PERFORACIONES Y VOLADURAS

INDICECONTENIDO PGINA INTRODUCCIN ------------------------------------------------------------ 02

OBJETIVOS ------------------------------------------------------------------- 03

INFLUENCIA DE LAS PROPIEDADES DE LAS ROCAS Y DE LOS MACIZOS EN EL DISEO Y RESULTADO DE LAS VOLADURAS---- 04

MECANISMOS DE FRAGMENTACION EN UNA VOLADURA PROPIEDADES DE LAS ROCAS PROPIEDADES DEL MAZISO ROCOSO

CONCLUSIONES ------------------------------------------------------------ 15

RECOMENDACIONES ----------------------------------------------------- 16

BIBLIOGRAFA -------------------------------------------------------------- 17

INTRODUCCION

Las voladuras que hasta pocas recientes venan considerndose corno un "arte" nacido de la experiencia y pericia de los artilleros, ha ido transformndose paulatinamente en una tcnica basada en los anlisis detallados y racionales del conjunto de parmetros que intervienen en los procesos de rotura de la roca.

Asi, podernos diferenciar tres grupos de variables:- Propiedades de la roca.- Propiedades del explosivo.- Geometra de la voladura y secuencia de iniciacion.

El primero de estos grupos constituye el principal obstculo en el camino hacia la voladura ptima.Los materiales poseen ciertas caractersticas fsicas que son funcin de su origen y de los procesos geologicos posteriores que sobre ellos han actuado. Los intentos realizados hasta hoy han consistido en relacionar los resultados de las voladuras con alguna de las propiedades particulares de las rocas. Por todo ello, el presente artculo pretende ponderar la influencia relativa de las propiedades mecnicas de los materiales y discontinuidades geolgicas existentes cuando el macizo rocosose somete a una variacion brusca del estado de tensiones como es el provocado por la detonaci6n de una carga explosiva.

OBJETIVOS:

OBJETIVOS GENERALES:

Dar a conocer los diversos tipos de explosivos posibles a utilizar en elprocesode voladura en una minera tanto a cielo abierto como en subterrneo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Indicar las principales propiedades de los diferentes explosivos, as como mostrar sus principales ventajas y limitaciones.

Mostrar cual es el proceso o ciclo de detonacin que sigue un explosivo, en el proceso de voladura.

INFLUENCIA DE LAS PROPIEDADES DE LAS ROCAS Y DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN EL DISEO Y RESULTADO DE LAS VOLADURAS2.0 MECANISMOS DE FRAGMENTACION EN UNA VOLADURA:Las voladuras pueden considerarse como sistemas en los que el explosivo actua y la roca reacciona. La actuacin del explosivo puede asociarse al efecto combinado de la onda de choque (Energa de tensin - Et) y los gases de explosion (Energa de burbuja - Eb). La fracturacion debida a cada una de estas energas depende de las propiedades resistentes de las rocas.

Prescindiendo del analisis de las teoras sobre el mecanismo de rotura, se han identificado siete modos de fragmentacin de la roca.

1. Trituracin del material ms prximo al barreno.2. Agrietamiento radial.3. Rotura por reflexin.4. Fracturaci6n por liberacin de carga.5. Apertura de las grietas por accion de los gases.6. Fracturacin por cizalladura.7. Rotura por colisin del material3.0 PROPIEDADES DE LAS ROCAS:3.1 DENSIDADLas rocas densas requieren una mayor cantidad de energa para lograr una fragmentacin satisfactoria, as como un buen despl!zamiento y esponjamiento del escombro.De su analisis se deduce que en rocas con una gran densidad, debern tomarse las siguientes medidas:

- Aumentar el dimetro de perforacin (La presin)- Reducir el esquema (a = Espaciamiento efectivo x Altura debanco) y modificar la secuencia de encendido.- Controlar la efectividad del retacado - Utilizar explosivos con una alta energa de burbuja.3.2 RESISTENCIAS DINAMICAS DE LA ROCALas resistencias estticas a compresin y a traccin se utilizaron en un principio como parmetros definitorios de la aptitud de la roca a la voladura. El tratamiento ortodoxo de los problemas reales obliga a considerar las resistencias dinmicas, ya que stas aumentan con el indice de carga (Rinehart, 1958; Persson et al, 1970) pudiendo llegar a alcanzar valores entre 5 y 13 veces mayores que las estticas.

Cuando la intensidad de la onda de choque supera a la resistencia dinmica a la compresi6n (R'c) se produce una trituracin de la roca circundante a las paredes del barreno por colapso de la estructura intercristalina.

Por ello se recomienda:- Seleccionar explosivos que desarrollen en las paredes del barreno tensiones inferiores o iguales a R'c.- Para un explosivo dado, provocar una variacin de la curva presin-tiempo (P-t), por desacoplamiento de la carga dentrodel barreno.

Estos puntos tienen su maxima expresion en el diseo de voladuras perimetrales o de contorno.Durante la propagacion de la onda de choque, la roca se ve sornetida a una intensa compresion radial desarrollndose tensiones tangenciales de traccion. Si estas tensiones superan la resistencia dinmica a traccion (R't) se inicia la formacion de grietas radiales alrededor de la zona triturada que rodea al barreno.

El namero y longitud de las grietas radiales aumenta con:

1. La intensidad de la onda de choque en la pared del barreno o en el limite exterior del anillo de roca triturada.2. La disminuci6n de R't y el factor de atenuacion de la energa de tension.

De lo expuesto se deduce la importancia relativa de la resistencia dinmica a traccin, que para fines prcticos puede suponerde un S a un 10% de la resistencia a compresion dinamica simple.

3.3 PROPIEDADES ELASTICAS DE LAS ROCASA) LIMITE ELASTICO DE HUGONIOTEn la prctica, las rocas presentan un alto lmite elstico de Hugoniot. Para esfuerzos por debajo de este limite las rocas actan elasticamente y no experimentan ningn tipo de deformacin permanente, se supondr un comportamiento elstico de estas.

B) MODULO DE YOUNG E INDICE DE POISSONPara determinar las deformaciones elsticas provocadas en el mecanismo de la voladura, es preciso definir los mdulos elsticos del material mediante metodos dinmicos (ssmicos) mejor que estticos (mecnicos).Por otro lado, las propiedades elsticas de las rocas gneas y metamorficas pueden correlacionarse bien con la densidad. As del tratamiento estadstico de los valores aportados por Clark (1966) para rocas con una densidad entre 2,6 y 3,4 t/m3 , resulta:

VELOCIDAD DE PROPAGACIONDESVIACION STANDARTCOEF. DE CORRELACION

VP= 3450 - 39205700.85

VP= 1900 - 20103800.83

Cuando el modulo de Young es alto, los gases del explosivo encontrarn resistencia para comprimir y dilatar la roca. La influencia del ndice de Poisson es menos evidente pero puede relacionarse con la fragmentacion. El ndice de Poisson indica como el material almacena y libera energa. As una roca con un valor alto almacenar energa ms facilmente que otra con un valor inferior.

B) MODULO DE BULK O DE INCOMPRESIBILIDADEs la relacion entre la presion y el cambio unitario de volumen. Y sirve para estimar la proyeccion de la roca, pues la presionde los gases que dentro de las grietas empujan a la roca hacia el frente libre es funcion del modulo de Bulk.

3.3.1 DETERMINACION IN SITU DE LAS CONSTANTES ELASTICAS DE LAS ROCASLa determinacion de las constantes elsticas de las rocas por mtodos directos, resulta extremadamente difcil ya que las probetas chequeadas en laboratorio, no incluyen las discontinuidades estructurales y cambios litologicos del macizo rocoso del que proceden. Para obtener una muestra representatva sera necesario que tuviera al menos unas dimensiones 10 veces mayores que la distancia media entre discontinuidades o planos de fractura.Las tendencias se han dirigido hacia la determinacion "in situ"de las constantes elsticas de las rocas, para tener en cuenta todas las discontinuidades, tensiones residuales, etc. Estas tecnicas se caracterizan por su bajo coste y relativa simplicidad de interpretacin, pudindose aplicar al diseo de las voladuras con la medicin de las siguientes propiedades:

1. Modulo de Young e ndice de Poisson 2. Caracteristicas de las juntas o fracturas, incluyendo frecuencia, volmen y orientacin dentro del macizo.3. Resistencia a la compresin.

Como puede observarse; conforme aumenta la velocidad ssmica se requiere una mayor cantidad de energa para una fragmentacion satisfactoria.

Este metodo ha tenido gran exito en una explotacion americana de cobre donde se han llegado a reducir los costes de perforacion y voladura hasta un 17 %.Algunas de las precauciones a tener en cuenta cuando se adopta esta tecnica son:

1. Cuando el material se encuentra saturado de agua, la velocidad ssmica puede ser unos 300 mis mayor que la que corresponde al material seco, pero el posible aumento en el consumo especfico queda compensado por la mayor dificultad de rotura de ese material.

2. Los registros ssmicos se realizaron cuando las unidades de operacion esten paradas con el fn de evitar posibles interferencia.

3. En epoca invernal con grandes heladas, pueden medirse velocidades sismicas 600 mis superiores a las registradas en condiciones normales.

4. Utilizar un espaciamiento correcto entre geofonos a fin de evitar anomalas producidas por niveles profundos o minados y hacer las medidas en dos sentidos segan una misma direccion.

3.4 POROSIDADPodemos dintinguir dos tipos de porosidad: Porosidad intergranular o de formacin y porosidad de disolucin o post-formacin.La primera cuya distribucin en el macizo puede considerarse uniforme provoca dos efectos:

- Atenuacin de la energa de la onda de choque.- Reduccin de la resistencia dinmica a la compresion y, consecuentemente, incremento de la trituracin y porcentaje de finos.

El trabajo de fragmentacin de rocas muy porosas, se realiza casi en su totalidad por la energa de burbuja, por 10 que debern observarse las siguientes recomendaciones:

- Utilizar explosivos con una relacin E burbuja elevada, con E tensin como por ejemplo ANFO.- Retener los gases de voladuras a alta presin con un dimensionamiento adecuado de la longitud y tipo de retacado.- Con varios frentes libres, mantener dimensiones iguales de la piedra en cada barreno.

Las cavidades intersectadas por los barrenos no solo dificultan la perforacin con la perdida de varillaje y atranques, sin incluso la eficiencia de la voladura. Algunos de los problemas que originan se exponen a continuacin y son especialmente graves con los explosivos a granel y bombeables:

1. Cuando cada barreno se carga con una cantidad de explosivo dada, se produce una excesiva concentracin de cargas en las cavidades y, por consiguiente, una reduccin del explosivo en la parte superior de los barrenos.

Estos problemas pueden solventarse cuando es posible situar un retacado o espaciador intermedio a la altura de la coquera o cavidad que corta al barreno, en caso contrario, deber intentarse aumentar la energa de explosivo en la parte altade los barrenos .

2. Si los barrenos se cargan con explosivo hasta alcanzar una dimension del retacado, las coqueras conectadas con los barrenos se originarn grandes concentraciones de explosivo.

Si los barrenos no intersectan a las cavidades, el rendimientode la voladura disminuye por:

1. La prematura terminacin de las grietas radiales al ser intersectadas, en su propagacin, por los huecos existentes.

2. La rpida caida de la presin de los gases al intercomunicar se el barreno con las cavidades. Y por ello, el frenado de la apertura de grietas radiales al escapar los gases hacia los espacios vacios.

3.5 FRICCION INTERNAComo las rocas no constituyen un medio elstico perfecto, parte de la energa de la onda de tensin que se propaga a traves de l, se convierte en calor por diversos mecanismos. Estos mecanismos son conocidos por "friccin interna" o "capacidad de amortiguacion especfica SDC" que miden la disponibilidad de las rocas para atenuar la onda de tension generada por la detonacin del explosivo.

4.0 PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO4.1 PLNOS DE DISCONTINUIDAD PRE-EXISTENTESTodas las rocas de la naturaleza presentan algn tipo de discotinuidad -microfisuras y macrofisuras que influyen de manera decisiva en las propiedades fsicas y mecnicas de las rocas y consecuentemente en los resultados de las voladuras.Por otro lado, en la construccin de instalaciones portuarias y presas de escollera se hacen encesarias determinadas dimensiones y porcentajes de roca que raramente son conseguidos en voladuras de produccion. De las consideraciones anteriores se desprende la importancia del estudio de las regularidades estructurales cuantitativa y cualitativamente.El estudio detallado deber basarse en el anlisis de los resultados de los sondeos y su correlacion con los datos recogidos de la observacion directa definiendo localizacin, orientacipn (direccion y buzamiento), espaciado, espesor, tipo de relleno y coeficiente de rugosidad de dichos planos.

Las discontinuidades pueden ser cerradas, abiertas o rellenas, y por ello con diferentes grados de transmision de la energa del explosvo.

En discontinuidades cerradas o bien cementadas, las grietas radiales inducidas por la detonacin las cruzarn permitiendo su propagacion a travs del macizo. Cuando las discontinuidades estn abiertas y sin material de relleno, la ref1exion de la onda de choque puede originar la fracturacion por descostramiento interno.

Otro efecto de las juntas abiertas cuando intersectan a los barrenos, es el prematuro escape de los gases producidos y la cada drstica de la presin de barreno.

A) CARACTERIZACION DEL MAZISO ROCOSOUna de las clasificaciones ms extendidas es la establecida apartir del R.Q.D. (Deere, 1968) que se define como el porcentaje de la longitud de testigo recuperado en trozos mayores de 10cm. respecto a la longitud del sondeo R.Q.D. Calidad de la roca.

R.Q.DCALIDAD DE LA ROCA

0 2525 5050 7575 9090 - 100MUY MALAMALAMEDIABUENAEXCELENTE

JYCARACTERISITCAS DEL MACIZO

11 33 1010 3030BLOQUE MASIVOSBLOQUES GRANDESBLOQUES TAMAO MEDIOBLOQUES PEQUEOSBLOQUES MUY PEQUEOS

Un ndice importante en la caracterizacin del macizo rocoso y a partir del cual se evidencian los cambios litolgicos as como las direcciones preferentes de las discontinuidades Y esfuerzos tectnicos, es el de anisotropa. Una de las expresiones ms empleadas cuando se realiza prospeccin ssmica es la definida por Bur.

B) DISEO DE LAS VOLADURAS ATENDIENTO AL CONTROL ESTRUCTURALLa tendencia actual en el campo de las voladuras se dirige hacia el empleo de grandes dimetros de perforacin 12-15". Esto obliga a plantear esquemas muy abiertos en los que el efecto de las discontinuidades geolgicas es cada vez ms acusado al ser mayor el nmero de planos de debilidad entre barrenos contiguos, mxime si los sitemas de juntas han dado lugar a la conformacion de bloques.

Obviamente una de las formas para reducir la influencia de las discontinuidades estructurales consiste en aumentar la perforacion especfica (ml/m3) con 10 que la probabilidad de atravesarun bloque dado aumenta a expensas de incrementar el coste de perforacion.

La mejor fragmentacin se obtiene cuando la direccin de abatimiento forma 90 con la direccion predominante de las discontinuidades.

En estos casos, se obtienen majores resultados cuando el frente forma con la direccion de las discontinuidades dominantes un ngulo de hasta 45 6 135. Pero cuando dicho ngulo oscila entre 30 y 60 se desarrollarn grandes grietas detrs de la ltima fila dejando una cara de banco irreguIar y escalonada.

Las voladuras en las que el frente es normal a la direccin de las discontinuidades suele dar tambin buenos resultados.Cuando la estratificacin o las sistemas de juntas presentan una pequea inclinacin < 30 se recomienda que los barrenos sean normales a dichos planos con el fin de aumentar el rendimiento de la voladura.

4.2 CAMBIOS LITOLOGICOSLas voladuras en zonas donde se produce un cambio litolgico brusco, por ejemplo estril y mineral, y consecuentemente una variacion de las propiedades resistentes de las rocas obliga a la reconsideracin del planteamiento del diseo basado en:

a- Esquemas iguales para los dos tipos de roca y variacin de las cargas unitarias.b- Distintos esquemas con igual carga por barreno.

Para aumentar el rendimiento de las voladuras se pueden. Adoptar las siguientes medidas:1. Retacar con material adecuado (de tamao 1/17 de dimetro de perforacin) aquellas zonas del barreno que estn en contacto con material plstico o proximo a ellas. Para realizar esto es necesario un cuidadoso control de la perforacion observando el detritus y midiendo longitudes perforadas.

2. Emplear cargas de explosivo totalmente acopladas a la roca competente con una gran velocidad de detonacin y una relacin de Energa de tensin/Energa de burbuja alta.

3. Localizar los multiplicadores o primeros en el punto medio de la roca competente para incrementar la resultante de la onda de tensin que actua a ambos lados.

4. Evitar el prematuro escape de los gases a la atmosfera asegurando que tanto la longitud de retacado (al menos 20 d) Y la dimensin de la piedra son correctas en la parte superior de los barrenos.

4.3 CONTENIDO DE AGUALas rocas porosas y los macizos intensamente fracturados cuando se encuentran saturados de agua presentan habitualmente ciertos problemas:

- Necesidad de seleccionar explosivos no alterables por el agua.- Perdida de barrenos por hundimientos internos y consecuentemen.

Por otro lado, el agua afecta a las rocas y a los macizos toscosos en los siguientes aspectos:a- Aumenta la velocidad de propagacion de las ondas elsticas.b- Reduce la resistencia de las rocas a compresion y a traccion al ser menor la friccion entre partculas.c- Reduce la atenuacion de la onda de tension y por ello, se intensifican los efectos de rotura por Et (Ash, 1968).d- Las juntas llenas de agua permiten el paso de las ondas de tensin sin que se produzca un descostramiento interno. Pero cuando el macizo entra en tensin ese agua se moviliza ejerciendo un efecto de cufia que puede llegar a producir una gran sobreexcavacin.

4.4 TEMPERATURA DEL MACIZO ROCOSOLos yacimientos que contienen piritas pueden presentar problemas de altas temperaturas de la roca por efecto de la oxidacin lenta de ese mineral, haciendo que los agentes explosivos del tipo ANFO reaccionen exotermicamente con la pirita excitndosea partir de una temperatura de 120C ~ 10C.Cuando el ANFO se carga en los barrenos, ste se pone en contacto con la pirita, pero tambien con el sulfato ferroso y frrico desencadenndose mltiples reacciones complejas.llegando a la conclusion de que con el aporte al NFO de un 5% en peso de urea, se evita la reaccion exotrmica de la mezcla ternaria hasta una temperatura de 180C

Una recomendacin general cuando se presentan estos problemas es la de limitar el nmero de barrenos por voladura a fin de disminuir el tiempo que transcurre entre la carga y el disparo.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Antes de emplear cualquier tipo de explosivo, se debe realizar las pruebas necesarias del mismo para determinar si el explosivo es el correcto en el proceso de voladura a aplicar.

Con una correcta adicin dealuminioa los explosivos del tipo ANFO Pesado podemos obtener una voladura mucho mas eficiente y de mejorcalidadde fragmentacin, reduciendocostosde una u otra forma.

Si se desea perforar y volar un yacimiento ya sea a Cielo Abierto o en Subterrneo dependiendo de las condiciones derentabilidadque se dispongan; se recomienda usar explosivos del tipo Gelatinoso debido a su mayor potencia relativa, mayor velocidad de detonacin y mayor calor de explosin.

Segn esa clasificacin los explosivos de primera categora pueden ser empleados en cualquier labor subterrnea, los de segunda slo en las que se garantice buena ventilacin y los de tercera solo en superficie.

Los agentes explosivos como el ANFO son ms txicos que las dinamitas, pues generan mayor proporcin de xidos de nitrgeno. De acuerdo con algunasinvestigaciones, la toxicidad del NO2 puede llegar a ser hasta 6,5 veces mayor que la del CO para una concentracin molar dado.

En Per, las concentracioneslmitesde gases en labores subterrneas que son admisibles, en perodos de ocho horas o tiempos ms cortos, estn especificadas en la Instruccin Tcnica Complementaria.

Los resultados de las voladuras dependen bsicamente de las propiedades del explosivo y del macizo rocoso. Los intentos por correlacionar esos dos grupos de parmetros no han tenido el xito.

esperado ante la dificultad de seleccionar muestras representativas que integren las discontinuidades y heterogeneirades del macizo rocoso.

Una vez caracterizado ste, la primera etapa en el diseo de una voladura consiste en elegir el tipo de explosivo que mejor se adapte a las propiedades geomecnicas de la roca y condiciones de trabajo. En la segunda etapa, se procede a estudiar la cantidad y distribucin de las cargas.

La tercera etapa corresponde a la adecuacin del diseo geomtrico con las variables del control geoestructural, as como el clculo de tiempos ptimos de retardo.

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