAD PARAVOLADURAS DECONTORNO (ANFOPS) '--

AGENTE EXPLOSIVOPARA BARRENOSCON ALTATEMPERATURA

Figura 11.1. Agentes explosivos secos con base Nitrato Amnico.

ms lentamente con l en el proceso de detonacin.Normalmente, el NAutilizado tiene una microporo-sidad del 15%, que sumada a la macroporosidad seeleva al 54%.En cuanto al tamao de las partculas suele variarentre 1 y 3 mm.El NA en estado slido cuando se calienta por en-cima de 32,1C, cambia de forma cristalina:~ ortorrmbiCOtDensidad del cristal = 1,72 g/cm3+ 32YCy Ortorrmbico Densidad del cristal = 1,66 g/cm 3Esta transicin es acompaada de un aumento devolumen del 3,6%, producindose seguidamente larotura de los cristales en otros ms pequeos. Cuandolos cristales y se enfran y existe algo de humedadtienden a aglomerarse formando grandes terrones.La solubilidad del NAen el agua es grande y varaampliamente con la temperatura:

A 10C el 60,0% solubilidadA 20C e1 65,4% solubilidadA 30C el 70,0% solubilidadA 40C el 73,9% solubilidag"

de ah que el ANFO no se utilice en barrenos hmedos.La higroscopicidad es tambin muy elevada, pu-

diendo convertirse en lquido en presencia de aire conuna humedad superior al 60%. La adicin de sustan-cias inertes hidroflicas como el caoln o las arcillas enpolvo evitan que el NAabsorba humedad, aunque tam-bin disminuyen su sensibili.dad.La temp~ratura ambiente juega un papel importanteen el proceso de absorcin de la humedad.En ocasiones, los granos de NA se protegen con

sustancias hidrfugas que impiden su humedeci-miento superficial.El NA es -completamente estable a temperatura am-

150

'-biente, pero si se calienta por encima de 200C en unrecipiente cerrado puede llegar a detonar. La presen- '-cia de compuestos orgnicos acelera la descomposi-cin y baja la temperatura a la cual sta se produce. Ascon un 0,1% de algodn el NAempieza a descompo-nerse a los 160C. "-

TABLA 11.1'-

'-

"-

2.2. ANFO '-En 1947 tuvo lugar una desastrosa explosin deNitrato Amnico en Texas City (Estados Unidos), ya

que esa sustancia se haba intentado proteger con "-parafinas, y slo un 1% de sta ya constitua un buencombustible sensibilizante del NA.Aparte de la propia catstrofe, este hecho hizo "centrar la atencin de los fabricantes de explosivos

en el potencial energtico del NA y de sus posibilida-des como explosivo dado su bajo precio.Cualquier sustancia combustible puede usarse con "-el NA para producir un agente explosivo. En EstadosUnidos a finales de los aos 50 se empleaba polvo de

carbn pero, posteriormente, fue sustituido por "combustibles lquidos ya que se conseguan mezclasms ntimas y homogneas con el NA. El productoque ms se utiliza es el gas-oil, que frente a otros "lquidos como la gasolina, el keroseno, etc., presentala ventaja de no tener un punto de volatilidad tanbajo y, por consiguiente, menor riesgo de explosio-nes de vapor.

'

TEMPERATURA HUMEDADA PARTIRDE LA CUALAMBIENTE EMPIEZALA ABSORCION10C 76%21C 64%32C 59%


3/16

Foto 11.1. Grnulos o prills de nitrato amnico.

Los aceites usados se han aprovechado tambincomo combustible, pero tienen los inconvenientes dereducir la sensibilidad a la iniciacin y propagacin,la velocidad de detonacin y el rendimiento energ-tico. Debido a sus altas viscosidades tienden a per-manecer en la superficie de los grnulos de NA ocu-pando los macroporos. Actualmente, no est justifi-cado desde un punto de vista econmico la sustitu-cin total o parcial del gas-oil por aceites usadosdebido a los inconvenientes que entraan estos pro-ductos.

El contenido de combustible juega un papel im-,portantsimo sobre las diferentes propiedades delANFO. La reaccin de descomposicin del sistemaequilibrado en oxgeno es:

3NH4NO3 + CHz ---> 3Nz + 7HzO + COzproduciendo unas 920 kcal/kg, que puede ser inferioren los productos comerciales segn el contenido enmaterias inertes, y un volumen de gases de 970 1.Lamezcla estequiomtrica corresponde a un 95,3% deNA y un 5,7% de gas-oil, que eql!ivalen a 3,7 litros deste ltimo por cada 50 kg de NA.

La influencia que tiene el porcentaje de combustiblesobre laenerga desprendida y velocidadde detona-cin quedan indicadas en la Fig. 11.2.

Se ve pues que no interesan ni porcentajes inferioresni superiores al indicado si se pretende obtener el

- 1.00o>'""-"8 900'" 800u:2'Z 700(5o:2''" 600W....

~ ~oo'"w~ 400 1

5,500

Y.D.

~.

5.000 i5(3--- 14.500 ;:::o....4.000 ~wo""....""....

BALANCE 02(+)~ -BALANCE o,H

3.500 oo3.000 (3o..JW2.500 >4 10PORCENTAJE DE GAS-OIL

Figura 11.2. Variacin de la Energia termodinmica y Velo-cidad de detonacin del ANFO con el contenido de gas-oil.

mximo rendimiento en las voladuras. En ocasiones,como por ejemplo pocas de verano, se suele aadirms gas-oil al ANFO, pues puede llegar a perderse porel calor hasta e150% del combustible, con una mermaimportante en la eficiencia. El control de calidad delANFO es sencillo, pues consiste en la extraccin delgas-oil de una muestra por medio de ter, Fig. 11.3, Ymedida del peso de la misma antes y despus del pro-ceso.

DESECADORETER

MUESTRADEANFOFILTRO

- BOMBADEVACIOETER Y GAS-OIL

Figura 11.3. Procedimiento de laboratorio para medir elporcentaje de gas-oil.

Tambin el contenido de combustible afecta a lacantidad de gases nocivos desprendidos en la explo-sin (CO+NO),Fig. 11.4. Cuando en las voladuras loshumos producidos tienen color naranja, ello es un in-dicativo de un porcentaje insuficiente de gas-oil, o bienque el ANFO ha absorbido agua de los barrenos o no seha iniciado correctamente.La variacin de sensibilidad con la cantidad de com-bustible tambin es acusada, pues con un 2% de gas-oilla iniciacin puede conseguirse con un detonador,

151


4/16

0,05

0,25enOO:::::( /) 0,20W.-JO:;;;:

0,15

0,10

2 4GAS-OIL(%)

10

3,0

Figura 11.4. Humos producidos por diferentes porcent'3.jesde gas-oil.zo~'"("2~ 2,5;!;ww:;;o::::>!~ 2,0~g...Jet~i5 1,5o""f'!~...Jz3::::>1,0:z-o00

2 r3 5 6 7 8PORCENTAJEDEGAS-OILr4Figura 11.5. Sensibilidad del ANFO a la iniciacin.

,9

aunque la energa disponible es muy baja, y con unacantidad superior al 7% la sensibilidad inicia! decrecenotablemente.Tal como se ha indicado anteriormente con el NA,elagua es el principal enemigo del ANFO,pues absorbeuna"gran cantidad de calor para su vaporizacin yrebaja considerablemente la potencia del explosivo.En cargas de 76 mm de dimetro una humedad supe-rior al 10% produce la insensibilizacin del agenteDIAMETRO DE LA CARGA-76mm

~ 3.600E~ 3.300UcZo 3.0001-IJ.JoIJ.J 2.700oocou3 2.100IJ.J>

,,/'"// '"/

S) ,/C;,\';/7V,>~r'>~/

2.400t -\)~~'P-7,V

o 6 84PORCENTAJE DE AGUA

FALLOS\\ ---10

Figura 11.6. Influencia del contenido de agua sobre la velo-cidad de detonacin.152

"-explosivo. En tales casos el nico recurso de empleoconsiste en envolver al ANFO en recipientes o vainasimpermeables al agua.Las caractersticas explosivas del ANFO varan tam- ',-bin con la densidad. Conforme sta aumenta la velo-

cidad de detonacin se eleva, pero tambin es msdifcil conseguir la iniciacin. Por encima de una den- '--sidad de 1,2 g/cm3 el ANFO se vuelve inerte no pu-diendo ser detonado o hacindolo slo en el rea in-mediata al iniciador. "-El tamao de los grnulos de NA influye a su vez en ladensidad del explosivo. As, cuando el ANFO se reducea menos de 100 mallas su densidad a granel pasa a ser0,6g/cm3,lo que significa quesi sequiere conseguir "-una densidad normal entre 0,8y 0,85 g/cm 3 para alcan-zar unas buenas caractersticas de detonacin ser

preciso vibrarlo o compactarlo.Por otro lado, el dimetro de la carga es un parme-tro de diseo que incide de forma decisiva en la veloci-dad de detonacin del ANFO. Fig. 11.7.- 5000~EZ 4.500oUeti5 4.000f-IJ.JoW 3.500ooco 3,00ooo.-J~ 2.500

2.000

\---

'--

'--

'--

\..-

.'--.

'--o 50 100 150 200 30050 350DIAMETRO DEL BARRENO (mm)

Figura 11.7. Influencia del dimetro de la carga sobre la "-velocidad de detonacin.

El dimetro crtico de este explosivo est influen- '--ciado por el confinamiento y la densidad de carga.Usado dentro de barrenos en roca con una densidad agranel de 0,8 g/cm 3 el dimetro crtico es de unos 25 ,mm, mientras que con 1,15 g/cm3 se eleva a 75 mm. '--5.400..

.....E;; 4.800o:eti5 4.200""wowo 3.600oetog 3.000...JW>

"-

'--

'--NICIADOR DE PENTOLlTA(450 g)

rUBO DEFIBRA"-TUBO DE TUBO DE TUBO DE BARRENO BARRENOPLASTICO ACERO HIERRO EN PIZARRA EN CALIZA

SIN CONFINAR CONFINADOFigura 11.8. Variacin de la velocidad de detonacin con el "-confinamiento.

"-

1.05lOE1.00 o.....",'o.95 co(.90 ZIJ.Jo

.85


5/16

La sensibilidad de iniciacin del ANFO disminuyeconforme aumenta el dimetro de los barrenos. En laprctica los multiplicadores de 150 g son efectivos endimetros de carga inferiores a los 150 mm, y por en-cima de ese calibre se recomiendan multiplicadores de400 a 500 g.Aunque el ANFO se emplea predominantementecomo carga a granel, es importante saber que la ener-ga por metro lineal de columna disminuye con el de-

sacoplamiento. Cuando el confinamiento de la cargano es grande la "VD y la presin mxima sobre lasparedes de los barrenos disminuyen.2.3. ALANFOComo la densidad del ANFO es baja, la energa que

resulta por unidad de longitud de columna es pequea.Para elevar esa energa, desde 1968 se viene aa-diendo a ese agente explosivo productos como el Alu-minio con unos buenos resultados tcnicos yecon-micos, sobre todo cuando las rocas son masivas y loscostes de perforacin altos.Cuando el aluminio se mezcla con el nitrato amnicoy lacantidad es pequea la reaccin que tiene lugar es:2AI+ 3NH4NO3-> 3Nz+ 6HzO+ AlzO+ 1650 cal/gPero si el porcentaje de aluminio es mayor, la reac-cin que se produce es:2AI+ NH4NO3-> Nz+ 2Hz+ AlzO3+ 2300 cal/gEn la Fig. 11.9 se indica la energa producida por el

ALANFO con respecto al ANFO para diferentes canti-dades de metal aadidas.1,5

ou.~ 1,4--':2o~ 1,3--'wa:::2o~ 1,2~--'wa:: 1,1~wzw

"r

,255 10 15 2bPORCENTAJE DE ALUMINIOEN EL ANFOFigura 11.9. Efecto del Aluminio sobre la Energia desarro-llada con respecto a una misma cantidad de ANFO.

El lmite prctico, por cuestiones de rendimiento yeconoma se encuentra entre el 13 y el15 %. Porcenta-jes superiores al 25% hacen disminuir la eficienciaenergtica.Las especificaciones que debe cumplir el aluminio

son: en cuanto al tamao que se encuentre casi el

100% entre las 20 y las 150 mallas y en cuanto a lapureza que sea superior al 94%.En estos agentes explosivos, la pureza no es tan

crtica como en los hidrogeles, ya que no es de temer laaccin galvnica producida por los cambios de pH.Esto significa que restos o desechos de aluminio deotros procesos pueden emplearse en la fabricacin delALANFO.El lmite inferior de tamao es debido a que si el Al

est en forma de polvo pueden producirse explosionesincontroladas.

3. HIDROGELESLos hidrogeles son agentes explosivos constituidos

por soluciones acuosas saturadas de NA, a menudocon otros oxidantes como el nitrato de sodio y/o el decalcio, en las que se encuentran dispersos los com-bustibles, sensibilizantes, agentes espesantes y gelati-nizantes que evitan la segregacin de los productosslidos.El desarrollo de estos explosivos tuvo lugar a finales

de la dcada de los 50 cuando Cook y Farnam consi-guieron los primeros ensayos positivos con una mez-cla del 65% de NA, 20% de Al y 15% de agua.Tras esos primeros resultados, Cook empez a utili-

zar como sensibilizante el TNT, y as comenz en Ca-nad la fabricacin comercial bajo patente, extendin-dose despus a Estados Unidos.Posteriormente, se realizaron las primeras experien-cias con hidrogeles sensibilizados con aluminio. Estemetal planteaba serios problemas de empleo, puesreaccionaba con el agua a temperatura ambiente des-prendiendo hidrgeno. Para evitar ese fenmeno sepas a proteger las partculas de aluminio con pro-ductos hidrfugos.Ya en 1969 la Dupont desarroll unos nuevos hidro-

geles que se caracterizaban por no contener los com-puestos explosivos tradicionales, ni metales particu-lados como sensibilizantes fundamentales, sino queincorporaban como combustible sustancias orgnicascomo las derivadas de las aminas, parafinas, azcares,etc.En la Fig. 11.10 se indican los principales tipos de

ex'plosivos acuosos obtenidos a partir del NitratoAmnico, en dos grandes grupos que son los hidroge-Iys y las emulsiones con sus mezclas.Gentrndonos en los hidrogeles que se empleanactualmente, el proceso de fabricacin se basa en elmezclado .de una solucin de oxidantes con otra denitrato de monometilamina (NMMA) Y la adicin dediversos productos slidos y lquidos, tales como oxi-dantes, espesantes, gelatinizant'es, etc.La solucin de oxidantes est constituida por agua,nitrato amnico y nitrato sdico, a la que se aportatio-urea y parte de las gomas que permiten conseguiruna viscosidad alta para retener las burbujas de gas. Elnitrato sdico tiene las ventajas de disponer de unagran cantidad de oxgeno y de disminuir el punto decristalizacin de las soluciones salinas.La solucin de NMMA se prepara calentando los

bidones en los cuales se transporta, ya que sta se153


6/16


7/16

En lo referente a los humos de voladura, los hidro-geles sensibilizados con aluminio presentan unas cali-dades de humo mejores que las obtenidas con explosi-vos convencionales.

cionales, pudiendo ajustarse en funcin de la formula-cin del hidr'ogel. Las energias desarrolladas oscilanen el rango de las 700 a las 1.500 cal/g.La densidad puede tambin modificarse, desde 0,8hasta 1,6 g/cm J, partiendo de un valor bsico com-prendido entre 1,4 Y1,5. Mediante la adicin de gasifi-cantes qumicos, como ya se ha indicado, o de aditivosde baja densidad puede reducirse tal parmetro. Esasdisminuciones influyen sobre los explosivos haciendoque la velocidad de detonacin aumente en muchoscasos, as como su sensibilidad.

EMULSIONES.

Este grupo de explosivos, que es el de ms recienteaparicin en el mercado, mantiene las propiedadesde los hidrogeles ya citados, pero a su vez mejorados caractersticas fundamentales como son la po-tencia y la resistencia al agua.El inters de estos productos surgi a comienzosde la dcada de los 60, cuando se investigaban lasnecesidades bsicas de un explosivo para que seprodujera el proceso de detonacin combinando unasustancia oxidante con un aceite mineral. Estosconstituyentes han permanecido qumicamente inva-riables durante muchos aos (nitrato amnico + gasoil), pero, sin embargo, la forma fsica ha cambiadodrsticamente.En la Tabla 11.2 se resumen,en el orden cronolgico

de aparicin de los explosivos, los oxidantes, combus-tibles y sensibilizadores empleados en la fabricacinde cada uno de ellos.Desde un punto de vista qumico, una emulsin es unsistema bifsico en forma de una dispersin estable de

un lquido inmiscible en otro.Las emulsiones explosivas son del tipo denominado"agua en aceite en las que la fase acuosa est com-puesta por sales inorgnicas oxidantes disueltas enaguay la fase aceitosa por un combustible lquidoinl11iscible con el agua del tipo hidrocarbonado.El desarrollo de los explosivos ha llevado aparejadouna reduccin progresiva del tamao de las partculas,pasando desde los slidos a las soluciones salinas conslidos y,por ltimo, a las microgotas de una emulsinexplosiva. Tabla 11.3.Se comprende as, que la dificultad de fabricacin de

INICIACION CONI DETONADOR N' 8,~IIIIIII///

5.000 80 -EE.70 ;;'-':::,60'-'oa:. f-.50~s-40 IIII30 1

w....oSi54.500oz~w 4.000o\!5o:33.500oo..JW13.000

IIIIIIII/II////

"INICIACIONON .../MULTIPLlCADOR / 'DE 17g.PENTO~1,30 1,35,10 1,15 1,20 1,25

DENSIDAD (g/cm')1,00 1,05

Figura 11.12. Influencia de la densidad de los hidrogelessobre la velocidad de detonacin y sensibilidad.

Como es obvio, la variedad de productos que puedenobtenerse con distintas composiciones es muygrande.Desde los hidrogeles encartuchados, semejantes a losexplosivos gelatinosos convencionales, hasta los verti-bles que tienen unas caractersticas reolgicas quehacen que puedan tratarse como fluidos. En este l-timo caso se pueden aprovechar beneficiosamente lasventajas derivadas de una carga mecanizada as comodel hecho de rellenar totalmente el hueco de los barre-nos perforados.

TABLA 11.2

155

.EXPLOSIVO OXIDANTE COMBUSTIBLE SENSIBILlZANTE

.,.DINAMITAS SOLIDO SOUDO LIQUIDONitratos Materias absorbentes Nitroglicerina(sensibilizantes) Gasificantes

ANFOS SOLIDO LIQUIDONitratos Aceites PorosHIDROGELES SOLIDO/LIQUIDO SOLIDO/LIQUIDO SOLIDO/LIQUIDONitratos Aluminio TNT

Soluciones salinas Sensibilizante NMMA, MANAluminio en polvo.GasificantesEMULSIONES LIQUIDO LIQUIDOSoluciones salinas Aceites GasificantesParafi nas


8/16

TABLA 11.3. D!MENSIONES DE LOS OXIDANTES EN LOS EXPLOSIVOS (Bampfield y Morrey, 1984) "-

las emulsiones se encuentra en la fase aceitosa pues,por imperativo del balance final de oxgeno, el 6% enpeso de la emulsin, que es el aceite, debe englobar al94% restante que se encuentra en forma de microgo-tasoEn la Tabla anterior las velocidades de detonacinde cada uno de los explosivos, que corresponden a undimetro dado, reflejan la fuerte dependencia de laeficiencia de la reaccin con el tamao de las partcu-las.La estructura de las emulsiones se observa en lasfotografas adjuntas, donde las microgotas de solucinsaturada (oxidante) adoptan una forma polidrica y node esferas, con una fase continua de aceite que lasenvuelve. En la Foto 11.2. c el tamao de las microgo-

a. x 1.250

b. x 10.000~

C. x 50.000Foto 11.2. a, by c. Estructura de las emulsiones (Cortesade Bamptield y Morrey, 1984).156

"-

\..

'-

tas comparado con el de un prill de nitrato amnico es "-100 veces ms pequeo.Para conseguir una sensibilizacin adecuada de losexplosivos cuando stos no contienen sensibilizantes ,qumicos, slidos o lquidos, se precisa un mecanismofsico como el de las burbujas de gas, que al ser com-primidas adiabticamente producen el fenmeno de "-"Puntos Calientes que favorecen tanto la iniciacincomo la propagacin de la detonacin.Los agentes gasificantes que se utilizan estnconstituidos por poliestireno expandido o microes-feras de vidrio.En lo referente a los tipos de emulsin, bajo esetrmino quedan englobados productos de diferentespropiedades relacionadas con las caractersticas dela fase conti nua y su efecto sobre la viscosidad yconsistencia. "-Segn el tipo de combustible, gas-oil, parafinas,gomas, etc., las caractersticas reolgicas de lasemulsiones son distintas, as como sus aplicacionesy mtodos de empleo. Tambin el tipo de agente "-

emulsificante que se utilice para reducir la tensinsuperficial entre los dos lquidos inmiscibles y per-mitir la formacin de la emulsin, puede ayudar aevitar los problemas de coagulacin en grandes go-tas de la solucin de nitrato amnico, as como elfenmeno de cristalizacin de las sales.Otro aspecto atener en cuenta es el enfriamiento delproducto desde el momento de su fabricacin, que se

'

AN (NITRATO AMONICO)-(91%)

'"

'"ANFO +6%FO(GAS-OIL)(94 0/oAN+6% Fa)T(81%)

EMULSION75% AN + 6 % Fa

+18 % AGUA Y 1,0 % EMULSIFICANTE+18% AGUA+1% EMULSIFICANTE \"

Figura 11.13. Composicin bsica de una emulsin. "

'

EXPLOSIVO TAMAO (mm) ESTADO VELOCIDAD DEDETONACION (km/s)ANFO 2 Slido 3,2DINAMITA 0,2 Slido 4,0HIDROGEL 0,2 Slido/Lquido 3,3EMULSION 0,001 Lquido 5,0-6,0


9/16

realiza a unas temperaturas prximas a los BOC,hastael instante de empleo.El esquema de preparacin de las emulsiones, tantoencartuchadas como a granel, se representa en la Fig.11.14. A partir de los diferentes componentes: faseacuosa oxidante, fase combustible y agente emulsifi-./ cante-estabilizante, y previo calentamiento de stos,se procede a una intensa agitacin dinmica obte-niendo una emulsin bsica que posteriormente se/ refina para homcigeneizarla yestabilizarlaeneltiempo.A continuacin, se mezcla con los productos secosque seadicionan para ajustar ladensidad o la potenciadel explosivo. Esos productos slidos pueden ser:aluminio en polvo, agentes gasificantes reductoresde densidad, grnulos de nitrato amnico, etc.

/ El polvo de aluminio aunque aumenta la energadesarrollada por el explosivo tiene un efecto reductorde la velocidad de detonacin.Por otro lado, la sensibilidad de la emulsin dismi-/ nuye conforme aumenta la densidad, siendo necesariotrabajar por encima del dimetro crtico y utilizar ini-ciadores potentes.'A'E

COMBUSTIBLE EMULSIFICANTESASE ACUOSA

ENCARTUCHAOO A GRANEL

MEZOAOOR-Q EMULSlONT-Q1 M


10/16

PUEDE CARGARSE FACILMENTE ,GENERALMENTE NOPUEDE C.CARGA CON HELICOIDE4.'[00 mi. 6.000 mi,,VELOCIDAD DE DETONACION TEORICA

Figura 11.16. Caractersticas de carga y resistencia al aguade diferentes tipos de ANFO Pesado (Ou Pont, 1986).

~ 140ZW:2':J--10130.>ZW


11/16

TABLA 11.4.

Fuente: CROSBY y PINCO (1991).

esquemas, mientras que se mejora la fragmentacinresultante de las voladuras.La Fig. 11.20. permite definir la composicin ptimade un explosivo para obtener una potencia dada. Laspotencias relativas en volumen con respecto al ANFOvaran entre 1,0 Y 1,9.

. 15o214~::>13--J


12/16

Las ventajas principales de estos explosivos que sehan utilizado con mucha profusin hasta pocas re-cientes son:- Potencias elevadas.- Altas densidades, desde 1,2 hasta 1,5 glcm 3.- Elevadas velocidades de detonacin, entre 5.000

y 6.000 mis.- Gran resistencia al agua y estabilidad qumica.Los inconvenientes ms importantes que presentanson:

- Riesgo de accidentes en la fabricacin y trans-porte.- Sensibles a estmulos subsnicos y por consi-guiente elevado peligro si la maquinaria golpea oimpacta con restos de explosivo.- Produce dolores de cabeza, pues la NGdilata losvasos sanguneos.- Reducida flexibilidad para la utilizacin en condi-ciones ambientales extremas.- Elevados costes de fabricacin.Las principales aplicaciones de estos explosivos secentran en el arranque de rocas duras y muy duras,como cargas de fondo, y en voladuras bajo presin deagua y en barrenos hmedos.

7. EXPLOSIVOS PULVERULENTOSAquellas mezclas explosivas sensibilizadas con NG

pero con un porcentaje inferior al 15%, tienen unaconsistencia granular o pulverulenta.Dentro de este grupo de explosivos caben distinguiraquellos que poseen una base inerte y los de baseactiva. Los primeros, actualmente en desuso, fueron

desarrollados por Nobel en 1867 y se componan de NGy kieselghur o tierra de infusorios calcinada. Los debase activa, se fabrican en su mayora sustituyendo lassustancias inertes por una mezcla de oxidantes y com-bustibles que aportan una potencia adicional.El primer oxidante utilizado fue preferentemente elnitrato sdico, que se sustituy despus por el nitrato

amnico de mayor eficiencia energtica. T\.,p1bineneste caso se emplean aditivos especiales para reducirla higroscopicidad del NA.En otros explosivos pulverulentos parte de la NG essustituida, total o parcialmente, por TNT.Las caractersticas que poseen estas mezclas explo-sivas son:

- Potencias inferiores a las de los gelatinosos.- Velocidades de detonacin y densidades inferio-

res, de 3.000 a 4.500 mis yde 0,9 a 1,2glcm 3 respec-tivamente.- Muy poca resistencia al agua.- Adecuados para rocas blandas y semiduras comocarga de columna.160

"-8. EXPLOSIVOS DE SEGURIDAD

Se denominan Explosivos de Seguridad, en otros \,pases Permisibles, a aquellos especialmente prepara-dos para su uso en minas de carbn con ambientesinflamables de polvo y gris. Su caracterstica princi- "-pal es la baja temperatura de explosin. .Actualmente, los Explosivos de Seguridad se clasifi-can en dos grupos. El primero, es el que en su compo- "-sicin se encuentra un aditivo que juega el papel deinhibidor de la explosin, generalmente cloruro s-dico, que segn su granulometra, porcentaje, etc., au-menta con mayor o menor intensidad el grado de se- "-guridad frente a una atmsfera inflamable.bio manual, mientras que las de seccin redonda se uti-lizancuandolasperforadorasdisponende cambiadores '

El segundo grupo, de ms reciente aparicin y de-nominadosde SeguridadReforzadao de Intercambio "-lnico, consiguen rebajar la temperatura de explosinmediante diversos ingredientes que al reaccionar en elmomento de la detonacin forman al inhibidor en esemismo instante. Estos explosivos suelen estar consti- '-tuidos por un pequeo porcentaje de Ng, un combus-tible, y el par salino nitrato sdico-cloruro amnico. Lareaccin que tiene lugar es: '-

NaNO3 + NH4CI --+ NaCI + NH4NO3el nitrato amnico acta despus como oxidante y elcloruro sdico en estado naciente es el que tiene ungran poder refrigerante, mucho mayor que en los ex-plosivos de seguridad clsicos.Si, por un fallo, un cartucho de explosivo de inter-cambio inico detona al aire o bajo unas condicionesde confinamiento dbiles, los fenmenos que tienenlugar son la descomposicin explosiva de la nitrogli-cerina y la accin inhibidora del cloruro ammico yaque no se produce la reaccin del par salino. En cual-quier caso, se evita la deflagracin que sera muy peli-grosa en una atmsfera inflamable.Las caractersticas prcticas de los explosivos deseguridad son: una potencia media o baja, velocidadesde detonacin entre 2.000 y 4.500 mis, densidades en-tre 1 y 1,5 g/cm3 y mala resistencia al agua, salvo enalgn compuesto.

'-

\.

\..

\..

, 9. POLVORAS \..

Actualmente, la plvora para uso minero tiene lasiguiente composicin: Nitrato Potsico (75%), Azufre(10%)y Carbn (15%). Presentndose siempre granu-lada ygrafitada, con dimensiones que oscilan entre 0,1mm y 4 mm y envasada generalmnte en bolsas de 1,2,5 Y5 kg.La velocidad de combustin depende de la densidadde la plvora y condiciones de confinamiento, y essiempre inferior a los 2.000 mis, por loque obviamentees un explosivo deflagrante.La potencia que desarrolla con respecto a la goma

pura es del orden del 28%, y la energa especfica de

\.

'


13/16

23.800 kgm/kg, con una temperatura mxima de unos200C. La resistencia al agua es muy mala.Hoy en da, la utilizacin de la plvora se ha reducidoa la extraccin de bloques de roca ornamental y al

arranque de materiales muy elastoplsticos como losyesos, que rompen mejor bajo el efecto continuado delos gases que por una tensin puntual instantnea. Setrata pues de aprovechar el gran empuje de los gasesms que el efecto rompedor que es bajo.

10. EXPLOSIVOS DE DOS COMPONENTES

Los explosivos de dos componentes, tambin llama-dos explosivos binarios, estn constituidos por dos sus-tancias que individualmente pueden clasificarse comono explosivas.Cuando se transportan o almacenan separadamente,normalmente, no estn reguladas como si fueran explo-sivos, aunque s deben ser protegidas de los robos.El explosivo binariQ ms comn es una mezcla denitrato amnico pulverizado y nitrometano, aunque tam-bin se han utilizadootros combustibles de ,cohetes. Losdos componentes se suelen transportar al rea de tra-bajo en recipientes separados, y a continuacin el com-bustible lquido es vertido en el recipiente de nitratoamnico. Depus de un tiempo de espera predetermi-nado la mezcla se vuelve sensible al detonador y yaest lista para su uso.Los explosivos binarios se utilizancuando se requie-ren pequeas cantidades de explosivos, como sucedeen obras especiales de cimentaciones, nivelaciones,

zanjas de cables, etc.Cuando los consumos son elevados, el mayor precioy el inconveniente de tener que preparar las mezclasen el lugar de trabajo les hacen poco atractivos frente alos explosivos convencionales.

Foto 11.3. Preparacin de un cartucho de explosivo binario(Cortesia de Kinepak, Inc.).

11. EXPLOSIVOS COMERCIALIZADOSEN ESPAAEn las Tablas 11.5 y 11.6 se resumen las caractersti-

cas tcnicas principales de los explosivos comercialesen Espaa por la UEE, S. A.

Como puede observarse existen siete familias de ex-plosivos: ANFOS, hidrogeles, emulsiones, ANFOS Pe-sados, gelatinosos, pulverulentos y de seguridad.

Adems de indicarse los campos de aplicacin de losdistintos tipos de explosivos, se dan los valores ca-ractersticos de diferentes propiedades.La potencia relativa, expresada en tanto por ciento, se

refiere a la goma pura, que se toma como explosivo pa-trn asignndole el valor 100. Las pruebas realizadaspara medir la energa disponible para producir los efec-tos mecnicos son las del bloque de plomo (Traulz) ymortero balstico.La densidad de encartuchado es una caractersticamuy interesante de los explosivos, que depende en granpprte de la granulometra de los componentes slidos ytipo de materias primas empleadas en su fabricacin.La velocidad de detonacin sealada corresponde aensayos realizados con cartuchos de 26 mm de dime-tro, cebados con un detonador del nmero 8.Finalmente, se indica el calor de explosin y la resis-tencia al agua. Esta ltima refleja el comportamiento delos explosivos ante la humedad y depende de su com-posicin. A medida que aumenta la proporcin de salesoxidantes disminuye la resistencia al agua, especial-mente en el caso del nitrato amnico, por ser muy hi-groscpico. Por el contrario, las gomas y los hidrogelesson los explosivos que mejor se comportan en ambien-tes hmedos o bajo agua.Por otro lado, en la Tabla 11.6 se reflejan las dimen-siones de los cartuchos de los diferentes tipos de explo-sivos que se comercializan, el peso aproximado y el tipode encartuchado empleado.

161


14/16

mf\) TABLA 11.5 CARACTERISTICAS DE LOSEXPLOSIVOS UEE

Fuente:UNION ESPAOLADE EXPLOSIVOS,S. A./' /

TIPO DE POTENCIA DENSIDAD VELOCIDAD DE CALOR DE RESISTENCIANOMBRE COMERCIAL RELATIVA DETONACION EXPLOSION PRINCIPALESAPLICACIONESEXPLOSIVO ("lo) (g/cm') (m/s) (cal/g) AL AGUANagolita > 70 0,80 2.000 925 Mala Voladura de rocas blandas y como carga decolumna de barrenos

ANFOS Alnafo >80 0,80 2.000 1.175 Mala Voladura de rocas blandas y semidurasNaurita > 70 0,80 2.000 1.108 Mala Para barrenos con temperaturj.s elevadasRiogel2 > 72 1,15 3.500 860 Excelente Carga de fondo de bar renosPara trabajos subterrneosHIDROGELES

Riogur R /R iogur F > 72 1,10 3.500/7.000 860 Excelente Voladuras de contornoRiomex E 20/24 > 65/> 70 1,15 5.000 713/863 Excelente Carga de fondo de bar renos'it Para trabajos subterrneos

EMULSIONES Riomex V 20/24 > 67/> 72 1,25 5.000 694/869 Excelente Carga de bar renos de mediano y gran cal ibrea cielo abiertoRiomex V 150/154 ). 67/> 72 1,25 5.000 655/852 Excelente Carga de bar renos de mediano y gran cal ibrea cielo abierto",Emunex 3.000 > 75 1,10 3.300 833 Mala Voladura de rocas blandas y semiduras, y ,carga de columna de bar renosANFOSPESADOS Emunex 6.000/8.000 > 65/> 70 1,20/1 ,25 4.500 795/744 Buena-Excelente Carga de bar renos de mediano y gran cal ibrea cielo abierto

Goma 1-ED > 90 1,45 6.000 1.205 Muy buena Voladura de rocas muy duras a c ie lo abier toy en inter iorGELATINOSOS . Goma 2E-C > 85 1,40 5.200 1.114 Buena Carga de fondo de bar renosVoladura de rocas duras a c ie lo abier toy en inter ior

Amonita 2-1 > 70 1,00 3.000 802 Dbil Voladura de rocas semiduras y blandasPULVE.RULENTOS Ligamita 1 >77 1,10 3.500 998 Mala Voladura de rocas semiduras y blandasPe r migel > 54 1,10 2.800 705 Excelente Explosivo Tipo 11.Voladura en minas de carbn

Explosivo de seguridad n.O9 > 45 1,60 4.000 767 Excelente Explosivo Tipo 11.Voladuras en minas de carbnEXPLOSIVOSDE Explosivo de seguridad n.' 20 SR > 37 1,15 1.800 537 Mala Explosivo Tipo 111.Voladuras en minas de carbnSEGURIDAD Explosivo de seguridad n.' 30 SR > 35 1,10 1.700 358 Mala Explosivo T ipo IV . Voladuras en minas de carbn


15/16

TABLA 11.6 PESOS Y MEDIDAS DE LOS EXPLOSIVOS DE UEE

(1) Pesos indicados por metro lineal de explosivoFuente: UNION ESPAOLA DE EXPLOSIVOS 163

TIPODEEXPLOSIVO DIAMETRO LONGITUD PESOAPROX. TIPODEENCARTUCHADO(mm) (mm) (g)22 200 110 Papel parafinado26 200 150 Papel parafinadoGoma 1E-D 26 400 300 Papel parafinado29 200 175 Papel parafinado. Goma2E-C 32 200 215 Papel parafinado40 240 420 Papel parafinado45 400 850 Papel parafinado50 450 1.250 Plstico flexible55 390 1.250 Plstico flexible65 530 2.500 Plstico flexibleGoma 2E-C 75 400 2.500 Plstico flexible80 440 3.125 Plstico flexible85 520 4.166 Plstico flexible85 620 5.000 Plstico flexible

Explosivos para 50 450 1.00055 450 1.000prospecciones ssmlcas 65 200 500 Encartuchado Jumbo enGoma 2E-C Jumbo 40170 65 365 1.000 plstico rgido rasgableRiogel Jumbo 40/70 65 620 2.000Amonita 2-1 26 200 120 Papel parafinadoLigamita 1 32 200 175 Papel parafinado

Explosivo de seguridad n.O9 26 200 156 Papel parafinado32 200 220 Papel parafinadoExplosivo de seguridad n.O20 SR 26 200 130 Papel parafinadoExplosivo de seguridad n.O30 SR 32 200 200 Papei parafinado

55 526 1.000 Plstico flexible65 524 1.390 Plstico flexibleNagolita 75 443 1.565 Plstico flexible85 459 2.083 Plstico flexible125 509 5.000 Plstico flexibleNagolita A granel Sacos de plstico de 25 kglnafoNaurita 26 250 152 Plstico flexible32 250 227 Plstico flexible40 350 521 Plstico flexible45 500 781 Plstico flexible50 500 1.190 Plstico flexible55 500 1.389 Plstico flexibleRiogel 2 65 535 2.083 Plstico flexible75 500 2.500 Plstico flexible85 500 3.125 Plstico flexible110 500 5.000 Plstico flexible125 535 7.000 Plstico flexible140 540 10.000 Plstico flexible160 500 11.000 Plstico flexible200 380 . 11.667 Plstico flexible

26 250 152 Plstico flexiblePermigel1 29 250 187 Plstico flexible32 ., 250 227 Plstico flexibleRiogur R 18 500 250 (1) Vaina rgida con manguitosde acoplamiento con aletasRiogur F 17 80 m 250 (1) Manguera flexible22 60 m 418 (1) Manguera flexible

26 250 155 Plstico flexible32 250 230 Plstico flexible40 350 500 Plstico flexibleRiomex E20/24 55 500 1.389 Plstico flexible65 535 2.083 Plstico flexible85 500 3.125 Plstico flexibleRiomex V 20/24 A granel Carga mecanizadaRiomex V 150/154 A granel Carga mecanizadaEmunex 3.000 A granel Sacos de plstico de 25 carga mecanizadaEmunex 6.00017.500/8.000 A granel Carga mecanizada


16/16

BIBLlOGRAFIA- ANONIMO: This Story is Dynamite. Australian Mining.July 1981.- BAMPFIELD, H. A., and MORREY, W. B.: Emulsion Ex-plosives. CIL. Inc. September 1984.- BLANCO, R.: Explosivos de Seguridad - Nuevas Tenden-cias. Jornada Tcnica. Medidas deSeguridad en e.1Uso yManejo de Explosivos en Excavaciones. INSH. Octubre1986.- BRULlA, J. C.: Power AN Emulsion/ANFO ExplosivesSystems. SEE, 1985.- BUCHTA, L.: Slurry Explosives. Mining Magazine. May1972.- COOK,M.A. How Dry Mix Explosives Can Increase Costs-Even in Dry Holes. E/MJ, September 1971.- CHAVER, W., et al.: Efectos de las Variaciones del Ba-lance de Oxgeno y de la Granulometra en las Propieda-des de los Explosivos Secos. Jornadas de Especialistasen Tronaduras. Chile, 1983.- CHIRONIS, N. P.: Search for Better Blasting. Coal Age.July 1982.Emulsified Blasting Agents Boost. Coal Age. January1985.- CROSBY, W.A. y PINCO, M.E.: When to Use Aluminiumin Bulk Explosives. Explosives Engineering. Vol. 9, N,1-

JulylAugust. 1991.- DANNEMBERG, J.: Open-Pit Explosives. E/MJ. July1982.- DICK, R., et al.: Explosives and Blasting Procedures Ma-nual. U.S. Bureau of Mines. 1983. .- FAVREAU, R. F., et al.: Exhaust Temperature - of Explo-sion as a Criterion for Predicting Fire Hazards Due toDifferent Blasting Explosives. CIMM. May 1986.

I!/'

"-

- FORD, M. y BONNEAU, M. D.: Developments in Cast '-Blasting Using High Bulk Strength Explosives at RietspruitOpencast Services. 17 th Annual Conference on Ex-plosives and Blasting Technique. Las Vegas. Nevada. 1991.- HAGAN, T. N.: Explosives and Initiating Devices. Aus- '-tralian Mining, July 1981.- HARRIES, G.: Explosives. AMF, 1977.- HELTZEN, A. M., and KURE, K.: Blasting with ANFO/Po-Iystyrene Mixtures. SEE, 1982.- LE COUTEUR, L.: Emulsion Slurry Explosives-The NewGeneration of Explosive Products. 4th Open Pit OperatorConference. 1982.- MAIRS, D. B., and TUPLlNG, R. V.: Application of Emul- "sion Explosives in Underground Mining. CIL. Inc. 1985.- MANON, J. J.: Explosives: Ther Clasification and Cha-racteristics. E/MJ. October 1976.Commercial Applications of Explosives. E/MJ. February "-1977.- MUIZ, E.: Apuntes de Explosivos. ETS. Ing. de Minas,1986.- RIOS,J .: Aplicacin de los Slurries al Arranque de Ro- "cas. C y E. Diciembre 1981.- TUTTLE, C. E.: Small Diameter Slurries. Pit & Quarry,1972.- THORNLEY, G. M., and FUK, A. G.: Aluminized BlastingAgents. IRECO Chemicals.- UNION ESPAOLA DE EXPLOSIVOS: Empleo delRiogel en Voladuras de Interior. Jornadas Tcnicas.Explosivos y Accesorios.Emulsiones-Explosivas. Jornadas Tcnicas.Uso de los Riogeles Vertibles en Explotaciones a CieloAbierto. Jornadas Tcnicas.

'-

"

\.

\.

\.

\.

Documents

11_Explosivos industriales