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EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA OBJETIVO Reducir al mínimo necesario la can0dad de energía explosiva, eficientando la u0lización de las variables del diseño de voladuras, para producir la fragmentación que requiere el proceso minero y minimizar el daño a la roca remanente de túneles y taludes.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA ANTECEDENTES
ROGER BACÓN (1214-1292), DESCRIBIO LA COMPOSICIÓN DE LA POLVORA NEGRA EN 1242
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA ANTECEDENTES La pólvora negra es el explosivo más an0guo y el más conocido, desde antes de su formulación en 1242 por el monje franciscano Roger Bacón (1214-1292), y hasta la aplicación de la nitroglicerina Y la dinamita en 1864 y 1867 respec0vamente, fue el único explosivo prác0camente conocido.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA ANTECEDENTES La pólvora negra es uno de los inventos más notables de todos los 0empos, una mezcla de Nitrato de Potasio (salitre), Carbón y Azufre detona en una mina para fragmentar la roca, en un arma de fuego impulsa sin detonar, en una bala detona e impulsa, en una mecha de seguridad y en fuegos ar0ficiales arde lentamente sin detonar.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA ANTECEDENTES A principios del siglo XVII se inicio el uso de la pólvora negra en la fragmentación de roca, para finales de este siglo, la mayoría de las minas europeas la u0lizarón. En América hasta fines del siglo XIX fue el único explosivo u0lizado en las voladuras de roca. Durante casi 300 años, la pólvora negra fue el único explosivo u0lizado en minería
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA ANTECEDENTES
TÚNEL OGARRIO EN REAL DE 14 CONSTRUIDO A FINES DEL SIGLO XIX
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA ANTECEDENTES
PUENTE DE OJUELA EN MAPIMI, DGO. CONSTRUIDO A FINES DEL SIGLO XIX
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA IMPORTANCIA DEL TUMBE CON EXPLOSIVOS El tumbe con explosivos es la fase más importante de las diferentes etapas produc0vas de un proceso minero.
ACARREO 26%
CARGA 14%
TRITURACIÓN 32%
VOLADURAS 13%
Costos de producción
BARRENACION 12%
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA IMPORTANCIA DEL TUMBE CON EXPLOSIVOS Los explosivos conjuntamente con la barrenación, representan entre un 15 y hasta 40% de los costos totales, esto aunado al impacto que generan en las etapas subsecuentes del proceso, 0enen un efecto directo en la seguridad, produc0vidad, en el medio ambiente y la viabilidad económica de cualquier operación minera.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA DISEÑO DE VOLADURAS El diseño de voladuras implica la manipulación de las diferentes variables que influencian los resultados de u0lizar explosivos para fragmentar la roca, mediante la adecuación de estas, el diseñador puede crear las condiciones más favorables para el funcionamiento más eficiente de la energía explosiva.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA DISEÑO DE VOLADURAS Las voladuras deben ser diseñadas y conducidas con los conceptos claros involucrados en las operaciones de tumbe con explosivos, para seleccionar las variables apropiadas con el fin de compensar las condiciones especificas de campo y obtener los resultados requeridos.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO Dada la cambiante naturaleza de las condiciones existentes en el campo, las siguientes variables influencian la energía explosiva que es transferida a la masa rocosa. • Diámetro del barreno • Altura del banco • Longitud del bordo • Longitud del espaciamiento • Longitud de sub-barrenación • Longitud del taco
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO DIAMETRO DEL BARRENO
La selección del diámetro del barreno es básica ya que de este dependen las longitudes del bordo y espaciamiento, la altura del banco y la distribución de la energía explosiva en la masa rocosa. Los requerimientos del proceso para el material fragmentado y el tamaño de los equipos mineros, definen el grado de fragmentación y de esto el diámetro del barreno que debe u0lizarse.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO DIAMETRO DEL BARRENO
EFECTOS DEL DIAMETRO DEL BARRENO EN LOS COSTOS DE OPERACIÓN
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO DIAMETRO DEL BARRENO
Generalmente los costos de barrenación y voladuras disminuyen cuando el diámetro del barreno aumenta, sin embargo, los barrenos de diámetro grande 0enen bordos y espaciamientos de grandes longitudes que 0enden a producir grandes fragmentos, pero cuando aumentan las rocas de sobretamaño, los problemas del rompimiento de la pata, los costos de barrenación y voladuras secundarias y los costos del mantenimiento de los equipos mineros debido a la mala fragmentación, el limite económico de los barrenos de diámetro grande ha sido alcanzado o tal vez excedido.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO ALTURA DEL BANCO
La altura del banco 0ene un efecto directo sobre la longitud del bordo que puede fragmentarse. Este principio se demuestra con la formula del momento flexionante para viguetas, comparando la altura del banco con la longitud de la vigueta, y el espesor de esta con la longitud del bordo.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO ALTURA DEL BANCO
Cuando se aplica una carga en una vigueta, el grado de rigidez controla el nivel de tensión a que puede ocurrir la falla, el grado de rigidez relaciona el espesor de la vigueta a su longitud, es lo mismo en un barreno.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO ALTURA DEL BANCO
EFECTOS DE LA LONGITUD DEL BORDO CON RELACIÓN A LA ALTURA DEL BANCO (GRADO DE RIGIDEZ).
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
La longitud del bordo es la distancia del barreno a la cara libre, regula la intensidad de las ondas de esfuerzo generadas en la masa rocosa al detonar el explosivo en el barreno.
CARA LIBRE
CARA LIBRE
INTENSIDAD DE LAS ONDAS DE ESFUERZO
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
La longitud del bordo es la más importante, su selección es la más crí0ca, es la que menos permite variación en su longitud.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
Si el bordo es excesivamente grande, la reflexión de las ondas de esfuerzo generadas por la detonación del explosivo en el barreno, puede ser mínima incluso nula, y la fragmentación estará limitada a la zona del brocal en forma de cráter generando además roca en vuelo, excesivas vibraciones del suelo y ruidos alarmantes. CARA LIBRE
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
EFECTOS DEL BORDO EXCESIVO
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
EFECTOS DEL BORDO ÓPTIMO
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
EFECTOS DEL BORDO INSUFICIENTE
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL BORDO
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO
LONGITUD DEL ESPACIAMIENTO
La longitud del espaciamiento controla el efecto mutuo entre los barrenos adyacentes de una línea. Debe tomarse en cuenta que si se pretende un mayor tumbe por barreno, es mejor aumentar la longitud del espaciamiento que la del bordo, este procedimiento está basado en el mecanismo del rompimiento de roca con explosivos y la eficiente u0lización de la energía explosiva, se basa también en que disminuyendo el bordo y aumentando el espaciamiento mejora el funcionamiento de la energía explosiva op0mizando la fragmentación.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO
LONGITUD DE SUB-BARRENACIÓN
La mala fragmentación en el piso ocasiona una operación improduc0va y costosa, pero la fragmentación excesiva también afecta, principalmente el piso del banco subyacente, dificultando la barrenación y disminuyendo su estabilidad.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO
LONGITUD DE SUB-BARRENACIÓN
Demasiada sub-barrenación es un desperdicio en barrenación y explosivos, causando además excesivas vibraciones del suelo debido al confinamiento en que se encuentra la carga explosiva.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO
LONGITUD DE SUB-BARRENACIÓN
La sub-barrenación insuficiente genera un piso alto con patas que dificultan el rezagado y transito del equipo, requiere además voladuras secundarias que consumen 0empo y costo con riesgos potenciales.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL TACO
La función del taco es confinar los gases producidos por la detonación del explosivo en el barreno. El material del taco normalmente consiste de recortes de perforación, esta es una prác0ca común pero no es lo más adecuado, la roca triturada es más efec0va, por su forma angulosa 0ende a incrustarse en la pared del barreno y acuñarse entre sí.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL TACO
Con tacos excesivos la distribución de la energía explosiva es inadecuada, se producen fragmentos grandes en la zona alta del barreno, un excesivo sobrerompimiento atrás de la voladura y excesivas vibraciones del suelo.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL TACO
Cuando el taco es insuficiente se producen escopetazos que generan roca en vuelo, mala fragmentación y sobrepresión atmosférica.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO LONGITUD DEL TACO
Debe mantenerse un equilibrio entre un taco demasiado grande y uno insuficiente, ambos extremos producirán voladuras deficientes.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA VARIABLES DEL DISEÑO
INFLUENCIA DE LAS VARIABLES DEL DISEÑO EN LOS RESULTADOS DE LA VOLADURA.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA ENERGÍA EXPLOSIVA
CONDICIONES DE APLICACIÓN DE LA ENERGÍA EXPLOSIVA
Al detonar un explosivo son liberadas dos 0pos de energía, energía de impacto y energía de los gases. El usuario debe seleccionar explosivos con diferentes proporciones de energía de impacto o energía de los gases para una aplicación en par0cular. Para cortar miembros estructurales en demoliciones o en plasteos, se requiere un explosivo con alta energía de impacto, cuando los explosivos son usados confinados en barrenos, el explosivo debe ser con alta energía de los gases
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA ENERGÍA EXPLOSIVA
CONDICIONES DE APLICACIÓN DE LA ENERGÍA EXPLOSIVA APLICACIÓN DE LA ENERGÍA EXPLOSIVA
• CANTIDAD DE ENERGÍA • DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA • CONFINAMIENTO DE ENERGÍA • ALIVIO DE ENERGÍA
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA ENERGÍA EXPLOSIVA Reacción de la pólvora negra:
4KNO3 + C + S 3CO2 + 3CO + 2N2 + K2CO3 + K2S 801 kcal/kg.
GAS GAS GAS SÓLIDO SÓLIDO En esta reacción menos de la mitad es conver0da en productos gaseosos y mucho del calor producido en la explosión es retenido en los productos sólidos, como se muestra en los siguientes análisis. PRODUCTOS SOLIDOS 48.06% 51.91% PRODUCTOS GASESOS 31.48% 42.98%
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA ENERGÍA EXPLOSIVA ANFO, el agente explosivo de mayor consumo en las voladuras de roca, al reaccionar solo genera productos gaseosos: 3NH4NO3 + CH2 CO2 + 7H2O + 3N2 904 kcal / kg
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA FALLA FLEXIONAL
FUERZA COMPRESIVA lbs./ pulg²
FUERZA DE TENSIÓN lbs./pulg²
CALIZA
28 000
2 200
ARENISCA
42 500
3 400
GRANITO
51 000
4 300
TIPO DE ROCA
FUERZA COMPRESIVA Y DE TENSIÓN DE ALGUNAS ROCAS
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA FALLA FLEXIONAL
La mayoría de las rocas 0enen una fuerza a la tensión de 8 a 10 veces menor que la fuerza compresiva. El granito puede soportar una fuerza compresiva de 51 000 lbs./pulg² sin embargo no soporta una tensión mayor de 4300 lbs./pulg². Para que la roca pueda ser fragmentada, debe ser excedida su fuerza a la tensión. PRESIÓN DE DETONACIÓN Pólvora negra 157 200 lbs./pulg² ANFO 412 800 lbs./pulg²
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA FALLA FLEXIONAL Si la distancia entre el barreno y la cara libre es adecuada, la roca entre ambos puntos cederá como resultado de la flexión de la masa rocosa, por la expansión de los gases producto de la explosión, este mecanismo es denominado falla flexional.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA FALLA FLEXIONAL
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA FALLA FLEXIONAL
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA FALLA FLEXIONAL
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA FALLA FLEXIONAL
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA FALLA FLEXIONAL
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA CONTROL DE DAÑOS
Con frecuencia se acusa a la roca de una estabilidad insuficiente, cuando realmente no es mas que el resultado de una voladura hecha sin tomar las precauciones necesarias para evitar los daños que puede causar el explosivo.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA CONTROL DE DAÑOS
Las voladuras son diseñadas para destrozar la roca en un volumen designado a fragmentar, pero también se busca que la roca remanente no sea afectada, pues esta juega un papel estructural muy importante y cualquier daño puede tener un efecto en la seguridad, eficiencia y economía de la operación.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA CONTROL DE DAÑOS
La roca remanente en una mina debe reaccionar a un régimen diferente de carga, causado por la remoción del material que es minado reduciendo la estabilidad de la masa rocosa, además las voladuras previas generan esfuerzos dinámicos pasajeros, e inyectan gases de la explosión a muy alta presión en la estructura de la roca.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA CONTROL DE DAÑOS
La estabilidad de la masa rocosa es con frecuencia referida en términos de factor de seguridad, que representa el balance entre las fuerzas que actúan para causar la falla y las que la resisten, las voladuras inducen disturbios para romper este balance.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA CONTROL DE DAÑOS
En el diseño de voladuras, es esencial adoptar técnicas que proporcionen el mayor grado de control en las operaciones de tumbe con explosivos, para mantener cualquier alteración de la roca remanente a un mínimo.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA CONTROL DE DAÑOS
DAÑO A LA ROCA REMANENTE
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA CONTROL DE DAÑOS
Por lo anterior deben tomarse en cuenta las siguientes consideraciones para evitar el daño a la roca remanente: • • • •
CONDICIONES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA. EXCESO DE ENERGIA. DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGIA. ESTRUCTURA DE LA ROCA.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA CONCLUSIONES Compara0vamente la pólvora negra produce 88.6% de energía con respecto a ANFO, pero solo 42.98% son productos gaseosos, por esta condición la pólvora negra 0ene una eficiencia de 38.08% con respecto a ANFO, pero fue suficiente para la fragmentación de roca con técnicas, equipo y herramientas muy rudimentarias en el pasado. El desarrollo de la industria de los explosivos ha sido lento y hacia productos de mayor potencia.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA CONCLUSIONES EXPLOSIVO
AÑO EXPLOSIVO
AÑO
POLVORA NEGRA
1242 HIDROGELES
1956
MECHA DE SEGURIDAD
1831 ANFO ALUMINIZADO
1960
NITROGLICERINA
1864 EMULSIONES
1966
DETONADOR
1865 ANFO PESADO
1967
DINAMITA
1867
CORDÓN DETONANTE AGENTE EXPLOSIVO ANFO
TUBO DE IMPACTO NONEL DETONADORES 1902 ELECTRONICOS 1955
1968 1992
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA CONCLUSIONES El exceso de energía explosiva no solamente aumenta el costo del explosivo, también ocasiona severo daño a la roca remanente de túneles y taludes, reduciendo su estabilidad y seguridad, además de costos adicionales por el sostenimiento (zarpeo, anclaje etc.) con frecuencia necesario.
EFECTOS DE LA ENERGIA EXPLOSIVA CONCLUSIONES Es de mayor importancia la adecuación de las diferentes variables del diseño, para distribuir eficientemente la energía explosiva que producirá la fragmentación que requiere el proceso, sin dañar la roca remanente, además de bajar los costos en las diferentes etapas del proceso, en el mantenimiento de los equipos mineros y aumentar la produc0vidad y disponibilidad de estos.
¡Gracias por su atención!