Manual de Tronadura Subterranea

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Asesor Técnico Ing. Hernán Muñoz Astete E-mail: [email protected]

Asistencia Técnica y Capacitación DIEXA S.A.

TRONADURAS SUBTERRÁNEAS LABORES EN TÚNELES Y GALERÍAS

Diciembre de 2004

TRONADURA DE TÚNELES

LABORES SUBTERRÁNEAS

Ing. Hernán Muñoz Astete

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Diciembre de 2004

TRONADURA DE TÚNELES

Y LABORES SUBTERRÁNEAS La única cara libre en las tronaduras de túneles, piques o chimeneas es la frente de ataque, por lo que esta se efectúa en condiciones de gran confinamiento. Cuando más pequeña sea el área de la frente, la roca estará más confinada, requiriéndose de mayor carga específica por m3 a romper cuando más pequeña sea la sección a remover. El principio de la tronadura de túneles reside en la apertura de una cavidad inicial, usualmente central (rainura o cuele) para crear una segunda cara libre y en la subsiguiente rotura del resto de la sección hacia dicha cavidad (destroce o descarga). Al formarse la cavidad, la frente se transforma en un banco anular, donde los factores de cálculo para el destroce serán semejantes a los de un banco se superficie, pero exigiendo cargas considerablemente mayores por la necesidad de desplazar el material triturado.

Según las dimensiones de un túnel, el área de la cavidad de arranque puede ser de 0,5 x 0,5 m. a 1,5 x 1,5 m. normalmente adecuada para facilitar la salida de los barrenos de destroce hacia dicha cavidad, pero si se emplean barrenos de gran diámetro el área puede llegar a 2,0 x 2,0 m. La profundidad de la cavidad deberá ser estimada para el avance del disparo. Métodos de arranque.- Corresponden a las formas de efectuar el primer disparo para crear la cara libre, las rainuras para estos casos pueden ser de dos tipos:

a) Arranque en diagonal, que comprende al corte en "V", pirámide, cuña y corte

al abanico. b) Arranque en paralelo, que comprende al cuele o rainura cilíndrica.

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1) Rainura en pirámide o diamante Comprende 4 o 6 barrenos dirigidos en forma convergente hacia un punto común

imaginariamente ubicado al centro y fondo de la galería a excavar, de modo que su disparo instantáneo creará una cavidad piramidal.

Este método requiere de una alta concentración de carga en el fondo de los taladros,

se le prefiere para piques y chimeneas. 2) Rainura en cuña o en "V" Comprende 4, 6 o más barrenos convergentes por pares en varios planos o niveles,

de modo que la cavidad abierta tenga forma de una cuña. Es de ejecución más fácil aunque de corto avance especialmente en túneles estrechos por la dificultad de perforación.

La disposición de la cuña puede ser en sentido horizontal o vertical. El ángulo

adecuado para la orientación de los barrenos es de 60º a 70º. Es más efectivo en rocas suaves a intermedias, mientras que el de pirámide se aplica a rocas duras y tenaces.

3) Combinaciones de las rainuras en cuña o en abanico Son las combinaciones de los diseños anteriores que se ubican en diferentes zonas

de la frente. Para todas estas rainuras en cuña con perforaciones en diagonal, es indispensable que el largo y la dirección de los barrenos sea dimensionalmente de forma tal que la rainura se ubique simétrica a una línea media imaginaria.

4) Rainura paralela

El mayor empleo de yumbos de perforación ha generalizado el empleo de rainuras o arranque en paralelo, ya que es imposible perforar barrenos en diagonal con estos equipos.

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Comprenden a varios barrenos paralelos muy cercanos entre sí, usualmente

dispuestos en forma concéntrica, perforados en forma perpendicular a la cara libre de la galería, de modo que al ser disparados produzcan una cavidad cilíndrica.

Es fácil de perforar y su avance es mayor que con los otros métodos (usualmente los barrenos deberán ser unas 6" más largos que los de destroce, para dejar una cara limpia). Muy efectivo en roca dura y homogénea no así en material suelto o muy fisurado.

Los primeros barrenos adyacentes al barreno central vacío requieren de gran precisión en la perforación y carga, si es demasiado pequeña no hay rotura, si se sobrepasa, el corte falla. Una fórmula sencilla para calcular el burden o distancia en barreno central y el más próximo a él es: 0,7 x diámetro del barreno central.

Los barrenos de la rainura paralela deben ser perforados en forma paralela, las desviaciones pueden hacer fallar el disparo. Existen diversos diagramas para crear este tipo de rainura, varios barrenos de pequeño diámetro alternados, unos con carga explosiva y otros vacíos; o un barreno central de gran diámetro, sin carga, rodeado por otros de menor diámetro cargados.

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DISEÑO BÁSICO PARA TRONADURA

SUBTERRÁNEA EN GALERÍAS El diagrama de distribución de barrenos y de la secuencia de salida de los mismos presenta numeras alternativas, de acuerdo a la naturaleza de la roca y de las características del equipo de perforación, llegando en ciertos casos a ser bastante complejo. Como guía inicial para preparar un diagrama básico de tronadura en galería, se tiene el conocido método de cuadrados y rombos inscritos, con rainuras en paralelo y con distribución de los barrenos y su orden de salida.

Distribución y denominación de los barrenos A) Arranque o rainuras.- Son los del centro, que se disparan primero para formar la

cavidad inicial. Por lo general se cargan de 1,3 a 1,5 veces más que el resto. De hecho hay otra teoría que indica una carga menor para estos barrenos, a fin de evitar la sinterización de ellos, impidiendo la salida del material.

Para el caso de una mayor carga, se debe aumentar la distancia entre los barrenos cargados y el o los centrales vacíos.

DISTRIBUCIÓN DE BARRENOS

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B) Ayudas.- Son los que rodean a los de arranque y forman salidas hacia la cavidad

inicial. Las primeras ayudas (contracueles), segundas y terceras ayudas (barrenos de destroza o producción). Salen en segundo término.

C) Hastiales.- Son los barrenos laterales, que forman las paredes de la galería. D) Coronas o techos.- Son los que forman la parte superior de la galería o bóveda del

túnel. En los disparos de recorte se inician junto con los barrenos de los hastíales en forma simultánea.

E) Zapateras o arrastre.- Son los que corresponden a los pisos de la galería y se

disparan al final de todo el diagrama de disparo. Número de barrenos.- El número de barrenos requerido para una tronadura subterránea depende del tipo de roca a volar, del grado de confinamiento de la frente (facilidad de trabajo en la perforación y la carga), del grado de fragmentación que se desea obtener y del diámetro de las brocas disponibles o equipo de perforación; factores que individualmente pueden obligar a reducir o ampliar la malla de perforación y por consiguiente aumentar o disminuir el número de barrenos calculados teóricamente. Influyen también la clase de explosivo y el método de iniciación a emplear. Se puede calcular el número de barrenos (Nº b)en forma aproximada mediante la siguiente fórmula empírica:

Nº b = √ a x h x 10 donde:

a = ancho de la galería h = altura de la galería

Ejemplo: para un túnel de 1,80 m. x 2,80 m. = 5,04 m².

Nº b = √ 5 x 10 = 2,2 x 10 = 22 barrenos. o en forma más precisa con la relación:

Nº b = (P/dt) + (c x s) donde:

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P = circunferencia o perímetro de la sección de la galería, en metros, que se obtiene con la fórmula:

P = √ 5 x 4 Db = distancia entre los barrenos de la circunferencia o periféricos que usualmente es de:

0,50 a 0,55 m. para rocas duras tenaces 0,60 a 0,65 m. para rocas intermedias

0,70 a 0,75 m. para rocas friables o blandas c = coeficiente o densidad de la roca, usualmente de: 2,0 para rocas tenaces difíciles de romper 1,5 para rocas intermedias 1,0 para rocas friables, suaves, prefracturadas. S = Dimensión de la sección de la galería en m². (cara libre). Ejemplo: para el mismo túnel de 5 m² de área, en roca intermedia, donde tenemos:

P = √ 5 x 4 = 2,2 x 4 = 8,8

db = 0,6 c = 1,5 S = 5 m² Aplicando la formula Nº b = P/db + c x S tenemos: 8,8/0,6 - 1,5 x 5 = 14,66 - 7,5 = 22,16 = 22 barrenos Distancia entre Barrenos.- Se determina como consecuencia del número de barrenos y del área de la frente de tronadura. Normalmente varían de 15 a 30 cm. entre los barrenos de la rainura, de 60 a 90 cm. entre los de ayuda, y de 50 a 70 cm. entre los de corona. Como regla práctica se estima una distancia de 60 cm. por cada pulgada del diámetro de la broca.

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Los barrenos de corona se deben perforar a unos 20 - 30 cm. del límite de las paredes de la galería para facilitar la perforación y para evitar la sobrerotura. Normalmente se perforan ligeramente divergentes del eje de la galería para que sus fondos permitan mantener la misma amplitud de sección en la nueva cara libre a formar. Longitud de los barrenos.- Será determinada en parte por el ancho útil de la sección, el tipo de rainura elegida y por las características del equipo de perforación. Con rainura de tiros paralelos puede perforarse sobre los 3 metros de profundidad, mientras que en los cueles en "V" se llega hasta los 3 metros en túnel; es de pequeña sección. Para calcular la longitud de los barrenos de cuele en cuña se puede emplear la siguiente relación: L = S x 0,5 donde S es la dimensión de la sección en m². Cantidad de Carga.- Depende de la tenacidad de la roca y de la dimensión de la frente de tronadura. Influyen: el número, diámetro y profundidad de los barrenos; y del tipo de explosivo e iniciadores a emplear. Se debe tener en cuenta que la cantidad de explosivo por m³ a volar disminuye cuando más grande sea la sección de la galería, y también que aumenta cuando más dura sea la roca. En términos generales puede considerarse los siguientes factores en kilos de explosivos por m³ de roca. Área del túnel Kilos de explosivos estimados por m3 de roca en m2 En roca En roca En roca dura y tenaz intermedia suave y friable de 1 a 5 2,60 a 3,20 1,80 a 2,30 1,20 a 1,60 de 5 a 10 2,00 a 2,60 1,40 a 1,80 0,90 a 1,20 de 10 a 20 1,65 a 2,00 1,10 a 1,40 0,60 a 0,90 de 20 a 40 1,20 a 1,65 0,75 a 1,10 0,40 a 0,60 de 40 a 60 0,80 a 1,20 0,50 a 0,75 0,30 a 0,40 En minería los consumos de dinamita verían generalmente entre los 300 a 800 gr/m³. Como generalidad, podemos considerar los siguientes factores de carga para:

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Tipo de roca kg./m³ Rocas muy difíciles 1,5 a 1,8 Rocas difíciles 1,3 a 1,5 Rocas fáciles 1,1 a 1,3 Rocas muy fáciles 1,0 a 1,2 Valores estimados para galería con una sola cara libre, para disparos con dos caras libres se puede considerar valores de 0,4 a 0,6 kr/m³. Distribución de la carga a) Movimiento de roca

Volumen (V) = S x L en m³ donde: S = dimensión de la sección, en m² L = profundidad del barreno, en m (avance)

Tonelaje: (T) = V m³ x d en toneladas donde: Vm³ = volumen de roca d = densidad de roca, usualmente de 1,4 a 2,5 b) Cantidad de Carga (Qt) = V x kg/m³ en kilos donde: V = volumen estimado de movimiento, en m³ kg./m³ = carga por m³ (cuadro anterior) c) Carga promedia por barreno: Qt Nºb en kilos o gramos por barreno donde: Qt = carga total de explosivo, en kilogramos Nºb = número de barrenos.

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En la práctica, para distribuir la carga explosiva, de modo que la rainura o cuele sea reforzado, se incrementa de 1,3 a 1,6 veces la "carga promedia" en los barrenos de arranque, disminuyendo en proporción las cargas en los hastiales y coronas (que son los que menos trabajan, ya que actúan por desplome o gravedad). Características de los barrenos de destroza 1) Carga de fondo = L/3, donde L = longitud del barreno; (L/6 en coronas) 2) Burden (B) = No mayor de L = 0,40 x D 3) Espaciamiento (E) = 1,1 x B hasta 1,2 x B (en los hastiales o pared) 4) Concentración de carga de fondo (cf) para Diámetro de barreno Carga específica 30 mm 1,1 kg/m³ 40 mm 1,3 kg/m³ 50 mm 1,5 kg/m³ 5) Concentración de carga de columna (cc) = 0,5 x cf, en kg/m³ 6) Longitud del taco retacado (T) = 0,5 x B; (en descarga 0,2 x B).

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RAINURAS PARA CHIMENEAS

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DIAGRAMAS DE DISPAROS PARA GRANDES SECCIONES EN MINERIA

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