9. Voladura de Rocas.pdf

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VOLADURA DE ROCAS

CAPITULO 9

e acuerdo a los criterios de la mecnica de rotura, la voladura es un proceso tridimensional, en el cual las presiones generadas por explosivos confinados dentro de taladros perforados en la roca, originan una zona de alta concentracin de energa que produce dos efectos dinmicos: fragmentacin y desplazamiento. El primero se refiere al tamao de los fragmentos producidos, a su distribucin y porcentajes por tamaos, mientras que el segundo se refiere al movimiento de la masa de roca triturada. Una adecuada fragmentacin es importante para facilitar la remocin y transporte del material volado y est en relacin directa con el uso al que se destinar este material, lo que calificar a la mejor fragmentacin. As, en la explotacin de minerales se busca preferentemente fragmentacin menuda, que facilita los procesos posteriores de conminucin en las plantas metalrgicas, mientras que en la de rocas algunas veces se requiere que sea en grandes bloques, como los que se emplean para la construccin de ataguas o rompeolas. El desplazamiento y la forma de acumulacin del material volado se proyecta de la manera ms conveniente para el paleo o acarreo, de acuerdo al tipo y dimensiones de las palas y vehculos disponibles. Teniendo en cuenta los diversos criterios que involucra un trabajo de voladura, como el propsito o uso final del lugar a excavar o el del material a obtener el volumen a ser excavado, el grado de fragmentacin promedio requerido, si la roca excavada se quedar in situ o ser transportada a otro lugar, el tipo y la dimensin del equipo de remocin y acarreo disponible, la proximidad a instalaciones importantes que puedan ser afectadas por vibraciones o proyecciones, adems de otros, es pues necesaria una planificacin cuidadosa de la voladura considerando todos los detalles que puedan influir en sus resultados. Existe una serie de factores o variables que intervienen directa o indirectamente en la voladura, que son mutuamente dependientes o que estn relacionados uno u otro; unos son controlables y otros no. Son controlables, por ejemplo, las variables de diseo, de perforacin o del explosivo a emplear, mientras que no podemos modificar la geologa o las caractersticas de la roca. Para facilidad de interpretacin se resume a estos factores afines en grupos, que suelen denominarse variables, factores, parmetros o condiciones fundamentales que comprenden: PARMETROS DE LA ROCA Son determinantes, debiendo los explosivos y sus mtodos de aplicacin adecuarse a las condiciones de la roca. Entre ellos tenemos: A. a. PROPIEDADES FSICAS Dureza

D

c.

Densidad

Indica aproximadamente entre la dificultad para volarla y vara 3 entre 1,0 a 4,5 g/cm en promedio. Rocas densas requieren tambin explosivos densos y rpidos para romperse. d. Textura

Trama o forma de amarre de los cristales o granos y su grado de cementacin o cohesin, tambin relacionada con su facilidad de rotura. e. Porosidad

Proporcin de poros u oquedades y su capacidad de captar agua. f. Variabilidad

Las rocas no son homogneas en su composicin y textura. Tienen un alto ndice de anisotropa o heterogeneidad. g. Grado de alteracin

Deterioro producido por efecto del intemperismo y aguas freticas, adems de fenmenos geolgicos que las modifican o transforman. B. PROPIEDADES ELSTICAS O DE RESISTENCIA DINMICA DE LAS ROCAS Frecuencia ssmica o velocidad de propagacin de las ondas ssmicas y de sonido

a.

Velocidad con la que estas ondas atraviesan las rocas. b. Resistencia mecnica

Resistencia a las fuerzas de compresin y tensin. c. Friccin interna

Habilidad de las superficies internas para deslizarse bajo esfuerzos (rocas estratificadas). d. Mdulo de Young

Resistencia elstica a la deformacin. e. Radio de Poisson

Radio de contraccin transversal o extensin longitudinal del material bajo tensin. f. Impedancia

Indica aproximadamente la dificultad de perforarla. b. Tenacidad Relacin de la velocidad ssmica y densidad de la roca versus la velocidad de detonacin y la densidad del explosivo. Usualmente las rocas con alta frecuencia ssmica requieren explosivos de alta velocidad de detonacin.

Indica la facilidad o dificultad de romperse bajo el efecto de fuerzas de compresin, tensin e impacto, variando entre los rangos de friable (fcil), intermedia a tenaz (difcil).

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C. a.

CONDICIONES GEOLGICAS Estructura Es la forma de presentacin de las rocas y est en relacin con su origen o formacin (macizos, estratos, etc.).

g.

Volumen normal de gases

Cantidad de gases en conjunto generados por la detonacin de 1 kg de explosivo a 0C y 1 atm de presin, expresado en litros/kg. Indica aproximadamente la cantidad de energa disponible para el trabajo a efectuar y generalmente vara entre 600 y 1.000 litros/kg. h. Presin de taladro

b.

Grado de fisuramiento Indica la intensidad y amplitud del fracturamiento natural de las rocas. Son importantes la orientacin (rumbo y buzamiento) de los sistemas de fisuras y el espaciamiento entre ellos, as como la apertura y los tipos de relleno en las discontinuidades.

Fuerza de empuje que ejercen los gases sobre las paredes 2 del taladro. Se expresa en kg/cm , en kilobares (kbar) o en Mega pascales (MPa) en el sistema SI. Para evaluarla se aplican las mismas ecuaciones de estado como las que valen en el estado de detonacin y explosin, tomando en cuenta la variacin del volumen. Esta presin vara con el confinamiento. As, un explosivo con densidad 3 1,25 y g/cm una presin de explosin de 3.500 MPa en taladro lleno al 100%, cuando se llena slo al 90% llega aproximadamente a 2.600 MPa y cuando slo se llena al 80% bajar hasta cerca de 1.900 MPa. i. Categora de humos

c.

Presencia de agua Define incluso el tipo de explosivo a usar.

PARMETROS CONTROLABLES A. PARMETROS DEL EXPLOSIVO

PROPIEDADES FSICO-QUMICAS a. Densidad3

Factor de seguridad que califica su toxicidad (todos los explosivos generan gases de CO y NO en diferentes proporciones). B. a. CONDICIONES DE LA CARGA Dimetro de la carga(dimetro del taladro)

Peso especfico en g/cm (a mayor densidad, mayor potencia), 3 vara entre 0,7 a 1,6 g/cm . Todo explosivo tiene una densidad crtica encima de la cual ya no detona. b. Velocidad de detonacin (VOD)

Influye directamente sobre el rendimiento del explosivo y la amplitud de la malla de perforacin. Todo explosivo tiene un dimetro crtico; por debajo de ese dimetro no detonan. b. Geometra de la carga

Velocidad de la onda de choque, en m/s, califica a los explosivos como detonantes y deflagrantes; a mayor velocidad mayor poder rompedor o brisance. c. Transmisin o simpata

Relacin entre el largo de la carga con su dimetro y el punto donde es iniciada. Se refleja en el proceso de rompimiento y en la formacin de zonas de fracturacin en las cargas cilndricas de los taladros de voladura. c. Grado de acoplamiento

Transmisin de la onda de detonacin en la columna de carga. Una buena simpata asegura la explosin total de la columna de carga. d. Resistencia al agua

Vara desde nula hasta excelente (varias horas). e. Energa del explosivo

Radio del dimetro de carga al dimetro del taladro. El acoplamiento fsico entre la carga explosiva y la roca permite la transferencia de la onda de choque entre ellas, teniendo un carcter muy significativo sobre el rompimiento. El efecto de trituracin depende mucho del contacto directo del explosivo con la roca. El desacoplamiento tiene enorme efecto sobre el grado de confinamiento y sobre el trabajo del explosivo, ya que la presin de taladro decrecer con el aumento del desacoplamiento. Esta condicin puede incluso ocasionar que los gases liberados por la explosin se aceleren ms rpidamente que la onda de detonacin en la columna de carga, acumulndola al descomponer al explosivo por el fenmeno denominado efecto canal o presin de muerte (Dead pressing). El desacoplamiento es recomendable slo para la voladura controlada o amortiguada, donde forma un colchn de aire que amortigua el impacto, con lo que disminuye la fragmentacin.

Se puede dar en cal/g J/g. Calculada sobre la base de su formulacin, aplicable para estimar su capacidad de trabajo. f. Sensibilidad a la iniciacin

Cada explosivo requiere un iniciador o cebo mnimo para iniciarse (usualmente se tiene como referencia al detonador N 8 para calificarlos como altos explosivos (sensibles) y agentes de voladura (insensibles), por lo que requieren un cebo ms potente).

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Para voladura convencional se recomienda que la relacin entre dimetro de taladro y dimetro de cartucho no sea mayor que 1,2:1. Como por ejemplo: cartuchos de 32 mm de dimetro para taladros de 40 mm de dimetro, o cartuchos de 42 mm de dimetro para taladro de 50 mm de dimetro. d. Grado de confinamiento

La densidad de carguo y la distribucin del explosivo tienen influencia en esta zonificacin. As, un taladro con carga normal de columna con refuerzo de carga de fondo tendr un buen rompimiento al piso. Por lo contrario, si la mayor densidad de carga est hacia la boca del taladro, el tiro proyectar demasiados fragmentos volantes y tendr mal rompimiento al piso. Igualmente, es diferente el resultado entre una carga concentrada al fondo y otra en la que se empleen cargas alternadas con tacos a lo largo del taladro (Deck charges). Las cargas desacopladas y el empleo de explosivos de baja presin de detonacin normalmente eliminan la zona de trituracin y controlan el rumbo y extensin de las grietas en la voladura amortiguada. i. Intervalos de iniciacin de las cargas (Timing)

Depende del acoplamiento, del taqueo o acabado, del uso de taco inerte para sellar el taladro y de la geometra de la carga (burden y distancia entre los taladros). Un confinamiento demasiado flojo determinar un pobre resultado de voladura. Por otro lado, un alto grado de confinamiento (por excesivo atacado del explosivo) puede incrementar tanto su densidad que lo puede hacer insensible a la transmisin de la onda de detonacin y fallar. Los explosivos a granel (ANFO, emulsin) en bancos se confinan por s solos. e. Densidad de carguo (Dc)

Los taladros deben ser disparados manteniendo una secuencia ordenada y correcta, para crear las caras libres necesarias para la salida de cada taladro, lo que se logra con los detonadores de retardo o con mtodos de encendido convencional escalonados. j. Variables de perforacin

Da la medida de llenado de un taladro. En el caso de un llenado perfecto sin dejar el menor espacio desocupado tendremos por definicin una densidad de carguo = 1. En general, cuando un taladro se llena al X% de su espacio ocupado por explosivo tendremos Dc = 0,92. f. Distribucin de carga en el taladro

Tienen importante influencia en los resultados de la voladura: a. b. La profundidad del taladro respecto a la altura de banco en superficie y al avance estimado en tneles. La malla de perforacin, relacin de burden y espaciamiento entre taladros, importante para la interaccin entre ellos. Dimetro del taladro, base para determinar el burden y el consumo de explosivo. Las brocas de perforacin tienen desgaste variable segn el tipo de roca, tendiendo a reducir paulatinamente su dimetro (Bit wear factor), especialmente en perforaciones de pequeo dimetro. Inclinacin del taladro, controlada, como en la perforacin radial o en abanico y desviacin del taladro (fuera de control, perjudica el performance del explosivo y por tanto la fragmentacin y avance).

La carga explosiva puede ser de un solo tipo en todo el taladro (carga nica) o tener primero explosivo ms denso y potente (carga de fondo) y luego explosivo menos denso (carga de columna). Tambin pueden ser varias cargas de igual o distinto tipo separadas entre s por material inerte (cargas espaciadas o decks).

c.

d. g. Tipo y ubicacin del cebo Puede emplearse el cebo nico, el cebado mltiple (dos o ms en rosario en la misma columna de carga, o una en cada deck en cargas espaciadas) y el cebado longitudinal (axial), ste generalmente con cordn detonante. h. Distribucin de energa, en cal/t de roca

Otros factores que se deben considerar en el planeamiento de un disparo son el costo de perforacin y el costo del explosivo, con base en el consumo total de explosivo por metro cbico o 3 tonelada de roca movida (factor de carga en kg/m ). Tambin para ciertos tipos de explosivo su vida til (Shelf life). CONDICIONES GENERALES PARA EFICIENTE DE LOS EXPLOSIVOS 1. 2. EL TRABAJO

La energa aplicada sobre la roca depender de la distribucin de la carga en el taladro, de la densidad del carguo, del punto de iniciacin y del tipo de explosivo utilizado, mientras que el consumo til de energa est vinculado al confinamiento y tiempo de duracin del proceso de rotura antes que los gases se disipen en el ambiente. Alrededor de la columna explosiva la fracturamiento presenta cierta zonificacin; el rea de crter o de cavidad de la explosin donde procesos hidrodinmicos asociados a la detonacin producen la volatilizacin y pulverizacin de la roca, la zona de transicin donde la presin y tensin se reducen rpidamente originando un flujo plstico o viscoso de la roca acompaado por trituracin y desintegracin, finalmente la zona ssmica donde la tensin se encuentra ya por debajo del lmite elstico de la roca y donde ya no se presenta fragmentacin si no hay caras libres.

Deben contar con cara libre para facilitar la salida del material fragmentado. Deben estar confinadas, para aumentar su densidad de carga (atacado con vara de madera en subsuelo, compactacin con aire comprimido en carguo a granel en subterrneo y por gravedad en superficie). Sellado del taladro con taco inerte. Deben ser cuidadosamente cebados. Deben ser disparados manteniendo una secuencia ordenada de salidas (temporizacin).

3. 4.

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5.

El espaciamiento entre taladros debe ser el adecuado para permitir la interaccin de las grietas radiales entre ellos; de lo contrario habr mala fragmentacin, incluso hasta pueden soplarse sin efecto rompedor. 4.

indispensable mantener el nivel del piso para el drenaje de agua y para el tendido de lneas de riel donde se utilice transporte con locomotora. El grado de fragmentacin del material disparado o el tamao promedio requerido de los fragmentos depende del trabajo en que se van a emplear, pero por lo general la fragmentacin demasiado gruesa o demasiado menuda son inconvenientes. Debe observarse el porcentaje de pedrones grandes que tendrn que ser reducidos posteriormente. La fragmentacin tiene relacin directa con la facilidad de paleo y transporte y con sus costos. 5. La sobrerotura (Over break) y la sobre rotura hacia atrs (Back break) en bancos, afectan la estabilidad de la nueva cara libre de voladura y a los taladros que hayan sido perforados a continuacin de la ltima fila disparada. Generalmente indica exceso de carga explosiva en la ltima fila de taladros. En tneles y labores subterrneas debilita y agrieta a la roca remanente en toda la periferia, afectndola a profundidad, con el riesgo de colapso del techo o paredes. Aparte de condiciones geolgicas de incompetencia, debilidad estructural y alto grado de fracturamiento, tienen responsabilidad en este problema el exceso de carga explosiva y/o el encendido instantneo o con tiempos muy cortos entre taladros, debido al fuerte golpe que producen. 6. El desplazamiento y acumulacin del material volado, debe ser adecuado para facilitar las operaciones de carga y acarreo. La forma de acumulacin se proyecta de acuerdo al tipo de equipo que se va a emplear en la limpieza del disparo. La forma aproximada de los montculos de detritos se consigue con el trazo de perforacin y con el diagrama del tendido de iniciacin, distribucin de los retardos y de la disposicin de las caras libres. As, una distribucin con amarres en V resulta en un montculo central, mientras que un amarre en lneas longitudinales resultar en acumulacin a lo largo de toda la cara del frente disparado. 7. La falta de desplazamiento: Cuando un disparo rompe material pero no se mueve de su sitio, se dice que el tiro se ha congelado. Esto se traduce en mala fragmentacin en la parte inferior e interior del banco, en dificultad para la remocin del material roto y en riesgo de encontrar material explosivo no detonado. Esto ocurre generalmente cuando los retardos no funcionan o no han sido distribuidos adecuadamente, y en subterrneo cuando falla el arranque. 8. La dispersin de fragmentos a distancia, adems de incrementar el riesgo de proyeccin de fragmentos volantes, tiene el inconveniente en minas de diluir el material de valor econmico al mezclarlo con desmonte, cuando se desparrama lejos de la cara de voladura. Generalmente indica excesiva carga explosiva hacia el cuello del taladro, o falta de taco inerte. 9. Costo de la voladura. Para determinar el costo total de una voladura, adems del costo de perforacin (aire, barrenos, aceite, depreciacin de la mquina, etc.) costo de explosivos, accesorios y planilla del personal (valorados en soles o dlares/TM) se deben tener en cuenta los costos de carguo y acarreo del material triturado, ms los adicionales de voladura secundaria de

CAMPOS DE APLICACIN DE LA VOLADURA Los explosivos industriales se emplean en dos tipos de voladuras subterrneas y de superficie. Los trabajos subterrneos comprenden: tneles viales e hidrulicos, excavaciones para hidroelctricas y de almacenamiento, galeras y desarrollos de explotacin minera, piques, chimeneas, rampas y tajeos de produccin. Son efectuados con el empleo mayoritario de dinamitas y emulsiones encartuchadas de diferentes grados de fuerza y resistencia al agua, con agentes de voladura granulares, secos como ANFO y Examon cargados neumticamente y eventualmente emulsiones puras sensibles a granel, cargadas por bombeo. Las dinamitas (gelatinas, semigelatinas, pulverulentas y permisibles) se comercializan encartuchadas en papel parafinado, en dimetros que van desde 22 mm (7/8) hasta 76 mm (3), las emulsiones sensibilizadas en cartuchos de lmina de plstico y en pocos casos en papel parafinado (ejemplo: Semexsa-E), en dimetros desde 22mm (7/8) y los agentes granulares en bolsas a granel. Los trabajos de superficie comprenden: apertura de carreteras, canales, canteras de material para la construccin, cimentaciones, demoliciones y minas a tajo abierto, los que son efectuados con dinamitas y emulsiones de pequeo a mediano dimetro, ANFO y Examon en canteras y obras viales, mientras que los tajos abiertos tienen empleo mayoritario de ANFO a granel, ANFO Pesado, Slurries emulsiones (en cartuchos de lmina plstica PVC hasta 8 de dimetro (203 mm) y a granel en carguo mecanizado en taladros de 127 mm (5) hasta 304 mm (12) de dimetro EVALUACIN DE LA VOLADURA Una voladura se evala por los resultados obtenidos. Para calificarla se consideran los siguientes aspectos: volumen de material movido, avance del disparo, pisos, fragmentacin, forma de acumulacin de los detritos, costo total del disparo. 1. El volumen o tonelaje del material movido deber ser igual o cercano al volumen terico calculado previamente considerando el esponjamiento del material roto. El avance del frente disparado en voladura de bancos en superficie deber sobrepasar la ltima fila de taladros. En tneles y galeras el avance mximo es equivalente a la amplitud del tnel, por tanto el avance deber ser al menos igual a la profundidad de los taladros. La periferia en los tneles deber ser igual a la proyectada; si resulta menor, requerir ensanche adicional (desquinche). Por otro lado, si sobrepasa el lmite especificado resultarn problemas de costo, y en ciertos casos problemas de estabilidad y gastos de sostenimiento. 3. El nivel del piso en bancos o el piso del nuevo banco disparado debe resultar al mismo nivel del existente. Si se presentan irregularidades como lomos (toes), debe presumirse muy poca sobreperforacin o falta de carga de fondo. Estos lomos dificultan el trabajo de las palas cargadoras y requieren trabajo adicional, usualmente de voladura secundaria para eliminarlos. En galeras y tneles es

2.

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pedrones sobre dimensionados y los de empleo de equipo adicional para eliminar lomos al piso. Todos ellos, aparte del avance y del volumen o tonelaje movido, representan el real rendimiento o resultado econmico de la voladura. Aparte de la evaluacin visual del disparo, sujeta a la experiencia del observador, se cuenta actualmente con equipos de control sofisticados, como cmaras de video o pelcula de alta velocidad, sismgrafos, equipos y software para determinar la granulometra del material obtenido, instrumentos topogrficos rpidos y precisos para determinar el contorno del rea disparada y cubicarla, instrumentos para la deteccin y control de gases en las fronteras y para la medicin de velocidad de detonacin (VOD) dentro de taladros, y otros, que ayudan a interpretar la informacin de campo en forma rpida y precisa. VOLADURA EN SUPERFICIE La voladura de rocas en superficie comprende trabajos de explotacin minera en bancos de canteras y tajos abiertos, obras de ingeniera civil y vial como excavaciones, canales, zanjas, cortes a media ladera y trabajos especiales como rotura secundaria de pedrones, demoliciones y voladuras controladas (Smooth blasting) pero fundamentalmente se concreta en bancos. A. Voladura en bancos. Aspectos generales

5.

Zanjas y rampas Excavaciones lineares confinadas.

6.

Excavaciones viales Para carreteras, autopistas, laderas y tambin para producir material fino para ripiado o para agregados de construccin.

7.

Para cimentaciones y nivelaciones Obras de ingeniera civil o de construccin.

8.

De aflojamiento o pre voladuras Fracturamiento adicional a la natural de macizos rocosos, sin apenas desplazarlos, para remover terreno agrcola, incrementar la permeabilidad del suelo o retirarlo con equipo ligero o escariadoras (Scrapers) etc.

9.

Tajeos mineros Muchos trabajos de minera subterrnea se basan en los parmetros de bancos cuando tienen ms de dos caras libres, (ejemplos: tajeos VCR, bresting y otros). Lo que busca una voladura es la mxima eficiencia al menor costo y con la mayor seguridad, lo que se refleja, entre otros aspectos, en: Grado de fragmentacin obtenido. Esponjamiento y rango de desplazamiento. Volumen cargado versus tiempo de operacin del equipo. Geometra del nuevo banco; avance del corte, pisos, estabilidad de taludes frontales y otros, aspectos que se observan y evalan despus del disparo para determinar los costos globales de la voladura y acarreo.

Definicin Los bancos son excavaciones similares a escalones en el terreno. Su caracterstica principal es la de tener, como mnimo, dos caras libres, la superior y la frontal. Tipos a. Segn su envergadura se consideran dos tipos: Voladuras con taladros de pequeo dimetro, de 65 a 165 mm. Voladuras con taladro de gran dimetro, de 180 a 450 mm. B. b. 1. Por su aplicacin o finalidad son: Convencional Busca la mxima concentracin, esponjamiento y desplazamiento del material roto, aplicada para explotacin minera. 2. De escollera

Elementos para el diseo de voladuras en bancos

Tambin denominados parmetros de la voladura, son datos empleados en el clculo y diseo de disparos. Unos son invariables, como los correspondientes a las caractersticas fsicas de la roca: densidad, dureza, grado de fisuramiento, coeficientes de resistencia a deformacin y rotura, etc.; y otros son variables, es decir que podemos modificarlos a voluntad, de acuerdo a las necesidades reales del trabajo y condiciones del terreno. Estos parmetros controlables se pueden agrupar en:

Para obtener piedras de gran tamao. a. 3. De mximo desplazamiento (Cast blasting) b. Para proyectar gran volumen de roca a distancia. c. 4. De crter d. Con taladros cortos y gran dimetro, para desbroce de sobrecapas y otros. De tiempo: tiempos de retardo entre taladros, secuencia de salidas de los disparos. De carga: densidad, columna explosiva, longitud de taco, caractersticas fsico-qumicas del explosivo. De perforacin: dimetro y longitud del taladro, malla. Geomtricos: altura, ancho y largo del banco, talud, cara libre.

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a.

Dimensin de la voladura

Donde: L Ejemplo: : : la mnima longitud del taladro, en pies. es el dimetro del taladro, en pulgadas.

Comprende al rea superficial delimitada por el largo del 2 frente y el ancho o profundidad de avance proyectados (m ) 3 por la altura de banco o de corte (H), en m . (L x A x H) = volumen total

Si = 3, tendremos que L = 2 x 3 = 6 pies. Donde: Usualmente el dimetro se expresa por el smbolo . L A H : : : largo, en m. ancho, en m. altura, en m. En forma prctica se puede determinar considerando que el dimetro adecuado expresado en pulgadas ser igual a la altura de banco en metros, dividida entre cuatro: = (H/4) Ejemplo: (L x A x H x x 1 000) = masa total Donde: b b. 1. : densidad de la roca, en kg/m .3

Si desean expresarse en toneladas de material in situ se multiplica por la densidad promedio de la roca o material que pretende volarse.

Para un banco de 5 m de altura: 5/4 = 1,25 = 32 mm, o tambin igual a 1 . 2. Longitud o profundidad de taladro (L)

Parmetros dimensionales Dimetro de taladro ()

La longitud de taladro tiene marcada influencia en el diseo total de la voladura y es factor determinante en el dimetro, burden y espaciado. Es la suma de altura de banco ms la sobreperforacin necesaria por debajo del nivel o razante del piso para garantizar su buena rotura y evitar que queden lomos o resaltos (toes), que afectan al trabajo del equipo de limpieza y deben ser eliminados por rotura secundaria. Esta sobreperforacin debe ser por lo menos de 0,3 veces el valor del burden, por tanto: L = (0,3 x B) Donde: L B : : longitud de taladro burden.

La seleccin del dimetro de taladro es crtica considerando que afecta a las especificaciones de los equipos de perforacin, carga y acarreo, tambin al burden, espaciamiento distribucin de la carga explosiva, granulometra de la fragmentacin, tiempo a emplear en la perforacin y en general a la eficiencia y economa de toda la operacin. Para determinar el dimetro ptimo en la prctica, se consideran tres aspectos: a. b. c. La disponibilidad y aplicabilidad del equipo de perforacin en el trabajo proyectado. La altura de banco proyectada y la amplitud o envergadura de las voladuras a realizar. La distancia lmite de avance proyectado para el banco.

Con dimetro pequeo los costos de perforacin y de preparacin del disparo normalmente son altos y se emplea mucho tiempo y personal, pero se obtiene mejor distribucin y consumo especfico del explosivo, permitiendo tambin efectuar voladuras selectivas. El incremento de dimetro aumenta y mantiene estable la velocidad de detonacin de la carga explosiva, incrementa el rendimiento de la perforacin y el de los equipos de acarreo, disminuyendo el costo global de la voladura. Adems facilita el empleo de camiones cargadores de explosivos. Por otro lado, si la roca a volar presenta sistemas de fracturas muy espaciadas o que conforman bloques naturales, la fragmentacin a obtener puede ser demasiado gruesa o irregular. En bancos de canteras y en obras civiles de superficie los dimetros habituales varan entre 50 y 125 mm (2 a 5) mientras que en la minera por tajos abiertos varan entre 150 a 310 mm (6 a 12) y llegan hasta 451 mm (15). El mximo dimetro a adoptar depende de la profundidad del taladro y, recprocamente, la mnima profundidad a la que puede ser perforado un taladro depende del dimetro, lo que usualmente se expresa con la igualdad: L = (2 x )

Esta relacin es procedente para taladros verticales que son los ms aplicados en las voladuras de tajo abierto con taladros de gran dimetro, pero en muchas canteras de pequea envergadura se perforan taladros inclinados, en los cuales la longitud de taladro aumenta con la inclinacin pero, por lo contrario, la sobreperforacin (SP) disminuye, estimndose por la siguiente relacin: L = (H/ Cos ()) + [1 ((/100) x SP)] Donde: L H SP : : : : longitud del taladro. altura de banco. ngulo con respecto a la vertical, en grados. sobreperforacin.

La perforacin inclinada, paralela a la cara libre del banco, al mantener uniforme el burden a todo lo largo del taladro proporciona mayor fragmentacin, esponjamiento y desplazamiento de la pila de escombros, menor craterizacin en la boca o collar del taladro, menor consumo especfico de explosivos y dejan taludes de cara libre ms estables. Por lo contrario, aumenta la longitud de perforacin, ocasiona mayor desgaste de brocas, varillaje y estabilizadores, dificulta la carga de explosivos y tiende a desviacin de los taladros, especialmente con los mayores a 20 m.

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3.

La sobreperforacin (SP)

En bancos con mayor dimetro variar entre: 40 para roca blanda a 25 para roca muy dura. En material suelto o incompetente, como es una sobrecapa de suelo y detritus que recubra a la roca en un trabajo de desbroce de mina, o de una obra vial, esta relacin ser mucho mayor, generalmente del radio 2:1 sobre la roca (ejemplo: 2 m de sobrecapa sern aproximadamente iguales a 1 m de roca, para propsitos de taqueo). En desbroce tambin se puede aplicar la razn de burden T igual a 0,7 B sumndole la mitad del espesor de la sobrecapa:

Tal como se indic anteriormente es importante en los taladros verticales para mantener la razante del piso. Si resulta corta normalmente reproducirn lomos, pero si es excesiva se producira sobre excavacin con incremento de vibraciones y de los costos de perforacin. En la prctica, teniendo en cuenta la resistencia de la roca y el dimetro de taladro, se estima los siguientes rangos:

Tipo de Roca Blanda a media Dura a muy dura

Sobreperforacin De 10 a 11 12 Donde: SC :

T = (0,7 x B) + (SC/2)

espesor de sobrecapa.

Tambin es usual la relacin: SP = 0,3 x B, en donde B es el burden. 4. Longitud de taco (T)

Ejemplo: Para sellar un taladro con 2 m de burden y 1,20 m de sobrecapa de tierra, el taco deber ser de: 0,7 x 2,0 + (1,20/2) = 2 m (aprox. 7) Para estimar el taco en taladros perforados en taludes inclinados se mantendr la relacin 2:1, considerando al burden como la distancia desde el tope de la columna explosiva hasta la cara libre ms cercana, lo que se representa con un tringulo rectngulo en el que la base es el burden y el cateto menor es la longitud del taco (ejemplo: para 1,50 m de burden el taco ser de 1,0 m). Usualmente, cuando el terreno es muy irregular o su elevacin cambia drsticamente, el tamao del taco tambin variar para cada taladro. En algunas voladuras se mantiene igual longitud de taco para todos los taladros, mientras que otras se disean con mayor longitud en la primera y ltima filas, para bajar la altura y fuerza de la columna explosiva con lo que se limita la proyeccin frontal y la rotura hacia atrs. Para taladros largos, delgados, no siempre es necesario el taco inerte real, siempre y cuando no se presente una excesiva prdida de gases y presin. 5. Altura de banco (H)

Normalmente el taladro no se llena en su parte superior o collar, la que se rellena con material inerte que tiene la funcin de retener a los gases generados durante la detonacin, slo durante fracciones de segundo, suficientes para evitar que estos gases fuguen como un soplo por la boca del taladro y ms bien trabajen en la fragmentacin y desplazamiento de la roca en toda la longitud de la columna de carga explosiva. T = (L (SP/3)) O igual a la longitud del burden: T=B Si no hay taco los gases se escaparn a la atmsfera arrastrando un alto porcentaje de energa, que debera actuar contra la roca. Si el taco es insuficiente, adems de la fuga parcial de gases se producir proyeccin de fragmentos, craterizacin y fuerte ruido por onda area. Si el taco es excesivo, la energa se concentrar en fragmentos al fondo del taladro, dejando gran cantidad de bloques o bolones en la parte superior, especialmente si el fisuramiento natural de la roca es muy espaciado, resultando una fragmentacin irregular y poco esponjada y adicionalmente se generar fuerte vibracin. Normalmente como relleno se emplean los detritos de la perforacin que rodean al taladro, arcillas o piedra chancada fina y angulosa. En ocasiones en taladros inundados se deja el agua como taco cuando la columna de carga es baja (tambin en voladura subacutica). En la prctica su longitud usual es de 1/3 del largo total del taladro. Si se tiene en cuenta al burden y resistencia de la roca, el taco variar entre T = 0,7 B para material muy competente, como granito homogneo, o en un radio de taco o burden que puede aproximarse a 1, es decir: T = B para material incompetente con fisuras y fracturas abiertas. En la prctica tambin se relaciona el dimetro con la resistencia a compresin, con valores para roca blanda a intermedia de: T = (33 a 35) x Y para roca dura a muy dura de: T = (30 a 32) x , en canteras

Distancia vertical desde la superficie horizontal superior (cresta) a la inferior (piso). La altura es funcin del equipo de excavacin y carga, del dimetro de perforacin, de la resistencia de la roca de la estructura geolgica y estabilidad del talud, de la mineralizacin y de aspectos de seguridad. En un equipo de carga y acarreo son determinantes la 3 capacidad volumtrica (m ) y la altura mxima de elevacin del cucharn, adems de su forma de trabajo (por levante en cargadores frontales y palas rotatorias o por desgarre hacia abajo en retroexcavadoras). Normalmente los cargadores frontales a ruedas se emplean en bancos de 5 a 10 m de altura, con taladros de 65 a 100 mm (2 a 5) de dimetro, mientras que las excavadoras y grandes palas a oruga, en bancos de 10 a 15 m y ms, con taladros de 100 mm (4 a 12) o de dimetro, pudindose estimar la altura de banco con la siguiente frmula: H = 10 + (0,57 x (C 6))

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CAPITULO 9

Donde: C : es la capacidad del cucharn de la excavadora 3 en m .

Segn el dimetro de taladro en voladuras de tajo abierto en relacin con la resistencia de la roca, se estima que para roca suave alcanzara a unos 50 dimetros y para roca muy dura a unos 35 dimetros. Para calcular la altura ms adecuada o econmica en forma prctica, se estimar cuatro veces en metros el dimetro del taladro dado en pulgadas: H (en mm) = 4 x , donde es el dimetro de taladro; as, para un dimetro de 2 la altura ser de 8 m. Por otro lado, se debe tener en cuenta que si la altura de banco es igual al burden (1:1) la fragmentacin resultar gruesa, con sobreexcavacin y lomos al piso, porque la cara libre no se podr flexionar. Si la altura es el doble del burden (2:1) la fragmentacin mejora y los lomos disminuyen. Si la altura de banco es tres o ms veces mayor (3:1) la relacin H/B permitir la flexin, logrndose fragmentacin menuda y eliminacin de los otros efectos. Otra relacin prctica indica que la altura de banco debe ser mayor que el dimetro de la carga explosiva, es decir: (H x )/15 En donde H en m y en mm.

Por el contrario, si es reducido, habr exceso de energa, la misma que se traducir en fuerte proyeccin de fragmentos de roca y vibraciones. En la prctica, el burden se considera igual al dimetro del taladro en pulgadas, pero expresado en metros. As, para un dimetro de 3 el burden aproximado ser de 3 m, conocindose como burden prctico a la relacin emprica: (en pulgadas) = B (en m) Tambin se aplican las siguientes relaciones prcticas segn Languefors: B = (0,046 x ) (en mm) Tomando en cuenta la resistencia a compresin de las rocas en taladros de mediano dimetro, el burden variar entre 35 y 40 veces el dimetro para roca blanda y entre 33 a 35 veces el dimetro para roca dura a muy dura. Tomando en cuenta el tipo de explosivo en taladros de mediano a gran dimetro, la relacin ser: Con dinamita: En roca blanda En roca muy dura Con emulsiones: En roca blanda En roca muy dura : : B = (38 x ) B = (30 x ) : : B = (40 x ) B = (38 x )

Con Examon o ANFO: As, para un dimetro de 100 mm (4) resulta una altura mnima de 6,6 m, lo que indica que la altura prctica debe ser mayor a esa cifra. Por otro lado el dimetro mximo de taladro sugerido (en mm) para una altura de banco conocida, debera ser igual a la altura, en metros, multiplicada por 15. max = (15 x H) Donde H : : dimetro mximo de taladro, en mm altura de banco, en m. En roca blanda : En roca muy dura : B = (28 x ) B = (21 x )

As por ejemplo, para roca dura a volar con ANFO en taladros de 3 de dimetro tenemos: B = 40 x 3 = 120 x 2,54 = 3,05 (igual a 3 m) Usualmente se considera: B = (40 x ) Otra definicin dice que el burden, en metros, normalmente es igual al dimetro de la carga explosiva en milmetros multiplicado por un rango de 20 a 40, segn la roca. As por ejemplo: el burden para una carga de 165 mm de dimetro ser: 165 x 20 = 3,3 m y 165 x 40 = 6,6 m

As, con un banco de 8 m el dimetro mximo debera ser de 8 x 15 = 120 mm. 6. Burden (B)

Tambin denominada piedra, bordo o lnea de menor resistencia a la cara libre. Es la distancia desde el pie o eje del taladro a la cara libre perpendicular ms cercana. Tambin la distancia entre filas de taladros en una voladura. Se considera el parmetro ms determinante de la voladura. Depende bsicamente del dimetro de perforacin, de las propiedades de la roca, altura de banco y las especificaciones del explosivo a emplear. Se determina en razn del grado de fragmentacin y al desplazamiento del material volado que se quiere conseguir. Si el burden es excesivo, la explosin del taladro encontrar mucha resistencia para romper adecuadamente al cuerpo de la roca, los gases generados tendern a soplarse y a craterizar la boca del taladro.

Por otro lado, se consideran dimensiones tpicas en minera y canteras a las siguientes relaciones: B = (32 x ) Para roca con densidad promedio menor de 3,3 g/cm , ( es el dimetro de carga). B = (26 x ) Para roca con densidad promedio mayor de 3,3 g/cm , ( es el dimetro de carga). Con criterios ms tcnicos se han propuesto varias frmulas para el clculo del burden, que involucran parmetros de la perforacin y de la roca, pero todas al final sealan valores entre 25 a 40 , dependientes principalmente de la calidad y resistencia de la roca.3 3

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Aunque no es propsito de este manual detallarlas, se mencionan algunas, como referencia. 7. Frmula de Andersen Donde: B e e r Ejemplo: : : : burden. dimetro del taladro, en pulgadas. longitud del taladro, en pies. : : : :

B = 3,15 e x 3

e r

Considera que el burden es una funcin del dimetro y longitud del taladro, describindola as: B= Donde: B L ( x L)

burden, en pies. dimetro del explosivo, en pulgadas. densidad del explosivo. densidad de la roca.

Para un taladro de 3 de dimetro a cargarse con un ANFO de 0,85 de densidad, en una roca calcrea de 2,7 de densidad, el burden deber ser de: e e r =3 = 0,85 = 2,70

La relacin longitud de taladro-burden o altura de banco, influye sobre el grado de fragmentacin. 8. Frmula de Langefors

Luego: B = 3,15 x 3 x3

Considera adems la potencia relativa del explosivo, el grado de compactacin, una constante de la roca y su grado de fracturamiento, mediante la siguiente frmula: B = (db/33) x Donde: B P S c f E E/B db : : : : : : : : burden, en metros. grado de compactacin que puede estar entre 3 1,0 y 1,6 kg/dm . potencia relativa del explosivo (por ejemplo de 1,3 para una Gelatina Especial). constante para la roca, generalmente entre 0,45 y 1,0. grado de fractura. Para taladro vertical el valor es de 1,0. espaciamiento entre taladros. radio de espaciamiento a burden. dimetro de broca. (P x S) c x f x (E/B)

0,85 2,70

= 6,4 pies

10. Frmula de Ash Considera una constante kb que depende de la clase de roca y tipo de explosivo empleado: B = (kb x ) 12 Donde: B kb : : : burden. dimetro de taladro. constante, segn el siguiente cuadro:

Empleando valores mtricos para esta frmula tenemos: P S c f E = = = = = 1,25 kg/dm 1,0 0,45 1,0 1,253

CLASE DE ROCA Baja densidad y potencia Densidad y potencia medias Alta densidad y potencia

DENSIDAD 3 (g/cm ) 0,8 a 0,9 1,0 a 1,2 1,2 a 1,6

CLASE DE ROCA BLANDA 30 35 40 MEDIA 25 30 35 DURA 20 25 30

B = (db/33) x

(1,25 x 1) 0,45 x 1 x (1,25/B)

Estas constantes varan para el clculo de otros parmetros, como se indica: Profundidad de taladro L = (Ke x B), (Ke entre 1,5 y 4) Espaciamiento E = (Ke x B)

B = db/22; si consideramos que el dimetro de broca db = 75 mm (3) tendremos: B = 75,9/22 = 3,5 m (11,3 pies) Languefors muestra una relacin que determina el radio de dimetro de broca a burden. 9. Frmula de C. Konya

Donde: Basada en las teoras del Dr. Ash. Determina el burden con base en la relacin entre el dimetro de la carga explosiva y la densidad, tanto del explosivo como de la roca, segn: Ke = Ke = 2,0 para iniciacin simultnea de taladros. 1,0 para taladros secuenciados con retardos largos.

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Ke =

1,2 a 1,8 para taladros secuenciados con retardos cortos.

-

Con Examon y ANFO: Para roca blanda a media Para roca dura a muy dura : : E = 27 a 33 . E = 25 a 24 .

-

Longitud de taco T = (Ks x B), (Ks entre 0,7 y 1,6). Para roca blanda a media Para roca dura a muy dura : : E = 37 a 45 . E = 35 a 34 . Con emulsiones y ANFO Pesado:

-

Sobreperforacin SP = (Ks x B), (Ks entre 0,2 y 1). 12. Radio longitud a burden ( L/B) La relacin ideal de longitud a burden es de 3:1 que sirve de referencia para comprobar el burden y dimetro ptimos, mediante tanteos con diferentes dimetros hasta aproximarnos lo ms posible a 3, en base al burden obtenido con la frmula de Konya. Ejemplo, teniendo los siguientes valores: Dimetro del explosivo Densidad del explosivo Densidad de la roca Longitud de taladro B = 3,15 x 3 x : : : : 3. 0,85. 2,70. 25 pies (7,62m). 0,85 2,70 = 6,4 pies

El burden se mantiene para la primera y dems filas de taladros con salidas paralelas, pero se reduce cuando los taladros se amarran en diagonal (Corte V y Echeln). 11. Espaciamiento (E) Es la distancia entre taladros de una misma fila que se disparan con un mismo retardo o con retardos diferentes y mayores en la misma fila. Se calcula en relacin con la longitud del burden, a la secuencia de encendido y el tiempo de retardo entre taladros. Al igual que con el burden, espaciamientos muy pequeos producen exceso de trituracin y craterizacin en la boca del taladro, lomos al pie de la cara libre y bloques de gran tamao en el tramo del burden. Por otro lado, espaciamientos excesivos producen fracturacin inadecuada, lomos al pie del banco y una nueva cara libre frontal muy irregular. En la prctica, normalmente es igual al burden para malla de perforacin cuadrada E = B y de E = 1,3 a 1,5 B para malla rectangular o alterna. Para las cargas de precorte o voladura amortiguada (Smooth blasting) el espaciamiento en la ltima fila de la voladura generalmente es menor: E = 0,5 a 0,8 B cuando se pretende disminuir el efecto de impacto hacia atrs. Si el criterio a emplear para determinarlo es la secuencia de salidas, para una voladura instantnea de una sola fila, el espaciado es normalmente de E = 1,8 B, ejemplo para un burden de 1,5 m (5) el espaciado ser de 2,9 m (9). Para voladuras de filas mltiples simultneas (igual retardo en las que el radio longitud de taladro a burden (L/B) es menor que 4 el espaciado puede determinarse por la frmula: E = Donde: B L : : burden, en pies. longitud de taladros, en pies. (B x L)

3

Comprobacin: Longitud : Burden : Si: 25 pies. 6,4 L = 25 B 6,4 = 3,9

Valor muy elevado al pasarse de 3, por lo que deber ajustarse una de las variables. Densidad del explosivo (cambiando el tipo) o el dimetro del explosivo (cambiando el dimetro del taladro), que es ms aceptable, ya que si el radio resulta muy alto, el burden puede ser incrementado, con lo que disminuye el nmero de taladros; por otro lado, es difcil considerar un explosivo con densidad menor de 0,85. Tanteando nuevamente con la frmula, para un dimetro de 5 el resultado ser de B = 10,7 pies aplicando la prueba: L = 25 B 10,7 = 2,3

Este valor es muy corto respecto a 3. Tanteando otra vez con la misma frmula pero con dimetro de 4, el resultado ser B = 8,5 pies. Aplicando la prueba: L = 25 B 8,7 = 2,92

Que es un valor adecuado muy cercano a 3. Por tanto, en estos ejemplos el burden ideal ser de 8,5 (2,6 m) para un taladro de 4 de dimetro (101 mm) y 25 pies (7,62 m) de longitud, cargado con explosivo de baja densidad (0,85 3 g/cm ), a granel. c. 1. Clculo y distribucin de la carga explosiva Columna explosiva

En voladura con detonadores de retardo el espaciado promedio es aproximadamente de: E = (1,4 x B) Si el criterio a emplear en taladros de mediano dimetro es la resistencia a comprensin, para roca blanda a media variar de 50 a 45 y para roca dura a muy dura de 43 a 38 . Si adems de la resistencia se involucra el tipo de explosivo, para taladros de medio a gran dimetro se puede considerar lo siguiente:

Es la parte activa del taladro de voladura, tambin denominada longitud de carga donde se produce la reaccin explosiva y la presin inicial de los gases contra las paredes

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del taladro. Es importante la distribucin de explosivo a lo largo del taladro, segn las circunstancias o condiciones de la roca. Usualmente comprende de 1/2 a 2/3 de la longitud total y puede ser continua o segmentada. As pueden emplearse cargas slo al fondo, cargas hasta media columna, cargas a columna completa o cargas segmentadas (espaciadas, alternadas o Deck charges) segn los requerimientos incluso de cada taladro de una voladura. La columna continua normalmente empleada para rocas frgiles o poco competentes suele ser del mismo tipo de explosivo, mientras que para rocas duras, tenaces y competentes se divide en dos partes: La carga de fondo (CF) y la carga de columna (CC). a. Carga de fondo (CF)

longitud de (10/15) al fondo y completar la carga de columna con ANFO normal. c. Cargas segmentadas o espaciadas

Normalmente se emplean cargas continuas en taladros de pequea o mediana longitud, pero en taladros largos o en aquellos que se requiera disminuir la energa pero mantenindola distribuida en toda su longitud, se emplean cargas espaciadas con tacos inertes intermedios y con un iniciador en cada una para garantizar su salida. Estas cargas pueden ser del mismo tipo de explosivo o emplearse uno de mayor densidad o potencia en la primera carga al fondo. Las salidas pueden ser simultneas o con diferentes tiempos de salida para cada una, mediante retardos en orden ascendente o descendente, segn el diseo de la voladura o los efectos que se quieran obtener. d. Carga especfica (CE)

Es la carga explosiva de mayor densidad y potencia requerida al fondo del taladro para romper la parte ms confinada y garantizar la rotura al piso, para, junto con la sobreperforacin, mantener la razante, evitando la formacin de resaltos o lomos y tambin limitar la fragmentacin gruesa con presencia de bolones. Su longitud es normalmente equivalente a la del burden ms la sobreperforacin: B + 0,3 B; luego: CF = (1,3 x B) No debe ser menor de 0,6 B para que su tope superior est al menos al nivel del piso del banco. Se expresa en kg/m o lb/pie de explosivo. Los productos usualmente empleados son: ANFO aluminizado, hidrogeles Slurrex, emulsiones sensibilizadas, Examon-V o ANFOs Pesados como SlurrexAP de 30/70 a 60/40, en razn a que la energa por unidad de longitud en el fondo del taladro debe ser al menos dos veces mayor que la requerida para romper la roca en la parte superior. Si se toma en consideracin la resistencia de la roca y el dimetro de la carga, la longitud de la carga de fondo variar entre 30 para roca fcil a 45 para muy dura. El cebo iniciador o booster debe colocarse en esta parte de la carga, preferentemente al nivel del piso del banco, para su mayor efectividad. b. Carga de columna (CC)

Llamado tambin consumo especfico o factor de carga (Powder factor). Es la cantidad de explosivo necesaria para fragmentar 1 m o 3 yd de roca. Se expresa en kg/m o lb/yd. CE = (Total de explosivo utilizado, en kg) 3 (Total de m rotos cubicados) La carga especfica es una excelente unidad referencial para el clculo de la carga total de un disparo, pero no es el mejor parmetro de por s, ya que la distribucin de este explosivo en la masa de la roca mediante los taladros tiene gran influencia en los efectos de fragmentacin y desplazamiento, es decir, en el resultado de la voladura. As, a igualdad de carga especfica, una voladura efectuada con taladros de pequeo dimetro muy prximos entre s resultar con mejor fragmentacin que si se utilizan taladros de gran dimetro pero ms espaciados. Usualmente se determina con base en la cantidad de 3 explosivo utilizado por m de roca volada en varios disparos, incluso diferenciando varios tipos de roca, considerando valores promedio para el clculo de los disparos subsiguientes. Otros valores utilizados para estimar la carga requerida para un disparo son: el factor de energa del explosivo en kcal/kg conjugado con las caractersticas mecnicas de la roca, como su mdulo de resistencia elstica (mdulo de Young), resistencia a comprensin-tensin, densidad, etc. En voladura, la cantidad de explosivo utilizado deber ser muy prxima a lo mnimo necesario para desprender la roca. Menos carga significa tener una voladura deficiente y, por el contrario, un exceso de carga significa mayor gasto y mayores riesgos de accidentes, debindose tenerse en cuenta que el exceso de carga colocado en el taladro origina una proyeccin cuya 3 energa es proporcional a dicho exceso por m , estimndose que el centro de gravedad de la masa de la voladura podra 3 desplazarse varios metros hacia adelante por cada 0,1 kg/m de exceso de carga, siendo an mayor el riesgo de proyeccin de trozos pequeos a distancias imprevisibles (Flying rock). e. Estimacin de cargas3

Se ubica sobre la carga de fondo y puede ser de menos densidad, potencia o concentracin ya que el confinamiento de la roca en este sector del taladro es menor, emplendose normalmente ANFO convencional, Examon-P o ANFO Pesado en relaciones de 10/90 a 20/80.La altura de la carga de columna se calcula por la diferencia entre la longitud del taladro y la suma la carga de fondo ms el taco. CC = L (CF + T) Usualmente CC = 2,3 x B. Aos atrs, en los grandes tajos se empleaban cartuchos o mangas de hidrogel (Slurrex 40, Slurrex 60 o Slurrex 80) como carga de fondo cuando se requera reforzar la carga iniciadora en taladros secos o en taladros con presencia de agua, llenndose el resto de la columna con ANFO. Actualmente, con la posibilidad de poder preparar mezclas de emulsin-ANFO de diferentes proporciones en los camiones mezcladores-cargadores (camiones fbricas), es comn carga con ANFO Pesado en relaciones de 10/90 a 60/40, con una

Volumen a romper por taladro = Malla por altura de taladro. V = (B x E x H) = m por taladro Tonelaje: volumen por densidad de la roca o mineral.3

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CAPITULO 9

f.

Volumen de explosivo i.

Tonelaje = (V x r) Carga especfica para cada taladro en voladuras de varias hileras Primera fila (burden a la cara libre frontal inicial): Ce = (H SP) x E x (B + T/2) x FC, en kg. Para la segunda fila y subsiguientes: Ce = (H SP) x E x B x FC, en kg. Donde: Ce : H : carga explosiva, en kg. profundidad de taladro.

Dimetro de taladro por longitud de la columna explosiva (columna continua) o por la suma de las cargas segmentadas. Ve = ( x Ce), en m g. Factor de carga (FC)3

Es la relacin entre el peso de explosivo utilizado y el volumen de material roto. FC = (We/V) h. Tonelaje roto

El tonelaje roto es igual al volumen del material roto multiplicado por la densidad de dicho material.

BANCO DE VOLADURA NOMENCLATURArea de influencia

Espaciamiento (E) Sobrerotura hacia atrs (Back break) Dimetro de taladro ()

Burden (B) Cresta

Taco Sobrerotura lateral Altura de columna explosiva Longitud de perforacin (L) Pie de banco

Altura de banco

Distancia al borde del banco (Burden)

ngulo de talud (cara libre)

Pie de banco

Sobreperforacin (SP)

3

Relaciones B/H: 90 1 1 : 1 2 : 1 3 : 1

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SP E B T FC

: : : : :

sobreperforacin. espaciamiento entre taladros. burden. piso quedado. factor de carga (por tipo de roca, tendr que definirse para cada caso en especial).

e Ejemplo:

: :

dimetro del taladro, en pulg. 3 densidad del explosivo a usar, en g/cm

= 9; e = 1,35. Luego: 0,34 x (9) x 1,35 = 37,18 lb/pie2

j.

Perforacin especfica

Es el nmero de metros o pies que se tiene que perforar por 3 cada m de roca volada. (L/H) (B x E) Donde: L H B E k. : : : : profundidad del taladro (altura de banco (H) 0,3 B). altura de banco. burden. espaciamiento.

En unidades del Sistema Internacional: 55,33 kg/m aproximadamente m. Densidad de carga (Dc) Dc = 0,57 x e x x (L T) Donde: Dc 0,57 e L T Ejemplo: e L T = = = = 6,5. 0,80 (ANFO). 13,5 m (longitud de taladro). 5 m (taco). 0,57 x 0,80 x (6,5) = 19,27 kg2 2

Factor de perforacin (FP) FP = (H/B) x E x H, en m/m3

: : : : : :

densidad de carga, en kg/tal. factor. dimetro del taladro, en pulg. densidad del explosivo a usar. longitud de perforacin. taco.

Luego: Perforacin total FP x volumen total l. Clculo general para carga de taladro (0,34 x x e), en lb/pie Donde: 0,34 : factor.2

Luego:

0,80 x (6,5)2 x 0,57 = 19,27 kg/m 19,27 kg/m x (13,5 5) = 163,8 kg/taladro

VOLADURA DE BANCOS NOMENCLATURABancos bajos, con una fila de taladros: Burden Nivel del banco Bancos altos: Inclinacin del taladro

Longitud del taladro Altura de banco

Rotura hacia atrs (Back break)

Carga de columnas Carga de fondo

Primer o cebo Sobreperforacin Taladro auxiliar (De pie o de base)

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CAPITULO 9

VOLADURA DE BANCOS NOMENCLATURABancos bajos con varias filas de taladros: Cordn detonante y retardos en ms

Cresta

Espaciamiento entre taladros

Burden Cara libre Distancia entre filas

Cresta Piso Piso

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VOLADURAProfundidad del taladro y carga de fondo respecto al piso y cara libre. Ejemplos: B B B

CC H CF Lomo Piso R A. Taladro corto H B CC CF R : : : : : altura del banco burden carga de columna carga de fondo resultado al piso B. Taladro al piso R C. Con sobreperforacin R

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CAPITULO 9

INFLUENCIA DEL BURDEN SOBRE LA CARA LIBRE DEL BANCO RESPECTO AL VOLUMEN DE ROCA A ROMPERA1 A2 B L H 3 4 90

1 SP 2

Cara libre 2B A1 Taladro simple frente a la cara de libre A2

El volumen de roca a mover con un taladro simple vertical esta comprendido en le prisma delimitado por la superficie de la cara libre (m) y la longitud del burden, con una longitud de taladro igual a la altura del banco. El prisma ser regular, pero si hay sobreperforacin se aadir el volumen adicional proporcionado por el prisma irregular de la base, delimitado entre los puntos 1, 2, 3 y 4.

2B 90 B 0,5 B 90 Fragmentacin menuda 90

B 90

3B A1 A2 A1

4B A2

VOLADURA DE BANCOS CAUSAS Y EFECTOS

Sobreperforacin

Espaciamiento, sobreperforacin y carga explosiva adecuadas. Correcto empleo de retardos.

Resultado: Buen desplazamiento y apilonado. Buena fragmentacin y pisos nivelados.

161

CAPITULO 9

VOLADURA DE BANCOS CAUSAS Y EFECTOS

Sobreperforacin

Baja carga explosiva. Excesivo pie o sobrecarga del disparo anterior. Falta de tacos. Falta de sobreperforacin.

Resultado: Fracturacin gruesa o irregular; mnimo desplazamiento, formacin de lomos en el piso.

Sobreperforacin

Carga explosiva excesiva, tanto al fondo de los taladros como taladros cargados hasta el tope.

Resultado: Fragmentacin demasiado menuda y proyeccin de fragmentos volantes. Excesiva dispersin frontal y sobrerotura (Back break).

Sobreperforacin

Falta de retardos o tiempos incorrectos de salidas. Fallas de los iniciadores por mal ensamble o falta de fuerza. Errores en diseo o empalmes.

Resultado: Tiros cortados o quedados. Parte del disparo queda atracado. Los huecos quedados proyectan fragmentos. Fragmentacin en general irregular. Mnimo desplazamiento.

162

CAPITULO 9

M.

Malla En el diseo de una voladura de banco se puede aplicar diferentes trazos para la perforacin, denominndose malla cuadrada, rectangular y triangular o alterna, basndose en la dimensin del burden.

Es la forma en la que se distribuyen los taladros de una voladura, considerando bsicamente a la relacin de burden y espaciamiento y su directa vinculacin con la profundidad de taladros.

MALLAS DE PERFORACION

E B B

E B Triangular: E = (B/2)

E

Cuadrada: E = B

Rectangular: E = (2 x B)

Distintas formas de amarre de los accesorios y diferentes tiempos de encendido de los taladros se aplican para obtener la ms conveniente fragmentacin y forma de acumulacin de los detritos, para las posteriores operaciones de carguo y transporte del material volado.

Los diseos de amarre de las conexiones entre taladros de los trazos de perforacin anteriores, determinan el diseo de mallas de salida, siendo las ms empleadas la longitudinal, cua, diagonal (Echeln) trapezoidal y las combinadas. Ejemplos con malla cuadrada:

MALLAS CUADRADAS DE PERFORACION4 3 2 1 4 3 2 1 7 9 8 7 6 5 1 10 9 8 9 8 7 6 5 4 3 2

1.

Salidas en paralelo

2.

Salidas en diagonal

7 6 5 4 3 2 1 2 3

7 6 5 4

7 6 5 4

7 6 5 4

3

2

1

2

3

3.

Salida en cua o V

4.

Salida trapezoidal

163

CAPITULO 9

El burden virtual o de perforacin se mantiene invariable si se disparan todos los taladros de una voladura simultneamente, ya que los taladros no tienen retardos. Esto se aprecia en la malla paralela. El burden, puede sin embargo, variar segn

como sea la distribucin de los tiempos de encendido de los taladros cuando se utilicen detonadores de retardo, dando lugar al burden real o efectivo, de menor longitud que el virtual, como se observa en las salidas diagonales en el grfico.

SALIDAS EN DIAGONAL DE LOS TALADROS

Cara libre BP BR EP ER XY : : : : : Burden virtual (perforacin) Burden real Espaciamiento virtual Espaciamiento real Retardos

ER BR ER X EP Y EP BP BP

BP

BP

BP

D D 0,70 1,4 D

Ejemplo de una malla de retardo donde el burden se reduce a la mitad del espaciamiento despus de la salida del primer taladro, en malla cuadrada Burden del primer espaciamiento taladro igual al

Espaciado = (D2 + D2) = 1,4 x D

Primer taladro disparado

d.

Retardos en voladuras de banco Retardos en superficie ms retardos de distintos nmeros (escalonados) en el interior de los taladros. Sin retardos en superficie, con retardos de distintos nmeros (secuenciados) al fondo de los taladros. Con o sin retardos en superficie, y con retardos escalados en las cargas espaciadas (decks) al interior de los taladros.

Se emplean dos clases de retardos: de superficie para cordn detonante, que se intercalan entre taladros y entre lneas troncales, de tipo hueso de perro y de manguera de shock uni bidireccional, con tiempos usuales de 9 a 300 ms, y los de interior de taladros que se colocan en el primer o booster, al fondo y en las cargas espaciadas, generalmente son del tipo de detonador no elctrico de shock y muy eventualmente elctricos, con tiempos entre 5 y 100 ms. La colocacin de retardos puede tener estas alternativas: Lneas de cordn detonante con retardos de superficie, sin retardo en el taladro. Lneas de cordn detonante con retardos escalonados, en superficie y con retardos de un mismo nmero en todos los taladros.

-

Los disparos grandes se pueden separar por tramos mediante un adecuado reparto de retardos, repitiendo las series en cada tramo y separndolos entre s, usualmente mediante un retardo del mismo nmero o ms que es el ltimo colocado en el tramo, para que el primer taladro del siguiente tramo salga despus al sumar su propio tiempo con el del retardo puente.

164

CAPITULO 9

EJEMPLO DE SEPARACION DE UNA VOLADURA EN TRAMOS

(Tiempo real) 5 10 15 20 25 30 40 55 75 100 130 140 155 175 200

5

10

15

20

25

5

10

15

20

25

5

10

15

20

25

(Tiempo nominal) Grupo 1 Ejemplo: 25 Puente 1 Grupo 2 Ejemplo: 125 Puente 2 Grupo 3

El primer taladro de cada grupo siempre debe tener mayor retardo que el ltimo del grupo anterior, por lo que el retardo puente debe seleccionarse cuidadosamente

ESQUEMAS BSICOS DE VOLADURA Voladuras de una fila de taladros

VOLADURA DE UNA FILA DE TALADROS1) 1 1 1 1 1 2) 1 2 3 4 5

3) 2 1 2 1 2

4) 3 2 3 2 3

5) 3 4 3 4 3

6) 3 1 3 1 3

1. 2.

Salida simultnea, para fuerte proyeccin y rotura gruesa. Alta vibracin y fuerte rotura hacia atrs. Serie progresiva para reducir la vibracin y mejorar la fragmentacin. Cuando hay notorios planos de estratificacin puede presentar mayor rotura hacia atrs. El orden de salidas puede invertirse si conviene, de acuerdo a la estratificacin de la roca. Serie alternada de perodo corto para roca que no cede fcilmente, agrietada por la voladura anterior, que se desintegra rpidamente al primer impulso con riesgo de 4y5

cortes. El segundo impulso debe llegar antes que la roca se haya desplazado demasiado lejos. El incremento de perodos de retardo mejora la fragmentacin, reduce la proyeccin, el ruido y la excesiva rotura hacia atrs. Serie alternada de perodo largo para rocas muy compresibles, debido a su tenacidad, esponjamiento y resiliencia. La primera serie de taladros las comprime hasta el lmite antes de recibir el impacto de la segunda que las desplaza.

6

3.

165

CAPITULO 9

VOLADURA DE MULTIPLES FILAS

2 1 1)

2 1

2 1

2 1

2 1

2 1 2)

3 2

3 1

3 2

3 1

3 2

3 1

3 2 1 3) 2

3 2 1

3 2 1

3 2 1

3 2 1

3 2 1

3 2 1

3

3 2 a

5 3 1

1

1

4 3 1 4)

5 4 2

6 5 3

7 6 4

8 7 5

9 8 6

10

1 1

2 2 2

3 3 3

4 4 4

5 5 5

6 6 6

7

7 5)

1

7

1.

Salidas simultneas por filas con retardos de un mismo nmero por fila para obtener mayor fragmentacin y formar una pila de escombros baja y tendida. Si se utilizaran detonadores instantneos habr mayor vibracin y proyeccin pero menor fragmentacin. Doble hilera alternada; la primera fila alternada mejora la fragmentacin y la doble hilera disminuye la proyeccin. Filas mltiples con salidas en paralelo para conseguir buena fragmentacin y una adecuada sobrerotura posterior en rocas de difcil fracturamiento suele incrementarse los tiempos de retardo entre filas; ejemplos: 1 3 5 en lugar de 1 2 3.

4.

Mltiples hileras alternadas secuencialmente, sugerida para bancos de cada libre baja, que suelen presentar serios problemas de vibracin. Se puede invertir la secuencia de salidas de acuerdo al rumbo de los planos de estratificacin cuando estos incrementen la rotura hacia atrs. Salidas en diagonal o Echeln. Donde se presente rompimiento en la base de la cara libre con tendencia a excesiva proyeccin. sta se puede limitar variando la secuencia con tiempos ms cortos.

2. 3.

5.

Una excesiva rotura hacia atrs (Back break) se suele limitarse con voladura controlada o amortiguada en la ltima fila de taladros en voladuras de mltiples filas.

ESQUEMAS BASICOS DE VOLADURA DE BANCO1. Fila nica: Taladros alternos con secuencias separadas. X X 51 X 68 34 X 51 X 17 X X 34 X X : retardos (17 ms)

166

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ESQUEMAS BASICOS DE VOLADURA DE BANCO2. Fila nica: Con retardos de taladros alternos de igual serie. X : retardos (17 ms)

X

1

2

1

2

1

2

X

3.

Fila nica: Disparo en secuencias cortas. Puente opcional X X 7 X 6 X 5 X 4 X 3 X 2 X 1

4.

Fila nica: Encendido en secuencias. X X 7 6 X X 5 X X 4 X X 3 X X 2 X X 1 Lnea puente de seguridad

5.

Fila mltiple: Todas las filas en secuencia instantnea escalonada. 3 X 2 X 1 X X 2 3

6.

Fila mltiple: Disparo en secuencia, inicio desde el centro de la cara libre. 6 5 4 5 4 3 2 1 4 5 6 5 4

3

2

1

0

0

1

2

3

167

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ESQUEMAS BASICOS DE VOLADURA DE BANCO7. Fila mltiple: Salidas angulares en echeln.

8

7

6

5

4

3

2

1

8.

Fila mltiple: Salidas angulares en echeln. 12 11 10 2 3 4

9

8

7

6

5

4

3

2

1

9.

Fila mltiple: Trazo para disparo sin cara libre, inicio por lnea central. 4 3 2 1 2 2 4 4 3 1 2 4 3

Temporizacin (Timing) La voladura de banco normalmente se efecta como una voladura de retardo corto. La secuencia debe ser diseada de modo que cada taladro logre rotura libre. El tiempo entre taladros y filas debe ser lo suficientemente prolongado como para permitir que se cree un espacio para el material triturado de las subsiguientes salidas en filas mltiples. Se asegura que debe desplazarse 1/3 del burden antes que la segunda fila comience a iniciarse.

El retardo entre filas debe variar entre 10 ms/m (roca dura) y 30 ms/m (roca blanda). Generalmente 15 ms/m de la distancia del burden es buena gua. Segn el USBM, los retardos entre taladros para minimizar las vibraciones sern de 8 ms. Un retardo muy corto entre filas hace que el material de las posteriores se desplace hacia arriba en lugar de en direccin horizontal (los detritos quedan in situ). Un retardo lento puede causar proyeccin de piedras, bolones y concusin del aire, que no dejan suficiente proteccin (cobertura o muralla de detritos) entre las filas.

168

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Dimensin Es conocido que los bolones provienen normalmente de la primera fila; por tanto, las voladuras de varias hileras producen menos bolones proporcionalmente que las de una sola fila. Por esta razn, el largo del rea del disparo no debera ser mayor que el 50% del ancho. As la fragmentacin grande necesaria para la construccin de ataguas, rompeolas y otras obras de proteccin en ros puede ser tan difcil de conseguir como la fragmentacin menuda. La geologa es el primer obstculo para conseguir pedrones; es preferible la roca homognea que la fisurada. Para este caso el mtodo a utilizar es diferente (Rip rap) que el banqueo convencional. 1. 2. 3. La carga especfica debe ser baja. El radio espacio/burden debe ser menor que 1. Disparar una fila por vez, preferible instantneamente.3

Rendimiento TIPO DE TRABAJO Para fragmentacin mejorada Para limitar el back break Para controlar rocas volantes Para minimizar el golpe de aire Para minimizar la vibracin INTERVALO MXIMO (ms/m) 18 33 21 18 33

Las condiciones y posibilidades para preparar una voladura de banco son muchas, por lo que slo se presentan esquemas bsicos de trazo y de tiempo, ya que con base en ellos se podr disear en la propia mano u obra el esquema ms adecuado, apoyndose en la mayor informacin de mecnica de roca local que sea disponible como en el siguiente ejemplo. Ejemplo de clculo para voladura de banco: Datos: Altura de banco (H) Ancho de la voladura (A) Dimetro de perforacin () 1. Burden mximo: (Bmax) = 45 x 75 = 3,38 m 2. Sobreperforacin: (SP) = 0,3 x B max = 0,3 x 3,38 = 1,01 m 3. Longitud de taladro: (L) : altura de banco (H) + sobreperforacin (SP) + 5 cm/m (altura de banco + sobreperforacin), debido a la inclinacin 3:1 : : : 15 m. 24 m. 75 mm

Cuando la carga especfica es baja: de 0,20 kg/m o menor, suficiente para aflojar pero no para desplazar la carga de fondo debe ser ligeramente inferior que en la normal, por lo que debe aceptarse algn volumen de rotura secundaria al piso. Mayor burden que espaciado da lugar a fragmentacin en bloques, con ptimo resultado si el radio (E/B) est entre 0,5 y 1,0. El disparo instantneo resulta en mayor tamao que con retardo corto dado a que la separacin o desgarre entre taladros es menor. En resumen, la fragmentacin grande se logra con la combinacin: Baja carga especfica radio E/B = 0,5 1,0 y disparo instantneo por simple hilera. Los retardos a emplear segn consideraciones geolgicas suelen ser de los siguientes rangos: Estructura Retardos sugeridos (mximo intervalo): TIPO DE ESTRUCTURA Masiva En bloques Altamente conjuntas Vetas dbiles, planos de deslizamiento Taludes con presencia de agua INTERVALO MXIMO (ms/m) 33 15 12 9 9

L = H + SP + 0,05m (H + SP) L = 15 + 1,01 + 0,05 (15 + 1,01)= 16,80 m 4. Error de perforacin: (F) : 5 cm de error de emboquille + 3 cm/m de desviacin de taladro

F = 0,05 + 0,03 x L = 0,05 + 0,03 x 16,8 = 0,55 m 5 Burden prctico: (B1) = B max - F = 3,38 - 0,55 = 2,80 m 6 Espaciamiento prctico: (E1) = 1,25 x B1 = 1,25 x 2,80 = 3,50 m N espacios = ancho de voladura (E1) = 6,68 m = 7 m (E1) = ancho de voladura N espacios = 24 = 3,42 m 7 = 24 3,50

Consideraciones de explosivo Explosivos con densidad mayor de 1,3 g/cm y 12 ms/m. Para lograr un perfil del cono de escombro (Muck of pile). PERFIL DEL CONO DE ESCOMBRO Apretado Suelto Lanzado INTERVALO MXIMO (ms/m) 9 18 333

169

CAPITULO 9

7.

Concentracin de carga de fondo (QbH): QbH = 1,25 x x () = (75) = 5,62 kg/m 4 x 1 000 1 0002 2

13. Carga total: (CT) = CF + Qb = 24,67 + 26,13 = 50,8 kg/taladro 14. Carga especfica: (CE) = taladros por fila x CT B1 x H x A (CE) = 7 taladros x 50,8 = 355,6 = 0,35 kg/m 2,80 x 15 x 24 1 008 Alternativa con ocho taladros por fila: (CE) = 8 taladros x 50,8 = 406,6 2,80 x 15 x 24 1 008 = 0,40 kg/m3 3

8.

Altura de carga de fondo: (hb) = 1,3 x Bmax = 1,3 x 3,38 = 4,4 m

9.

Carga de fondo: (CF) = Altura de carga de fondo x concentracin de carga de fondo (CF) = hb x QbH = 4,4 x 5,62 = 24,67 kg

10. Concentracin de carga de columna: (QpH) = (0,4 a 0,5) x concentracin de la carga de fondo (QpH) = (0,4 a 0,5) x QbH = 2,81 kg/m 11. Altura de la carga de columna: (hp) = Longitud de taladro - (altura de la carga de fondo + taco inerte) (hp) = L - (hb + ho) donde ho = B1 (o Bmax), luego: (hp) = L (hb + Bmax) (hp) = 16,50 (4,4 + 2,80) = 9,3m 12. Carga de columna: (CC Qb) = hp x QpH, luego: Qb = (9,30 x 2,80) = 26,13 kg Resumen Altura de banco : 15,0 m. Profundidad o longitud de taladro : 16,8 m. Burden : 2,80 m. Espaciamiento : 3,43 m. Carga de fondo : 24,6 kg. Carga de columna : 26,9 kg. 3 Concentracin carga de columna : 2,8 g/m . 3 Carga especfica (con 7 y 8 taladros por fila): 0,35 a 0,41 kg/m . Perforacin especfica (con 7 y 8 taladros por fila): 0,11 a 0,13 3 m/m . 15. Perforacin especfica en m/m : (Pe) = N de taladros x profundidad de taladro B1 x H x ancho de voladura = 7 x 16,80 = 117,6 = 0,116 m/m 2,80 x 15 x 24 1 008 8 x 16,80 = 2,80 x 15 x 24 134,4 1 0083 3

Alternativa:

= 0,133 m/m

3

DESPLAZAMIENTO DE ROCA(1 + a) V V B a : : burden porcentaje de incremento en volumen de roca desplazada debido a la fragmentacin. ngulo de reposo del material in situ. centro de gravedad de la roca in situ. centro de gravedad del muck pile o pila de escombros

H

G1

: G1 : G2 :

G2

L

170

CAPITULO 9

Comentarios Evaluacin de disparo Desplazamiento de la roca El desplazamiento del material toma ms tiempo que la rotura y fragmentacin. Est en funcin directa con la energa de los gases en explosin, aunque los gases se hayan expandido a determinada extensin. En teora, el desplazamiento de la correspondiente al centro de gravedad es: roca triturada Donde: a : : porcentaje del incremento en volumen. ngulo en donde el material disparado se ha posado. L= 1 x 3 2 x (100 + a) x B x H (100) tan() B 2

Desplazamiento de la roca volada por un disparo, es definido por el movimiento de su centro de gravedad. Para determinar el tamao de un disparo es necesario:

En la prctica, todo lo que se requiere del explosivo es que desplace a la roca unos metros, para ello la velocidad inicial debe ser de unos metros por segundo, y por consiguiente esta fase demora aproximadamente un segundo del tiempo total de la voladura. El movimiento puede sin embargo, en efecto, de-morar ms tiempo, pero eso es por efecto de la gravedad y no del explosivo (a no ser que el disparo sea intencionalmente sobrecargado para incrementar la proyeccin del material arrancado, cosa que se aplica por ejemplo en la voladura de desbroce (Cast blasting) aplicada para destapar mantos de carbn en algunos Open pits, proyectando el material triturado ms all del pie del banco. Balance total de energa

1. 2.

Calcular la necesaria cantidad de explosivo. Determinar su distribucin en la roca.

De acuerdo a la frmula (1) respecto a Q, la primera condicin estara resuelta, esta misma frmula da la informacin necesaria para determinar la malla de perforacin y por tanto la distribucin de explosivo que requiere la roca para cumplir la segunda condicin y considerando el consumo especfico de explosivo Ce = Q/V el cual es posible obtener directa-mente de la frmula: Ce = Q V = S x Ess n1 x n2 x n3 x E

El valor Ce es funcin de los siguientes parmetros: 1. Fragmentada la roca (con cara libre) se deduce que la energa transmitida a la roca se reparte como sigue: a. b. c. d. e. f. g. h. Fracturamiento in situ < 1%. Rotura 15%. Desplazamiento 4%. Trituracin alrededor del taladro 1,5 a 2%. Proyeccin de fragmentos < 1%. Tenemos tambin: Deformacin de la roca slida despus del disparo < 1%. Dm Vibraciones del terreno 40%. Air blast (concusin) 35 a 39% Total: 100% Ejemplo: 80 cm de radio o Dm = 0,8 m Nota: Es = 64/0,8 = 80/m Estimaciones efectuadas por Hagan en el ao 1977 han puesto en manifiesto que solamente un 15% de la energa total generada en la voladura es aprovechada como trabajo til en los mecanismos de fragmentacin y desplazamiento de la roca. El factor de rotura n3 junto con la impedancia y el factor de acoplamiento n1 y n2 deberan ser considerados para la produccin del disparo y la frmula general para definir el disparo sera: n1 - (n2 x n3 x E x Q) = V x S x Ess (1) En el caso de una carga de 1m empleando una malla cuadrada (que asegura una casi igual distribucin del explosivo) la definicin de consumo especfico, resulta la siguiente: Ce = (c) x x pe 2 4xB Donde: B = c x x pe 4 x Ce2

Factor de impedancia: n1 Factor de acoplamiento: n2 Factor de rotura: n3 Caractersticas del explosivo: E Caractersticas de la roca: Ess Grado de fracturamiento requerido: S

2. 3. 4. 5. 6.

:

mxima dimensin del material disparado por taladro, cuya relacin est dada por la siguiente ecuacin: Es = 64/Dm (m /m )2 3

Esta frmula muestra que para romper un volumen V de roca de superficie de energa especfica Ess, a un tamao definido por la superficie especfica S, requiere de un ingreso de energa E x Q del disparo, la cual toma en cuenta los factores disipadores de energa n1, n2 y n3.

Ejemplos: Las condiciones para el disparo puede sumarse como:

171

CAPITULO 9

Roca: Velocidad ssmica (Vs) : Densidad de roca (Dr) : Impedancia (Ir) : Energa espec. por superficie (Ess) : 4 000 m/s 3 2.600 kg/m 6 -2 -1 10,4 x 10 kg.m .s -3 2 1,47 x 10 MJ/m En taladros de banco el collar o longitud para el taco es igual al burden (40 ) o tambin 1/3 de su longitud total, con lo que se controla en parte la proyeccin de fragmentos, pero en los de crter de baja profundidad, no es posible mantener un largo de taco sin carga explosiva igual al burden pues esto causara deficiente fragmentacin que elevara los costos de fragmentacin secundaria. Lamentablemente una carga colocada muy cerca de la superficie, como la del crter, resulta en elevada proyeccin de fragmentos que se dispersan ampliamente alrededor. En banco la carga explosiva es larga, cilndrica y normalmente ocupa 2/3 de la longitud del taladro, mientras que en crter se emplea una carga concentrada (Point charge) que tcnicamente se supone sea esfrica, pero que en realidad tiene un largo de hasta 6 veces el dimetro del taladro y se coloca a una profundidad crtica, que depende del tipo de roca, del dimetro del taladro y del tipo de explosivo utilizado. Esta profundidad se puede calcular mediante la teora de Crter de Livingston, que se basa en la ecuacin de Energa - tensin. N = E x W x (1/3) : 0,8 Donde: N es la profundidad crtica (en pies) de una carga de peso W (en libras), que justamente causa que la superficie de la roca falle y E es el factor de Energa - tensin estimado empricamente.3

Explosivo: Velocidad de detonacin (VOD) Densidad (d) Impedancia (Ie) Energa especfica (E) : : : : 4 550 m/s 3 1.050 kg/m -6 -2 -1 4,78 x 10 kg.m .s 4,31 mJ/kg

Carga: Relacin entre el dimetro de taladro y dimetro de carga t / c = 1,16

Material roto: Mximo tamao (Dm)

Donde: Es = 64/Dm = 80 m /m C = Es x Ess n1 x n2 x n3 x E =2 3

80 x 1,47 x 10 = 0,31 kg/m 0,86 x 0,68 x 0,15 x 4,31

-3

Segn la frmula con un c = 0,044 m el resultado es: B = c x x pe = 0,044 x 4 x Ce x 1 0 50 4 x 0,31 = 2,26 m

Livingston determin que existe relacin entre la profundidad crtica N a la cual se perciben, los primeros efectos de accin externa en forma de grietas y el peso de la carga explosiva. Modific la ecuacin reduciendo la profundidad de carga para mejorar la fragmentacin, expresndola: do = E W Donde: do W : : : profundidad ptima o distancia desde la superficie al centro de gravedad de la carga se determina con una serie de ensayos, en pies. radio de profundidad (do/N). peso de la carga, en libras.1/3

VOLADURA DE CRTER EN SUPERFICIE Mientras que la voladura de banco se caracteriza por su alta relacin entre dimetro y longitud de taladro, es decir taladros largos con dimetro relativamente pequeo, la voladura de crter es inversa su relacin entre dimetro y longitud es baja, es decir se trata de voladura poco profunda con taladros de dimetro grande.

EFECTOS DE CRATERIZACION EN BANQUEO DE SUPERFICIEEfectos de crateado: 1) 2) 3) Con cebo en el collar. Con cebo en el fondo. Taladro con burden estrecho y carga excesiva.

1 Geometra de voladura de crter

2

Carga = 6 de

3

172

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Los valores usuales dados dependen del valor de E, el cual vara para diferentes caractersticas de rocas. Para estos clculos las pruebas se efectuarn sobre el mismo tipo de roca y explosivo que piense emplearse en produccin. El dimetro del taladro ser el mayor posible (ejemplo 115 mm). Los taladros sern perpendiculares a la cara libre. Las cargas tendrn seis dimetros de longitud (6 ) bien atacadas, prefirindose explosivos densos para roca dura: dinamita, emulsin, hidrogel; mientras que el ANFO, muy poco empleado, slo conviene para roca blanda. Peele, por su parte, en su teora dice que un taladro vertical normal a una superficie horizontal, cargado con explosivo, puede volar el material formando un crter cnico cuya cara forma un ngulo de aproximadamente 45 con dicha superficie. En este caso la lnea de menor resistencia est dada por la profundidad del taladro (L) y el volumen del crter: V = 0,33 x L x p x L2 = L3 En la prctica el volumen de roca movida se toma como: V = mL3 Donde: m : 0,4 para roca suave o friable y 0,9 para roca dura o tenaz.

Voladura de mximo desplazamiento Tambin denominada voladura de gran proyeccin y Overburden cast blasting. Se emplea cuando se requiere deliberantemente desplazar el material disparando mucho ms lejos de lo que normalmente ocurre en la voladura de banco convencional. Se desarroll en la regin carbonfera de Norteamrica para bajar los costos de explotacin de los grandes yacimientos horizontales de carbn, en su mayora cubiertos por una potente capa de roca que en algunos casos pasa de 50 m de espesor, la que debe ser retirada para dejar libre a la capa de carbn para poder explotarla despus. Este mtodo consiste en perforar taladros largos cuyo fondo casi toque la capa de carbn, distribuidos con malla cuadrada ajustada y sobrecargada con explosivos de alta energa y que se disparan por filas con tiempos muy cortos entre taladros, de manera que la salida sea casi simultnea. Esto logra desplazar entre un 50 a 60% del material volado por encima del manto del carbn, depositndolo lejos de la cara libre del banco, de donde es retirado por arrastre mediante una gran pala de cucharn con arrastre por cable. Para este mtodo es importante que los burden sean medidos cuidadosamente, ya que el incremento de ellos puede malograr el propsito de proyeccin al incrementar la resistencia de la roca especialmente en los taladros de la primera fila. En este caso tendra que aumentarse la carga explosiva para dar mayor energa y poder controlar la velocidad y fuerza de impulsin. Frank Chiappetta ha propuesto una frmula de primera aproximacin obtenida mediante estudios con fotografa de alta velocidad, lo que expresa como: Vo = 1,14 x Donde: Vo Energa Donde: D d P : : : dimetro del taladro (cm) 3 densidad del explosivo (g/cm ) potencia absoluta en peso (cal/g) : : : velocidad inicial de un fragmento proyectado desde el frente (m/s) 2 kilocaloras por metro = 0,078 x D x d x P constante del lugar (1,17) 1/3 (Energa)-1,17

El volumen de crteres que puedan abrirse independientemente con cargas de peso constante depender de la profundidad a la que ellas se coloquen, estimndose bsicamente tres niveles. A profundidad crtica donde comienza el levantamiento del terreno, a profundidad ptima donde el volumen de crter resultante es el mximo, y a poca profundidad donde la mayor parte de la energa se va al aire en forma de shock (Air blast). Es tambin importante el adecuado espaciamiento entre taladros para lograr su interaccin. La voladura de crter se emplea eventualmente para la perforacin de pozos, para desbroce de minas, mientras que la proyeccin de fragmento no represente problema, tambin para casos especficos como la destruccin de pistas de aterrizaje clandestino y otros tipos de obras. Tambin se presenta en ocasiones en el banqueo convencional como consecuencia de sobrecarga o de una baja relacin de burden, como se observa en el dibujo. En subterrneo se aplica la voladura de crter en taladros largos, en el mtodo denominado voladura de crteres invertidos en retroceso (Vertical Crter Retreating o VCR). Respecto a seguridad en voladura de crter, as como en la de mximo desplazamiento, e incluso en la convencional con sobrecarga, se debe tener presente la distancia de proteccin o distancia mnima de seguridad para el personal y equipos que se estima con la siguiente frmula prctica: Distancia min = 120 x (cantidad de explosivo a utilizar)

Lineamientos generales para la ejecucin de una voladura Cast blasting: 1. 2. 3. 4. Burden igual al espaciamiento con iniciacin simultnea entre filas. Taco inerte igual al burden. Altura de banco debe ser aproximadamente igual a cuatro veces el burden. Los retardos entre filas debern ser entre 7 y 14 ms por pie de burden.

3

173

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5.

Se debern usar los primeros nmeros de la serie de fulminantes para evitar la dispersin y traslape en la secuencia de encendido. En el interior de los taladros deben emplearse retardos de perodo corto para evitar que los taladros adyacentes corten los cables tendidos en la superficie. Siempre que sea posible, cada fila debe ser iniciada con el mismo nmero de retardo.

8.

Si es necesario el control de la vibracin, retardos de perodo corto, entre 17 y 25 ms, se debern usar entre los taladros de una misma fila.

6.

7.

Esta voladura no se limita a estos yacimientos carbn en Norteamrica, Canad, Sudfrica y Australia o canteras y otras explotaciones donde la proyeccin del material pueda significar ahorro en movimiento de equipo de acarreo como ejemplo. Tambin tiene aplicacin en desbroce y preparacin de minas o en obras viales donde el desplazamiento de la carga sin necesidad de emplear equipo de acarreo resulta conveniente.

VOLADURA DE GRAN PROYECCION (CAST BLASTING)Para desbroce de roca sobre mantos de carbn

Carbn Normal Proyeccin

Cast blasting

VOLADURA DE GRAN PROYECCION (CAST BLASTING)

174

CAPITULO 9

VOLADURA DE GRAN PROYECCION (CAST BLASTING)5 5 4 3 2 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 5 4 3 2 B () (b) Trazo para voladura de mximo desplazamiento (Cast blasting) con el orden de salidas con miliretardos cortos

B (+) (a) H (+)

H ()

Ce ()

Ce (+)

Perfil de una voladura de banco normal (a) y una de gran proyeccin (b). B = burden, H = altura de banco, Ce = carga especfica de columna.

Voladura de tneles y galeras Generalidades Existen dos razones para excavar en subterrneo: a. Para utilizar el espacio excavado (accesos de transporte, almacenaje de materiales diversos, obras de construccin, defensa militar, etc.). Para utilizar el material excavado (explotacin minera).

b.

En ambos casos los tneles forman parte importante de la operacin entera: en construccin subterrnea, como es por ejemplo el caso de obras hidroelctricas, donde son necesarios para tener acceso a las cmaras; en minera, para llegar a los bloques de mineral e iniciar su explotacin, adems de las operaciones de desarrollo y comunicacin interna, pero tambin son abiertos para un propsito en s mismos (tneles carreteros o ferrocarrileros y tneles hidrulicos para transvase de agua). Sus dimensiones, acabados finales, sostenimiento interno y dems aspectos dependen de su funcin. As, un tnel carretero o hidrulico debe tener un buen perfilado por ser para uso permanente, mientras que una galera de explotacin puede quedar con acabado irregular si va a ser abandonada una vez cumplida su misin. Los tneles son abiertos mayoritariamente en tendido horizontal, pero tambin inclinado y en forma vertical. En este ltimo caso, si la excavacin se efecta hacia arriba desde un determinado punto o nivel se denominan chimeneas (Raise shafts) y si es hacia abajo piques (Sink shafts). En ciertas

condiciones de terreno algunos son excavados de modo continuo con mquinas tuneleras de avance rotatorio (Tunel Boring Machines TBM y Raise Boring Machines RBM) pero la gran mayora se hacen en forma discontinua, por fases. Es as conocido que los tneles y el banqueo en canteras o tajos son las operaciones de mayor consumo de explosivos con perforacin y voladura, cubriendo una gran variedad de tipos de roca y geometras de disparo. Las rocas pueden ser desde suaves como el yeso, intermedias como la caliza, hasta extremadamente duras como granito y basalto y de sus condiciones estructurales depende el acabado final y la necesidad o no de sostenimiento adicional cuando no pueden mantener su estabilidad. La seccin de los tneles puede variar entre 9 m hasta ms de 2 100 m , mientras que la cara de los bancos vara entre 5 a 40 m de altura. Los dimetros de taladro en tneles van de 32 mm a 51 mm y en banco de 51 mm a 165 mm, incluso hasta 310 mm, lo que muestra un amplio rango de parmetros a considerar. En rocas competentes los tneles con secciones menores de 2 100 m pueden excavarse a seccin completa en un solo paso, mientras que la apertura de grandes tneles, donde la seccin resulta demasiado amplia, o donde las caractersticas geomecnicas de la roca no permiten la excavacin a seccin completa, el mtodo usual consiste en dividir el tnel en dos partes: la superior o bveda que se excava como una galera de avance horizontal, y la inferior que se excava por banqueo convencional en forma retrasada con respecto al avance de la bveda. Este banqueo puede efectuarse con taladros verticales o ligeramente inclinados perforados con trackdrill, o con taladros horizontales en cuyo caso se utilizar el mismo equipo perforador jumbo empleado para la bveda.2

175

CAPITULO 9

Cuando la calidad de la roca es mala, puede ser necesario dividir el tnel en varias secciones, por lo general abriendo primero una galera piloto desde la que se ataca hacia el techo y los flancos. Con mtodos de perforacin y voladura, el ciclo bsico de excavacin comprende las siguientes operaciones: Perforacin de los taladros. Carga de explosivo y tendido del sistema de iniciacin. Disparo de la voladura. Evacuacin de los humos y ventilacin del rea del trabajo. Desprendimiento de rocas aflojadas, resaltos y lomos, que hayan quedado remanentes despus del disparo (desquinche). Eventual eliminacin de tacos quedados resultantes de tiros fallados. Carguo y transporte del material arrancado. Eventual disparo adicional para rotura secundaria de pedrones sobredimensionados. Medicin del avance logrado, control de alineamiento y nivelacin, replanteo de taladros para el siguiente disparo.

-

Sistema de ventilacin.

A diferencia del banqueo donde se cuenta con dos o ms caras libres para la salida de la voladura, en tunelera la nica cara libre disponible es la del frontn, que es tambin la nica superficie factible para la perforacin. Debido a su longitud en relacin con la relativamente pequea seccin transversal del tnel, los taladros solamente pueden ser perforados en forma perpendicular a la cara libre (a lo ms con pequea inclinacin). En tales condiciones los tiros no pueden arrancar la roca tal como podran hacerlo si estuvieran dispuestos en planos paralelos a la cara como en la voladura de bancos. Esta dificultad se subsana dedicando un cierto nmero de taladros (que se disparan primero) especficamente para abrir una cavidad inicial cuyas paredes actuarn como caras libres para los tiros subsiguientes, lo que se denomina el corte o arranque. Otro aspecto importante es en razn de que los tneles, cualquiera que haya sido su motivo de apertura, terminan siendo vas de trnsito permanente, por lo que es indispensable que las rocas de las paredes y techo sean estable y no estn sometidas a excesivas tensiones. Cuanto ms heterognea o fisurada sea la roca, el perfil perimetral ser ms irregular e inestable, sujeto a desprendimientos y desplomes imprevistos. Una forma de limitar o controlar este inconveniente es mediante voladura de contorno o perifrica con salida controlada, denominada precorte o recorte y finalmente un cementado (Grouting). Para efectos de voladura el frontn de un tnel de pequea a mediana envergadura se divide en tres reas: la de corte o arranque, la de ncleo o destroza y la de corona o contorno. Estas se disparan en tres etapas: corte, ncleo, contorno, con tiros individuales espaciados en tiempo de modo tal que actan en conjunto, aparentemente en forma instantnea, pero con salidas ordenadas secuencialmente para permitir el desplazamiento del material fragmentado. Los tneles de gran seccin se atacan en dos fases, la primera que comprende la parte superior (Top heading) de la manera descrita anteriormente y la segunda, que comprende a la parte inferior que se dispara por banqueo, normalmente por tajadas verticales secuenciadas.

-

El esquema o forma en que se ataca el frente de los tneles y galeras, es decir el mtodo de avance, depende de diversos factores: Equipo de perforacin empleado (parmetro bsico es el dimetro de taladro). Tiempo disponible para la ejecucin. Tipo de roca y condiciones del frontn. Tipo de sostenimiento necesario.

PARALELO ENTRE VOLADURA DE TUNELES Y VOLADURA DE BANCOS

Contorno c Ncleo

c b

c

b b Corte a

a

a

Banco

B

B

176

CAPITULO 9

La nica superficie libre en voladura de tneles, piques o chimeneas viene a ser el frente de ataque, por lo que sta se efecta en condiciones de gran confinamiento. Cuanto ms pequea sea el rea del frente, la roca estar ms confinada, requirindose por tanto mayor carga especfica de explosivo 3 por m a romper cuanto ms reducida sea la seccin a volar. Como las dimensiones del burden y espaciamiento son cortas, especialmente en el rea del arranque, los explosivos debern ser lo suficientemente insensibles para evitar la transmisin de la detonacin por simpata, pero s tener una velocidad de detonacin lo suficientemente elevada, superior a 3 000 m/s para evitar el efecto canal en los explosivos encartuchados dentro de taladros de mayor dimetro (fenmeno que consiste en que los gases de explosin empujan al aire alojado entre la columna de explosivo y la pared de taladro, comprimiendo a los cartuchos por delante del frente de la onda de choque y aumentando su densidad al punto de hacerlos insensibles a detonacin). Por ejemplo, el rea de ncleo que es comparable geomtricamente a las voladuras de banco, requiere cargas

especficas de explosivo de entre cuatro y diez veces superiores, sea por disponerse de menor espacio para esponjamiento o naturales errores de perforacin. Cortes o arranques El principio de la palabra voladura de tneles reside, por tanto, en la apertura de una cavidad inicial, denominada corte, cuele o arranque, destinada a crear una segunda cara libre de gran superficie para facilitar la subsiguiente rotura del resto de la seccin, de modo que los taladros del ncleo y de la periferia pueden trabajar destrozando la roca en direccin hacia dicha cavidad. Al formarse la cavidad el frente cerrado del tnel se transforma en un banco anular, donde los factores de clculo para el destroce sern semejantes a los empleados en un banco de superficie, pero como ya se mencion, exigiendo cargas considerablemente mayores para desplazar el material triturado.

FORMACION DE LA CAVIDAD DE UN FRENTE

3 2 3 4 2 1 5 (B) 1 (A) (C) 2 3 4 5 1 5 4

Segn las dimensiones de un tnel y el dimetro de los taladros, el rea de la cavidad de arranque puede ser de 1 a 2 2 m , normalmente adecuada para facilitar la salida de los taladros del ncleo hacia ella, pero con taladros de dimetros 2 mayores el rea necesaria puede llegar a 4 m . La profundidad del corte deber ser igual a la estimada para el avance del disparo, cuando menos. La ubicacin influye en la facilidad de proyeccin del material roto, en el consumo de explosivo y el nmero de taladros necesarios para el disparo. Por lo general, si se localiza cerca de uno de los flancos (a) se requerir menos taladros en el frontn; cerca al techo (b) proporciona buen desplazamiento y centrado de la pila de escombros, pero con mayor consumo de explosivo; al piso (c) es conveniente slo cuando el material puede caer fcilmente por desplome. En general, la mejor ubicacin es al centro de la seccin ligeramente por debajo del punto medio (d). Mtodos de corte Corresponden a las formas de efectuar el disparo en primera fase para crear la cavidad de corte, que comprenden dos grupos:

1. 2.

Cortes con taladros en ngulo o cortes en diagonal. Cortes con taladros en paralelo.

UBICACIN DEL ARANQUE

b a

d c

a

177

CAPITULO 9

Cortes en diagonal 1. La efectividad de los cortes en diagonal consiste en que se preparan en forma angular con respecto al frente del tnel, lo que permite que la roca se rompa y despegue en forma de descostre sucesivo hasta el fondo del disparo. Cuanto ms profundo debe ser el avance, ms taladros diagonales deben ser perforados en forma escalonada, uno tras otro conforme lo permita el ancho del tnel. Estos cortes se recomiendan sobre todo para roca muy tenaz o plstica por el empuje que proporcionan desde atrs. Tambin para las que tienen planos de rotura definidos, ya que dan mayor alternativa que el corte paralelo para atacarlas con diferentes ngulos. En su mayora se efectan con perforadoras manuales y su avance por lo general es menor en profundidad que con los cortes en paralelo (45 y 50% del ancho del tnel), pero tienen a su favor la ventaja de que no se congelan o sinterizan por exceso de carga o inadecuada distancia entre taladros, como ocurre frecuentemente con los cortes paralelos. Es indispensable que la longitud y direccin de los taladros sean proyectadas de tal forma que el corte se ubique simtricamente a una lnea imaginaria y que no se perfore excesivamente. Se disponen por parejas, debiendo tender casi a juntarse en la parte ms profunda para permitir un efecto combinado de las cargas, esto especialmente en rocas difciles de romper (duras, estratificadas, etc.). Son ms incmodos para perforar porque el operador tiene que ver imaginariamente cmo estn quedando ubicados y orientados los taladros, para evitar que se intercepten. Respecto a la carga explosiva, los taladros de arranque, es decir los ms cercanos a la cara libre, no requieren una elevada densidad. sta puede disponerse ms bien en los ms profundos para tratar de conseguir alguna rotura adicional que compense la natural limitacin del avance debido a la propia perforacin. Estos cortes son mayormente aplicados en tneles y galeras de corta seccin con taladros de pequeo dimetro. Los consumos promedio varan en cifras tan extremas como 3 0,4 a 1,8 kg/m . Adems de tneles, los cortes angulares especialmente en cua y abanico permiten abrir la rotura inicial en frentes planos sin cara libre, como es el caso de apertura de zanjas, pozos, etc. Estos cortes pueden clasificarse en tres grupos: Corte en cua de ejecucin vertical (Wedge cut), corte en cua de ejecucin horizontal (v o w) y corte piramidal. En los tres casos los taladros son convergentes hacia un eje o hacia un punto al fondo de la galera a perforar. Corte en abanico (Fan cut) con diferentes variantes. En este caso los taladros son divergentes respecto al fondo de la galera. Cortes combinados de cua y abanico o paralelo y abanico.

2.

3.

La geometra de arranque logrado con los cortes angulares bsicos se muestra en las figuras subsiguientes: 1. Corte en pirmide o diamante (Center cut)

Comprende a cuatro o ms taladros dirigidos en forma de un haz convergente hacia un punto comn imaginariamente ubicado en el centro y fondo de la labor a excavar, de modo que su disparo instantneo crear una cavidad piramidal. Este mtodo requiere de una alta concentracin de carga en el fondo de los taladros (pex de la pirmide). Se le prefiere para piques y chimeneas. Segn la dimensin del frente puede tener una o dos pirmides superpuestas. Con este corte se pueden lograr avances de 80% del ancho de la galera; su inconveniente es la gran proyeccin de escombros a considerable distancia del frente. 2. Corte en cua o en v (Wedge cut)

Comprende a cuatro, seis o ms taladros convergentes por pares en varios planos o niveles (no hacia un solo punto) de modo que la cavidad abierta tenga la forma de una cua o trozo de pastel. Es de ejecucin ms fcil aunque de corto avance especialmente en tneles estrechos, por la dificultad de perforacin. La disposicin de la cua puede ser en sentido vertical horizontal. El ngulo adecuado para la orientacin de los taladros es de 60 a 70. Es ms efectivo en rocas suaves a intermedias, mientras que el de la pirmide se aplica en rocas duras o tenaces.

CORTE EN PIRAMIDE O DIAMANTE

A2

A1

A2

A1

178

CAPITULO 9

CORTE EN CUA O EN VA2

A1

A2

A1

3.

Corte en cua de arrastre (Drag o Draw cut)

sea por desplome. Se emplea poco en tneles, ms en minas de carbono en mantos de roca suave.

Es prcticamente un corte en cua efectuado a nivel del piso de la galera de modo que el resto del destroce de la misma

CORTE EN CUA DE ARRASTREB1 B1

B2

B2

4.

Corte en abanico (Fan cut)

6.

Cortes en paralelo

Es similar al de arrastre pero con el corte a partir de uno de los lados del tnel, disponindose los taladros en forma de un abanico (divergentes en el fondo). Tambin se le denomina corte de destroce porque se basa en la rotura de toda la cara libre o frente de ataque del tnel. Poco utilizado, requiere cierta anchura para conseguir avance aceptable. 5. Corte combinado de cua y abanico

Como su nombre lo indica, se efectan con taladros paralelos entre s. Se han generalizado por el empleo cada vez mayor de mquinas perforadoras tipo Jumbo, que cuentan con brazos articulados en forma de pantgrafo para facilitar el alineamiento y dar precisin en la ubicacin de los mismos en el frente de voladura. Los taladros correspondientes al ncleo y a la periferia del tnel tambin son paralelos en razn de que es virtualmente imposible perforar en diagonal con estas mquinas. Todos tienen la misma longitud llegando al pretendido fondo de la labor.

Usualmente recomendado para roca tenaz y dura, hasta elstica. til y muy confiable, aunque es difcil de perforar.

179

CAPITULO 9

CORTE EN ABANICOA1 2 1

1 A1 A2

2 A2

El principio se orienta a la apertura de un hueco central cilndrico, que acta como una cara libre interior de la misma longitud que el avance proyectado para el disparo. La secuencia de voladura comprende tres fases; en la primera son disparados casi simultneamente los taladros de arranque para crear la cavidad cilndrica; en la segunda los taladros de ayuda del ncleo rompen por colapso hacia el eje del hueco central a lo largo de toda su longitud, ampliando casi al mximo de su diseo la excavacin del tnel, tanto hacia los flancos como hacia el fondo; por ltimo salen los taladros de la periferia (alzas, cuadradores y arrastres del piso) perfilando el tnel con una accin de descostre. El perfil o acabado final de la pared continua del tnel depende de la estructura geolgica de la roca, bsicamente de su forma y grado de fisuramiento natural (clivaje, diaclasamiento, estratificacin) y de su contextura. El hueco central debe tener suficiente capacidad para acoger los detritos creados por el disparo de los primeros taladros de ayuda cercanos, teniendo en cuenta el natural esponjamiento de la roca triturada, de modo que se facilite la expulsin (Trow) del material de arranque, despus de las segundas ayudas y los taladros perifricos. Para diferentes dimetros de taladros se requieren diferentes espaciamientos entre ellos.

Si la carga explosiva es demasiado baja el arranque no romper adecuadamente, y si es muy elevada la roca puede desmenuzarse y compactar malogrando el corte lo que afectar todo el disparo. Adems del corte cilndrico con taladros paralelos se efectan otros esquemas, como corte paralelo escalonado, con el que se procura conseguir un hueco o tajada inicial de geometra cuadrangular y de amplitud igual al ancho de la labor, cuyo desarrollo comprende un avance escalonado o secuencial por tajadas horizontales o escalones, con taladros de longitudes crecientes intercalados, que se disparan en dos fases; una primera que comprende taladros al piso perforados y cargados en toda su longitud desde la cara libre hasta el fondo de avance, superpuestos a espacios determinados por otros distribuidos en planos cada vez ms cortos hasta llegar al techo con una longitud promedio de 30 a 60 cm, y una segunda inversa con los taladros ms largos al techo, terminando con los ms cortos al piso. El disparo de la primera fase rompe la mitad del tnel por desplome, dejando un plano inclinado como segunda cara libre, sobre la que actuarn los taladros de la segunda fase por accin de levante. Estos cortes son adecuados para rocas estratificadas, mantos de carbn, rocas fisuradas o incompetentes. Tipos de cortes paralelos

Es importante la precisin de la perforacin para mantener estos espacios y evitar la divergencia o convergencia de los taladros en el fondo con lo que puede variar el factor de carga. La densidad y distribucin de la columna de explosivo, en muchos casos reforzada, as como la secuencia ordenada de las salidas son determinantes para el resultado del corte. Usualmente los taladros de arranque se disparan con retardos de milisegundos y el resto del tnel con retardos largos, aunque en ciertos casos el uso de microretardos puede ser contraproducente. Estos cortes son aplicados generalmente en roca homognea y competente, son fciles y rpidos de ejecutar pero como contraparte no siempre dan el resultado esperado, ya que cualquier error en la perforacin (paralelismo y profundidad), en la distribucin del explosivo o en el mtodo de encendido se reflejar en mala formacin de la cavidad, o en la sinterizacin (aglomeracin) de los detritos iniciales que no abandonan la cavidad a su debido tiempo, perjudicando la salida de los taladros restantes.

Los esquemas bsicos con taladros paralelos son: Corte quemado. Corte cilndrico con taladros de alivio. Corte escalonado por tajadas horizontales.

Todos ellos con diferentes variantes de acuerdo a las condiciones de la roca y la experiencia lograda en diversas aplicaciones. Corte quemado Comprende a un grupo de taladros de igual dimetro perforados cercanamente entre s con distintos trazos o figuras de distribucin, algunos de los cuales no contienen carga explosiva de modo que sus espacios vacos actan como caras libres para la accin de los taladros con carga explosiva cuando detonan.

180

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CORTE EN PARALELOB1

B1

B2

B2

CORTE EN PARALELOB1 B1 (Primera salida) 9 7 5 3 1 17 B2 11 13 15 9 7 5 3 1

1

1

13 17

10 12

10 13 12 17

2

17 14 2 17 16 18 17

14 17 16 17 17 18 (Segunda salida) B2

El diseo ms simple es de un rombo con cinco taladros, cuatro vacos en los vrtices y uno cargado al centro. Para ciertas condiciones de roca el esquema se invierte con el taladro central vaco y los cuatro restantes cargados. Tambin son usuales esquemas con seis, nueve y ms taladros con distribucin cuadrtica, donde la mitad va con carga y el resto vaco, alternndose en formas diferentes, usualmente tringulos y rombos. Esquemas ms complicados, como los denominados cortes suecos, presentan secuencias de salida en espiral o caracol.

Nota: Como los taladros son paralelos y cercanos, las concentraciones de carga son elevadas, por lo que usualmente la roca fragmentada se sinteriza en la parte profunda de la excavacin (corte), no dndose as las condiciones ptimas para la salida del arranque, como por lo contrario ocurre con los cortes cilndricos. Los avances son reducidos y no van ms all de 2,5 m por disparo, por lo que los cortes cilndricos son preferentemente aplicados.

EJEMPLOS DE CORTE QUEMADO

(a)

(b)

(c)

(d)

181

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EJEMPLOS DE ARRANQUES PARA ELIMINAR EL EFECTO DE SIMPATIA ENTRE LOS TALADROS

2

1

3

(a)

(b)

(c)

12 3 2 1 1 4 6 1,15 (d) Corte en espiral (e) Corte Coromat (f) Corte en doble espiral 4 b 11 9 2 1,3 m 8 3 5 1,8 m 10 a 3 1 6 4 5 2

c 7

5

0,7 0,9

Corte cilndrico Este tipo de corte mantiene similares distribuciones que el corte quemado, pero con la diferencia que influye uno o ms taladros centrales vacos de mayor dimetro que el resto, lo que facilita la creacin de la cavidad cilndrica. Normalmente proporciona mayor avance que el corte quemado. En este tipo de arranque es muy importante el burden o distancia entre el taladro grande vaco y el ms prximo

cargado, que se puede estimar con la siguiente relacin: B = 0,7 x dimetro del taladro central (el burden no debe confundirse con la distancia entre centros de los mismos, normalmente utilizada). En el caso de emplear dos taladros de gran dimetro la relacin se modifica a: B = 0,7 x 2 dimetro central. Una regla prctica indica que la distancia entre taladros debe ser de 2,5 dimetros.

DISTANCIA ENTRE EL TALADRO CENTRAL VACIO Y LOS TALADROS DE ARRANQUE

B

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Cmo determinar los clculos para perforacin y carga 1. Estime un dimetro grande en relacin con la profundidad de taladro que permita al menos un avance de 95 % por disparo. Como alternativa perfore varios taladros de pequeo dimetro de acuerdo con la siguiente frmula: 1 = 2 x (n) Donde: 1 2 n 2. : : : dimetro grande supuesto. dimetro grande empleado. nmero de taladros grandes.

B A 3.

: :

burden mximo, en m. ancho de apertura o laboreo, en m.

Siempre calcule la desviacin de la perforacin, para lo cual una frmula adecuada es la siguiente: F = B (0,1 0,03 H) Donde: F B H : : : desviacin de la perforacin, en m. burden mximo, en m. profundidad del taladro, en m.

Para obtener el burden prctico, reducir el burden mximo por la desviacin de la perforacin (F). 4. Siempre perfore los taladros segn un esquema estimado. Un taladro demasiado profundo deteriora la roca, y uno demasiado corto deja que parte de la roca no se fracture. As, las condiciones desmejoran para la siguiente ronda disminuyendo el avance por disparo como resultado final. Calcule siempre las cargas en relacin con el mximo burden y con cierto margen de seguridad. Seleccione el tiempo de retardo de manera que se obtenga suficiente tiempo para que la roca se desplace. Los dos primeros taladros son los ms importantes. Factores a considerar para conseguir ptimo resultado cuando se emplean cortes paralelos.

Calcule el burden mximo en relacin con el dimetro grande de acuerdo a la siguiente frmula: Primer cuadriltero: B ~ (1,5 x ) Donde: B : : burden mximo = distancia del hueco grande al hueco pequeo, en m. dimetro del hueco grande.

5.

6.

Para cuadrilteros subsiguientes: B~A Donde: 7.

TRAZOS DE ARRANQUE PARA TUNELES

0

12

0

6

0

6

0

6

0

6

0

24

0

8

0

24

Leyenda Taladro cargado o de produccin :

Taladro de alivio sin carga explosiva : 0 8 0 8

183

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TRAZOS DE ARRANQUES PARA TUNELES

0

8

0

24

0

24

0

24

0

30

0

10

0

32

0

32

0

13

0

8

0

8

0

12

0

9

0

26

0

12

0

8

0

20

0

12

0

12

0

14

Leyenda Taladro cargado o de produccin :

0

12

Taladro de alivio sin carga explosiva : 0 8

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EJEMPLOS DE FASES DE EXCAVACION CON ARRANQUE PARALELO ESCALONADO Y ALTERNADO ESCALONADO0,5 m 14 3,5 m 8 7 6 11 10 5 11 4 12 3 2 13 12 1 1 14 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 9 8 10 14 7 6 14 5 4 3 14 15 2 1 1 3,5 m

10 11 11 12 12 13 14

14

14 15

13 3,5 m

45 B 6 5 4 3 2 1 0 0 2 1 4 3 6 5

EXCAVACION

A. Corte de arranque

B. Primer corte

C. Segundo corte

D. Tercer corte

E. Cuarto corte

F. Corte final

185

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Diseo bsico para voladura subterrnea en tnel El trazo o diagrama de distribucin de taladros y de la secuencia de salida de los mismos presenta numerosas alternativas, de acuerdo a la naturaleza de la roca y a las caractersticas del equipo perforador, llegando en ciertos casos a ser bastante complejo. Como gua inicial para preparar un diseo bsico de voladura en tnel mostramos el ya conocido mtodo de cuadrados y rombos inscritos, con arranque por corte quemado en rombo, y con distribucin de los taladros y su orden de salida.

DISTRIBUCION DE TALADROS8 7 6 4 5 3 5 4 6 5 Distribucin 2 3 5 2 4 18 6 Salidas 17 19 2 5 3 2 3 5 6 5 4 5 10 1 2 7 3 9 14 7 6 15 8 4 6 11 16

5

Distribucin y denominacin de taladros Los taladros se distribuirn en forma concntrica, con los del corte o arranque en el rea central de la voladura, siendo su denominacin como sigue: a. Arranque o cueles Son los taladros que se disparan primero, para formar la cavidad inicial. Por lo general se cargan de 1,3 a 1,5 veces ms que el resto. b. Ayudas Son los taladros que rodean a los taladros de arranque y forman las salidas hacia la cavidad inicial. De acuerdo a la dimensin del frente vara su nmero y distribucin comprendiendo a las primeras ayudas (contracueles), segunda y terceras ayudas (taladros de destrozo o franqueo). Salen en segundo trmino. c. Cuadradores Son los taladros laterales (hastales) que forman los flancos del tnel. d. Alzas o techos Son los que forman el techo o bveda del tnel. Tambin se les denominan taladros de la corona. En voladura de recorte o Smooth blasting se disparan juntos alzas y

cuadradores, en forma instantnea y al final de toda la ronda, denominndolos en general, taladros perifricos. e. Arrastre o pisos Son los que corresponden al piso del tnel o galera; se disparan al final de toda la ronda. Nmero de taladros El nmero de taladros requerido para una voladura subterrnea depende del tipo de roca a volar, del grado de confinamiento del frente, del grado de fragmentacin que se desea obtener y del dimetro de las brocas de perforacin disponibles; factores que individualmente pueden obligar a reducir o ampliar la malla de perforacin y por consiguiente aumentar o disminuir el nmero de taladros calculados tericamente. Influyen tambin la clase de explosivo y el mtodo de iniciacin a emplear. Se puede calcular el nmero de taladros en forma aproximada mediante la siguiente frmula emprica: Ntal. = 10 x (A x H) Donde: A H Ejemplo Para un tnel de 1,80 m x 2,80 m = 5,04 m2

: :

ancho de tnel. altura del tnel.

186

CAPITULO 9

Ntal. = 5 x 10 = 2,2 x 10 = 22 taladros O en forma ms precisa con la relacin: N t = (P/dt) + (c x S ) Donde: P : circunferencia o permetro de la seccin del tnel, en m, que se obtiene con la frmula: P = (A x 4) dt : distancia entre los taladros de la circunferencia o perifricos que usualmente es de: DISTANCIA ENTRE TALADROS (m) 0,50 a 0,55 0,60 a 0,65 0,70 a 0,75

tnel para que sus topes permitan mantener la misma amplitud de seccin en la nueva cara libre a formar. Longitud de taladros Ser determinada en parte por el ancho til de la seccin, el mtodo de corte de arranque escogido y por las caractersticas del equipo de perforacin. Con corte quemado puede perforarse hasta 2 y 3 m de profundidad, mientras que con corte en V slo se llega de 1 a 2 m de tneles de pequea seccin. Para calcular la longitud de los taladros de corte en V, cua o pirmide se puede emplear la siguiente relacin: L = 0,5 x (S)

DUREZA DE ROCA Tenaz Intermedia Friable

Donde: S : es la dimensin de la seccin del tnel en m .2

Cantidad de Carga Depende de la tenacidad de la roca y de la dimensin del frente de voladura. Influyen: el nmero, dimetro y profundidad de los taladros y el tipo de explosivo e iniciadores a emplear. Se debe tener en cuenta que la cantidad de explosivo por metro cuadrado a volar disminuye cuanto ms grande sea la seccin del tnel, y tambin que aumenta cuanto ms dura sea la roca. En trminos generales puede considerarse los siguientes factores en kilogramo de explosivos por metro cbico de roca. En minera los consumos de dinamita varan generalmente 3 entre 300 a 800 g/m . Como generalidad, pueden considerar los siguientes factores para: Factor 3 (kg/m ) 1,5 a 1,8 1,3 a 1,5 1,1 a 1,3 1,0 a 1,2

c

:

coeficiente o factor de roca, usualmente de: COEFICIENTE DE ROCA (m) 2,00 1,50 1,00

DUREZA DE ROCA Tenaz Intermedia Friable

S

:

dimensin de la seccin del tnel en m (cara libre)

2

Ejemplo: Para el mismo tnel de 5 m de rea, en roca intermedia, donde tenemos: P dt c S = = = = 4 x (5) = 4 x 2,2 = 8,8 0,6 1,5 2 5m2

Tipo de roca Muy difciles Difciles Fciles Muy fciles

Aplicando la frmula: Nt = (P/dt) + (c x S), Tenemos: (8,8/0,6) + (1,5 x 5) = 14,7 + 7,5 = 22 taladros. Distancia entre Taladros Se determinan como consecuencia del nmero de taladros y del rea del frente de voladura. Normalmente varan de 15 a 30 cm entre los arranques, de 60 a 90 cm entre los de ayuda, y de 50 a 70 cm entre los cuadradores. Como regla prctica se estima una distancia de 2 pies (60 cm) por cada pulgada del dimetro de la broca. Los taladros perifricos (alzas y cuadradores) se deben perforar a unos 20 a 30 cm del lmite de las paredes del tnel para facilitar la perforacin y para evitar la sobrerotura. Normalmente se perforan ligeramente divergentes del eje del En donde podemos considerar: Rocas muy difciles: granito, conglomerado, arenisca. Rocas difciles: arenisca sacaroide, arena esquistosa. Rocas fciles: esquisto, arcilla, esquistos arcillosos, lutita. Rocas muy fciles: arcilla esquistosa o rocas muy suaves.

Valores estimados para galera con una sola cara libre, para disparos con 2 caras libres se pueden considerar valores de 0,4 3 a 0,6 kg/m . Distribucin de la carga a. Movimiento de roca Volumen (V) = S x L

187

CAPITULO 9

Donde: V S L : : : volumen de roca. 2 dimensin de la seccin, en m . longitud de taladros, en m. Tonelaje (t) = (V) x Donde: : densidad de roca, usualmente de 1,5 a 2,5 (ver tablas). 5. 6.

DIMETRO DE TALADRO (mm) 30 40 50

CARGA ESPECFICA 3 (kg/m ) 1,1 1,3 1,5

Concentracin de carga de columna (CC) = 0,5 x CF, en 3 kg/m . Longitud del taco (T) = 0,5 x B, (en arrastres 0,2 x B).

b.

Cantidad de carga (Qt) = V x kg/m3

El esquema geomtrico general de un corte de cuatro secciones con taladros paralelos se indica en la siguiente figura.

Donde: V 3 kg/m c. : : volumen estimado, en m . 3 carga por m (cuadro posterior)3

ESQUEMA GEOMETRICO DE ARRANQUEB4

Carga promedio por taladro Qt/Ntal.

D1

Donde: Qt Ntal. : : carga total de explosivo, en kg. nmero de taladros.

B1

D2 B2

B3

En la prctica, para distribuir la carga explosiva, de modo que el corte o cual sea reforzado, se incrementa de 1,3 a 1,6 veces la carga promedio en los taladros del arranque, disminuyendo en proporcin las cargas en los cuadradores y alzas (que son los que menos trabajan, ya que actan por desplome). Caractersticas de los taladros de destroce Resumen 1. 2. 3. 4. Carga de fondo = L/3, donde L = longitud del taladro (para las alzas: L/6). Burden (B) no mayor de (L 0,40)/2. Espaciamiento (E) = 1,1 x B hasta 1,2 x B (en los cuadradores). Concentracin de carga de fondo (CF) para: La distancia entre el taladro central de alivio y los taladros de la primera seccin no debera exceder de 1,7 x D2 (D2 es el dimetro del taladro de alivio y D1 el de produccin) para obtener una fragmentacin y salida satisfactoria de la roca. Las condiciones de fragmentacin varan mucho, dependiendo del tipo de explosivo, caractersticas de la roca y distancia entre los taladros cargados y vacos. Para un clculo ms rpido de las voladuras de tnel con cortes de taladros paralelos de cuatro secciones se puede aplicar la siguiente regla prctica: Una regla prctica para determinar el nmero de secciones es que la longitud del lado de la ltima seccin B sea igual o mayor que la raz cuadrada del avance: SECCION DEL CORTE Primera Segunda Tercera Cuarta VALOR DE BURDEN B1 = 1,5 x D2 B2 = B1 x 2 B3 = 1,5 x B2 x 2 B4 = 1,5 x B3 x 2 LADO DE LA SECCION B1 x 2 1,5 x B2 x 2 1,5 x B3 x 2 1,5 x B4 x 2

Profundidad de los taladros Donde: En el corte de cuatro secciones, la profundidad de los taladros puede estimarse con la siguiente expresin: L 2 : :

L = 0,15 + (34,1 x 2)- (39,4 x ( 2) ) longitud de taladro, en m. dimetro del taladro de alivio, en mm.

2

188

CAPITULO 9

Cuando se utilizan varios taladros vacos, la ecuacin sigue vlida haciendo 2 = 1 (N tal.) Donde: 2 N tal. 1 : : : dimetro de los taladros vacos, en m. nmero de taladros. dimetro de taladros de produccin, en m.

C

:

distancia entre los taladros de circunferencia en metros 0,5 para roca dura 0,6 para roca intermedia (andesita por ejemplo) 0,7 para roca blanda dimensin de la seccin en m (10,44 m ) coeficiente: 2 para roca dura 1,5 para roca intermedia 1 para roca blanda2 2

S K

: :

La concentracin lineal de carga para los taladros del arranque se calcula a partir de la siguiente expresin: q1 = 55 x 1 (B/2) Donde: q1 1 2 B C PRPANFO : : : : : : concentracin lineal de carga, en kg/m. dimetro de produccin, en m. dimetro del taladro de alivio, en m. dimensin del burden, en m. constante de la roca. potencia relativa en peso del explosivo referido al ANFO.1,5

x (B 2/2)(c/0,4)(1/PRPANFO)

Luego Ntal. = 12,9/0,6 + 1,5 x 10,44 = 37,2 = 37 taladros mximo (cantidad que podr ser disminuida si las condiciones del terreno lo permiten) 3. Cantidad de carga (factor)

De acuerdo a las secciones del tnel y dureza de la roca, se 3 obtiene el promedio en kg de explosivo utilizado por m de roca movida para cada metro de avance, tenindose los siguientes casos para roca intermedia: (a) 1 a 5 m2

:2

2,2 a 1,8 kg/m 1,8 a 1,4 kg/m 1,4 a 1,0 kg/m 1,0 a 0,8 kg/m

3

La potencia es, desde el punto de vista de aplicacin industrial, una de las propiedades ms importantes, ya que define la energa disponible para producir efectos mecnicos, entre otros y la podramos obtener de la siguiente frmula: PRPANFO = ((d Vd ) / (dANFO x V Donde: d Vd dANFO VANFO = = = = densidad de explosivo (g/cm ) velocidad de detonacin del explosivo (m/s) 3 densidad del ANFO (g/cm ) velocidad de detonacin del ANFO (m/s)3 2 2 ANFO

(b) 5 a 10 m

:2

3

(c) 10 a 20 m (d) 20 a 40m

: :

3

))

1/3

2

3

De acuerdo a los valores en (b) podemos considerar un 3 promedio de 1,6 kg/m para la seccin prevista, lo que da un consumo estimado por disparo de: 1,6 kg/m x 25 m = 40 kg/m Siendo el factor de carga por taladro de: 40/37 = 1,08 kg/m por taladro.3 3 3 3

Ejemplo de clculo para voladura de tnel Clculo para excavacin de un tnel de 1.400 m con 10,44 m de seccin, recta con perfil convencional sin recorte perifrico, en roca andestica, a perforar con taladros de 1 1/4" (32 mm) y 2,40 m de longitud, corte cilndrico con taladros paralelos. Explosivo, Semexsa 65 de 1 1/8" x 7", encendido con detonadores no elctricos de retardo corto para el arranque y de medio segundo para el ncleo. Clculo de carga Cantidad de explosivo 1. Volumen de material a mover por disparo V : S x p (rea de la seccin por profundidad de taladro)3 2

Segn este factor el nmero promedio de cartuchos por taladros con Semexsa 65 en 1 1/8 x 7" y con 116 gramos de peso, ser de: 1 080 / 116= 9,3 cartucho por taladro y: 9,3 x 37 taladros = 344 cartuchos por disparo teniendo la caja de 3 Semexsa 65, 25 kg/m , 215 cartuchos en promedio, el consumo de cajas por disparo ser de: 344/215 = 1,6 cajas. Por tanto, el consumo total para el tnel de 1 400 m solamente con Semexsa ser de: Longitud de taladro = 2,40 m Avance por disparo, considerando una eficiencia de 90% = 2,10m Nmero total de disparos: 1.400 / 42,10 m = 666 Total de cajas a emplear: 1,60 x 666 = 1 065,5 =1 066 cajas Distribucin de la carga por taladros

V = 10, 44 x 2,40 m = 25 m de roca por disparo. 4. 2. Nmero de taladros por seccin Ntal. Donde: R : circunferencia de la seccin en metros S x 4 = 10,44 x 4 = 12,9 : (R/C) + (K x S);

Normalmente la longitud de la columna explosiva vara de 1/2 a 2/3 de la longitud total del taladro (1,20 a 1,60 m en este caso), con la carga concentrada al fondo. Para asegurar el corte de arranque es recomendable cargar los taladros de arranque 1,3 a 1,6 veces el promedio calculado, las ayudas 1,1 vez y disminuir proporcionalmente la carga en el resto de taladros.

189

CAPITULO 9

Ejemplo: Si el trazo de arranque lleva cuatro taladros cargados y ocho ayudas, la distribucin ser: Carga promedio por taladro 1,08 (anterior) Arranques = 1,08 x 1,3 = 1,40 kg x 4 taladros = 5,6 kg Ayudas = 1,08 x 1,1 = 1,18 kg x 8 taladros = 9,44 kg Cuadradores = 1,40 - 1,08 = 0,32 1,08 - 0,32 = 0,76 kg por taladro Ejemplo:

V = 0,7 dimetro del taladro central

75 mm = 0,7 x 75 = 52 mm Si solamente se perforan taladros de menor dimetro en rombo o paralelos, unos con carga y otros vacos, la distancia usual entre ellos ser de 15 a 25 cm. La distancia entre los dems taladros de destroce se determina por su nmero y el rea disponible para su distribucin, pero generalmente es de 0,5 a 0,7 m para los cuadradores y de 0,6 a 0,9 m para los de ayuda. 6. Disparo - tiempos de retardo

Suponiendo sean ocho taladros = 0,76 x 8 = 6,08 kg y as sucesivamente hasta completar la carga total estimada anteriormente por disparo (40 kg). Es conveniente sellar los taladros con taco de arcilla de unos 20 a 30 cm compactados, lo que incrementar la eficiencia en un 10%. 5. Distribucin de los taladros

En tneles se puede iniciar mediante fulminante-mecha, detonadores no elctricos de shock o eventualmente detonadores elctricos, pero normalmente para secciones con corte cilindro se prefieren los no elctricos de miliretardo. En trazos con uno o dos taladros vacos al centro, de mayor o igual dimetro que los de produccin, se suele rodearlos con cuatro, seis o ms taladros de arranque que se inician con detonadores de milisegundos, de dos formas: taladros opuestos cruzados con el mismo nmero de retardo eje 2 - 2, 3 - 3, 4 - 4, o con series escalonadas intercaladas (ejemplo: 1 - 3 - 5 - 7 - 9 - 11 - 13), para limitar vibraciones y proporcionar mayor empuje a los detritos del arranque. Esta serie cubrir tambin a las primeras ayudas. El resto de taladros: segundas ayudas, cuadradores, alzas y arrastres se dispararn con detonadores de medio segundo en series escalonadas para permitir las salidas del centro hacia fuera debe tenerse en cuenta la recomendacin de no emplear tiempos mayores de 100 ms entre los tiros, para evitar interferencias.

El corte de arranque de preferencia se ubicar al centro de la seccin. Para mejor distribucin de los taladros de destroce, debe formar una cavidad inicial de 1 a 2 m de dimetro, ideal para dar cara libre lateral a los taladros de ayuda y destroce hacia dicha cavidad. Normalmente al inicio se experimenta con varios trazos de arranque, pero el usual es el corte cilndrico con un taladro central de alivio, de mayor dimetro que los dems, pero sin carga explosiva (que ser la cara libre inicial), rodeado por cuatro o ms taladros de menor dimetro con carga explosiva reforzada (arranque). La distancia del taladro de alivio al de arranque ms cercano se calcula aproximadamente con la siguiente frmula:

TAJEOS DE MINA

Bresting con taladros sobre cabeza horizontales

Con taladros sobre cabeza inclinados

1 2 3 4 5

1

1

2

3 5

3 5

4 6

Bresting con taladros sobre cabeza verticales

Trazo triangular

Trazo cuadrado

190

CAPITULO 9

TRAZOS USUALES PARA GRANDES SECCIONES EN MINERIA(Desarrollos mineros: rampas, accesos) Corte de arrastres para roca suave:

6

1

2

3

4

5

6

7 5 4 2 4 1

8 6

8

3

5

7

TRAZOS PARA CHIMENEAS

Corte paralelo

9 4

7 1 2 3 6

9

5 Paralelo 8

5 8 Corte abanico Chute

Camino De un solo compartimiento De doble compartimiento

191

CAPITULO 9

TRAZOS PARA PIQUES7 7

5 2 1

6 1 4 2

7 4 3

1 3 7 8 Terreno duro 5 Terreno suave 5

2

7

7 6 10 3 9

5

8 2

Sumideros 4 3 10 1 6 7 9

1 2 4 8

5

Seccin circular

Corte en abanico

12 8 9 6 13

11 3 2 2 10

4 1

10 5 2 9 7 11

13

6 4 6 5

3 2 3 2 3

1 1

1 3

12

6

1

Roca dura corte quemado

Pique para bombeo (Sumidero)

192

CAPITULO 9

TRAZOS PARA PIQUES CON ARRANQUE POR CORTE ANGULAR Y CUA

11 9 7 8 7 6 6 5 1 5 2 4 3

10

11 9 7 8

5 1 3

6 5 1 2 4 5 6

7

3

7 8 7 8 6 5 6 7 5 4

8 6

7 5 6 4 3 2

8 5 4 3

7 7 4 3 2 6 5 8 7 8 1 2 3 4 7

3 4 32 4 5 8 3 3 2 4

2 3 4 6 3 6 8 4 5 7

6 5 7

TAJEO DE GRAN SECCION EN MINA CON ARRANQUE PARALELO CON TRES TALADROS DE ALIVIO

10

9

8

7

6 5

7 6 4 1

8

9

10

11

6 8 7 6 5

3 2 4

5 3,0 m 6 6 7 8

3 6 7 8 9 10

10

9

8

7

6

6,0 m

193

CAPITULO 9

TRAZOS PARA PIQUE CON ARRANQUE POR CORTE CILINDRICO PARALELO

9 8 9 8 9 7 6 7 8 6 9 6 7 4 5 3 2 4 5 7

8 6 4 7 1 5 4 2 3 5 6 8

9 6 4 8 7 6 7 6 7 9 8 9 9 8

8

4

2

1

2

4 8

1 4

SECCIONES DE GALERIAS

Galera con corte angular:

5 3

2

4 8

2

5 3

Sector con milisegundos Sector con medio segundos 1

6 5 7 4 3

2 1 6

5 7 4 3 6 8 7

1

6 8

8 7

6 8

Galera con corte espiral: 12 9 Sector con medio segundos 8 6 10 9 7 3 4 5 9 7 2 3 8 5 9 7 10 1 11 1 3 5 1 3 4 7 8 5 11 5 12 2 9

Sector con milisegundos

194

CAPITULO 9

SECCIONES DE GALERIASGalera con corte paralelo: Sector en milisegundos 31 28 16 14 20 10 18 25 12 23 8 9 2 1 3 7 13 22 24 19 26 27 30

32 17 15 21 11 29

Sector en medio segundos

TRAZOS PARA PIQUE CON ARRANQUE POR CORTE CILINDRICO PARALELO5 4 5 3 2 1 1 3 2 1 4 3 7 6 5 7

4 3 2 1

4 3 2 1

Lineal

Pares

Zig zag

Alternado

MTODOS DE EXPLOTACIN EN MINERA Los principales mtodos de explotacin empleados en minera superficial y subterrnea son los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Open pit (Pits) Tajos y Canteras por bancos a cielo abierto. Block caving (BCV) Hundimiento masivo por bloques. Sub level stoping (SST SLS) Tajeos por subniveles. Sub level caving (SCV SLC) Hundimiento por subniveles. Long wall stoping (NLG LWS) Cortes mecanizados por fases a lo largo de la cara de mantos.

7. 8. 9.

Shrinkage stoping (SS) Tajeos con almacenamiento provisional, dinmico o esttico. Cut and fill (C&F) Corte y relleno; ascendente o descendente. Top slicing hundimiento. (TOP) Corte por rebanadas, con

10. Square set (SQS) Tajeo con sostenimiento por cuadros de madera. Tambin mencionamos: Realce por chimeneas con taladros largos horizontales, bresting. Realce por taladros largos verticales VCR. Hundimiento por subniveles con relleno posterior.

Room and pillar sostenimiento.

(R&P)

Cmara

y

pilares

de -

195

CAPITULO 9

Los aspectos ms importantes para determinar su aplicacin son: La forma y volumen del yacimiento, que comprende a la potencia y buzamiento de vetas y cuerpos mineralizados. La estabilidad del terreno, pues es algunos casos se requerir de medios de sostenimiento para mantener abiertas las excavaciones. Los medios a emplear para la voladura, extraccin y acarreo del material volado.

En su preparacin y luego en su operacin se aplican diversos trazos de voladura: tneles, chimeneas, rampas, bancos, cortes con taladros largos en abanico y en paralelo. bresting y otros ms especficos, como los de voladura controlada. Como resultado varios de ellos dejan abiertas grandes excavaciones o cavernas que deben ser estabilizadas con sostenimiento mecnico, relleno con detritos de roca o relaves. Para el control de daos factibles de ocurrir durante la voladura se requiere de medios de apoyo, como estudios de mecnica de rocas, control de vibraciones y otros.

-

METODOS DE MINADO SUBTERRANEONATURALMENTE SOPORTADOS ARTIFICIALMENTE SOPORTADOS

NO SOPORTADOS

SUBNIVELES Y TALADROS LARGOS (Sub level and long hole stoping)

CORTE Y RELLENO (Cut and fill stoping)

HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES (Sub level caving)

CAMARAS Y PILARES (Room and pillar)

ALMACENAMIENTO PROVISIONAL (Shrinkage stoping)

HUNDIMIENTO POR BLOQUES (Block caving)

CRATERES VERTICALES EN RETROCESO (VCR stoping)

PAREDES LARGAS (Long wall mining)

EJEMPLOS SIMPLIFICADOS DE METODOS DE EXPLOTACION SUBTERRANEOSBlock Caving (simplificado):

1 9

Leyenda: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Desmonte Nivel inferior en perforacin Nivel de produccin Sistema de Ore passes Nivel de transporte Drow points (echaderos) Nivel inferior de corte Inicio del proceso de caverna Bloque de mineral roto y colapsado 2 8 3 4 7 6

5

196

CAPITULO 9

EJEMPLOS SIMPLIFICADOS DE METODOS DE EXPLOTACION SUBTERRANEOSTaladros largos paralelos al tajeo: Tajada Subnivel Mineral Taladros largos Subnivel Material excavado en etapa anterior al piso Material excavado en etapa anterior al piso Taladros en anillo Mineral macizo Tajada Taladros en abanico perpendiculares al tajeo:

EXPLOTACION TIPICA POR CAMARAS DE ALMACENAMIENTO PROVISIONALA1 A1 Mineral

6

6

5 4

1

2

3 A2

4

3

2

A2

1. Pique de acceso y servicio 2. Subnivel de extraccin y acarreo 3. Echaderos de mineral (chutes) bajo la cmara de almacenamiento

4. Mineral in situ (cajas) 5. Mineral roto para extraer 6. Subnivel de perforacin (sobrecabeza)

DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE CORTE Y RELLENO ASCENDENTE1 Mineral 5 Mineral roto Mineral 1 Relleno, piso para perforar Direccin de la explotacin Frente perforado Cara libre

Puente de mineral (soporte) 2 3 1 Material roto al piso, detalle del avance

197

CAPITULO 9

DIAGRAMA DE EXPLOTACION POR CAMARAS Y PILARES

Techo

Techo (roca) 3 1 2 Tajeos 4

Mineral

Puente

Rampa Piso Perforacin para disparo de produccin Cmaras

Piso (roca)

Pilares Rampa de acarreo

Secuencia de explotacin: En cuerpos o mantos de bajo buzamiento

MTODO DE EXPLOTACIN CON TALADROS LARGOS Entre los mtodos ms conocidos tenemos: LHB. Subniveles con taladros en abanico. VCR.

1.

Corte inferior, que cumple las misiones de ser la zona receptora del mineral fragmentado y de crear la cara libre en el fondo de los taladros. Sector de taladros largos, donde se perforan los taladros de gran dimetro, y representa entre el 85 y 90% del tonelaje de la cmara. Corte lateral, que sirve como primera cara libre vertical para la voladura, tanto del corte inferior como de la zona de taladros largos.

2.

3.

La perforacin de taladros largos es la operacin ms delicada al aplicarla en un mtodo de explotacin, pues el xito de las voladuras depender principalmente de una buena perforacin. El problema ms comn en la etapa de perforacin es la desviacin de taladros, que afecta a la malla de perforacin establecida. Los tipos de perforaciones de taladros largos son los siguientes: I. II. A. Perforacin en anillos. Perforacin de taladros paralelos. Mtodo LHB (Long hole blasting)

El corte lateral, o inicio de seccin, se construye a partir de una chimenea con dimensiones que oscilan entre 1,8 y 3,5 m, dependiendo de los casos y que puede ser excavada con Raise borer o por el mtodo VCR, utilizando la misma perforadora de produccin. A partir de la chimenea se crea el corte inferior con taladros verticales en abanico, generalmente de 65 mm (2 ). En el diseo de la malla de perforacin para taladros largos podemos aplicar la frmula de Langefors: Bmax = (/33) x Donde: dc x PRP c x f x (E/B)

Este mtodo es una aplicacin de los principios de voladura en banco a cielo abierto a las explotaciones subterrneas. El mtodo afecta, principalmente, a la operacin de arranque y en cierta medida a la preparacin de las cmaras, puesto que, en general, slo se trabaja en dos subniveles, uno de perforacin y otro de extraccin. Sin embargo, el principio de explotacin es el mismo que en el de Cmaras por Subniveles. Convencionales (Sublevel stoping) En este mtodo cada cmara se divide en tres sectores claramente diferenciados:

Bmax c

: : :

burden mximo, en m. dimetro del taladro, en mm. constante de la roca.

Se toma generalmente: CONSTANTE DE ROCA 0,3 + 0,75 0,4 + 0,75

DUREZA DE ROCA Intermedia Dura f : factor de fijacin.

198

CAPITULO 9

TIPO DE TALADRO Vertical Inclinado, 3:1 Inclinado, 2:1

FACTOR DE FIJACIN 1,00 0,90 0,85

especiales y no perforar taladros con longitudes mayores a 25 m. El diseo de la malla de perforacin se realiza a partir del factor de carga: Ce = FC + (0,03 x L) + (0,40/AV)

E/B dc PRP

: : :

relacin entre el espaciamiento y el burden. 3 densidad de carga, en g/cm . potencia relativa en peso del explosivo.

Esto est en funcin de la roca, longitud de perforacin y anchura de voladura, donde: Ce : consumo especfico de diseo en el fondo del taladro y en un quinto de la longitud del mismo. 3 Est expresado en kg/m , de explosivo de alta potencia. Factor de carga base de la roca, calculado a partir de la siguiente tabla: CONSUMO ESPECFICO BASE 3 (kg/m ) 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35

Un valor prctico del burden se obtiene a partir del valor mximo, aplicando una correccin por la desviacin de los taladros y error de emboquillamiento, siendo L la longitud del taladro: B = Bmax (2 x ) (0,02 x L) El valor del espaciamiento (E) lo sacamos de la experiencia o lo podemos determinar con la siguiente expresin: E = (1,25 x B) Ventajas Proporciona mayor seguridad en los trabajos, alta produccin y rendimiento, gran altura de banqueo (hasta 70 m), lo que permite disparar bloques de gran tamao. Menor dao a la roca remanente, con empleo de explosivos a granel de menor costo, como Examon. En algunos casos, los taladros largos pasantes de nivel a nivel, que se disparan por filas como el banqueo de superficie, se pueden cebar al centro de manera que la onda iniciadora se reparte hacia arriba y abajo simultneamente. Desventaja Puede producir dilucin del mineral al mezclarse con material estril. Alto nivel de vibraciones y apelmazamiento del material disparado, por su cada de gran altura. B. Mtodo de subniveles con taladros en abanico

FC

:

TIPOS DE ROCA Fisurada Con juntas Fracturada Relativamente homognea Homognea y dura Blanda y homognea

L AV

: :

longitud de los taladros, en m. ancho de avance vertical, en m.

El esquema en el fondo se calcula a partir de la concentracin lineal de carga q que se espera alcanzar, mediante: E x B = (q/CE) (kg/m / kg/m ) Los valores de burden (B) y espaciamiento (E), cumplen la siguiente relacin: (cuando E = 2B suele obtenerse buenos resultados). (E/B) = 1,3 a 2 Para disminuir los costos de perforacin, es preciso aprovecharla al mximo, basndose en sistemas mecanizados de carga. Los explosivos ms usados en voladuras empleando taladros largos son los siguientes: Dinamitas como carga de fondo. Ejemplo: Gelatinas y Semigelatinas (Semexsa 80 y Semexsa 65). Emulsiones encartuchadas como carga de fondo. Ejemplo Exagel-E en lminas plsticas, Semexsa-E en papel parafinado tipo dinamita. Examon (ANFO) como carga de columna.3

El sistema es aplicable en yacimientos subverticales (70 a 90) con cajas o hastales con buenas caractersticas geomecnicas. Una vez extrado el mineral, quedan cmaras abiertas de grandes dimensiones, similares a las de los mtodos VCR y LBH. La perforacin en forma de abanicos, se realiza desde las galeras de preparacin de los subniveles con barras ascendentes, descendentes o hacia ambos lados, cuyas longitudes se adaptan al contorno de la mineralizacin. Para disminuir los altos costos por labores de preparacin, se intenta que los taladros tengan una gran longitud. Al igual que el mtodo LBH, inicialmente se construye una chimenea (creando una cara libre) y posteriormente se disparan los taladros prximos, para abrir la cara libre a todo el ancho del tajeo, luego se disparan las filas de produccin. Se utilizan voladuras controladas en los lmites de los tajeos para reducir los riesgos de accidentes por cada de rocas. Los dimetros de las brocas para este tipo de mtodo varan entre 51 a 64 mm (2 a 2 ). La separacin entre secciones de perforacin oscila entre 1,2 y 1,8 m. El emboquillamiento, orientacin y la desviacin de los taladros, son algunas de las condiciones operativas para obtener buenos resultados. Por ello, es necesario emplear sistemas de orientacin y accesorios

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Ventajas: Este mtodo se adapta a cuerpos tabulares de buzamiento variable. En la perforacin en abanicos o en anillos, es posible determinar la longitud del taladro a cargar, mediante una inspeccin continua de la lama del taladro, a fin de determinar a partir de qu distancia el material es estril (contacto del mineral con las cajas o techo).

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Desventajas: Cuando el sector, la distribucin de la que se perfora en abanico tiene un ngulo menor de 360, la distribucin de la energa en los extremos de dichos abanicos es deficiente y consecuentemente, la fragmentacin y el desplazamiento son insuficientes. Conforme la distancia entre cargas en un abanico disminuye, existe un aumento de la probabilidad de que una carga inicie por simpata o que se insensibilice por la compresin en la detonacin. En cualquier caso, el rendimiento del arranque y los resultados de la voladura se ven afectados negativamente. C. Mtodo VCR (Crteres verticales en retroceso)

Para 110 mm : rea del frontn Espaciamientos Slurrex-AP por taladros, por tiro Longitud atacada Avance estimado Para 161 mm : rea del frontn Espaciamientos Slurrex-AP por taladro, por tiro Longitud atacada Avance estimado Ventajas: Mayor seguridad para el personal al eliminar el riesgo de desplomes, rapidez, buena fragmentacin, menor vibracin por el menor peso de explosivo por retardo, mayor proteccin de las cajas ya que el propio material volado acta de sostenimiento en la cmara almacn al piso. Se adapta a yacimientos estrechos del orden de 3 a 10 m de potencia, incluso con inclinaciones no muy elevadas. No se necesita perforar chimenea de arranque para cara libre, como en los mtodos anteriores. : : : : : 3,65 x 3,65 m 1,80m 25,8 kg 1,8 m 3,0 : : : : : 2,4 x 2,4 mm 1,20 m 12,5 kg 1,5 m 2,15 m

Este mtodo consiste en delimitar la cmara de mineral a explotar por un sistema de galeras paralelas a distinto nivel, perforando desde una galera superior todos los taladros pasantes que cubren la cmara y disparndolos sucesivamente en forma ascendente con cargas esfricas (cargas explosivas que cumplen con la expresin L < 6D), situadas a una profundidad tal que los crteres formados se solapen, definiendo un techo lo ms regular posible. Segn Livingston puede calcularse con la siguiente frmula: Longitud ptima = 0,5 x E x Donde: E P D : : : factor de energa = 1,5 (dependiendo del tipo de roca y explosivo) 3 grado de compactacin de la carga en kg/dm dimetro del taladro, en mm. [((3 x x P)/2) x 10 x D]

Desventajas: Al finalizar la extraccin puede desprenderse roca de las cajas produciendo dilucin; tambin existe la posibilidad de hundimiento cuando se llega a la corona. Comentarios El uso de taladros largos en cualquiera de los mtodos permite obtener costos operativos ms bajos que con otro tipo de perforacin. Esto se debe principalmente a que permite una alta mecanizacin y a su alto nivel de produccin (si el cuerpo mineralizado tiene condiciones adecuadas). Es necesario realizar un diseo adecuado para la preparacin a fin de sacar el mximo provecho al yacimiento. En cualquiera de los mtodos utilizados, se tiene que tener mucho cuidado con la dilucin. sta estar presente por cada de las cajas o por la presencia de bolsonadas de estril, presentes en los cuerpos mineralizados.

Al comenzar la operacin se tapona el fondo del taladro y se llena con arena hasta una determinada altura, para que selle y sirva de lecho a la carga explosiva, a la que luego de colocada y cebada se cubre por encima con arena fina o agua como taco inerte (de una longitud de 12 veces el dimetro del taladro). Los dems taladros se cargan distribuyendo sus columnas escalonadas, aumentando su profundidad con diferencias de 10 a 20 cm. El burden debe ser inferior a la profundidad de carga del taladro central, pero no deben estar demasiado prximos entre s, para evitar problemas por las altas concentraciones de carga empleadas. Se enciende un taladro a la vez, sobre todo al principio del trabajo. Posteriormente al dominarse el trazo y tipo de roca pueden dispararse varios al mismo tiempo, con nmeros alternos de micro retardo. Cada disparo abrir primero un crter en forma de cono invertido, ensanchndose luego toda rea del frente de voladura por etapas. El material roto cae hacia el piso inferior de donde se retira. De esta forma, con cada tiro la chimenea avanza hacia arriba denominndose por ello mtodo de crteres invertidos en retroceso. De los Draw points se extrae slo el mineral necesario para que el espacio abierto entre el mineral fragmentado desprendido y el techo de la cmara sea suficiente para preparar y efectuar el prximo disparo (si es excesivo se pueden desprender rocas de las cajas las que adems de ser peligrosas provocan dilucin del mineral). Los dimetros ms usuales son 110 mm (4,5) y 161 mm (6,5) para los que por ejemplo se recomendara los siguientes parmetros:

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El principal inconveniente de este tipo de voladuras, es la generacin de vibraciones que pueden daar labores o instalaciones prximas. Este problema se resuelve mediante la aplicacin de cargas con retardos intermedios o con espaciadores de madera. Con un estudio de vibraciones puede determinarse la cantidad mxima de explosivo que puede constituir cada carga individual, considerando lo siguiente: 1. 2. La relacin longitud de carga/dimetro debe mantenerse por encima de 20 para obtener una buena fragmentacin. El volumen de roca situado frente a los retacados intermedios tiende a desmejorar la fragmentacin.

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EJEMPLO DE VOLADURA POR SUBNIVELES CON TALADROS RADIALES

Subniveles

Caja

Cara libre frontal

Fila de taladros: Normalmente la longitud total de taladros cargados con explosivos es menor a la longitud total perforada. Al cargar explosivos en estos taladros, se deben distribuir de tal forma que la carga no se concentre cerca al techo.

Fila de taladros

EJEMPLOS DE MALLAS TIPICAS NOMINALES PARA LGB Y VCR

1,0 m (3) 1,40 m (4)

1,40 a 1,80 m (4 a 5)

1,40 m (4)

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EJEMPLOS DE VOLADURA LHB TALADROS LARGOS PASANTESA1 Mineral A1 A2 Mineral A2

Subnivel de perforacin Disparo Taladros pasantes

Subnivel de acarreo Mineral (Seccin longitudinal)

Mineral roto (Corte)

VOLADURA DE TAPON (PLUG BLASTING) Este tipo especial de voladura corresponde al disparo final que se debe efectuar para comunicar un tnel o una chimenea con una laguna o reservorio con agua presente en obras de irrigacin o hidroelctricas. Normalmente una voladura por rotura de tapn, produce un violento ingreso de agua y detritos que pueden crear un gran efecto destructor en las instalaciones existentes. Por otro lado, si los detritos se acumulan apretadamente pueden obstruir el tnel, por lo que es de norma entramparlos habilitando previamente una excavacin en el piso del tnel, sea bajo el tapn o a la ms corta distancia, con capacidad suficiente para contenerlos, una voladura de tapn (Plug blasting) tiene como premisa una sola opcin para ejecutarse. De acuerdo a las especificaciones del tnel, distancias, condiciones de la roca, instalaciones y otros aspectos, se suele considerar tres alternativas para ejecutar este trabajo: a. b. c. Disparo al aire, con el tnel seco y libre. Disparo con el tnel parcialmente inundado.

a.

Sistema de iniciacin

El disparo debe ser elctrico, secuencial, con retardos de milisegundos, debido a su precisin y a que es obligatorio comprobarlo antes del tiro, lo que otros sistemas no permiten. Como la voladura tiene que prepararse y quedar totalmente lista para despus quedar sumergida por un tiempo no determinado luego de inundar el tnel, deben instalarse otras dos lneas de disparo independientes, desde el explosor (a ubicar en la boca del pique) hasta el tapn, con cables unipolares nuevos, entubados y sujetos preferentemente al techo del tnel para protegerlos al momento de inundarlo el tnel. Estas lneas se empalmaran en un punto comn en el frontn a una conexin en serie - paralelo. Todos los empalmes debern quedar permanentemente aislados y asegurados, para soportar la inmersin sin prdidas de corriente. Se colocarn como mnimo dos detonadores del mismo nmero por taladro, uno al fondo y otro a media columna, con entrada independiente para evitar fallas. b. Condiciones de presin y agua

Disparo con el tnel totalmente inundado y sellado. Por las condiciones de presin, agua y por la necesidad de tener una ptima sensibilidad a la iniciacin y transmisin en la columna de carga, el explosivo a utilizar debe ser una Gelatina Especial 90, cuya alta tenacidad, velocidad y presin de detonacin, asegurarn un fuerte efecto brisante necesario para romper la costra del tapn. Otro tipo de explosivo puede estar sujeto al efecto de desensibilizacin por presin (Dead pressing) o fallas de transmisin y no detonar. Por el confinamiento del propio tapn el factor de carga es 3 elevado, en principio con rangos usuales de 1,5 a 1,8 kg/m . Como referencia, se puede tener un estimado de la energa

Por referencia de experiencias en trabajos similares, se prefiere la tercera opcin para limitar la proyeccin del material roto y disipar la onda expansiva, a pesar de ser la ms difcil de preparar. Normalmente, entre el tapn y el agua del tnel queda entrampado un colchn de aire sujeto a presin, que debe tenerse en consideracin. Dadas las condiciones de dificultad, presencia de agua, riesgo operativo y por la necesidad de asegurar el disparo en una opcin, deber aplicarse lo siguiente:

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Roca

Mineral

Caja lmite

- 20 m -

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requerida considerando para la Gelatina aproximadamente 1.186 cal/g 4.969 j/g.

Especial

90

El explosivo debe quedar acoplado y hermticamente sellado en el taladro, para ello se recomienda taco inerte de arcilla mezclada con silicato, presionado finalmente con un tapn cnico de madera (ranurado para el pase de los alambres) para mantenerla en su lugar. c. Perforacin

ste es uno de los trabajos ms riesgosos en voladura, especialmente en las ltimas fases de perforacin y durante el ensamble del disparo pues la costra delgada puede colapsar en cualquier momento si la presin de la columna de agua es elevada.

ESQUEMA DE VOLADURA DE TAPON

El trazo de la malla de perforacin para la seccin del tapn puede ser rectangular o circular y est en funcin de la seccin del tnel; si sta es muy reducida ser conveniente ampliar la del tapn para asegurar la profundidad de avance. Se prefiere la perforacin con taladros, paralelos considerando el corte de arranque cilndrico con dos o ms taladros de alivio. Dependiendo de la amplitud de la seccin puede perforarse hasta dos arranques con salida simultnea para lograr rpidamente una mayor cara libre. El aspecto ms importante es el espesor del tapn, que tambin est con relacin a la seccin. Es muy importante poder determinar con precisin el real espesor de la costra remanente entre el fondo de los taladros y la superficie de contacto con el agua, tanto por la seguridad para el personal como para garantizar que sta no se romper totalmente con el disparo. Informacin al respecto indica espesores de 0,5 m como adecuados en roca competente. Igualmente importante es determinar si hay material aluvial suelto yacente sobre la costra del tapn, ya que ste tambin ser colapsado.

Agua Roca fija

Tapn Colchn de aire Acceso

Trampa

DETALLE DEL TAPON AMPLIADOAgua

Costra 50 cm 100 mm (), sin carga Detonador ms 45 a 50 mm () (elctrico) al fondo Explosivo resistente a presin y agua (Gelignita o Gelatina Especial 90). Detonador ms (elctrico) al centro Taco de polietileno expansible Tapn de madera (con ranura para el cable elctrico) 25 160

80 25 15 15 25 25 15 15 25 15 15 25

Arranque (ampliado) del frontn del tapn (doble arranque simultneo)

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