DISEÑO DE VOLADURAS A CIELO ABIERTO. Ing. César Ayabaca P.

Transcripción

1 DISEÑO DE VOLADURAS A CIELO ABIERTO Ing. César Ayabaca P.

2 VOLADURAS A CIELO ABIERTO Muy utilizadas en explotación minera de canteras de caliza para la industria del cemento, algunas minas de materiales de construcción y en minas de otros minerales. En Obras civiles muchos tipos de trabajos involucran el uso de explosivos como carreteras, presas, poliductos, y canales de riego.

3 EXPLOTACION MINERA A CIELO ABIERTO

4 CARRETERA BAÑOS PUYO

5 EXPLOSION 1 tn de TNT libera 4000 veces mas energía que la necesaria para levantar un auto de 1 tn a 100m. 1 kiloton = energia liberada por tn de TNT Detonación nuclear libera de veces mayor energia que una detonación química.

6 DEFLAGRACION Es una reacción química que se mueve rápidamente a través del material explosivo y libera calor o flama vigorosamente la reacción se mueve demasiado lenta para producir ondas de choque significativas y fracturación de la roca. Ejemplo encendido de una mecha de seguridad. Una VOD de 1000 m/s es límite entre detonación y deflagración.

7 DETONACION En una detonación la reacción química se mueve a través del material explosivo a una velocidad mayor que aquella del sonido a través del mismo material. Se forma una onda de choque supersónica a través del explosivo. Los gases tienen temperaturas de 3000 a 7000 F y presiones altas de rango de 20 a 100 Kbars atmósferas o 1.5 millones de libras/pul 2. Estos gases se expanden rápidamente, producen onda de choque en el medio circundante.

8 Zona de reacción primaria es el área en la cual empieza la descomposición química y es limitada por el plano de Chapman-Jouquet.

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11 DISEÑO DE VOLADURAS Tipo de roca y condiciones geológicas. Propiedades físico-mecánicas de la roca. Volumen de roca a ser volada. Trabajos de perforación. Tipo de explosivo y propiedades. Sistema de iniciación. Parámetros dimensionales de la voladura.

12 TIPO DE ROCA Y CONDICIONES GEOLÓGICAS Estratificación y bandeamiento Esquistocidad Fracturamiento Fallas Contactos Azimut de buzamiento

13 Condiciones Geológicos : Estructuras: Veta Débil Taco Explosivo Nivel (Taco Intermedio) Explosivo

14 Condiciones Geológicos : Estructuras: Estratos o Fracturas hacia el tajo: Paredes Inestables Sobrequiebre (Backbreak) excesivo Estratos inclinados hacia masa rocosa: Pata sin romper Potencial para sobresaliente

15 Efectos de la Geología La Fragmentación será controlada por las fracturas existentes. Los patrones de perforación más pequeños minimizan los efectos adversos de las grietas y fracturas. Tener presente que patrones de perforación mejoran o empeoran la distribución de la energía.

16 Condiciones Geológicas : Estructuras Cont. Juntas paralelas a cara libre: Buen control de talud Puede ser mejor orientación para control de talud. Juntas anguladas a cara libre: Cara libre blocosa Quebrado al final excesivo

17 Factores Geológicos : Estructuras: Cavidades cerca de la superficie use tubo de carga y reducir patrón contiguo. Cavidades Profundas y pequeñas pueden ser rellenadas Vacíos grandes al fondo deben ser tapados Taco Carga Tapón

18 PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LA ROCA Resistencia a la compresión Resistencia a la tensión Frecuencia sísmica

19 FRECUENCIA SISMICA CLASE DE FORMACION CAPA METEORIZADA ALUVINES MODERNOS ARCILLAS MARGAS CONGLOMERADOS CALIZAS DOLOMITAS SAL YESO ANHIDRITA GNEIS CUSRCITAS GRANITOS GABROS DUNITAS DIABASAS VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE LA ONDA SISMICA LONGITUDINAL ( m/s)

20 FRECUANCIA SISMICA CLASE DE FORMACION DURA MEDIA BLANDA VELOCIDAD SISMICA ( m/s) > < 2000 VELOCIDAD SISMICA Y CONSUMO ESPECIFICO DE EXPLOSIVOS POTENCIA DEL TRACTOR kw VELOCIDAD SISMICA (m/s) CONSUMO ESPECIFICO kg ANFO/m 3 0,230 0,130 0,130 0, 080

21 VOLUMEN DE ROCA PARA LA VOLADURA Comprende al área superficial delimitada por el largo de frente, el ancho, y multiplicado por la altura del banco, se obtiene el volumen de roca a ser volado. El volumen de roca a producirse por voladura estará en dependencia del régimen de trabajos de explotación que requiere la cantera para cumplir la producción establecida. Considerando en todo momento la maquinaria a ser utilizada.

22 TRABAJOS DE PERFORACION La perforación es la primera operación en la preparación de la voladura. Para lo cual se deben tomar en cuenta las condiciones de perforación: - Diámetro de perforación - Longitud de perforación - Rectitud - Estabilidad

23 PERFORACION ESPECIFICA Es el número de metros que se tiene que perforar por cada metro cúbico de roca volada.

24 EXPLOSIVOS DINAMITAS Eplogel I Explogel III Explogel Amon NITROGLICERINA PENTOLITAS Booster de iniciación Pentolita Sísmica Cargas diédricas PENTRITA + TNT

25 AGENTES DE VOLADURA EMULSIONES Emelgrel 3000 Emulsen 910 Emulsen 720 NITRATO DE AMONIO + HIDROCARBURO + EMULSIFICANTE ANFOS Anfo normal Anfo Alumizado NITRATO DE AMONID + DIESEL

26 CORDON DETONANTE ACCESORIOS DE VOLADURA Cordón detonante de 5 gr. Cordón detonante de 10 gr. PENTRITA MECHA DE SEGURIDAD POLVORA NEGRA FULMINANTES Fulminantes N 8 Fulminantes eléctricos Fulminantes no eléctricos PENT AZIDA DE PLOMO HMX

27 METODOS DE INICIACION Iniciación con mecha de seguridad Iniciación con cordón detonante Iniciación no eléctrica Iniciación eléctrica

28 INICIACION CON FULMINANTE Y MECHA 45 mm 65 mg 115 mg 600 mg 6,3 mm

29 INICIACION CON CORDON DETONANTE

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32 SISTEMA DE INICIACION NO ELECTRICA

33 SERIE DE MILISEGUNDO (MS) N DE SERIE MS N DE SERIE MS N DE SERIE MS RETARDO (Milisegundos) RETARDO (Milisegundos) RETARDO (Milisegundos)

34 SERIE DE RETARDOS LP N DE SERIE LP N DE SERIE LP RETARDO (Milisegundos) RETARDO (Milisegundos)

35 SISTEMA NO-ELECTRICO Detonador TECNEL Manguera de Cierre Tubo de choque Crimper Tren de retardo Carga Primaria PRINTEC (Azida de Plomo) Carga secundaria PETN (Pentrita)

36 USOS DEL TECNEL

37 INICIACION ELECTRICA DETONADORES ELECTRICOS Inflamador electro pirotécnico va alojado en un dispositivo antiestátivo y soldado a dos alambres conductores. Carga Primaria: Nitruro de plomo. Carga Base: Pentrita.

38 PARAMETROS DE VOLADURA DATOS DEL PROYECTO Tipo de roca Densidad de la roca Volumen de roca Diámetro de perforación Caliza 2,3 g / cm ,0 m 3 PERFORACION 3 pulgadas = 7,62 cm = 76,2 mm EXPLOSIVOS Booster pentolita de 450 g Anfo normal 1,6 g / cm 3 0,88 g / cm 3 ACCESORIOS Cordón detonante 5 g Fulminantes no eléctricos ms Fulminantes N 8

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40 BORDO Y ESPACIAMIENTO B = BURDEN, BORDO O PIEDRA. 2dx B = 0,012 (( ) + 1,5 )De dro B = m dex = Densidad explosivo g/cm 3 dro = Densidad de la roca g/cm 3 De = Diámetro del explosivo (mm) S = ESPACIAMIENTO S = 1,4 x B Se aplica para bancos altos y con retardos.

41 LONGITUD DE PERFORACIÓN H = ( k + U) / Cos i H = longitud de perforación (m) K = altura del banco ( m ) Se aplica la relación de rigidez óptima en la que: K / B >= 4 K = 4 x B U = Sobre perforación (m)

42 RELACION DE RIGIDEZ Se define como la relación entre la altura del banco y la distancia del bordo. Relación de Rigidez Fragmentación Sobrepresión de aire Roca en vuelo Vibración del terreno Pobre Severa Severa Severa Regular Regular Regular Regular Buena Buena Buena Buena Excelente Excelente Excelente Excelente Comentarios Rompimiento trasero severo y problemas de piso. No se dispare vuelva a diseñar Rediseñe si es posible Buen control y fragmentación No hay mayores beneficios con el incremento de la relación de rigidez arriba de cuatro

43 SOBRE-PERFORACION Es la profundidad a la cual se perfora el barreno por debajo del nivel del piso. Para asegurarse que el rompimiento ocurra a nivel. U = 0,3 x B U = Sobreperforación (m) B = Burden (m)

44 FORMULARIO PARAMETRO KONYA KONYA TECNICA SUECA BORDO 2dx B = 0,012 (( ) + 1,5 )De dro Prv 1/3 B = 8 x 10-3 De Dro B= 45 x De Prv = Potencia relativa en volumen Dro = Densidad de la roca g/ cm3 ESPACIAMIENTO 1,4 x B Iniciación retardada y bancos altos L + 2 B Iniciación instantánea y bancos bajos 2B Iniciación instantánea y bancos altos L + 7 B Iniciación retardada y bancos bajos 1,25 x B SOBRE BARRENACION 0,3 x B Los barrenos por lo general no rompen la profundidad total, por lo que es necesario perforar mas allá del nivel del piso o cota a la cual se quiere llegar. 0,3 x B

45 FORMULARIO PARAMETRO KONYA TECNICA SUECA MODULO DE RIGIDEZ H / B LONG. TACO 0,7 x B El taco es un material inerte y sirve para el confinamiento de los gases de la explosión, controla la sobrepresión y la roca en vuelo. Si las distancias de los tacos son excesivas, se obtendrá una fragmentación muy pobre en la parte superior del banco y el rompimiento posterior a la última fila se incrementará. La longitud del taco es igual a la longitud del Bordo solamente cuando se utiliza polvo muy fino como material de retacado. B Material del Taco De (mm) El material más común utilizado para el taco son las astillas de la perforación, sin embargo este material no es recomendado puesto que el polvo de barrenación muy fino no se mantendrá en el barreno durante la detonación. En cambio el material muy grueso tiene la tendencia a dejar huecos de aire que también pueden ser expulsados fácilmente.

46 CONCENTRACIÓN LINEAL DE CARGA Qbk = 0, x d x De 2 Qbk = Concentración de carga (kg / m) d = densidad del explosivo (gr/cm 3 ) De = diámetro del explosivo (cm)

47 CONCENTRACION LINEAL DE CARGA ( CONCENTRACION LINEAL DE CARGA (kg kg/m) /m) kg/m 49,40 48,69 47,27 43,00 41,58 41,58 31,63 31,28 21,27 212,73 8 3/8 kg/m 47,94 47,25 45,87 41,73 40,35 40,35 30,69 30,35 20,96 209,55 8 1/4 kg/m 46,50 45,83 44,49 40,48 39,14 39,14 29,77 29,44 20,64 206,38 8 1/8 kg/m 45,08 44,43 43,13 39,24 37,94 37,94 28,86 28,54 20,32 203,20 8 kg/m 34,51 34,02 33,02 30,04 29,05 29,05 22,10 21,85 17,78 177,80 7 kg/m 25,36 24,99 24,26 22,07 21,34 21,34 16,23 16,05 15,24 152,40 6 kg/m 17,61 17,35 16,85 15,33 14,82 14,82 11,27 11,15 12,70 127,00 5 kg/m 11,27 11,11 10,78 9,81 9,49 9,49 7,22 7,13 10,16 101,60 4 kg/m 6,34 6,25 6,07 5,52 5,34 5,34 4,06 4,01 7,62 76,20 3 kg/m 2,82 2,78 2,70 2,45 2,37 2,37 1,80 1,78 5,08 50,80 2 kg/m 0,70 0,69 0,67 0,61 0,59 0,59 0,45 0,45 2,54 25,40 1 gr/cm 3 1,39 1,37 1,33 1,21 1,17 1,17 0,89 0,88 cm mm Pulgadas unidades Explogel Amon Explogel I Nuevo Explogel III Emulgrel 3000 Emulsen 720 Emulsen 910 Anfo Al Anfo normal Diámetro barreno

48 ESQUEMA DE CARGA Lr = 0,7 x B 3 x B CC = L Lr - CF CF = 1,3 x B U = 0,3 x B

49 Tiempos de retardo Diseño básico de Tiempos de Retardo: Selección de retardos : Retardo entre filas Retardo entre pozos

50 RETARDOS DE BARRENO A BARRENO t h = T h x S t h = Retardo barreno a barreno (ms) T h = Constante de retardo barreno a barreno S = Espaciamiento ( m ) Roca Arenas, margas, Carbón Algunas calizas y esquistos Calizas compactas y mármoles, algunos granitos y basaltos, cuarcita y algunas gneis. Feldespato porfíricos, gneis compactos y mica, magnetitas. Constante T H (ms/m) 6,5 5,5 4,5 3,5

51 CALCULO DE RETARDO ENTRE FILAS t R = T R x B t R = Retardo entre filas (ms) T R = Factor de tiempo entre filas ( ms / m ) B = Bordo ( m ) Constante T R (ms/m) 6,5 8,0 11,5 16,5 Resultado Violencia, sobrepresión de aire excesiva, rompimiento trasero, etc. Pila de material alta cercana a la cara sobrepresión y rompimiento moderados. Altura de pila promedio, sobrepresión y rompimiento promedio. Pila de material disperso con rompimiento trasero mínimo.

52 Tiempos de retardo Sobre quiebre excesivo y material lanzado sobre el banco Intervalo Insuficiente entre filas (menos de 6 ms/m de burden) Apretado Difícil de excavar, mala fragmentación Contorno del Banco tronado Contorno de la pila de material tronado

53 Tiempos de retardo Sobre quiebre mediano Intervalo de tiempos cortos entre filas (6 a 12 ms/m de burden) Adecuado para operación de Pala de carguío de material. Apretado, compacto Contorno del Banco tronado Contorno de la pila de material tronado

54 Tiempos de retardo Poco sobre quiebre Intervalo de tiempos entre filas (12 a 30 ms/m de burden) Adecuado para excavación de cargador frontal o castblast Suelto - bien tendido Contorno del Banco tronado Contorno de la pila de material tronado

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