Voladura a CA
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DISEÑO DE VOLADURASA CIELO ABIERTO
Ing. César Ayabaca P.
VOLADURAS A CIELO ABIERTO
Muy utilizadas en explotación minera decanteras de caliza para la industria del cemento,algunas minas de materiales de construcción yen minas de otros minerales.
En Obras civiles muchos tipos de trabajosinvolucran el uso de explosivos como carreteras,presas, poliductos, y canales de riego.
EXPLOTACION MINERA A CIELO ABIERTO
CARRETERA BAÑOS PUYO
EXPLOSION
1 tn de TNT libera 4000veces mas energía quela necesaria paralevantar un auto de 1 tna 100m.
Detonación nuclearlibera de 10001´000.000 veces mayor
1 kiloton = energia liberadapor 1.000 tn de TNT
energia que unadetonación química.
DEFLAGRACION
· Es una reacción química que se mueverápidamente a través del materialexplosivo y libera calor o flamavigorosamente la reacción se muevedemasiado lenta para producir ondas dechoque significativas y fracturación de laroca. Ejemplo encendido de una mechade seguridad. Una VOD de 1000 m/s eslímite entre detonación y deflagración.
DETONACION
· En una detonación la reacción química semueve a través del material explosivo a unavelocidad mayor que aquella del sonido a travésdel mismo material. Se forma una onda dechoque supersónica a través del explosivo. Losgases tienen temperaturas de 3000 a 7000 F ypresiones altas de rango de 20 a 100 Kbars100.000 atmósferas o 1.5 millones de libras/pul2.Estos gases se expanden rápidamente,producen onda de choque en el mediocircundante.
· Zona de reacción primaria es el área en la cualempieza la descomposición química y es limitadapor el plano de Chapman-Jouquet.
DISEÑO DE VOLADURAS
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·
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 propiedades.
Sistema de iniciación.
Parámetros dimensionales de la voladura.
TIPO DE ROCA Y CONDICIONES GEOLÓGICAS
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·
·
Estratificación y bandeamiento
Esquistocidad
Fracturamiento
Fallas
Contactos
Azimut de buzamiento
· Condiciones Geológicos :
–Estructuras:Veta Débil
Taco
Explosivo
Nivel (Taco Intermedio)
Explosivo
· Condiciones Geológicos :
–Estructuras:Estratos o Fracturas hacia el tajo:·Paredes Inestables·Sobrequiebre (Backbreak) excesivo
Estratos inclinados hacia masa rocosa:·Pata sin romper·Potencial para sobresaliente
Efectos de la Geología· La Fragmentación será
controlada por las fracturasexistentes.
· Los patrones de perforaciónmás pequeños minimizan losefectos adversos de las grietasy fracturas.
· Tener presente que patronesde perforación mejoran oempeoran la distribución de laenergía.
· Condiciones Geológicas :
–Estructuras Cont.
Juntas paralelas a cara libre:·Buen control de talud·Puede ser mejor orientación paracontrol de talud.
Juntas anguladas a cara libre:·Cara libre blocosa·Quebrado al final excesivo
· Factores Geológicos :
–Estructuras:Cavidades cerca de la superficie
use tubo de carga y reducirpatrón contiguo.
CavidadesProfundas y
pequeñaspueden serrellenadas
Vacíos grandesal fondo deben
ser tapados
Taco
Carga
Tapón
PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LAROCA
· Resistencia a la compresión
· Resistencia a la tensión
· Frecuencia sísmica
CLASE DE FORMACION VELOCIDAD DE PROPAGACIÓNDE LA ONDA SISMICA
LONGITUDINAL( m/s)
CAPA METEORIZADA
ALUVINES MODERNOS
ARCILLAS
MARGAS
CONGLOMERADOS
CALIZAS
DOLOMITAS
SAL
YESO
ANHIDRITA
GNEIS
CUSRCITAS
GRANITOS
GABROS
DUNITAS
DIABASAS
300 – 900
350 – 1500
1000 – 2000
1400 – 4500
2500 – 5000
4000 – 6000
5000 – 6000
4500 – 6500
3000 – 44000
3000 – 6000
3100 – 5400
5100 – 6100
4000 – 6000
6700 – 7300
7900 – 8400
5800 – 7100
FRECUENCIA SISMICA
POTENCIA DELTRACTOR kw
VELOCIDAD SISMICA(m/s)
CONSUMOESPECIFICO kg
3ANFO/m
575
343
250
160
3.000
2.500
2.000
1.200
0,230
0,130
0,130
0, 080
CLASE DE FORMACION VELOCIDAD SISMICA
( m/s)
DURA
MEDIA
BLANDA
> 4000
2000 – 4000
< 2000
FRECUANCIA SISMICA
VELOCIDAD SISMICA Y CONSUMOESPECIFICO DE EXPLOSIVOS
VOLUMEN DE ROCA PARA LA VOLADURA
· Comprende al área superficial delimitada por ellargo de frente, el ancho, y multiplicado por laaltura del banco, se obtiene el volumen de rocaa ser volado.
· El volumen de roca a producirse por voladuraestará en dependencia del régimen de trabajosde explotación que requiere la cantera paracumplir la producción establecida. Considerandoen todo momento la maquinaria a ser utilizada.
TRABAJOS DE PERFORACION
La perforación es la primera operación en lapreparación de la voladura.
Para lo cual se deben tomar en cuenta lascondiciones de perforación:
- Diámetro de perforación
- Longitud de perforación
- Rectitud
- Estabilidad
PERFORACION ESPECIFICA
Es el número demetros que setiene que perforarpor cada metrocúbico de rocavolada.
EXPLOSIVOS
DINAMITAS
· Eplogel I
· Explogel IIINITROGLICERINA
· Explogel Amon
PENTOLITAS
· Booster de iniciación
· Pentolita Sísmica
· Cargas diédricas PENTRITA + TNT
AGENTES DE VOLADURA
EMULSIONES
· Emelgrel 3000
· Emulsen 910
· Emulsen 720NITRATO DEAMONIO +HIDROCARBURO +EMULSIFICANTE
ANFOS
· Anfo normal
· Anfo AlumizadoNITRATO DEAMONID + DIESEL
ACCESORIOS DE VOLADURA
CORDON DETONANTE
· Cordón detonante de 5 gr.
· Cordón detonante de 10 gr.PENTRITA
MECHA DE SEGURIDADPOLVORA NEGRA
FULMINANTES
· Fulminantes N° 8
· Fulminantes eléctricos
· Fulminantes no eléctricosPENT
AZIDA DE PLOMO
HMX
METODOS DE INICIACION
· Iniciación con mecha de seguridad
· Iniciación con cordón detonante
· Iniciación no eléctrica
· Iniciación eléctrica
INICIACION CON FULMINANTE Y MECHA
45 mm
65 mg
115 mg600 mg
6,3 mm
INICIACION CON CORDON DETONANTE
SISTEMA DE INICIACION NO ELECTRICA
SERIE DE MILISEGUNDO (MS)
N° DE
RETARDO
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
SERIE MS
(Milisegundos)
4
25
50
75
100
125
150
175
200
250
N° DE
RETARDO
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
SERIE MS
(Milisegundos)
300
350
400
450
500
600
700
800
900
1000
N° DE
RETARDO
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
SERIE MS
(Milisegundos)
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1925
2050
SERIE DE RETARDOSLP
N° DE
RETARDO
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
SERIE LP
(Milisegundos)
5
200
400
600
1.000
1.400
1.800
2.400
3.000
3.800
N° DE
RETARDO
10
11
12
13
14
15
16
SERIE LP
(Milisegundos)
4.600
5.500
6.400
7.450
8.500
9.600
10.700
SISTEMA NO-ELECTRICO
Detonador TECNELManguera de CierreTubo de choqueCrimper
Tren de retardoCarga PrimariaPRINTEC (Azida dePlomo)Carga secundariaPETN (Pentrita)
USOS DEL TECNEL
INICIACIONELECTRICA
DETONADORESELECTRICOS
Inflamador electropirotécnico vaalojado en undispositivoantiestátivo ysoldado a dosalambresconductores.
Carga Primaria:Nitruro de plomo.
Carga Base:Pentrita.
DATOS DEL PROYECTO
Tipo de roca
Densidad de la roca
Volumen de roca
Caliza32,3 g / cm310000,0 m
PERFORACION
Diámetro de perforación 3 pulgadas = 7,62 cm = 76,2 mm
EXPLOSIVOS
Booster pentolita de 450 g
Anfo normal
31,6 g / cm30,88 g / cm
ACCESORIOS
Cordón detonante 5 g
Fulminantes no eléctricos ms
Fulminantes N° 8
PARAMETROS DE VOLADURA
BORDO Y ESPACIAMIENTO
B = BURDEN, BORDO O PIEDRA.
2dxB = 0,012 (( ----------) + 1,5 )De
droB = m
dex = Densidad explosivo g/cm3
dro = Densidad de la roca g/cm3
De = Diámetro del explosivo (mm)
S = ESPACIAMIENTO
S = 1,4 x BSe aplica para bancos altos y con retardos.
LONGITUD DE PERFORACIÓN
· H = ( k + U) / Cos i
H = longitud de perforación (m)K = altura del banco ( m )
Se aplica la relación de rigidezóptima en la que:
K / B >= 4
K=4xB
U = Sobre perforación (m)
Relación de Rigidez 1 2 3 4
Fragmentación
Sobrepresión de aire
Roca en vuelo
Vibración del terreno
Comentarios
Pobre
Severa
Severa
Severa
Rompimiento
trasero severoy problemasde piso. No sedispare vuelvaa diseñar
Regular
Regular
Regular
Regular
Rediseñe
si esposible
Buena
Buena
Buena
Buena
Buen control y
fragmentación
Excelente
Excelente
Excelente
Excelente
No hay
mayoresbeneficioscon elincrementode larelación derigidez arribade cuatro
RELACION DE RIGIDEZ
· Se define como la relación entre la altura del banco yla distancia del bordo.
SOBRE-PERFORACION
Es la profundidad a la cual se perforael barreno por debajo del nivel delpiso. Para asegurarse que elrompimiento ocurra a nivel.
U = 0,3 x B
U = Sobreperforación (m)
B = Burden (m)
PARAMETRO KONYA KONYA TECNICASUECA
BORDO
2dx
B = 0,012 (( ----------) + 1,5 )De
dro
Prv 1/3-3B = 8x 10 De ----------
Dro
Prv = Potencia relativa en volumen
Dro = Densidad de la roca g/ cm3|
B= 45 x De
ESPACIAMIENTO
1,4 x B
Iniciaciónretardaday bancos
altos
L+2B
-------------
3
Iniciacióninstantánea ybancos bajos
2B
Iniciacióninstantánea
y bancosaltos
L+7B
-------------
8
Iniciaciónretardada y
bancos bajos
1,25 x B
SOBRE
BARRENACION0,3 x B
Los barrenos por lo general norompen la profundidad total, por loque es necesario perforar mas alládel nivel del piso o cota a la cualse quiere llegar.
0,3 x B
FORMULARIO
PARAMETRO KONYA TECNICASUECA
MODULO DERIGIDEZ
H/B
LONG. TACO0,7 x B
El taco es un material inerte y sirvepara el confinamiento de los gasesde la explosión, controla lasobrepresión y la roca en vuelo. Silas distancias de los tacos sonexcesivas , se obtendrá unafragmentación muy pobre en la partesuperior del banco y el rompimientoposterior a la última fila seincrementará.
La longitud del taco es igual a lalongitud del Bordo solamentecuando se utiliza polvo muy finocomo material de retacado.
B
Material del Taco
De (mm)
-------
20
El material más común utilizado para el taco son lasastillas de la perforación, sin embargo este materialno es recomendado puesto que el polvo debarrenación muy fino no se mantendrá en el barrenodurante la detonación. En cambio el material muygrueso tiene la tendencia a dejar huecos de aire quetambién pueden ser expulsados fácilmente.
FORMULARIO
CONCENTRACIÓN LINEAL DE CARGA
Qbk = 0,078539 x d x De2
Qbk = Concentración de carga (kg / m)
d = densidad del explosivo (gr/cm3)
De = diámetro del explosivo (cm)
Diámetrobarreno
Anfo
normalAnfo Al
Emulsen
910
Emulsen
720
Emulgrel
3000
Nuevo
ExplogelIII
Explogel
I
Explogel
Amonunidades
Pulgadas mm cm 0,88 0,89 1,17 1,17 1,21 1,33 1,37 1,39 3gr/cm1 25,40 2,54 0,45 0,45 0,59 0,59 0,61 0,67 0,69 0,70 kg/m
2 50,80 5,08 1,78 1,80 2,37 2,37 2,45 2,70 2,78 2,82 kg/m
3 76,20 7,62 4,01 4,06 5,34 5,34 5,52 6,07 6,25 6,34 kg/m
4 101,60 10,16 7,13 7,22 9,49 9,49 9,81 10,78 11,11 11,27 kg/m
5 127,00 12,70 11,15 11,27 14,82 14,82 15,33 16,85 17,35 17,61 kg/m
6 152,40 15,24 16,05 16,23 21,34 21,34 22,07 24,26 24,99 25,36 kg/m
7 177,80 17,78 21,85 22,10 29,05 29,05 30,04 33,02 34,02 34,51 kg/m
8 203,20 20,32 28,54 28,86 37,94 37,94 39,24 43,13 44,43 45,08 kg/m
8 1/8 206,38 20,64 29,44 29,77 39,14 39,14 40,48 44,49 45,83 46,50 kg/m
8 1/4 209,55 20,96 30,35 30,69 40,35 40,35 41,73 45,87 47,25 47,94 kg/m
8 3/8 212,73 21,27 31,28 31,63 41,58 41,58 43,00 47,27 48,69 49,40 kg/m
CONCENTRACION LINEAL DE CARGA (kg/m)
ESQUEMA DE CARGA
Lr =
0,7 x B
3xB
CC = L – Lr - CF
CF = 1,3 x B
U = 0,3 x B
Tiempos de retardo
– Diseño básico de Tiempos de Retardo:· Selección de retardos :
–Retardo entre filas
–Retardo entre pozos
Roca Constante TH (ms/m)
Arenas, margas, Carbón 6,5
Algunas calizas y esquistos 5,5
Calizas compactas y mármoles, algunosgranitos y basaltos, cuarcita y algunas gneis.
4,5
Feldespato porfíricos, gneis compactos ymica, magnetitas.
3,5
RETARDOS DE BARRENO A BARRENO
th = Th x S
th = Retardo barreno a barreno (ms)
Th = Constante de retardo barreno a barrenoS = Espaciamiento (m)
Constante TR
(ms/m)Resultado
6,5 Violencia, sobrepresión de aire excesiva,rompimiento trasero, etc.
8,0 Pila de material alta cercana a la carasobrepresión y rompimiento moderados.
11,5 Altura de pila promedio, sobrepresión yrompimiento promedio.
16,5 Pila de material disperso con rompimientotrasero mínimo.
CALCULO DE RETARDO ENTRE FILAS
tR = TR x B
tR = Retardo entre filas (ms)TR = Factor de tiempo entre filasB = Bordo ( m )
( ms / m )
Tiempos de retardoSobre quiebre excesivo ymaterial lanzado sobre el banco
Intervalo Insuficiente entre filas(menos de 6 ms/m de burden)
Apretado
Contorno delBanco tronado
Difícil de excavar,mala fragmentación
Contorno de la pilade material tronado
Tiempos de retardoSobre quiebre mediano
Apretado,compacto
Contorno delBanco tronado
Intervalo de tiempos cortos entrefilas (6 a 12 ms/m de burden)
Adecuado para operación de Palade carguío de material.
Contorno de la pilade material tronado
Tiempos de retardoPoco sobre quiebre
Suelto - bien tendido
Contorno delBanco tronado
Intervalo de tiempos entre filas(12 a 30 ms/m de burden)
Adecuado para excavación decargador frontal o “castblast”
Contorno de la pilade material tronado