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II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO
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CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 1 -
1. TERMINOLOGIA DE LA TRONADURA
El propósito de esta sección es presentar la terminología que se usará en el resto del manual, y luego
revisar la teoría básica detrás de la tronadura. Es importante establecer los conceptos teóricos
primero, ya que a estos se referirá en discusiones posteriores sobre diseños, modelamiento,
monitoreo, funcionamiento del explosivo, etc.
Los términos comúnmente usados en tronadura se listan alfabéticamente, y explicados, cuando sea
necesario, con ecuaciones, ejemplos o diagramas.
Acoplamiento. Se refiere al grado de intimidad entre el explosivo en un pozo y la roca que lo rodea.
Cuando el diámetro del explosivo es menor que el del pozo, se dice que la carga está desacoplada,
con la relación de desacople definido como la razón entre el volumen de la carga al volumen del
pozo. Los explosivos cargados a granel tienen un factor de acoplamiento igual a 1. Algunos autores
definen la razón de acoplamiento como la razón de diámetro de la carga al del pozo.
hoyohoyo
c
l
l
d
d
f
exp
2
2
exp
= (1)
donde fc es la razón de acoplamiento (o desacoplamiento) y d es el diámetro, l es el largo y los
subscriptos exp y hoyo se refieren al explosivo y al pozo.
Acuageles. Son explosivos diseñados específicamente para mejorar la resistencia al agua y la
potencia en volumen del ANFO, y consiste en una solución acuosa saturada de nitrato de amonio y
otros nitratos y contiene también combustibles y cantidades adicionales de nitritos en suspensión. La
reología de la mezcla es controlada por espesadores (por ej. goma de guar) para ajustar la viscosidad
de la mezcla, y entrelazadores (bórax por ej.), para proveer la consistencia de “gelatina” y resistencia
al agua. Los nitratos frecuentemente incluirán nitratos de amina orgánicos. El acuagel contiene
agentes sensibilizadores tales como el TNT, perclorato de amonio, además de burbujas de aire
finamente dispersas, o micro esferas de vidrio, que generalmente se agregan durante la fabricación
del explosivo. Algunos acuageles se fabrican usando nitratos de hexamina para proveer tanto
energía adicional a la reacción de la detonación como una fuente de combustible para el nitrato de
amonio oxidante. El acuagel tiene una consistencia distintiva de gelatina mientras que las
emulsiones usualmente tienen la consistencia de mayonesa (emulsiones a granel), o masilla
(emulsiones encartuchadas).
Angulo de fricción. El ángulo de fricción es la pendiente del esfuerzo de corte relacionado con el
esfuerzo normal. El ángulo de fricción φ , y la cohesión c se relacionan al esfuerzo normal σ , y
fuerza de corte, τ ; por la ecuación:
φστ Tanc *+= (2)
II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO
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CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 2 -
Vea también Cohesión, y Figura 1.1.
Balance de oxígeno. Ésta es la cantidad de oxígeno, expresada en por ciento del peso, liberada
como un resultado de la conversión completa del material explosivo a CO2, H20, SO2, AlO2, etc.
(balance de oxígeno "positivo"). Si hay oxígeno insuficiente para la reacción completa de la
oxidación se dice que el compuesto tiene un balance de oxígeno negativo. Los explosivos
comerciales deben tener un balance de oxígeno cerca de cero para minimizar la cantidad de gases
tóxicos, particularmente monóxido de carbono y gases nitrosos que están presentes en los humos.
Burden y burden efectivo. El burden de un pozo se refiere a la dimensión lineal entre el pozo y la
cara libre y se mide perpendicular a la dirección de la línea de pozos que constituyen una fila (figura
1.2). El término burden generalmente se refiere al burden perforado, significando que la dimensión
lineal se hace a la cara libre existente del banco. El término burden efectivo se refiere a la dimensión
lineal entre el pozo y la posición de la cara libre más cercana al tiempo de la detonación del pozo, y
toma en consideración la dirección de la iniciación. Para una malla equilátera de pozos, el burden es
igual a 0.87 veces el espaciamiento. Para una malla equilátera con iniciación V1, el burden efectivo
es igual a 0.29 veces el espaciamiento.
Campo cercano. Un término que describe vibraciones cerca de una columna larga de explosivo
Generalmente, cuando se están tan cerca como aproximadamente 5 longitudes de la carga a una
columna de explosivo, los niveles de vibración es llamado de campo cercano, y requiere la
aplicación de ecuaciones complejas para la predicción. En el campo cercano es probable que se dañe
la roca por la iniciación de fracturas frescas, y por la dilatación de fracturas existentes.
Campo lejano. Un término que se usa en este texto para describir la distancia a que el nivel de
vibración se puede describir por la ecuación convencional del peso de la carga escalar (elevada a una
potencia). En esta región el comportamiento de la onda vibracional se puede tomar como elástica o
inelástica. A distancias más cercanas al hoyo de tronadura (campo cercano), los niveles de vibración
tienen que describirse usando ecuaciones complejas que toman en consideración la longitud de la
columna del explosivo y no se pueden describir usando ecuaciones de elasticidad. En el campo
lejano el daño a las estructuras rocosas se espera que ocurra principalmente por deslizamiento
inducido por la vibración a lo largo de las superficies de las diaclasas existentes.
Cohesión. La cohesión de una diaclasa es el esfuerzo de corte requerido para causar el
deslizamiento de bloques en cualquier lado de la diaclasa a esfuerzo normal cero, y refleja por lo
tanto, la rugosidad de la superficie de la diaclasa. Figura 1.1 Ver también Angulo de fricción.
Concentración de la Carga lineal. La concentración de explosivo, medida en kg/m, a lo largo de
una hoyo de tronadura. El término puede ser independiente de diámetro del pozo (por explosivos
desacoplados), o dependiente del diámetro (cargas totalmente acopladas). En este manual el símbolo
usado es γ .
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Cristalización. Se usa para referirse al proceso de crecimiento de cristales dentro de la solución
acuosa de sal en una emulsión explosiva. La cristalización causa un cambio considerable a la
reología y textura de una emulsión, y a su sensibilidad y última performance.
Decibeles. El decibel es una unidad usada para medir los niveles de presión del sonido de una
tronadura. El decibelio es una unidad relativa, que mide los niveles de presión del sonido, Pmeas,
usualmente comparado con el nivel de referencia, Po de 20 micro Pascales. El decibelio, relacionado
los niveles de presión de sonido, se define como:






=
0
10*log*20
P
P
db meas
(3)
Deflagración. Los materiales del explosivo a menudo se descomponen a rapidez mucho menor que
la velocidad del sonido del material sin ningún acceso a oxígeno atmosférico. Esto es una
deflagración, y es propagado por la liberación del calor de reacción, y la dirección de flujo de los
productos de la reacción es opuesta al de la detonación. En algunos casos la deflagración puede
convertirse en una reacción de detonación, por ej. el incidente de la ciudad de Texas en 1947 en que
3180 ton. de nitrato de amonio explotaron después de arder por varias horas.
Desacoplamiento. El desacoplamiento se refiere a la práctica de usar una carga de diámetro más
pequeño que la del hoyo de tronadura en que se pone. La reducción en diámetro sirve primero al
propósito de reducir la presión efectiva de la detonación (daño reducido), con reducción de la
presión peak de hoyo. La reducción en presión es mayor que la estimada en virtud de la razón de
desacople debido al efecto de confinamiento reducido en la velocidad de detonación (VOD) del
explosivo, y la dependencia de presión de la detonación en la VOD. La ec. 4 se usa para definir la
razón de desacople.
Diámetro crítico. El diámetro crítico es el diámetro mínimo al cual una carga explosiva todavía
puede detonar. Inclusiones de gas finamente dispersas reducen considerablemente el diámetro crítico
de un explosivo. El diámetro crítico puede ser bastante grande (aprox. 125 mm) para muchas
emulsiones a granel y productos acuagel.
Distancia de separación. Se refiere a la distancia entre una línea de hoyo de tronadura del
perímetro y la fila inmediatamente adyacente de hoyos de tronadura como se indica en Figura 1.3.
Distancia escalar es un factor que relaciona efectos de tronadura similares de cargas de distintos
tamaño del mismo explosivo a variadas distancias. Se obtiene al dividir la distancia en cuestión por
una raíz exponencial del peso del explosivo. Más frecuentemente, la raíz exponencial es ½, pero se
han utilizado valores del orden de 0.3 a 0.5.
Efecto de iniciación. El efecto de iniciación de un reforzador describe el desacople efectivo y
reducción efectiva de la presión de detonación, que ocurre cuando se pone un reforzador en un pozo
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CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 4 -
de diámetro más grande que el propio. El efecto del desacople se describe términos de
Acoplamiento y Desacoplamiento, y se usan ecuaciones para calcular la presión de detonación
desacoplada del iniciador. Se está de acuerdo generalmente que la presión de detonación del
iniciador desacoplado debe exceder la presión de detonación de régimen del explosivo para alcanzar
detonación efectiva de la columna.
22.1
**25.0* iniciadoriniciadorcd VODfP ρ= (4)
donde ρ y VOD es la densidad y velocidad de detonación del iniciador, y fc es la relación del
acoplamiento.
Emulsión. Explosivos de emulsión basados en una "emulsión agua-en aceite" se forman de una
solución saturada de nitrato y una fase de aceite mineral. Están normalmente sensibilizadas por
burbujas de gas finamente dispersas (después de la adición de un agente gasificador en el collar del
hoyo de tronadura), o por adición de micro esferas de vidrio (usualmente durante la fabricación de la
emulsión). Antes de la adición de los sensibilizantes, las emulsiones son normalmente clasificadas
como agentes oxidantes, e incapaces de detonar. Las emulsiones pueden ser balanceadas en
oxígeno o pueden tener un balance de oxígeno positivo.
Energía de burbuja. O energía de levantamiento, se define como el trabajo útil realizado por un
explosivo después que la roca ha estado sujeta a la energía de choque inicial. A la energía de burbuja
se le considera responsable del desplazamiento de la roca después de fracturarse. Se mide en la
prueba submarina de energía y se calcula de acuerdo a la ecuación (figura 1.4):
5.135.2
***684.0 −
= whb tPE ρ (5)
donde Eb es la energía de burbuja, Ph es la presión hidrostática a la profundidad de la carga, t es el
período de tiempo entre el pulso de choque y la primera implosión de burbuja y wρ es la densidad
del agua. Ver también Energía de choque.
Energía de choque. Se determina en la prueba de la energía submarina y se define en tronadura
como la energía usada para expandir el hoyo de tronadura a un equilibrio estable, Figura 1.4. Se
calcula de los tiempos de pulso de presión inicial registrados por transductores de presión
localizados en el agua cerca de las cargas detonantes según la ecuación:
∫=
φ
ρ
π
7.6
0
2
2
*
*
*4
dtP
C
R
E
ww
s (6)
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donde R es la distancia desde la carga a los medidores de presión, wρ es la densidad del agua, C, es la
velocidad del sonido en el agua; P(t) es la forma de la onda presión tiempo y φ es el tiempo
constante de la curva de choque.
Espaciamiento, espaciamiento efectivo. El espaciamiento para un hoyo de tronadura se refiere a la
dimensión lineal entre hoyos de tronadura adyacentes que forman una fila, y se mide usualmente
paralelo a la cara libre. El término usualmente se refiere al espaciamiento de la perforación. El
término espaciamiento efectivo se refiere a la dimensión lineal entre hoyos que detonan
sucesivamente, y toma en consideración la dirección de la cara libre. Ver Figura 1.2.
Estabilidad. Se usa el término estabilidad generalmente con respecto a los explosivos emulsión y
acuagel y se refiere al tiempo que un producto explosivo puede quedar en un hoyo de tronadura sin
que ocurra un cambio en la composición química o física. Fabricantes proveen "tiempos de
residencia" de manera que no ocurran pérdidas significativas de energía en la tronadura.
Explosivos aluminizados. Son explosivos compuestos a los cuales se les adiciona aluminio en
polvo de diferente granulometría. El aluminio se añade para potenciar la energía efectiva del
explosivo, en virtud del alto calor de formación del óxido de aluminio que se produce durante la
reacción de detonación. El aluminio no aumenta el volumen de gas producido, al contrario,
disminuye al atrapar algo del oxígeno. El aluminio actúa como un combustible en la reacción y su
uso debe estar acompañado por la reducción de otro componente combustible (por ej., petróleo). El
aluminio aumenta la performance al elevar la temperatura de reacción, aumentando por lo tanto la
presión peak de hoyo y aumentando la velocidad de desplazamiento del burden. El aluminio en
polvo se añade hasta un 10% en peso a los explosivos a granel. No aumenta la velocidad de
detonación de un explosivo y puede causar su reducción. La granulometría del aluminio en polvo es
el principal factor que influye en su efectividad al mejorar la performance del explosivo. Partículas
más finas reaccionan más rápidamente y más completamente y tienen un mayor impacto que las más
gruesas.
Explosivos primarios Un explosivo que detona por ignición simple de medios tales como chispas,
llamas, impacto, y otras fuentes primarias de calor. Explosivos Primarios incluyen aquellos que se
hallan en detonadores, cordón detonante, e iniciadores.
Explosivo secundarios son explosivos en que la detonación es iniciada por el impacto de la
detonación de un explosivo inicial (primario). Esta definición incluye todo explosivos usado en
tronadura de la roca. Materiales insensibles tales como nitrato del amonio se clasifican como
explosivos terciarios.
Explosivos slurries. Vea acuagel.
II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO
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Factor de carga. Éste es el término usado para describir la cantidad de explosivo usado para romper
un volumen o peso unitario de roca, El término tiene por eso las unidades de kg/m3 o kg/ton.
Algunos también toman en cuenta la potencia en peso de explosivo para expresar el peso de
explosivo como equivalente a la potencia en peso equivalente al ANFO, o sea, Wteff = Wt*
potencia en peso relativa. Otro usuarios prefieren usar un término inverso del factor de la carga, para
describir el peso de roca quebrada por unidad de peso de explosivo (ton/kg).
Factor de energía. Este término es similar al Factor de carga, pero la energía del explosivo se
expresa como una relación al peso o volumen de roca quebrada (o sea. MJ/m3 o MJ/ton). El factor
de Energía es por eso el producto de Factor de la Carga y la potencia en Peso.
Grado de Fijación. El grado de fijación se refiere al grado de confinamiento de la carga explosiva
en el hoyo de tronadura, el que es influido por el número de caras libres, el ángulo de abertura a las
caras disponibles libres, y a la resistencia de la roca circundante. Langefors & Kihlstrom (1978)
indican que para un hoyo de tronadura vertical con pasadura normal, el grado de fijación es la
unidad, decreciendo a 0.85 a medida que la inclinación del pozo aumenta a 180. Dependiendo de la
aplicación, el grado de fijación puede variar de 0.5 a 2.0, Figura 1.5. Se usan valores de 1.5 a 2 en
tronaduras en túnel, con valores de 0.5 a 0.75 en hoyos de tronadura con una base libre (e. g. pozos
sin pasadura).
Impedancia. La impedancia de un explosivo es el producto de su densidad y velocidad de
detonación. Idealmente los explosivos deben tener la misma impedancia que la roca (impedancia de
la roca es el producto de la onda P y densidad) que se va a fragmentar, para efectuar la máxima
transferencia de energía desde el hoyo de tronadura a la masa rocosa.
Iniciación lateral. Iniciación lateral ocurre cuando una columna de explosivo detona radialmente en
el hoyo de tronadura en lugar de a lo largo. A causa de la distancia requerida para alcanzar la VOD
de régimen, los explosivos con iniciación lateral producen una cantidad reducida de energía de
choque, y se usa a veces para controlar el daño y sobre quebradura en condiciones sensibles. Vea
también Trazado
Iniciadores y reforzadores son ambos sistemas de explosivo de alta potencia, consiste
generalmente de iniciador de pentolita o un cartucho de emulsión o explosivo basado en
nitroglicerina. El término iniciador se usa para designar la carga que inicia a la columna, mientras
que el término "reforzador" se usa para designar un aditivo a la columna para mantener una
velocidad alta de detonación en el explosivo. Para que el iniciador detone, la columna de explosivo
en que se sumerge debe generar suficiente energía de choque para comenzar una detonación a través
de la sección completa de la columna del explosivo.
Potencia en peso & potencia en Peso Relativa. La potencia en peso se refiere al rendimiento de la
energía de un peso conocido de explosivo, y tiene las unidades de energía por unidad de peso (MJ/
kg). La potencia en peso relativa se refiere al rendimiento de la energía de un explosivo expresado
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como un porcentaje del rendimiento de la energía del mismo peso de ANFO. El método más fiable
para estimar la potencia del explosivo es a través del uso de softwares computacionales para calcular
la curva presión-tiempo para los productos de la detonación, ya que este es el mejor método para
estimar la "energía disponible". La potencia en peso relativa efectiva es un término para estimar la
energía relativa disponible en la reacción de la detonación hasta que los gases se disipan a la
atmósfera. Ver también potencia en volumen & potencia en volumen relativa.
Potencia en volumen y potencia relativa en volumen. La potencia en volumen se refiere a la
energía producida por un volumen de explosivo. La potencia relativa se refiere a la energía
producida por un explosivo expresada como un porcentaje de la energía producida por un volumen
igual de ANFO. La forma más confiable de evaluar la potencia de un explosivo es a través del uso
de códigos de computación para evaluar la curva presión-tiempo para los productos de la
detonación, ya que este es el mejor método para evaluar la energía disponible. La potencia relativa
en volumen efectiva es un término usado para estimar la energía disponible relativa en la reacción de
detonación hasta que los gases en expansión se disipen a la atmósfera. La potencia relativa en
volumen (RBS) se relaciona a la potencia relativa en peso (RWS) por la ecuación:
anfo
RWSRBS
ρ
ρexp
*= (7)
donde expρ y anfoρ se refieren a las densidades del explosivo y del ANFO respectivamente.
Ver también Potencia en peso y Potencia relativa en peso.
Presión de detonación. La presión de la detonación es la presión que ocurre dentro de la zona
primaria de reacción que está limitada en un lado por el frente de choque y en el otro lado por el
plano de Chapman Jouguet (C-J) (figura 1.6). Detrás del plano C-J, están los productos de la
reacción, y aún algunos productos todavía sufren reacción, que ejercen una presión menor, conocida
como la presión de explosión, o presión peak de hoyo. Presión de la detonación es usualmente una
cantidad calculada basada en la densidad de explosivo ( expρ ) y el VOD del explosivo ( expVOD
), y
normalmente se calcula de la ecuación:
2
expexp **25.0 VODPd ρ= (8)
Generalmente se considera a la presión de detonación responsable del fracturamiento de la roca
alrededor del hoyo de tronadura. Rocas masivas de resistencia alta, usualmente requieren una
presión de detonación alta para una fragmentación óptima.
Presión de la explosión. Vea Presión peak de hoyo de tronadura.
Presión peak de hoyo, o Presión de Explosión, se usa para referirse a la presión peak desarrollada
detrás de la zona de reacción primaria en la columna del explosivo. La presión peak de hoyo
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generalmente es aproximadamente un 45% de la presión de detonación. Es la presión peak de hoyo
la que se considera que produce el esfuerzo para levantar el burden, y dilatación de fracturas en la
masa rocosa que rodea un hoyo de tronadura.
Proyección de rocas. Es el desplazamiento indeseado de roca de un área de la tronadura. Es
importante señalar que un buen diseño minimizará la ocurrencia de proyección, pero no puede
garantizar la eliminación de ella. No se debe permitir que las rocas salgan del área de la tronadura, y
en situaciones de tronaduras en banco bien controlada usualmente la proyección no es más que
aproximadamente 5 veces la altura del banco. La proyección puede ser causada por sobre
confinamiento de cargas, o sobrecarga debido a la presencia de cavidades o fracturas abiertas en la
roca.
Razón de carga. Este es un término que describe la distribución vertical de explosivo en un banco y
es igual a la razón del largo de la carga sobre el piso del banco (o sea el largo de la carga – pasadura)
a la altura del banco. Para diámetros grandes de pozos, esta relación puede ser pequeña, con una
proporción grande de explosivo localizado debajo el piso, en la pasadura. Bajo estas condiciones es
difícil lograr una fragmentación uniforme.
Razón de rigidez. Es un término que describe la influencia de la geometría del disparo en el estado
de confinamiento de una columna de explosivo, y se toma como la razón entre la altura del banco y
el burden. Se sabe bien que la longitud de un hoyo de tronadura tiene una gran influencia en la
cantidad de burden, que se puede romper aún para diámetros de pozo constantes. Pozos largos
quiebran un burden fijo más fácilmente que pozos cortos y observaciones prácticas sugieren una
longitud óptima de hoyo de alrededor de 3 a 4 veces el burden. El óptimo representa un equilibrio
entre la fragmentación mejorada de pozos más largos, y el aumento de la desviación en la
perforación de los pozos largos.
Resistencia al agua. La resistencia al agua de los explosivos varía extensamente según la
composición del explosivo, y el empaquetamiento del explosivo. Los explosivos con nitrato de
amonio/ petróleo (ANFO) tienen una resistencia al agua muy pobre, ya que el nitrato del amonio es
soluble en agua. El efecto del agua en la performance del explosivo es reducir la sensibilidad del
explosivo, reduce la eficacia de reacción, y reduce la energía de reacción. Se acompaña la presencia
de agua en el hoyo de tronadura frecuentemente por la generación de humo tóxico naranja o café.
Finalmente, se puede reducir la sensibilidad al punto donde el producto no detonará. Explosivos
comunes comerciales no son a prueba de agua, ellos tienen sólo calidades de resistencia al agua. La
resistencia al agua se rankea cualitativamente usando términos tales como malo, regular, bueno o
excelente. Usualmente la resistencia al agua se clasifica para agua estática. Cuando el agua fluye por
el hoyo de tronadura (agua dinámica), se agrega resistencia encartuchando el explosivo.
Secuencia de la iniciación. Se describe frecuentemente en términos de VO, V1, V2, etc. El uso del
descriptor "V' se adopta como una anotación para describir la orientación aproximada de la cara
libre expuesta por los hoyos de tronadura al detonar. Los tipos diferentes de "V" se perfilan en
Figura 1.6
II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO
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CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 9 -
Sensibilizantes & Sensibilidad. Sensibilizantes son aditivos para explosivos a granel que se
requieren para que la formulación detone más fácilmente. Los más comunes son la nitroglicerina,
TNT, micro esferas, aluminio, nitrato de hexamina, ceniza liviana o carbón en polvo fino, y
cualquiera agente reducidor. La sensibilidad se usa para describir la facilidad con que se puede
detonar un explosivo, y finalmente determina el diámetro del pozo mínimo; o diámetro del cartucho
mínimo que se puede usar. La sensibilidad de un explosivo usualmente se describe en cuanto al
tamaño del iniciador requerido para efectuar una detonación óptima, y varía desde la sensibilidad a
un detonador hasta un iniciador.
Sobre presión. Es el término usado para describir las fluctuaciones de las presiones dinámicas
creadas en el aire por la tronadura. Se usa este término en preferencia a "ruido" ya que también
incluye frecuencias de perturbación, que son inaudibles. Se mide usando una función lineal mientras
que el "ruido" se mide usando una función “A”.
Taco de aire. Este término se usa para describir la combinación de una columna explosiva y una
sección vacía no cargada del pozo (Figura 1.8). El taco de aire se usa para reducir el impacto de una
columna explosiva en la roca adyacente, y al mismo tiempo para extender la región de influencia del
explosivo sobre la parte superior de él. La presencia de un taco de aire reduce la presión peak
efectiva de hoyo, Pb
*
de acuerdo a la ecuación:
bcb PfP *2.1*
= (9)
donde fc es la relación de acoplamiento, y Pb es la presión peak de hoyo para el explosivo cuando
está acoplado totalmente.
Taco superior & taco intermedio. Taco superior es el material inerte añadido en la cima del hoyo
de tronadura para efectuar el confinamiento de los gases de la explosión y prevenir una proyección
y sobre presión excesiva. El taco intermedio se añade a la columna del explosivo para reducir
deliberadamente la cantidad de explosivo contenido en un hoyo de tronadura. Se agrega taco
intermedio en aquellas posiciones en el hoyo de tronadura donde la roca circundante es lo
suficientemente débil como para no requerir un quebrantamiento adicional. Vea Figura 1.9.
Trazado. Trazado se refiere a la práctica de insertar una línea de cordón detonante dentro de un
hoyo cargado. El efecto deseado es promover la insensibilización de una porción del explosivo, o
causar iniciación lateral del explosivo. Ambos efectos causan una disminución del rendimiento de la
energía de choque del explosivo, como consecuencia de esto provee algo de alivio a la roca en
cuanto a daño inducido.
Tronadura de tacos intermedios. Éste es un término usado cuando una columna larga de explosivo
es reemplazada por varias unidades de carga más pequeñas, con cada unidad separada por material
inerte tal como el taco superior. Usualmente, el taco intermedio se practica para reducir el peso de
explosivo por retardo, requiriendo que las cargas separadas sean independientes con diferentes
retardos.
II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO
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CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 10 -
VeIocidad de Detonación. Velocidad de detonación (VOD) es una medida de la razón a que la
reacción de la detonación procede por la columna del explosivo. Típicamente, el VOD variará de
alrededor de 3000 m/ s para ANFO en hoyos de tronadura de diámetros pequeños a alrededor de
6000 m/ s para emulsión y acuagel en hoyos de tronadura de diámetros más grandes. Se considera
un indicador del potencial de fragmentación de un explosivo, con el potencial creciente para un
VOD creciente. La relación entre la presión de detonación, Pd y la VOD está dada por la ec.
(8).
Varios autores han sugerido que cuando se reduce el VOD, también se reduce la fracción de energía
de la onda de choque fc de acuerdo a la relación:
2






=
ss
act
VOD
VOD
f (10)
La velocidad de detonación es considerada por muchos el mejor "barómetro" para estimar la
performance y consistencia de formulaciones de explosivo a granel, pero no es, en sí mismo, una
medida de la energía total disponible del explosivo.
Velocidad peak de Partícula & Velocidad de la onda P. La Velocidad peak de partícula (PPV) se
refiere a la velocidad de movimiento de partículas individuales dentro de la masa rocosa como una
vibración u onda de choque que se propaga por la roca. Estas partículas se pueden mover sólo en
cantidades pequeñas en 3 dimensiones, de manera que se pueden medir velocidades peak de
partícula en 3 direcciones ortogonales. El PPV medido en cualquiera ubicación es una función de
la energía en la fuente de vibración, la distancia desde la fuente, y las características de la atenuación
de la roca. La velocidad de la onda P, Vp, es una medida de la velocidad de propagación de la roca,
y es independiente de la fuente de vibración. La velocidad de la onda P es controlada por la roca y
propiedades estructurales del medio. PPV y Vp, se relacionan en un medio elástico, homogéneo
según la ecuación:
pV
PPV
=ε (11)
donde ε es el nivel de deformación inducida dinámica en la roca
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CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 11 -
2. TEORIA DE TRONADURA.
2.1. GENERAL.
Los explosivos están hechos de oxidantes y combustibles en una mezcla meta estable. Dándoles un
estímulo suficiente, se descomponen violentamente liberando una gran cantidad de energía que llega
a ser útil para quebrar la roca. En la mayoría de los explosivos comerciales, los oxidantes son
principalmente nitratos, siendo el nitrato de amonio el material básico de fabricación. Otros nitratos
comúnmente usados incluyen el de sodio, calcio, potasio y aún algunos inorgánicos tales como
aminas y hexaminas.
Los combustibles básicos para un explosivo incluyen el C y el H, ya que estos reaccionan con el O
para liberar grandes cantidades de energía. La mayoría de los combustibles son hidrocarburos que
tienen una estructura básica de CH2.
En general, hay dos tipos de explosivos: los moleculares y los compuestos. Los moleculares tienen
O y combustible dentro de las mismas moléculas; tienen la ventaja que los oxidantes y combustibles
están en contacto íntimo, de manera que la reacción se lleva a cabo extremadamente rápida, y
generalmente es completa. El trinitrotolueno (TNT) es un ejemplo de un explosivo molecular. Los
explosivos compuestos tienen oxidantes y combustibles en diferentes moléculas o en diferentes
compuestos. Debido a que el combustible y el oxidante están muy separados relativamente, la
reacción de descomposición se lleva a cabo mucho más lentamente que en un explosivo molecular.
El ANFO, las emulsiones y los acuageles son todos ejemplos de explosivos compuestos, aunque,
estrictamente hablando, ellos son un sistema híbrido ya que el nitrato de amonio contiene tanto
combustible (H) y O en asociación molecular, en adición al combustible separado contenido en el
petróleo.
Dos aspectos importantes de la formulación de un explosivo son el tamaño de las partículas
involucradas en la reacción y la cantidad de espacio libre de huecos en la formulación. En su estado
normal, el petróleo no se absorbe en la superficie del nitrato de amonio. Cuando se muele lo
suficientemente fino, el área superficial llega a ser lo suficientemente grande y el petróleo puede
formar un fino recubrimiento sobre el polvo, lo suficiente para permitir y sostener la reacción de
descomposición. Pero el polvo del nitrato de amonio es difícil de manejar de manera que se
desarrolló un prill poroso. El prill consiste de un caparazón de cristal con el espacio entre cristales
semejando poros o capilares. Cuando se mezcla con petróleo, éste penetra el prill por acción capilar.
El grado de intimidad de la mezcla de petróleo dentro del prill está algo influenciado por el diámetro
del prill: pequeños prills proporcionan una distribución más uniforme que prills grandes.
Típicamente, el prill grado explosivo tiene un rango de tamaño desde 1 mm a 3 mm, estando el
grueso del material entre 1 a 2 mm de diámetro.
El concepto de espacio libre es particularmente importante en los explosivos compuestos. El espacio
libre o hueco en un explosivo parece servir dos propósitos. Primeramente el espacio permite que el
oxidante y el combustible se muevan juntos. Si la densidad en volumen de la formulación es muy
grande, el movimiento de los componentes es impedido y la reacción se detendrá. En segundo lugar
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el espacio libre proporcionará un mecanismo para la generación de “puntos calientes” causados por
la compresión adiabática. El calor generado por la compresión produce un punto caliente que
permite que la reacción se sostenga por sí misma. Si la reacción encuentra una zona en que hay
insuficientes huecos, (por ej. donde no hay micro esferas) la reacción se apagará y la detonación
cesará. En el caso del ANFO, el espacio de huecos se proporciona en virtud de la porosidad de los
prills. Puesto que la densidad del cristal de nitrato de amonio es alrededor de 1.7 gr./cc y la densidad
en volumen del prill de casi 0.85 gr./cc, se puede ver que el nitrato de amonio prilado contiene un
porcentaje de huecos de casi un 50%. A una densidad aproximada de 1.1 a 1.2 gr./cc, el nitrato de
amonio llega a ser demasiado denso para sostener una detonación.
2.2. QUIMICA DE LOS EXPLOSIVOS.
Se asume en esta sección que la reacción de la descomposición para el explosivo resultará en una
oxidación completa de todos sus componentes. La validez de esta suposición es algo dependiente de
la composición correcta y del tamaño del prill. La reacción básica de descomposición para el nitrato
de amonio está dada por:
2 4 24 3 2 2 2NH NO H O N O→ + + (12)
de la cual el balance de oxígeno se puede estimar del conocimiento de los pesos atómicos de todos
los elementos; éste será de 0.2 g/g ó 20%. Similarmente, la reacción de descomposición para el
componente combustible del ANFO (simplificado como CH2) se puede escribir como:
2 3 2 22 2 2 2CH O CO H O+ → + (13)
Esta reacción se ve deficiente en oxígeno, de manera que el oxígeno requerido para completar la
reacción debe ser proporcionado por el componente oxidante del explosivo. Cuando los dos
componentes se mezclan juntos, la ecuación de la reacción se puede escribir como:
3 7 34 3 2 2 2 2NH NO CH H O N CO+ → + + (14)
de la cual la cantidad de combustible requerido para lograr una mezcla con oxígeno balanceado se
puede calcular que es 15/254 ó 5.51%. En el caso que se agregue menos combustible, se dispone de
un exceso de oxígeno y se produce óxido nitroso (NO) en adición a los productos de más arriba.
Debido a su baja estabilidad en la presencia de oxígeno libre, este producto se reduce rápidamente a
dióxido de nitrógeno (NO2) que es altamente tóxico, y combinado con la humedad atmosférica
forma ácido nítrico. Cuando se forma, el óxido nitroso es claramente visible en la forma de humo
coloreado naranja o café. Una consecuencia adicional de añadir poco combustible es que tanto la
energía de reacción como el VOD disminuye relativo a aquellas de una mezcla balanceada. La fig.
2.1 muestra como la energía del ANFO varía con los cambios en la cantidad de petróleo, y la fig. 2.2
muestra el efecto en el VOD.
En el caso que la cantidad de petróleo excede al 5.5%, la mezcla resultante se convierte en deficiente
en oxígeno, resultando en la formación de monóxido de carbono, más tóxico que el relativamente
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inofensivo dióxido de carbono CO2. Aunque la energía de reacción también disminuye con el exceso
de petróleo, esta disminución es menor que la que ocurre para el exceso de oxígeno. De las dos
alternativas, es mejor tener un ligero exceso de petróleo, de manera que la formulación más común
de ANFO tiene 6% de petróleo.
Un aditivo común a muchas formulaciones de explosivos es el aluminio, añadido en forma de polvo
o de gránulos. El Al aumenta la potencia en volumen de los explosivos, aún de las emulsiones de
alta densidad. El Al se añade al explosivo ya sea a granel o envasado, debido a que es un
combustible altamente energético.
La reacción del Al durante la detonación produce el óxido metálico sólido Al2O; ningún producto
gaseoso con Al se produce en la reacción de detonación. El Al, por lo tanto, reduce la formación de
gas, atrayendo algo del oxígeno que de otra forma estaría disponible en la reacción para producir
vapor o dióxido de carbono. La ecuación de la reacción química del ANFO con Al está dada por:
( ) ( ) ( )3 2 1 6 3 14 3 2 2 2 2 2 3NH NO XCH X Al X H O N XCO X Al O+ + − → + + + + −
para x ≤1 (15)
El Al se añade en cantidades de hasta 15% en peso, pero lo más común son cantidades entre 5 y 10
en peso. De la ec. 15, el 5% de Al requerirá una reducción en el contenido de petróleo de 5.7 a 4%
para un balance de oxígeno perfecto y también reducirá el volumen total de gas de 11 moles como se
calculó en la ec. 14 a 10.5 moles como se calculó en la ec. 15.
Es claro de la ec. 15, que el Al actúa como un combustible en la reacción de descomposición del
nitrato de amonio. El beneficio del Al como un aditivo a los explosivos está en el muy alto calor de
formación del óxido de Al, aproximadamente 16.25 MJ/Kg. Este calor de formación resulta en un
considerable aumento en la temperatura de los productos gaseosos de la reacción, que a su vez
produce un considerable incremento en la presión de los gases en el hoyo. El aumento de presión
causado por el aumento de la temperatura de los gases más que compensa la reducción en el
volumen de gas producido, de manera que el efecto neto de añadir Al es aumentar la energía
disponible teórica, principalmente a través de un aumento de la energía de levantamiento.
Si el Al se añade como un combustible y es para contribuir totalmente a la energía del explosivo,
debe cumplir estrictas especificaciones de tamaño. El Al se añade en forma metálica, generalmente
como polvo. Si el tamaño del grano del Al es muy grueso, el tiempo disponible para la oxidación
será inadecuado para permitir una reacción completa del Al, y el beneficio total no se obtendrá.
Además, bajo estas condiciones, tenderá a existir un exceso de oxígeno (insuficiente combustible), y
se generarán humos de óxidos nitrosos. Si el polvo de Al es muy fino, es muy riesgoso manejarlo, ya
que el polvo en sí se convierte en un riesgo de explosión de polvo. El tamaño ideal para el polvo
parece estar en el rango de 70 a 100 mallas.
2.3. TECNOLOGIA DEL PRILL.
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El nitrato de amonio sólido usado en los explosivos simples se suministran en la forma de prills.
Estos prills deben ser porosos y de una distribución de tamaño uniforme. El tamaño típico para el
prill de nitrato de amonio grado explosivo es:
100% < 3 mm
90% < 2 mm
1% < 1 mm
El grueso del prill en el nitrato de amonio grado explosivo, por lo tanto, debe tener un diámetro
entre 1 y 2 mm.
Durante la formación de los prills, una fina capa de arcilla se añade generalmente en el exterior del
prill. Esto es para contra restar la naturaleza higroscópica del nitrato. El nitrato sin recubrimiento en
contacto con el aire que tenga un 60% de humedad, eventualmente se transforma en líquido. Arcilla
finamente adherida a la superficie del prill reduce este efecto, pero también reduce la sensibilidad y
permeabilidad del prill. Pequeñas cantidades de aditivos de sulfato de Al también se pueden añadir
para mejorar la resistencia del prill.
La densidad de los prills individuales grado explosivo, debe estar alrededor de 1.2 gr./cc, dando una
densidad en volumen de casi 0.8 gr./cc. Si la densidad y tamaño de los prills están en el rango
correcto, entonces no debería haber dificultad con el funcionamiento del producto cuando se mezcla
con 6% de petróleo, a menos que los prills estén recubiertos con un exceso de arcilla.
Los prills con permeabilidad reducida se pueden detectar examinando una sección transversal del
prill después que se ha mezclado con petróleo coloreado. Si el petróleo ha penetrado uniformemente,
el interior del prill estará coloreado uniformemente. Si no, el interior permanecerá blanco mientras
que el exterior estará coloreado. Este tipo de prill no reaccionará adecuadamente y el
funcionamiento de la detonación será inadecuado.
Durante el almacenamiento del nitrato de amonio el ciclo de temperatura puede significar un
desmoronamiento de la estructura del prill. Cuando la temperatura del nitrato de amonio puro se
eleva sobre los 32,1° C, ocurre un cambio espontáneo en la estructura del cristal. El cambio en la
densidad y el volumen de la estructura del cristal resultará en un agrietamiento del cristal y, por lo
tanto, en el prill. Cuando se enfría bajo los 32° C los cristales tienden a aglutinarse y si hay alguna
humedad presente, el producto empezará a formar terrones.
Si los prills están dentro de un cartucho de emulsión, el ciclo de temperatura promoverá la
cristalización de la fase emulsión, conduciendo a una pérdida significativa de la sensibilidad y al
final de la insensibilización del producto.
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2.4. ENERGIA DEL EXPLOSIVO.
La energía del explosivo se puede definir en términos del trabajo de expansión de los gases de alta
presión, o sea, el área bajo la curva PV como se muestra en la fig. 2.3, y como se muestra en la
siguiente ecuación:
∫=
cP
dP
PdVEnergía (16)
donde P y V se refieren a la presión y el volumen de los gases de explosión en cualquier instante en
el tiempo, dP es la presión de detonación y cP es la presión crítica a la cual ningún trabajo adicional
se realiza debido a la expulsión del gas a la atmósfera.
De muchas observaciones del funcionamiento de un amplio rango de explosivos, la presión crítica a
la cual el trabajo útil cesa, es alrededor de los 100 MPa. Por esta razón, la energía disponible para el
trabajo útil es sustancialmente menor que el trabajo teórico obtenido en consideración de los calores
de formación de los reactantes individuales.
La curva PV es característica de cada formulación de explosivo y su derivación requiere
conocimiento preciso de la composición del producto. Los explosivos emulsiones, por ej., tienen una
curva completamente diferente, con el área total bajo la curva (de Pd a presión ambiental) menor
que los del Anfo. Esto se espera debido a la presencia de cantidades sustanciales de agua, y el efecto
de apagado que tiene esto en la reacción. Sin embargo, el área bajo la curva PV desde Pd a Pc
normal, es frecuentemente mayor o muy similar a la del Anfo, de manera que las emulsiones pueden
tener una potencia en peso efectiva muy cercana o aún exceder al 100%.
Es importante notar que los factores que afectan a la presión de venteo de los gases de explosión
(tales como el grado de confinamiento de la carga) afectará también la cantidad de energía obtenida
de los explosivos y pueden, por lo tanto, esperarse que influya en los perfiles de la pila, la
fragmentación y los niveles peak de vibración. Estudios recientes de McKenzie et al (1992),
investigaron la relación entre la energía disponible y la vibración inducida.
2.5 TECNOLOGIA DE LA EMULSION Y DEL ACUAGEL.
Los explosivos emulsiones comúnmente usados están también basados fuertemente en el nitrato de
amonio como la sal oxidante y el petróleo como la fuente de combustible, de manera que la reacción
química para estos productos no es muy diferente que la del Anfo.
Las emulsiones se fabrican comúnmente produciendo primero una solución acuosa super saturada
de sal(es) oxidantes y luego finamente dispersa en una fase aceite para formar una emulsión agua
en aceite. La solución de sales siempre contendrá nitrato de amonio pero puede también tener
nitrato de calcio o de sodio. Debido a que la solución se hace super saturada, cuando se enfría a
temperatura ambiente se convierte en meta estable, mostrando una fuerte tendencia a formar
cristales de varias sales de nitrato. Una formulación típica para una emulsión que contiene tanto
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nitrato de amonio y de calcio debe ser alrededor de 65% de nitrato de amonio, 16% de nitrato de
calcio, 12% de agua y 7% de petróleo. Algunas formulaciones pueden contener hasta alrededor de
18% de agua.
El nitrato de calcio añadido a la solución también contribuye a la energía total, pero en una tasa
significantemente menor que el nitrato de amonio. La potencia del nitrato de calcio, de acuerdo a
ratings internacionales es sólo la mitad que la del nitrato de amonio. Es importante destacar que
estos nitratos son los únicos ingredientes activos en la mayoría de las emulsiones (excepto en los
pocos casos donde se añade Al).
Las gotas finas de sales acuosas se previenen de la coalescencia añadiéndole un emulsificante que
forma un recubrimiento de una capa de una cadena polar de hidrocarbono alrededor de cada gota.
La naturaleza polar de la gota recubierta previene la coalescencia con otras gotas similarmente
recubiertas y cargadas. La mezcla resultante, por lo tanto, logra un alto grado de intimidad entre el
combustible y el oxidante del explosivo, resultando en un aumento en la tasa de reacción lograda
por el explosivo durante la detonación.
Generalmente la fase emulsión misma no se clasifica como un explosivo, pero sí como un agente
de tronadura. Esta distinción se hace con la base de sensibilidad o de energía requerida para iniciar
la reacción. Las emulsiones requieren una sensibilización a través de la adición de sensibilizantes
tales como burbujas de gas, micro esferas de vidrio o prills, antes de que ellas se clasifiquen como
explosivos y se puedan iniciar con pequeñas cantidades de explosivos primarios. Estos aditivos
proporcionan los puntos calientes, a través de su compresibilidad, necesarios para sostener y
propagar la reacción. Los productos emulsiones hechos de esta forma se refieren a los bombeables,
ya que el bombeo es la forma recomendable de cargar estos productos altamente viscosos. Aunque
se han hecho algunas pruebas de vaciar estos productos en el hoyo, no es una práctica
recomendable, particularmente en hoyos de pequeño diámetro, debido a la posibilidad de bloqueo
del producto en el hoyo.
En vez de dispersar la solución salina acuosa en petróleo, es posible usar ceras o parafinas. Estos
son hidrocarburos de cadena muy larga; a temperatura ambiente se convierten en rígidos y
maleables. Cuando se usan parafinas en vez de petróleo, el producto llega a ser muy rígido al
enfriarse; estos productos se usan para hacer emulsiones encartuchadas de diferente rigidez. Sin
embargo, la formulación del producto tiene un alto porcentaje de sensibilizantes para hacerlos
sensibles a un detonador.
Los explosivos acuageles son soluciones acuosas que son sensibilizadas y entrelazadas para
proporcionar una buena resistencia al agua, pero difiere considerablemente de las emulsiones en
sus formulaciones. En los explosivos acuageles, se fabrica una solución acuosa madre, conteniendo
nitrato de amonio y otros componentes activos, tales como perclorato de amonio, nitrato de
hexamina, Al y nitrato de metil amina. Estos aditivos tienen una tasa de energía mayor que el
nitrato de amonio, tendiendo a aumentar la energía relativa a la de las emulsiones.
La química del acuagel es más compleja que la de la emulsión, requiriendo un buen control sobre
la mezcla y fabricación del producto. Sin embargo, en general ella se puede resumir con que tienen
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componentes más energéticos y una cantidad de agua similar o menor que la emulsión. El acuagel
más comúnmente encontrado en Australia contiene alrededor de 85 a 90% de componentes
reactivos (nitrato de amonio, de hexamina, perclorato de amonio) y menos de 10% de agua. Otros
aditivos principales incluyen la goma de guar para lograr la consistencia requerida del producto,
agentes entrelazadores para proporcionar la resistencia “gel” al agua y agentes sensibilizantes.
2.6 MECANISMOS DE LA EXPLOSION.
La reacción principal que constituye la detonación explosiva, ocurre dentro de una zona delgada
denominada la zona de reacción principal dentro del hoyo. Esta se extiende desde el frente de
choque a un límite posterior denominado el plano de Chapman Jouguet (CJ), siendo el largo de esa
zona característico de un explosivo. Las reacciones que ocurren dentro de la zona de reacción
principal, generan la presión peak (la presión de detonación) y produce la acción de esparcimiento
del explosivo. Detrás de la zona principal hay una zona de baja presión o de hoyo. La presión de
esta sección es casi la mitad que la de detonación para explosivos acoplados totalmente.
En explosivos ideales, la reacción de los componentes está completamente dentro de la zona de
reacción principal. Luego, la energía máxima, está disponible para conducir la reacción y la
presión de detonación es la máxima. En explosivos no ideales (incluyendo todos los basados en
ANFO) sólo parte de la reacción ocurre en la zona de reacción principal, ocurriendo algunas detrás
del plano CJ. Esto reduce la presión de detonación pero puede no disminuir la presión de hoyo que
actúa detrás de la zona de reacción.
La presión de detonación lograda por un explosivo se puede estimar en un grado razonable de la
VOD usando la ec. simple:
2
**250 VODPd ρ= *10-6
(17)
donde VOD está en m/s, ρ es la densidad del explosivo en gr./cc y Pd es la presión de detonación
en MPa.
La presión de detonación se considera que es el mejor indicador del potencial de fuerza,
esparcimiento o fragmentación de un explosivo en tipos de rocas competentes y de alta densidad.
Es particularmente importante mantener una alta presión de detonación y de hoyo en la base de los
hoyos para asegurar una excavación fácil de la pila. En este contexto, el uso de explosivos
encartuchados tiene algunas dificultades.
Cuando se seleccionan explosivos encartuchados para usar en hoyos de tronadura, el diámetro del
cartucho se selecciona siempre que sea al menos 10 mm menor que el diámetro del hoyo, para
facilitar el carguío. Esto significa que un anillo de aire rodea al explosivo en el hoyo y este anillo
servirá para reducir la presión peak de hoyo y por lo tanto reducir la cantidad de rompimiento. Esta
situación puede ser evitada rajando los cartuchos primero para asegurar el impacto o taquearlos,
entonces ellos se expandirán para ocupar completamente el hoyo. Cuando se carga en hoyos llenos
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de agua sin embargo los cartuchos no se deben rajar puesto que ellos se pueden atascar en el hoyo
en la interfase aire/agua, provocando un carguío pobre.
Debido a la fuerte dependencia de la presión de detonación en la VOD, este último término se
toma a menudo como el indicador de la fragmentación potencial de un explosivo. La VOD no es
una medida de la energía de choque de un explosivo ni de su sensibilidad pero se usa como un
indicador de la energía de choque, de la estabilidad de la emulsión y de la consistencia de la
formulación. Chiappetta (1991) demuestra como las mediciones del VOD en terreno se usan para
cuantificar el funcionamiento de un explosivo y como este término se usa para proporcionar
estimaciones aceptables para la habilidad del explosivo para crear una red de fracturas en un medio
dado.
La VOD de los explosivos comerciales depende del diámetro de la carga, del grado de
confinamiento al momento de la detonación, aumentando a medida que el diámetro y el
confinamiento aumenta.
Como regla general, los explosivos con alta VOD proporcionan mejor fragmentación y
esparcimiento en roca dura, masivas o masa rocosa con bloques y hay poco beneficio en usar
explosivos con alto VOD en rocas blandas y altamente fracturadas. La justificación para el
aumento del VOD para roca de alta resistencia viene del análisis de la transferencia de energía a las
paredes del hoyo. La transferencia de energía se maximiza cuando la impedancia de los dos medios
es igual. La impedancia del explosivo se define como el producto del VOD y la densidad, mientras
que la impedancia de la roca es el producto de la velocidad de la onda P y la densidad de la roca.
Típicamente, la impedancia de una roca de alta resistencia tal como el granito está alrededor de
12,5x106
Kg. m-2
seg-1
(5000 m/s x 2500 kg/m3
) mientras que la impedancia de un explosivo con
alto VOD está alrededor de 7,8 x 106
Kg. m-2
seg-1
(6000 x 1300 kg/m3
). El ANFO, por ej. , tiene
una impedancia de 3,4 x 106
kg. m-2
seg-1
(4000 m/s x 850 kg/m3
).
El impacto de las propiedades de las rocas en el funcionamiento del explosivo se discute en la
sección 3.1, tratando los efectos de las propiedades en la fragmentación.
2.7 EXPLOSIVOS INICIADORES.
El término de explosivos iniciadores se refiere a los métodos de iniciar las mallas de tronadura. En
algunas aplicaciones el explosivo en el hoyo se iniciará directamente por el detonador o por un
cordón detonante, mientras que en otros casos estos elementos iniciarán a un explosivo iniciador,
el que a su vez iniciará la columna explosiva.
Por definición, los explosivos iniciadores tienen una densidad más alta que los explosivos
secundarios cargados en los hoyos. El sistema de iniciación más adecuado para cualquier
aplicación depende de muchos factores, incluyendo:
1. Tipo de explosivo y susceptibilidad a la desensibilización.
2. Profundidad del hoyo.
3. Costo y sensibilidad a tiros quedados.
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4. Requerimiento de desplazamiento de la pila.
5. Susceptibilidad a riesgos eléctricos.
6. Requerimiento de tiempo que la tronadura quedará cargada sin tronarla.
2.7.1. CORDONES DETONANTES.
El sistema más simple para iniciar la malla de tronadura es probablemente la combinación de
cordón detonante y conectores de retardo para cordón detonante. Los cordones detonantes son
explosivos lineales resistentes que contienen una carga en su núcleo de un alto explosivo envuelto
por un plástico y posiblemente envuelto además por un recubrimiento textil para proporcionar una
cubierta resistente al agua. El cordón se consume durante la detonación y detona a una velocidad
de casi 7.000 m/s. La detonación es extremadamente violenta y es capaz de causar un daño
considerable al material del taco y a la columna explosiva a través de la cual pasa. Al alcanzar al
iniciador, el impacto es suficiente para causar la iniciación. Alternativamente, el cordón detonante
puede sacarse del iniciador de manera que la cola de un detonador no eléctrico se active y este, a su
vez, pueda activar un retardo en el hoyo. Este sistema se llama el “iniciador deslizante”.
Cuando se usa el sistema de cordón detonante es importante minimizar la potencia del cordón. Esto
debido a que la detonación del cordón puede ser suficiente, bajo ciertas circunstancias, de iniciar la
columna explosiva. Cuando en el interior del hoyo existe un iniciador, esto puede causar serios
problemas de fragmentación y de proyección de rocas. Aún cuando el hoyo no contenga un
iniciador en el hoyo, la iniciación lateral del explosivo resulta en una pérdida significativa de
energía del explosivo, especialmente de la energía de choque.
Aún cuando el cordón detonante no detone al explosivo, este causará una insensibilización parcial
del explosivo y una pérdida consecuente de energía del explosivo. Es un truco que han efectuado
muchas operaciones de “trazar” hoyos con cordón detonante como medio de un control efectivo
durante la tronadura de contorno. La iniciación lateral o insensibilización parcial del explosivo,
causa una caída importante en la energía de choque que hace que el explosivo emule a uno de baja
potencia.
Cuando se usa la iniciación por cordón detonante se debe tener cuidado en las conexiones de
superficie. Las conexiones entre líneas de cordón detonante debe hacerse en ángulo recto, ya que
un ángulo agudo entre las líneas causará un corte.
Cuando se use cordón detonante para iniciar un explosivo iniciador, debe asegurarse que el
iniciador es sensible a la potencia del cordón en uso. Muchos iniciadores, incluyendo los de
pentolita y las emulsiones encartuchadas, por ej., no son sensibles al cordón con un núcleo de
menos de 10 gr./m.
2.7.2. DETONADORES ELECTRICOS.
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Los detonadores eléctricos de retardo se utilizan comúnmente para iniciar hoyos en tronaduras en
canteras (aunque este método se está reemplazado rápidamente por la iniciación no eléctrica) y en
tronaduras de zanjas y otras de pequeña escala.
Cuando se estima o compara el uso de la iniciación eléctrica respecto de los sistemas no eléctricos,
se debe poner mucha atención en el punto de la exactitud del tiempo de iniciación.
Como una observación general, la exactitud de los detonadores eléctricos comercialmente
disponibles en Australia, es menor que la de los sistemas no eléctricos de períodos comparables,
aunque debe puntualizarse que la exactitud del detonador con retardo pirotécnico es muy
dependiente del tiempo y de la condición de almacenamiento. La tabla 2.1, por ej., presenta un
resumen de la comparación entre los detonadores de retardo eléctrico y no eléctricos,
comercialmente disponibles en Australia.
RANGO (%)VARIABLE
NO
ELECTRICOS
ELECTRICOS
Rango de
tiempos (ms)
25 – 8000 30 – 845
Coeficiente de
varianza del
batch (%)
0.8 – 2.8 2.0 – 3.0
Coeficiente de
varianza total
(%)
1.0 – 4.5 2.5 – 4.5
Dispersión al
95% de
confianza (%)
2.0 – 9.0 5.0 – 9.0
TABLA 2.1. Resumen de la comparación de dispersión para detonadores eléctricos y no eléctricos.
La generalización no parece ser válida por ej. en USA, donde los detonadores eléctricos de retardo
nuevos y de alta exactitud son a lo menos tan exactos como los retardos no eléctricos más nuevos
(+/- 2% de dispersión con el 95% de nivel de confianza).
Generalmente hablando, la dispersión del retardo no es un problema principal en la tronadura, pero
sí cuando la probabilidad de traslape o detonación fuera de secuencia, Posd, alcanza un nivel
inaceptablemente alto. La definición de “inaceptablemente alto” es muy dependiente de la
aplicación (Heilig & McKenzie, 1988) y no se puede dar una regla general. La probabilidad de
traslape se calcula de la ec.:
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( )
( )







+
−
−=
+
+
2
1
2
1
1
nn
nn
osd
SS
tt
P φ (18)
donde ( )xφ es la función de probabilidad acumulativa para la varianza estándar normal, tn y tn+1
son los tiempos nominales de iniciación y Sn y Sn+1 son las desviaciones estándar para los retardos
números n y n+1 respectivamente.
Como una buena aproximación, la función de probabilidad acumulada F(x) se puede calcular a
cualquiera de los dos retardos (m y n) usando las siguientes relaciones. El uso de estas ecuaciones
elimina la necesidad de tablas matemáticas, permitiendo la posibilidad de ser calculada en formato
de planilla electrónica. Estas ec. proporcionan una aproximación a las áreas bajo la curva de
distribución normal o gaussiana, y son exactas hasta a lo menos tres lugares decimales.
( )Pr obabilidad F A t A t A t A t A t= + + + +1 2
2
3
3
4
4
5
5
[ ]
t
A x
=
+
1
1 6γ ( )
F
e
x
=
−γ
π
( )2
2
2
(19)
γ ( )x
t t
S S
m n
m n
=
−
+2 2
donde A1 = 0.319381530 S = desviación estándar del
tiempo de disparo
A2 = -0.356563782 t = tiempo nominal de disparo
A3 = 1.781477937
A4 = -1.821255978
A5 = 1.330274429
A6 = 0.2316419
Los retardos eléctricos muestran una baja probabilidad de traslape (y por lo tanto un buen control de
la fragmentación y niveles de trastornos ambientales) para tronaduras de tamaño pequeño. Esto se
ilustra en la fig. 2.4 para coeficientes de varianza de 3 a 5% que se considera típicos para retardos
eléctricos en Australia. Cuando el tamaño de la tronadura necesita el uso de números de retardos
más altos (sobre el #12), la probabilidad de traslape llega a ser significativa y aumenta con el
aumento del número del retardo, de manera que saltarse un período (o sea, omitir algún elemento de
retardo en las series) para los números de retardo más altos es muy común. Este hecho tiende a
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reducir el tamaño máximo de la tronadura que se pueden iniciar, especialmente si se desea limitar el
número de hoyos que comparten un número de retardo común.
Otro factor que limita el tamaño de las tronaduras que se puede disparar es la dificultad de energizar
un gran número de detonadores eléctricos, con la mayoría de los sistemas portátiles con limitaciones
a no más que 100 hoyos. La seguridad es también un tema importante con los retardos eléctricos
debido a su susceptibilidad a la iniciación por fuentes extrañas, que incluyen a los transmisores de
radio y los rayos.
Los detonadores eléctricos disponibles comercialmente en Australia tienen un grado más alto de
dispersión que la mayoría de los detonadores de retardo no eléctricos, y son más adecuados en
tronaduras pequeñas. La aplicación de sistemas de iniciación eléctricos a las tronaduras que tienen
más de 30 hoyos generalmente resultará en retardos compartidos, en donde muchos hoyos se inician
al mismo tiempo nominal. La aplicación de la iniciación eléctrica se limita generalmente a
tronaduras con poco menos de 100 hoyos.
2.7.3. DETONADORES NO ELECTRICOS.
Los detonadores no eléctricos muestran un grado de dispersión igual o menor que los detonadores
eléctricos. Sin embargo, dependiendo del período del retardo en el hoyo, y de la combinación de los
retardos de superficie usados entre hoyos y entre filas, la dispersión absoluta en los tiempos de
iniciación puede exceder a los del sistema eléctrico. Una selección cuidadosa de los elementos en el
sistema no eléctrico permitirá que se inicien tronaduras grandes más fácilmente y en forma segura
de lo que es posible con la iniciación eléctrica. Tal vez la principal razón para usar sistemas de
iniciación no eléctricos en tronaduras grandes es que la probabilidad de traslape permanece
constante a través de toda la tronadura, independientemente del tamaño de las tronaduras y el
número de hoyos que detonan en un mismo tiempo se reduce significativamente en comparación
con el mismo diseño iniciado con detonadores eléctricos.
Debido a que no hay series no eléctricas fijas, no es posible generar un gráfico de probabilidad de
traslape similar a la fig. 2.4 que se aplica a todas las tronaduras no eléctricas. Sin embargo, es
posible construir el gráfico para un caso particular y considerar las probabilidades de traslape para
varios hoyos dentro de la tronadura. La fig. 2.5 considera las probabilidades de traslape (asumiendo
un coeficiente de varianza de 1 y 2%, lo que parece típico de las unidades de alta exactitud usadas
como retardo constante dentro del hoyo) para hoyos adyacentes a un hoyo localizado en cualquier
parte en la tronadura de la fig. 2.6, que contiene una combinación de 175 ms en el hoyo y 17 & 42
ms en superficie (combinaciones típicas en una cantera). Los números adyacentes a los hoyos en la
fig. 2.6 representan los tiempos de disparo para los hoyos relativo al hoyo de referencia marcado
“o”. El diagrama de traslape permanecerá sin cambiar para cualquier hoyo seleccionado de
referencia: ésta es una de las principales ventajas de los sistemas de iniciación no eléctricos.
Para el retardo en el hoyo elegido de 175 ms, el diagrama no eléctrico de traslape indica una
probabilidad muy baja de traslape entre hoyos adyacentes en la misma fila y entre hoyos en
diferentes filas. Para estos tiempos de retardo en el hoyo más grandes (por ej. 500 ms) la
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probabilidad de traslape entre hoyos en la misma fila aumenta significativamente. La alta
probabilidad de traslape en estos casos, para hoyos en la misma fila, generalmente no se considera
un problema, ya que los hoyos en la misma fila se disparan hacia una cara libre y la detonación fuera
de secuencia en la misma fila no afectará por lo tanto adversamente a la fragmentación, vibración o
proyección de rocas. Esto es en contraste a la situación con retardos eléctricos donde el traslape
puede ocurrir entre filas de hoyos, dependiendo de como se ha secuenciado el diseño.
Los sistemas de iniciación no eléctricos son los preferidos y recomendados para la iniciación de
mallas grandes de tronaduras, proporcionando buen control sobre la secuencia de detonación y
minimizando el impacto de los trastornos ambientales. El control de la secuencia es independiente
del tamaño de la tronadura y el tiempo de la tronadura puede variarse para proporcionar más control
sobre los niveles y frecuencias de vibración inducida. Sin embargo, debe mantenerse una
observación muy de cerca a los últimos desarrollos con la iniciación eléctrica y electrónica.
2.7.4. COMPARACION ENTRE DETONADORES ELECTRICOS Y NO ELECTRICOS.
Conociendo la variabilidad en los elementos de retardo, la estadística permite el cálculo de la
probabilidad que cualquier diseño de tronadura dado, detonará en la secuencia diseñada. Para el
propósito de este estudio, una secuencia controlada de iniciación se define por:
Una secuencia de iniciación donde cada carga explosiva detonará subsecuentemente a cargas entre
ella y la cara libre. Tomando en cuenta el ángulo de salida (130°) y la influencia de los hoyos
circundantes, el área de influencia se asume también que incluye cargas dentro del espaciamiento de
un hoyo o como se muestra en la fig. 2.7. Tanto los sistemas de retardo eléctricos y no eléctricos se
han evaluado para “un diseño estándar de 18 hoyos” como se muestra en la fig. 2.8. La comparación
se ha efectuado para tiempos de retardo no eléctricos en el hoyo de 175 ms y 500 ms. Los gráficos
de probabilidad calculados, que muestran la probabilidad que todos los 18 hoyos detonarán en “una
secuencia controlada”, se pueden ver en la fig. 2.9, e indica:
1. Una disminución en la probabilidad de que no haya una secuencia inversa a medida que la
variabilidad de retardo aumenta (para todos los sistemas de retardo).
2. Para un coeficiente arbitrario de variación de 2%, las probabilidades de que no haya una
secuencia inversa se calcularon a 11% (500 ms no eléctrico, retardo en el hoyo), 100% (175 ms
no eléctrico, retardo en el hoyo) y 100% (retardo eléctrico en el hoyo). Respecto a esto, las series
eléctricas se consideran más exactas que algunas combinaciones no eléctricas.
3. Para retardos no eléctricos de alta exactitud que exhiben coeficientes de varianza en el intervalo
del 1 - 1.5%, la probabilidad de una secuencia correcta para la tronadura de 18 hoyos de la fig.
2.8 está en un rango de alrededor de 40% a alrededor de 90% para retardo en el hoyo de 500 ms y
es efectivamente 100% para el retardo en el hoyo de 175 ms.
4. Para retardos eléctricos con un coeficiente de varianza en el intervalo de 3 - 4%, la probabilidad
de una secuencia correcta para la tronadura de 18 hoyos de la fig. 2.8 está en el rango de casi
50% a casi 75%.
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5. Existe una marcada declinación en la probabilidad de todos los 18 hoyos detonados en la
secuencia correcta cuando se usan retardos no eléctricos más largos con un coeficiente de
varianza que excede el 10%.
Se puede concluir de estos análisis que las tronaduras secuenciadas usando alta exactitud en el hoyo,
los retardos no eléctricos de períodos cortos ofrece ventajas sobre tronaduras de similar tamaño
iniciadas con retardos eléctricos en términos de la habilidad de los hoyos para detonar en una forma
controlada (o reducir la probabilidad de iniciación fuera de secuencia). Esta ventaja llega a ser aún
más aparente si el número de hoyos aumenta sobre los 18.
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3. PROPIEDADES DE LA ROCA.
El rompimiento de la roca con explosivo es una interacción entre el explosivo y la roca. Los
resultados en términos de grado de fragmentación, daño y desplazamiento de la pila tronada, están
determinados por las propiedades de los dos componentes. Hagan & Harries (1977) establecieron
que “los experimentos y la práctica indican que los resultados de la tronadura están influenciados
más por las propiedades de la roca que por las del explosivo”. Experiencias realizadas en canteras,
minas a tajo abierto, minas de carbón de superficie y minas subterráneas soportan este aserto.
En general, las tentativas para predecir resultados de fragmentación, realizados en operaciones
normales de tronadura a partir de propiedades físicas y mecánicas de la roca, obtenidas de ensayos
de laboratorio, no han sido exitosas. La falla se atribuye a los efectos dominantes de la estructura
de la roca y su influencia en las propiedades del macizo rocoso. Aunque las propiedades físicas
mecánicas del macizo rocoso (es decir resistencia a la compresión y tensión, densidad, módulos de
elasticidad), sí impactan en la fragmentación, son secundarios comparados con los efectos de la
estructura de la roca.
Las estructuras existentes en la roca se extienden durante la tronadura, con extensión preferencial
de grietas favorablemente orientadas. Cuando existe un patrón de grandes diaclasas a grandes
espaciamientos, no ocurrirá una formación y extensión de grietas uniformes, y se obtendrá una
fragmentación irregular. Cuando existe un patrón denso de fisuras, la fragmentación resultará
claramente mejor que la obtenida en roca masiva usando la misma carga. En este material, la onda
de choque del explosivo que detona se atenúa más rápidamente y es por eso menos efectivo en
iniciar nuevas fracturas y las nuevas fracturas generadas se cortan abruptamente por la existencia
del patrón de fisuras.
Las discusiones de las propiedades de la roca y su influencia en la fragmentación frecuentemente
se refieren a la resistencia de la roca. Esta propiedad es difícil de cuantificar en vista de su
dependencia de la razón de carga o razón de deformación, puesto que es bien sabido que la
resistencia dinámica de la roca varia considerablemente de la resistencia estática. Sin embargo, a
pesar de su limitación, tanto la resistencia a la compresión como a la tensión juegan un papel muy
importante en determinar los límites de daño y sobre quebradura detrás de la tronadura, debido
principalmente a su relación con la fácil de medir velocidad de partículas.
Las propiedades de la roca tienen una mayor influencia en la amplitud, frecuencia y duración de las
ondas de vibración de la tronadura. La amplitud y la frecuencia de vibración disminuyen con el
aumento de la distancia desde la tronadura debido a dos mecanismos separados: esparcimiento
geométrico y pérdidas adicionales. En general la duración de la vibraci6n de la tronadura aumenta
con el aumento de la distancia desde la tronadura. Los tipos de rocas con alto módulo (por ej. las
rocas ígneas) exhiben un comportamiento casi elástico con relativamente poca pérdida friccional,
mientras que tipos de roca con bajo módulo (por ej. rocas sedimentarias) muestran una
pronunciada pérdida friccional y un comportamiento inelástico. Las fracturas y diaclasas en la
masa rocosa tienen el efecto de bajar el módulo del macizo y disipar la energía en la superficie de
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las diaclasas, de manera que una roca dura con muchas estructuras se parece a un tipo de roca
blanda más masiva en términos de sus características de vibración.
Las propiedades de la roca también tienen un mayor impacto en la estabilidad de los taludes, y
mucho de estos sectores pueden ser modificados por la acción de la cercanía y aún la lejanía de las
operaciones de tronadura. A medida que la tronadura expone taludes y excavaciones, las fuerzas
que tienden a mantener los bloques en equilibrio a lo largo de planos de diaclasas bien definidos (o
sea, la cohesión de las diaclasas y el coeficiente de fricción), pueden ser colocadas fuera de este
balance con el resultado que la excavación llega a ser inestable y vulnerable a fallar
Los factores de la roca más importantes que afectan a la fragmentación, estabilidad y al impacto
ambiental de la tronadura son:
1. Grado de diaclasamiento y fracturamiento natural e inducido por la tronadura.
2. Orientación de las diaclasas naturales.
3. Propiedades elásticas de la roca.
4. Densidad de la roca.
5. Angulo de fricción.
6. Resistencia cohesiva de la superficie de las fracturas.
Por conveniencia, la influencia de las propiedades de la roca en la estabilidad, fragmentación e
impacto ambiental se considerarán separadamente.
3.1 INFLUENCIA EN LA FRAGMENTACION.
De los factores usados anteriormente, el de mayor influencia en la fragmentación es,
indudablemente, el grado natural de diaclasado y fracturamiento. La formación de diaclasas ocurre
durante la diagénesis de la roca, generalmente como resultado de los esfuerzos tensionales en la
roca. La masa rocosa desarrolla típicamente un número de conjuntos de diaclasas ínter
dependientes que actúan para aliviar esfuerzos en la roca. Las diaclasas inevitablemente se forman
en grupos y cada grupo muestran un grado de paralelismo que refleja su génesis común. Los
grupos de diaclasas generalmente se ordenan por prominencia desde grupos principales a menos
prominentes o grupos menores determinada por su frecuencia de ocurrencia y persistencia o
continuidad.
El grado de diaclasamiento natural es importante debido a que define el bloque más grande que
puede resultar después de la tronadura, ya sea dentro de la malla de la tronadura o de la sobre
quebradura detrás del disparo. Debido a que las diaclasas tienden a formarse en grupos que son
aproximadamente perpendiculares, los planos de las diaclasas naturales definen grupos de bloques
de distintos tamaños. Cuando el espaciamiento de las diaclasas dentro de un grupo es amplio, los
bloques in situ son grandes y d factor de emergía asociado con el diseño de la tronadura es alto. Si
la tronadura no rompe estos bloques, ellos formarán el sobre tamaño.
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Cuando la frecuencia de fracturas en la masa rocosa es alta, es más fácil de obtener fragmentación
fina y los factores de energía asociados con la tronadura tienden a ser bajos. Rocas duras altamente
diaclasadas o fracturadas se comportan muy similar a rocas más blandas y más débiles.
La combinación de roca y discontinuidades se puede considerar y modelar como una ruma de
bloques mantenidos juntos por una combinación de la cohesión de la superficie de las diaclasas, el
coeficiente de fricción de las superficies de las diaclasas y los esfuerzos actuando en los bloques
(ya sea esfuerzos hidrostáticos en aplicaciones de superficie o una combinación de esfuerzos
hidrostáticos o tectónicos en aplicaciones subterráneas profundas).
Varios autores han sugerido que para lograr la máxima utilización de la energía del explosivo en el
proceso de fragmentación es necesario equiparar la impedancia del explosivo lo mas cercanamente
posible a la impedancia de la roca. La impedancia se define como el producto de la velocidad y la
densidad. Para el explosivo, la impedancia se refiere al producto de la densidad en el hoyo y a la
velocidad de detonación, mientras que en la roca la impedancia se define como el producto de la
velocidad de las ondas P y la densidad. Luego, para una máxima fragmentación:
proca VVOD **exp ρρ = (20)
Donde ρ es la densidad, VOD es la velocidad de detonación del explosivo y Vp es la velocidad de
la onda P de la roca.
Basado en el deseo del igualamiento de las impedancias, rocas masivas y de alta resistencia (con
velocidades P en el rango de 4500 a 6000 m/s) se fragmentan mejor con un explosivo con alta
densidad y alta velocidad de detonación. La impedancia de los explosivos nunca alcanza la
impedancia máxima de la roca, debido a la baja densidad de los explosivos comerciales.
Muchas rocas, sin embargo, más que fragmentación requieren desplazamiento y para este tipo de
rocas la utilización de la energía de choque es de importancia secundaria comparada con la
generación y utilización de la energía de levantamiento (heave). Estas rocas se benefician del uso
de explosivo de baja velocidad de detonación y es en esta aplicación que el uso de explosivos
aluminizados se adecua mejor.
3.1.1 DISTRIBUCION DE TAMAÑO DE BLOQUES INSITU.
Una masa rocosa, en el contexto de la tronadura, consiste de uno o más tipos de roca que se
interceptan por un sistema de discontinuidades. Estas discontinuidades se refieren frecuentemente
a una variedad de términos que incluyen a diaclasas, fallas, zonas de corte, fracturas, planos de
estratificación, intrusiones o fisuras. La mayoría de estas discontinuidades son naturales pero
existen también algunas fracturas que se pueden inducir por la excavación, ya sea directamente
como resultado de la tronadura o indirectamente por redistribución de esfuerzos.
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Las discontinuidades en la masa rocosa actúan para definir bloques preformados y la distribución
de tamaño de éstos puede ser el principal factor para lograr un costo efectivo de tronadura.
Los datos requeridos para estimar la distribución de tamaño de bloques son los espaciamientos de
los tres grupos principales de diaclasas. Estos datos se pueden obtener por muchos métodos,
incluyendo el registro de testigos de sondajes (testigos orientados) y el mapeo de los bancos.
Una de las principales dificultades asociadas con la exactitud para determinar el espaciamiento de
fracturas es el problema de hacer un muestreo que represente exactamente un número significante
de diaclasas. A menudo se usa el sistema Scanline, principalmente si ellos representan vistas al
azar a través de la masa rocosa y si las superficies expuestas no están alineadas con los planos de
diaclasas dominantes. Sin embargo, aún el Scanline al azar dará datos distorsionados, puesto que
de los planos de diaclasas que son de corta persistencia y de los planos que están orientados
oblicuamente se obtendrían pocas muestras, particularmente en Scanlines más cortos. De los
planos que son paralelos al Scanline no se hará un muestreo. Claramente, el Scanline simple es
inadecuado para la estimación de patrones de fracturas.
Un punto importante de recordar se relaciona con el tamaño y el tipo de fracturas que se debería
registrar durante el análisis Scanline. Es en este punto que el mapeo de fracturas llega a ser
subjetivo, puesto que la única regla disponible es mapear fracturas que parecen haberse extendido
durante la tronadura, o que parecen formar las superficies de los bloques tronados. Las fracturas de
muy poca persistencia no parecen tener una fuerte influencia en la fragmentación, y las diaclasas
que se han cementados juntas con cuarzo o calcita pueden no representar aún planos de debilidad.
Las fracturas que no pertenecen a un grupo de diaclasas definido pueden ser inducidos por la
tronadura, y pueden ser ignoradas frecuentemente en e1 mapeo si la cara expuesta representa sólo
una pequeña fracción del volumen total de la roca a tronarse.
Después de obtener el espaciamiento de las fracturas, es útil determinar la forma de la distribución
de las fracturas. Las dos distribuciones más comunes observadas son la normal o Gaussiana y la
exponencial negativa. Se ha argumentado que las rocas más jóvenes tienden a mostrar la
distribución normal, mientras que las rocas más viejas, que han sido sujetas a repetidos esfuerzos y
fracturamientos, tienden a mostrar más una distribución exponencial negativa. Se debe notar que la
selección de la forma de la función de distribución influirá fuertemente en la distribución de
tamaño calculada de los bloques.
La conversión de los datos de espaciamiento de fracturas a la distribución de tamaño de bloques in
situ se efectúa usando la simulación de Monte Carlo para generar muestras grandes de bloques de
distintas dimensiones. Estos bloques se ordenan para determinar su ranking de tamaño de tamiz y
una estimación hecha de los pesos promedios de los bloques para cada tamaño de tamiz. La fig.
3.1, por ej. , ilustra la distribución de tamaño de los bloques in situ para una mina, mostrando 3
dominios estructurales marcadamente diferentes. Dentro de cada dominio, el espaciamiento y
orientación de las fracturas y el número de los sub grupos de fracturas, varía considerablemente. El
Dominio I muestra un fracturamiento intenso con un 5% en peso de material in situ que tiene un
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tamaño mayor que 1m. Para este tipo de roca poca fragmentación real se requiere del explosivo y
la tronadura se realiza sólo para mejorar la excavabilidad y productividad del cargador.
El Dominio III sin embargo, se caracteriza por su naturaleza masiva, con cerca de un 45% de
material in situ con tamaño mayor que 1 m. Este material requiere un fracturamiento sustancial
durante la tronadura y se puede beneficiar considerablemente con el uso de un explosivo con alta
presión de detonación, o sea, una emulsión o un acuagel. Al mismo tiempo, este tipo de roca es
muy adecuada para producir gran cantidad de sobre tamaño si la exactitud de la perforación es
mala o si se produce una sobre quebradura sustancial.
Uno de los aspectos más críticos de las tronaduras en cualquier tipo de roca es la selección del
diámetro del hoyo, ya que esto determina todos los otros parámetros tales como burden,
espaciamiento, pasadura y taco. El diámetro es particularmente importante en masas rocosas con
muchas estructuras. Cuando se generan grandes cantidades de sobre tamaño en la tronaduras de
rocas con muchas estructuras, frecuentemente se considera beneficioso reducir el diámetro del
hoyo.
Cuando se usan diámetros pequeños, los hoyos se ubican más próximos y aumenta la probabilidad
de tener una carga explosiva en cada bloque in situ (definido por los grupos de diaclasas
prominentes).
Esto es frecuentemente la única forma de lograr una fragmentación satisfactoria en rocas muy
fracturadas.
Como regla general los tipos de rocas masivas o de muchos bloques, tienen un requerimiento
principal de fracturamiento con explosivo y esto se obtiene mejor de explosivos con alta velocidad
y presión de detonación. Estas características se encuentran en las emulsiones y acuageles. Los
tipos de rocas con muchas fracturas tienen un requerimiento principal de levantamiento y
desplazamiento del explosivo, esto se obtiene mejor de explosivos con baja velocidad y presión de
detonación. Estas características se encuentran en el Anfo y el Anfo diluido.
3.1.2 ORIENTACION DE LAS DIACLASAS.
Bajo ciertas condiciones, la orientación de las diaclasas respecto a la orientación de la cara del
banco es de principal importancia. La orientación de las diaclasas es particularmente importante
cuando la continuidad o persistencia de las diaclasas es alta, ya que bajo estas condiciones, grandes
lajas de rocas se pueden mover y causar una mala fragmentación, desconexiones de las líneas
troncales, sobre quiebre dificultoso, o caras finales inestables.
Cuando un grupo de diaclasas prominentes está paralelo a la cara de la tronadura, la tronadura
tiende a producir caras finales suaves, puesto que será difícil para la tronadura inducir fracturas que
se propaguen a través de los planos de las diaclasas prominentes, y los gases de alta presión no
serán capaces de penetrar detrás de los mismos planos.
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Dependiendo del buzamiento del grupo de diaclasas a la cara del banco vertical o casi vertical, se
pueden encontrar problemas de fragmentación asociadas con cuñas deslizantes desde la nueva cara
del banco diseñada (diaclasas inclinándose fuera de la cara). Dificultades adicionales de
fragmentación se pueden encontrar si la iniciación de los primeros hoyos produce un movimiento
significativo a lo largo de los planos de diaclasas, causando que los hoyos detrás de la fila iniciada
se corten y la columna explosiva se interrumpa. En este caso, parte del explosivo puede que no
detone y la pila resultante será de material muy grueso. Este comportamiento es muy común y es la
razón principal para diseñar tronaduras de tal manera que la carga de todos los hoyos se inicie
antes de que cualquier carga detone, y también para la iniciación de los hoyos tanto en la parte
superior como inferior.
El buzamiento de las diaclasas hacia dentro de la cara del banco posee pocos problemas asociados
con deslizamiento o estabilidad de nuevas caras, pero frecuentemente produce considerable
problema para lograr un buen control del piso.
En un grupo de diaclasas prominentes con un rumbo de 30 a 60º respecto a la dirección de la cara
dei banco, la tronadura puede producir una dilatación extensa de las diaclasas a considerable
distancia detrás de los limites de la tronadura. En estos casos, los gases de alta presión de la
explosión son capaces de penetrar a lo largo de las superficies de las diaclasas y dilatarlas,
haciendo que la futura perforación y fragmentación efectiva sea muy difíciles.
Cuando un grupo de diaclasas prominentes rumbea normal a la cara del banco, el riesgo de lajas de
rocas y sobre quebradura es menor respecto al caso anterior. Sin embargo, los planos de diaclasas
pueden dilatarse, causando un gran agrietamiento superficial que se puede extender muchos metros
detrás de la tronadura. Esto incrementa el problema de control de fragmentación en las tronaduras
posteriores. Una complicación adicional asociada con la tronaduras de bancos alineados
perpendicularmente a la dirección principal de las diaclasas es la dificultad de obtener una cara
limpia y regular para la perforaci6n de las tronaduras posteriores. Las caras tronadas
perpendiculares a las diaclasas, producen caras muy irregulares a menos que se efectúen tronaduras
controladas (por ej. precorte).
Las diaclasas dilatadas y prominentes poseen un serio problema para un control efectivo de la
fragmentación, especialmente cuando están muy espaciadas, ya que ellas delinean bloques bien
definidos que son difíciles de aumentar. Inevitablemente, alguno de estos bloques caerán fuera de
la cara sin fragmentarse. El requerimiento para el control de la fragmentación bajo estas
condiciones es que el hoyo se deberá colocar en cada bloque, regresando al énfasis en el diseño de
la tronadura para seleccionar el diámetro óptimo.
Cuando se truena en roca con muchas estructuras, frecuentemente se obtiene mejor fragmentación
si la cara del banco está orientada paralela al rumbo del grupo principal de diaclasas. Los bancos
orientados de esta forma producen un movimiento de la roca en dirección perpendicular a la
dirección del rumbo, y generalmente resulta la formación de una cara que es limpia y uniforme,
facilitando una perforación y tronadura fácil en las caras sucesivas. Sin embargo, se puede lograr
considerable mejoramiento en fragmentación adoptando un diseño de hoyos con gran
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espaciamiento, cuando la relación espaciamiento burden se aumenta a 4:1 sin cambiar el área de
influencia (Burden x espaciamiento) de cada hoyo. Esta configuración ayuda en tener un hoyo
ubicado en cada bloque.
La principal excepción a esta regla es para la situación donde el espaciamiento de las diaclasas es
casi igual o mayor que el espaciamiento de los hoyos. En esta configuración la tronadura desde una
cara perpendicular al rumbo de las diaclasas frecuentemente da mejor fragmentación y una cara
más limpia y estable, ya que cada bloque tiene al menos una carga explosiva. En este caso, es
preferible el diseño equilátero.
3. 1.3 PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS.
Por lo general, la aplicación de estos datos se limita a modelamiento de la fragmentación y daño
producido por la tronadura. Las propiedades principales físicas y mecánicas que se usan
comúnmente en e1 modelamiento de tronaduras son:
1. Módulo de Young.
2. Indices de resistencia (de compresión y tensión estática)
3. Densidad de la roca.
4. Porosidad de la roca.
5. Propiedades sísmicas (velocidades de propagación)
El término dureza se usa frecuentemente y probablemente se define mejor en términos de una
combinación de resistencia a la compresión y la densidad del material.
Módulo de Young
Las propiedades elásticas de una roca definen la forma de deformación de la masa rocosa cuando
está sujeta a las fuerzas ejercidas por los gases de explosión en el hoyo. Idealmente, las
propiedades se deberían referir al comportamiento de la masa rocosa, pero las propiedades de la
masa son muy difíciles de medir. Como resultado de esto, se usan generalmente mediciones de
laboratorio hechas en muestras de rocas intactas, y se ajustan de acuerdo al grado de estructuras en
la masa rocosa
El módulo de YOUNG (E), para una roca en una compresión uniaxial, se define como la relación
del esfuerzo axial a la deformación axial, y es por eso la medida de la cantidad de deformación en
dimensión que una roca puede resistir antes de fallar. El valor obtenido de esta forma es el módulo
de Young estático, debido a que la relación de carga de la muestra es tan baja que puede ser
efectivamente estática. El módulo dinámico se puede determinar de prueba sísmicas en la muestra,
obtenida de medidas de las velocidades de ondas compresional y de corte para el material. Esto es
frecuentemente muy difícil ya que la identificación de una onda de corte en el análisis sísmico es
frecuentemente muy subjetiva. Como se muestra en la ecuación (23), el conocimiento de E ayuda
en la estimación del nivel de esfuerzo inducido en la roca en virtud de la vibración propagada o la
onda de choque
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Resistencia de la Roca.
La resistencia de la roca se usa indirectamente en muchos modelos a través del término empírico
“factor de la roca”.
Tal vez la mayor influencia de la resistencia de la roca está en controlar el grado del daño y sobre
quebradura producida por el explosivo. Este control es posible en virtud de la relación entre los
niveles de esfuerzos inducidos y deformaciones, y la velocidad peak de partícula, PPV.
pV
PPV
=ε (21)
E
σ
ε = (22)
pV
PPVE *
=σ (23)
donde ε es la deformación de la roca, Vp es la velocidad de propagación de las ondas P, E es el
módulo de Young y σ es el nivel de esfuerzo inducido.
Usando estas ecuaciones, y las observaciones de terreno, es posible tener 1os niveles máximos de
vibración que se pueden inducir antes que ocurra e1 fracturamiento, y la extensión del sobre
quiebre detrás de la tronadura. Estas influencias se cubren en detalle en la Sección 6.2.
Densidad.
La acción del explosivo en la tronadura debe producir rompimiento y desplazamiento de las
partículas quebradas. La efectividad del explosivo estará, por lo tanto, influenciada por la
resistencia de la roca y la masa de la roca que constituye el burden de los hoyos. Un aumento de la
densidad en volumen está a menudo acompañado de un aumento de la resistencia en volumen de la
roca, especialmente cuando el aumento de la densidad se debe a una disminución del grado de
fracturas y la fracción de huecos. Invariablemente, a medida que aumenta la densidad, también
debe aumentar la deformación o energía de choque requerida para aumentar la iniciación de las
fracturas y obtener una fragmentación aceptable.
El aumento de la densidad de la roca aumenta la inercia del burden de manera que rocas de alta
densidad (por ej. magnetita y hematita) requieren una cantidad aumentada de levantamiento de
explosivo para producir pilas fácilmente excavables. Esto es aplicable aún cuando la roca está muy
fracturada y la fragmentación no se considera un problema. Los tipos de roca de alta densidad por
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  • 1. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 1 - 1. TERMINOLOGIA DE LA TRONADURA El propósito de esta sección es presentar la terminología que se usará en el resto del manual, y luego revisar la teoría básica detrás de la tronadura. Es importante establecer los conceptos teóricos primero, ya que a estos se referirá en discusiones posteriores sobre diseños, modelamiento, monitoreo, funcionamiento del explosivo, etc. Los términos comúnmente usados en tronadura se listan alfabéticamente, y explicados, cuando sea necesario, con ecuaciones, ejemplos o diagramas. Acoplamiento. Se refiere al grado de intimidad entre el explosivo en un pozo y la roca que lo rodea. Cuando el diámetro del explosivo es menor que el del pozo, se dice que la carga está desacoplada, con la relación de desacople definido como la razón entre el volumen de la carga al volumen del pozo. Los explosivos cargados a granel tienen un factor de acoplamiento igual a 1. Algunos autores definen la razón de acoplamiento como la razón de diámetro de la carga al del pozo. hoyohoyo c l l d d f exp 2 2 exp = (1) donde fc es la razón de acoplamiento (o desacoplamiento) y d es el diámetro, l es el largo y los subscriptos exp y hoyo se refieren al explosivo y al pozo. Acuageles. Son explosivos diseñados específicamente para mejorar la resistencia al agua y la potencia en volumen del ANFO, y consiste en una solución acuosa saturada de nitrato de amonio y otros nitratos y contiene también combustibles y cantidades adicionales de nitritos en suspensión. La reología de la mezcla es controlada por espesadores (por ej. goma de guar) para ajustar la viscosidad de la mezcla, y entrelazadores (bórax por ej.), para proveer la consistencia de “gelatina” y resistencia al agua. Los nitratos frecuentemente incluirán nitratos de amina orgánicos. El acuagel contiene agentes sensibilizadores tales como el TNT, perclorato de amonio, además de burbujas de aire finamente dispersas, o micro esferas de vidrio, que generalmente se agregan durante la fabricación del explosivo. Algunos acuageles se fabrican usando nitratos de hexamina para proveer tanto energía adicional a la reacción de la detonación como una fuente de combustible para el nitrato de amonio oxidante. El acuagel tiene una consistencia distintiva de gelatina mientras que las emulsiones usualmente tienen la consistencia de mayonesa (emulsiones a granel), o masilla (emulsiones encartuchadas). Angulo de fricción. El ángulo de fricción es la pendiente del esfuerzo de corte relacionado con el esfuerzo normal. El ángulo de fricción φ , y la cohesión c se relacionan al esfuerzo normal σ , y fuerza de corte, τ ; por la ecuación: φστ Tanc *+= (2)
  • 2. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 2 - Vea también Cohesión, y Figura 1.1. Balance de oxígeno. Ésta es la cantidad de oxígeno, expresada en por ciento del peso, liberada como un resultado de la conversión completa del material explosivo a CO2, H20, SO2, AlO2, etc. (balance de oxígeno "positivo"). Si hay oxígeno insuficiente para la reacción completa de la oxidación se dice que el compuesto tiene un balance de oxígeno negativo. Los explosivos comerciales deben tener un balance de oxígeno cerca de cero para minimizar la cantidad de gases tóxicos, particularmente monóxido de carbono y gases nitrosos que están presentes en los humos. Burden y burden efectivo. El burden de un pozo se refiere a la dimensión lineal entre el pozo y la cara libre y se mide perpendicular a la dirección de la línea de pozos que constituyen una fila (figura 1.2). El término burden generalmente se refiere al burden perforado, significando que la dimensión lineal se hace a la cara libre existente del banco. El término burden efectivo se refiere a la dimensión lineal entre el pozo y la posición de la cara libre más cercana al tiempo de la detonación del pozo, y toma en consideración la dirección de la iniciación. Para una malla equilátera de pozos, el burden es igual a 0.87 veces el espaciamiento. Para una malla equilátera con iniciación V1, el burden efectivo es igual a 0.29 veces el espaciamiento. Campo cercano. Un término que describe vibraciones cerca de una columna larga de explosivo Generalmente, cuando se están tan cerca como aproximadamente 5 longitudes de la carga a una columna de explosivo, los niveles de vibración es llamado de campo cercano, y requiere la aplicación de ecuaciones complejas para la predicción. En el campo cercano es probable que se dañe la roca por la iniciación de fracturas frescas, y por la dilatación de fracturas existentes. Campo lejano. Un término que se usa en este texto para describir la distancia a que el nivel de vibración se puede describir por la ecuación convencional del peso de la carga escalar (elevada a una potencia). En esta región el comportamiento de la onda vibracional se puede tomar como elástica o inelástica. A distancias más cercanas al hoyo de tronadura (campo cercano), los niveles de vibración tienen que describirse usando ecuaciones complejas que toman en consideración la longitud de la columna del explosivo y no se pueden describir usando ecuaciones de elasticidad. En el campo lejano el daño a las estructuras rocosas se espera que ocurra principalmente por deslizamiento inducido por la vibración a lo largo de las superficies de las diaclasas existentes. Cohesión. La cohesión de una diaclasa es el esfuerzo de corte requerido para causar el deslizamiento de bloques en cualquier lado de la diaclasa a esfuerzo normal cero, y refleja por lo tanto, la rugosidad de la superficie de la diaclasa. Figura 1.1 Ver también Angulo de fricción. Concentración de la Carga lineal. La concentración de explosivo, medida en kg/m, a lo largo de una hoyo de tronadura. El término puede ser independiente de diámetro del pozo (por explosivos desacoplados), o dependiente del diámetro (cargas totalmente acopladas). En este manual el símbolo usado es γ .
  • 3. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 3 - Cristalización. Se usa para referirse al proceso de crecimiento de cristales dentro de la solución acuosa de sal en una emulsión explosiva. La cristalización causa un cambio considerable a la reología y textura de una emulsión, y a su sensibilidad y última performance. Decibeles. El decibel es una unidad usada para medir los niveles de presión del sonido de una tronadura. El decibelio es una unidad relativa, que mide los niveles de presión del sonido, Pmeas, usualmente comparado con el nivel de referencia, Po de 20 micro Pascales. El decibelio, relacionado los niveles de presión de sonido, se define como:       = 0 10*log*20 P P db meas (3) Deflagración. Los materiales del explosivo a menudo se descomponen a rapidez mucho menor que la velocidad del sonido del material sin ningún acceso a oxígeno atmosférico. Esto es una deflagración, y es propagado por la liberación del calor de reacción, y la dirección de flujo de los productos de la reacción es opuesta al de la detonación. En algunos casos la deflagración puede convertirse en una reacción de detonación, por ej. el incidente de la ciudad de Texas en 1947 en que 3180 ton. de nitrato de amonio explotaron después de arder por varias horas. Desacoplamiento. El desacoplamiento se refiere a la práctica de usar una carga de diámetro más pequeño que la del hoyo de tronadura en que se pone. La reducción en diámetro sirve primero al propósito de reducir la presión efectiva de la detonación (daño reducido), con reducción de la presión peak de hoyo. La reducción en presión es mayor que la estimada en virtud de la razón de desacople debido al efecto de confinamiento reducido en la velocidad de detonación (VOD) del explosivo, y la dependencia de presión de la detonación en la VOD. La ec. 4 se usa para definir la razón de desacople. Diámetro crítico. El diámetro crítico es el diámetro mínimo al cual una carga explosiva todavía puede detonar. Inclusiones de gas finamente dispersas reducen considerablemente el diámetro crítico de un explosivo. El diámetro crítico puede ser bastante grande (aprox. 125 mm) para muchas emulsiones a granel y productos acuagel. Distancia de separación. Se refiere a la distancia entre una línea de hoyo de tronadura del perímetro y la fila inmediatamente adyacente de hoyos de tronadura como se indica en Figura 1.3. Distancia escalar es un factor que relaciona efectos de tronadura similares de cargas de distintos tamaño del mismo explosivo a variadas distancias. Se obtiene al dividir la distancia en cuestión por una raíz exponencial del peso del explosivo. Más frecuentemente, la raíz exponencial es ½, pero se han utilizado valores del orden de 0.3 a 0.5. Efecto de iniciación. El efecto de iniciación de un reforzador describe el desacople efectivo y reducción efectiva de la presión de detonación, que ocurre cuando se pone un reforzador en un pozo
  • 4. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 4 - de diámetro más grande que el propio. El efecto del desacople se describe términos de Acoplamiento y Desacoplamiento, y se usan ecuaciones para calcular la presión de detonación desacoplada del iniciador. Se está de acuerdo generalmente que la presión de detonación del iniciador desacoplado debe exceder la presión de detonación de régimen del explosivo para alcanzar detonación efectiva de la columna. 22.1 **25.0* iniciadoriniciadorcd VODfP ρ= (4) donde ρ y VOD es la densidad y velocidad de detonación del iniciador, y fc es la relación del acoplamiento. Emulsión. Explosivos de emulsión basados en una "emulsión agua-en aceite" se forman de una solución saturada de nitrato y una fase de aceite mineral. Están normalmente sensibilizadas por burbujas de gas finamente dispersas (después de la adición de un agente gasificador en el collar del hoyo de tronadura), o por adición de micro esferas de vidrio (usualmente durante la fabricación de la emulsión). Antes de la adición de los sensibilizantes, las emulsiones son normalmente clasificadas como agentes oxidantes, e incapaces de detonar. Las emulsiones pueden ser balanceadas en oxígeno o pueden tener un balance de oxígeno positivo. Energía de burbuja. O energía de levantamiento, se define como el trabajo útil realizado por un explosivo después que la roca ha estado sujeta a la energía de choque inicial. A la energía de burbuja se le considera responsable del desplazamiento de la roca después de fracturarse. Se mide en la prueba submarina de energía y se calcula de acuerdo a la ecuación (figura 1.4): 5.135.2 ***684.0 − = whb tPE ρ (5) donde Eb es la energía de burbuja, Ph es la presión hidrostática a la profundidad de la carga, t es el período de tiempo entre el pulso de choque y la primera implosión de burbuja y wρ es la densidad del agua. Ver también Energía de choque. Energía de choque. Se determina en la prueba de la energía submarina y se define en tronadura como la energía usada para expandir el hoyo de tronadura a un equilibrio estable, Figura 1.4. Se calcula de los tiempos de pulso de presión inicial registrados por transductores de presión localizados en el agua cerca de las cargas detonantes según la ecuación: ∫= φ ρ π 7.6 0 2 2 * * *4 dtP C R E ww s (6)
  • 5. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 5 - donde R es la distancia desde la carga a los medidores de presión, wρ es la densidad del agua, C, es la velocidad del sonido en el agua; P(t) es la forma de la onda presión tiempo y φ es el tiempo constante de la curva de choque. Espaciamiento, espaciamiento efectivo. El espaciamiento para un hoyo de tronadura se refiere a la dimensión lineal entre hoyos de tronadura adyacentes que forman una fila, y se mide usualmente paralelo a la cara libre. El término usualmente se refiere al espaciamiento de la perforación. El término espaciamiento efectivo se refiere a la dimensión lineal entre hoyos que detonan sucesivamente, y toma en consideración la dirección de la cara libre. Ver Figura 1.2. Estabilidad. Se usa el término estabilidad generalmente con respecto a los explosivos emulsión y acuagel y se refiere al tiempo que un producto explosivo puede quedar en un hoyo de tronadura sin que ocurra un cambio en la composición química o física. Fabricantes proveen "tiempos de residencia" de manera que no ocurran pérdidas significativas de energía en la tronadura. Explosivos aluminizados. Son explosivos compuestos a los cuales se les adiciona aluminio en polvo de diferente granulometría. El aluminio se añade para potenciar la energía efectiva del explosivo, en virtud del alto calor de formación del óxido de aluminio que se produce durante la reacción de detonación. El aluminio no aumenta el volumen de gas producido, al contrario, disminuye al atrapar algo del oxígeno. El aluminio actúa como un combustible en la reacción y su uso debe estar acompañado por la reducción de otro componente combustible (por ej., petróleo). El aluminio aumenta la performance al elevar la temperatura de reacción, aumentando por lo tanto la presión peak de hoyo y aumentando la velocidad de desplazamiento del burden. El aluminio en polvo se añade hasta un 10% en peso a los explosivos a granel. No aumenta la velocidad de detonación de un explosivo y puede causar su reducción. La granulometría del aluminio en polvo es el principal factor que influye en su efectividad al mejorar la performance del explosivo. Partículas más finas reaccionan más rápidamente y más completamente y tienen un mayor impacto que las más gruesas. Explosivos primarios Un explosivo que detona por ignición simple de medios tales como chispas, llamas, impacto, y otras fuentes primarias de calor. Explosivos Primarios incluyen aquellos que se hallan en detonadores, cordón detonante, e iniciadores. Explosivo secundarios son explosivos en que la detonación es iniciada por el impacto de la detonación de un explosivo inicial (primario). Esta definición incluye todo explosivos usado en tronadura de la roca. Materiales insensibles tales como nitrato del amonio se clasifican como explosivos terciarios. Explosivos slurries. Vea acuagel.
  • 6. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 6 - Factor de carga. Éste es el término usado para describir la cantidad de explosivo usado para romper un volumen o peso unitario de roca, El término tiene por eso las unidades de kg/m3 o kg/ton. Algunos también toman en cuenta la potencia en peso de explosivo para expresar el peso de explosivo como equivalente a la potencia en peso equivalente al ANFO, o sea, Wteff = Wt* potencia en peso relativa. Otro usuarios prefieren usar un término inverso del factor de la carga, para describir el peso de roca quebrada por unidad de peso de explosivo (ton/kg). Factor de energía. Este término es similar al Factor de carga, pero la energía del explosivo se expresa como una relación al peso o volumen de roca quebrada (o sea. MJ/m3 o MJ/ton). El factor de Energía es por eso el producto de Factor de la Carga y la potencia en Peso. Grado de Fijación. El grado de fijación se refiere al grado de confinamiento de la carga explosiva en el hoyo de tronadura, el que es influido por el número de caras libres, el ángulo de abertura a las caras disponibles libres, y a la resistencia de la roca circundante. Langefors & Kihlstrom (1978) indican que para un hoyo de tronadura vertical con pasadura normal, el grado de fijación es la unidad, decreciendo a 0.85 a medida que la inclinación del pozo aumenta a 180. Dependiendo de la aplicación, el grado de fijación puede variar de 0.5 a 2.0, Figura 1.5. Se usan valores de 1.5 a 2 en tronaduras en túnel, con valores de 0.5 a 0.75 en hoyos de tronadura con una base libre (e. g. pozos sin pasadura). Impedancia. La impedancia de un explosivo es el producto de su densidad y velocidad de detonación. Idealmente los explosivos deben tener la misma impedancia que la roca (impedancia de la roca es el producto de la onda P y densidad) que se va a fragmentar, para efectuar la máxima transferencia de energía desde el hoyo de tronadura a la masa rocosa. Iniciación lateral. Iniciación lateral ocurre cuando una columna de explosivo detona radialmente en el hoyo de tronadura en lugar de a lo largo. A causa de la distancia requerida para alcanzar la VOD de régimen, los explosivos con iniciación lateral producen una cantidad reducida de energía de choque, y se usa a veces para controlar el daño y sobre quebradura en condiciones sensibles. Vea también Trazado Iniciadores y reforzadores son ambos sistemas de explosivo de alta potencia, consiste generalmente de iniciador de pentolita o un cartucho de emulsión o explosivo basado en nitroglicerina. El término iniciador se usa para designar la carga que inicia a la columna, mientras que el término "reforzador" se usa para designar un aditivo a la columna para mantener una velocidad alta de detonación en el explosivo. Para que el iniciador detone, la columna de explosivo en que se sumerge debe generar suficiente energía de choque para comenzar una detonación a través de la sección completa de la columna del explosivo. Potencia en peso & potencia en Peso Relativa. La potencia en peso se refiere al rendimiento de la energía de un peso conocido de explosivo, y tiene las unidades de energía por unidad de peso (MJ/ kg). La potencia en peso relativa se refiere al rendimiento de la energía de un explosivo expresado
  • 7. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 7 - como un porcentaje del rendimiento de la energía del mismo peso de ANFO. El método más fiable para estimar la potencia del explosivo es a través del uso de softwares computacionales para calcular la curva presión-tiempo para los productos de la detonación, ya que este es el mejor método para estimar la "energía disponible". La potencia en peso relativa efectiva es un término para estimar la energía relativa disponible en la reacción de la detonación hasta que los gases se disipan a la atmósfera. Ver también potencia en volumen & potencia en volumen relativa. Potencia en volumen y potencia relativa en volumen. La potencia en volumen se refiere a la energía producida por un volumen de explosivo. La potencia relativa se refiere a la energía producida por un explosivo expresada como un porcentaje de la energía producida por un volumen igual de ANFO. La forma más confiable de evaluar la potencia de un explosivo es a través del uso de códigos de computación para evaluar la curva presión-tiempo para los productos de la detonación, ya que este es el mejor método para evaluar la energía disponible. La potencia relativa en volumen efectiva es un término usado para estimar la energía disponible relativa en la reacción de detonación hasta que los gases en expansión se disipen a la atmósfera. La potencia relativa en volumen (RBS) se relaciona a la potencia relativa en peso (RWS) por la ecuación: anfo RWSRBS ρ ρexp *= (7) donde expρ y anfoρ se refieren a las densidades del explosivo y del ANFO respectivamente. Ver también Potencia en peso y Potencia relativa en peso. Presión de detonación. La presión de la detonación es la presión que ocurre dentro de la zona primaria de reacción que está limitada en un lado por el frente de choque y en el otro lado por el plano de Chapman Jouguet (C-J) (figura 1.6). Detrás del plano C-J, están los productos de la reacción, y aún algunos productos todavía sufren reacción, que ejercen una presión menor, conocida como la presión de explosión, o presión peak de hoyo. Presión de la detonación es usualmente una cantidad calculada basada en la densidad de explosivo ( expρ ) y el VOD del explosivo ( expVOD ), y normalmente se calcula de la ecuación: 2 expexp **25.0 VODPd ρ= (8) Generalmente se considera a la presión de detonación responsable del fracturamiento de la roca alrededor del hoyo de tronadura. Rocas masivas de resistencia alta, usualmente requieren una presión de detonación alta para una fragmentación óptima. Presión de la explosión. Vea Presión peak de hoyo de tronadura. Presión peak de hoyo, o Presión de Explosión, se usa para referirse a la presión peak desarrollada detrás de la zona de reacción primaria en la columna del explosivo. La presión peak de hoyo
  • 8. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 8 - generalmente es aproximadamente un 45% de la presión de detonación. Es la presión peak de hoyo la que se considera que produce el esfuerzo para levantar el burden, y dilatación de fracturas en la masa rocosa que rodea un hoyo de tronadura. Proyección de rocas. Es el desplazamiento indeseado de roca de un área de la tronadura. Es importante señalar que un buen diseño minimizará la ocurrencia de proyección, pero no puede garantizar la eliminación de ella. No se debe permitir que las rocas salgan del área de la tronadura, y en situaciones de tronaduras en banco bien controlada usualmente la proyección no es más que aproximadamente 5 veces la altura del banco. La proyección puede ser causada por sobre confinamiento de cargas, o sobrecarga debido a la presencia de cavidades o fracturas abiertas en la roca. Razón de carga. Este es un término que describe la distribución vertical de explosivo en un banco y es igual a la razón del largo de la carga sobre el piso del banco (o sea el largo de la carga – pasadura) a la altura del banco. Para diámetros grandes de pozos, esta relación puede ser pequeña, con una proporción grande de explosivo localizado debajo el piso, en la pasadura. Bajo estas condiciones es difícil lograr una fragmentación uniforme. Razón de rigidez. Es un término que describe la influencia de la geometría del disparo en el estado de confinamiento de una columna de explosivo, y se toma como la razón entre la altura del banco y el burden. Se sabe bien que la longitud de un hoyo de tronadura tiene una gran influencia en la cantidad de burden, que se puede romper aún para diámetros de pozo constantes. Pozos largos quiebran un burden fijo más fácilmente que pozos cortos y observaciones prácticas sugieren una longitud óptima de hoyo de alrededor de 3 a 4 veces el burden. El óptimo representa un equilibrio entre la fragmentación mejorada de pozos más largos, y el aumento de la desviación en la perforación de los pozos largos. Resistencia al agua. La resistencia al agua de los explosivos varía extensamente según la composición del explosivo, y el empaquetamiento del explosivo. Los explosivos con nitrato de amonio/ petróleo (ANFO) tienen una resistencia al agua muy pobre, ya que el nitrato del amonio es soluble en agua. El efecto del agua en la performance del explosivo es reducir la sensibilidad del explosivo, reduce la eficacia de reacción, y reduce la energía de reacción. Se acompaña la presencia de agua en el hoyo de tronadura frecuentemente por la generación de humo tóxico naranja o café. Finalmente, se puede reducir la sensibilidad al punto donde el producto no detonará. Explosivos comunes comerciales no son a prueba de agua, ellos tienen sólo calidades de resistencia al agua. La resistencia al agua se rankea cualitativamente usando términos tales como malo, regular, bueno o excelente. Usualmente la resistencia al agua se clasifica para agua estática. Cuando el agua fluye por el hoyo de tronadura (agua dinámica), se agrega resistencia encartuchando el explosivo. Secuencia de la iniciación. Se describe frecuentemente en términos de VO, V1, V2, etc. El uso del descriptor "V' se adopta como una anotación para describir la orientación aproximada de la cara libre expuesta por los hoyos de tronadura al detonar. Los tipos diferentes de "V" se perfilan en Figura 1.6
  • 9. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 9 - Sensibilizantes & Sensibilidad. Sensibilizantes son aditivos para explosivos a granel que se requieren para que la formulación detone más fácilmente. Los más comunes son la nitroglicerina, TNT, micro esferas, aluminio, nitrato de hexamina, ceniza liviana o carbón en polvo fino, y cualquiera agente reducidor. La sensibilidad se usa para describir la facilidad con que se puede detonar un explosivo, y finalmente determina el diámetro del pozo mínimo; o diámetro del cartucho mínimo que se puede usar. La sensibilidad de un explosivo usualmente se describe en cuanto al tamaño del iniciador requerido para efectuar una detonación óptima, y varía desde la sensibilidad a un detonador hasta un iniciador. Sobre presión. Es el término usado para describir las fluctuaciones de las presiones dinámicas creadas en el aire por la tronadura. Se usa este término en preferencia a "ruido" ya que también incluye frecuencias de perturbación, que son inaudibles. Se mide usando una función lineal mientras que el "ruido" se mide usando una función “A”. Taco de aire. Este término se usa para describir la combinación de una columna explosiva y una sección vacía no cargada del pozo (Figura 1.8). El taco de aire se usa para reducir el impacto de una columna explosiva en la roca adyacente, y al mismo tiempo para extender la región de influencia del explosivo sobre la parte superior de él. La presencia de un taco de aire reduce la presión peak efectiva de hoyo, Pb * de acuerdo a la ecuación: bcb PfP *2.1* = (9) donde fc es la relación de acoplamiento, y Pb es la presión peak de hoyo para el explosivo cuando está acoplado totalmente. Taco superior & taco intermedio. Taco superior es el material inerte añadido en la cima del hoyo de tronadura para efectuar el confinamiento de los gases de la explosión y prevenir una proyección y sobre presión excesiva. El taco intermedio se añade a la columna del explosivo para reducir deliberadamente la cantidad de explosivo contenido en un hoyo de tronadura. Se agrega taco intermedio en aquellas posiciones en el hoyo de tronadura donde la roca circundante es lo suficientemente débil como para no requerir un quebrantamiento adicional. Vea Figura 1.9. Trazado. Trazado se refiere a la práctica de insertar una línea de cordón detonante dentro de un hoyo cargado. El efecto deseado es promover la insensibilización de una porción del explosivo, o causar iniciación lateral del explosivo. Ambos efectos causan una disminución del rendimiento de la energía de choque del explosivo, como consecuencia de esto provee algo de alivio a la roca en cuanto a daño inducido. Tronadura de tacos intermedios. Éste es un término usado cuando una columna larga de explosivo es reemplazada por varias unidades de carga más pequeñas, con cada unidad separada por material inerte tal como el taco superior. Usualmente, el taco intermedio se practica para reducir el peso de explosivo por retardo, requiriendo que las cargas separadas sean independientes con diferentes retardos.
  • 10. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 10 - VeIocidad de Detonación. Velocidad de detonación (VOD) es una medida de la razón a que la reacción de la detonación procede por la columna del explosivo. Típicamente, el VOD variará de alrededor de 3000 m/ s para ANFO en hoyos de tronadura de diámetros pequeños a alrededor de 6000 m/ s para emulsión y acuagel en hoyos de tronadura de diámetros más grandes. Se considera un indicador del potencial de fragmentación de un explosivo, con el potencial creciente para un VOD creciente. La relación entre la presión de detonación, Pd y la VOD está dada por la ec. (8). Varios autores han sugerido que cuando se reduce el VOD, también se reduce la fracción de energía de la onda de choque fc de acuerdo a la relación: 2       = ss act VOD VOD f (10) La velocidad de detonación es considerada por muchos el mejor "barómetro" para estimar la performance y consistencia de formulaciones de explosivo a granel, pero no es, en sí mismo, una medida de la energía total disponible del explosivo. Velocidad peak de Partícula & Velocidad de la onda P. La Velocidad peak de partícula (PPV) se refiere a la velocidad de movimiento de partículas individuales dentro de la masa rocosa como una vibración u onda de choque que se propaga por la roca. Estas partículas se pueden mover sólo en cantidades pequeñas en 3 dimensiones, de manera que se pueden medir velocidades peak de partícula en 3 direcciones ortogonales. El PPV medido en cualquiera ubicación es una función de la energía en la fuente de vibración, la distancia desde la fuente, y las características de la atenuación de la roca. La velocidad de la onda P, Vp, es una medida de la velocidad de propagación de la roca, y es independiente de la fuente de vibración. La velocidad de la onda P es controlada por la roca y propiedades estructurales del medio. PPV y Vp, se relacionan en un medio elástico, homogéneo según la ecuación: pV PPV =ε (11) donde ε es el nivel de deformación inducida dinámica en la roca
  • 11. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 11 - 2. TEORIA DE TRONADURA. 2.1. GENERAL. Los explosivos están hechos de oxidantes y combustibles en una mezcla meta estable. Dándoles un estímulo suficiente, se descomponen violentamente liberando una gran cantidad de energía que llega a ser útil para quebrar la roca. En la mayoría de los explosivos comerciales, los oxidantes son principalmente nitratos, siendo el nitrato de amonio el material básico de fabricación. Otros nitratos comúnmente usados incluyen el de sodio, calcio, potasio y aún algunos inorgánicos tales como aminas y hexaminas. Los combustibles básicos para un explosivo incluyen el C y el H, ya que estos reaccionan con el O para liberar grandes cantidades de energía. La mayoría de los combustibles son hidrocarburos que tienen una estructura básica de CH2. En general, hay dos tipos de explosivos: los moleculares y los compuestos. Los moleculares tienen O y combustible dentro de las mismas moléculas; tienen la ventaja que los oxidantes y combustibles están en contacto íntimo, de manera que la reacción se lleva a cabo extremadamente rápida, y generalmente es completa. El trinitrotolueno (TNT) es un ejemplo de un explosivo molecular. Los explosivos compuestos tienen oxidantes y combustibles en diferentes moléculas o en diferentes compuestos. Debido a que el combustible y el oxidante están muy separados relativamente, la reacción de descomposición se lleva a cabo mucho más lentamente que en un explosivo molecular. El ANFO, las emulsiones y los acuageles son todos ejemplos de explosivos compuestos, aunque, estrictamente hablando, ellos son un sistema híbrido ya que el nitrato de amonio contiene tanto combustible (H) y O en asociación molecular, en adición al combustible separado contenido en el petróleo. Dos aspectos importantes de la formulación de un explosivo son el tamaño de las partículas involucradas en la reacción y la cantidad de espacio libre de huecos en la formulación. En su estado normal, el petróleo no se absorbe en la superficie del nitrato de amonio. Cuando se muele lo suficientemente fino, el área superficial llega a ser lo suficientemente grande y el petróleo puede formar un fino recubrimiento sobre el polvo, lo suficiente para permitir y sostener la reacción de descomposición. Pero el polvo del nitrato de amonio es difícil de manejar de manera que se desarrolló un prill poroso. El prill consiste de un caparazón de cristal con el espacio entre cristales semejando poros o capilares. Cuando se mezcla con petróleo, éste penetra el prill por acción capilar. El grado de intimidad de la mezcla de petróleo dentro del prill está algo influenciado por el diámetro del prill: pequeños prills proporcionan una distribución más uniforme que prills grandes. Típicamente, el prill grado explosivo tiene un rango de tamaño desde 1 mm a 3 mm, estando el grueso del material entre 1 a 2 mm de diámetro. El concepto de espacio libre es particularmente importante en los explosivos compuestos. El espacio libre o hueco en un explosivo parece servir dos propósitos. Primeramente el espacio permite que el oxidante y el combustible se muevan juntos. Si la densidad en volumen de la formulación es muy grande, el movimiento de los componentes es impedido y la reacción se detendrá. En segundo lugar
  • 12. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 12 - el espacio libre proporcionará un mecanismo para la generación de “puntos calientes” causados por la compresión adiabática. El calor generado por la compresión produce un punto caliente que permite que la reacción se sostenga por sí misma. Si la reacción encuentra una zona en que hay insuficientes huecos, (por ej. donde no hay micro esferas) la reacción se apagará y la detonación cesará. En el caso del ANFO, el espacio de huecos se proporciona en virtud de la porosidad de los prills. Puesto que la densidad del cristal de nitrato de amonio es alrededor de 1.7 gr./cc y la densidad en volumen del prill de casi 0.85 gr./cc, se puede ver que el nitrato de amonio prilado contiene un porcentaje de huecos de casi un 50%. A una densidad aproximada de 1.1 a 1.2 gr./cc, el nitrato de amonio llega a ser demasiado denso para sostener una detonación. 2.2. QUIMICA DE LOS EXPLOSIVOS. Se asume en esta sección que la reacción de la descomposición para el explosivo resultará en una oxidación completa de todos sus componentes. La validez de esta suposición es algo dependiente de la composición correcta y del tamaño del prill. La reacción básica de descomposición para el nitrato de amonio está dada por: 2 4 24 3 2 2 2NH NO H O N O→ + + (12) de la cual el balance de oxígeno se puede estimar del conocimiento de los pesos atómicos de todos los elementos; éste será de 0.2 g/g ó 20%. Similarmente, la reacción de descomposición para el componente combustible del ANFO (simplificado como CH2) se puede escribir como: 2 3 2 22 2 2 2CH O CO H O+ → + (13) Esta reacción se ve deficiente en oxígeno, de manera que el oxígeno requerido para completar la reacción debe ser proporcionado por el componente oxidante del explosivo. Cuando los dos componentes se mezclan juntos, la ecuación de la reacción se puede escribir como: 3 7 34 3 2 2 2 2NH NO CH H O N CO+ → + + (14) de la cual la cantidad de combustible requerido para lograr una mezcla con oxígeno balanceado se puede calcular que es 15/254 ó 5.51%. En el caso que se agregue menos combustible, se dispone de un exceso de oxígeno y se produce óxido nitroso (NO) en adición a los productos de más arriba. Debido a su baja estabilidad en la presencia de oxígeno libre, este producto se reduce rápidamente a dióxido de nitrógeno (NO2) que es altamente tóxico, y combinado con la humedad atmosférica forma ácido nítrico. Cuando se forma, el óxido nitroso es claramente visible en la forma de humo coloreado naranja o café. Una consecuencia adicional de añadir poco combustible es que tanto la energía de reacción como el VOD disminuye relativo a aquellas de una mezcla balanceada. La fig. 2.1 muestra como la energía del ANFO varía con los cambios en la cantidad de petróleo, y la fig. 2.2 muestra el efecto en el VOD. En el caso que la cantidad de petróleo excede al 5.5%, la mezcla resultante se convierte en deficiente en oxígeno, resultando en la formación de monóxido de carbono, más tóxico que el relativamente
  • 13. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 13 - inofensivo dióxido de carbono CO2. Aunque la energía de reacción también disminuye con el exceso de petróleo, esta disminución es menor que la que ocurre para el exceso de oxígeno. De las dos alternativas, es mejor tener un ligero exceso de petróleo, de manera que la formulación más común de ANFO tiene 6% de petróleo. Un aditivo común a muchas formulaciones de explosivos es el aluminio, añadido en forma de polvo o de gránulos. El Al aumenta la potencia en volumen de los explosivos, aún de las emulsiones de alta densidad. El Al se añade al explosivo ya sea a granel o envasado, debido a que es un combustible altamente energético. La reacción del Al durante la detonación produce el óxido metálico sólido Al2O; ningún producto gaseoso con Al se produce en la reacción de detonación. El Al, por lo tanto, reduce la formación de gas, atrayendo algo del oxígeno que de otra forma estaría disponible en la reacción para producir vapor o dióxido de carbono. La ecuación de la reacción química del ANFO con Al está dada por: ( ) ( ) ( )3 2 1 6 3 14 3 2 2 2 2 2 3NH NO XCH X Al X H O N XCO X Al O+ + − → + + + + − para x ≤1 (15) El Al se añade en cantidades de hasta 15% en peso, pero lo más común son cantidades entre 5 y 10 en peso. De la ec. 15, el 5% de Al requerirá una reducción en el contenido de petróleo de 5.7 a 4% para un balance de oxígeno perfecto y también reducirá el volumen total de gas de 11 moles como se calculó en la ec. 14 a 10.5 moles como se calculó en la ec. 15. Es claro de la ec. 15, que el Al actúa como un combustible en la reacción de descomposición del nitrato de amonio. El beneficio del Al como un aditivo a los explosivos está en el muy alto calor de formación del óxido de Al, aproximadamente 16.25 MJ/Kg. Este calor de formación resulta en un considerable aumento en la temperatura de los productos gaseosos de la reacción, que a su vez produce un considerable incremento en la presión de los gases en el hoyo. El aumento de presión causado por el aumento de la temperatura de los gases más que compensa la reducción en el volumen de gas producido, de manera que el efecto neto de añadir Al es aumentar la energía disponible teórica, principalmente a través de un aumento de la energía de levantamiento. Si el Al se añade como un combustible y es para contribuir totalmente a la energía del explosivo, debe cumplir estrictas especificaciones de tamaño. El Al se añade en forma metálica, generalmente como polvo. Si el tamaño del grano del Al es muy grueso, el tiempo disponible para la oxidación será inadecuado para permitir una reacción completa del Al, y el beneficio total no se obtendrá. Además, bajo estas condiciones, tenderá a existir un exceso de oxígeno (insuficiente combustible), y se generarán humos de óxidos nitrosos. Si el polvo de Al es muy fino, es muy riesgoso manejarlo, ya que el polvo en sí se convierte en un riesgo de explosión de polvo. El tamaño ideal para el polvo parece estar en el rango de 70 a 100 mallas. 2.3. TECNOLOGIA DEL PRILL.
  • 14. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 14 - El nitrato de amonio sólido usado en los explosivos simples se suministran en la forma de prills. Estos prills deben ser porosos y de una distribución de tamaño uniforme. El tamaño típico para el prill de nitrato de amonio grado explosivo es: 100% < 3 mm 90% < 2 mm 1% < 1 mm El grueso del prill en el nitrato de amonio grado explosivo, por lo tanto, debe tener un diámetro entre 1 y 2 mm. Durante la formación de los prills, una fina capa de arcilla se añade generalmente en el exterior del prill. Esto es para contra restar la naturaleza higroscópica del nitrato. El nitrato sin recubrimiento en contacto con el aire que tenga un 60% de humedad, eventualmente se transforma en líquido. Arcilla finamente adherida a la superficie del prill reduce este efecto, pero también reduce la sensibilidad y permeabilidad del prill. Pequeñas cantidades de aditivos de sulfato de Al también se pueden añadir para mejorar la resistencia del prill. La densidad de los prills individuales grado explosivo, debe estar alrededor de 1.2 gr./cc, dando una densidad en volumen de casi 0.8 gr./cc. Si la densidad y tamaño de los prills están en el rango correcto, entonces no debería haber dificultad con el funcionamiento del producto cuando se mezcla con 6% de petróleo, a menos que los prills estén recubiertos con un exceso de arcilla. Los prills con permeabilidad reducida se pueden detectar examinando una sección transversal del prill después que se ha mezclado con petróleo coloreado. Si el petróleo ha penetrado uniformemente, el interior del prill estará coloreado uniformemente. Si no, el interior permanecerá blanco mientras que el exterior estará coloreado. Este tipo de prill no reaccionará adecuadamente y el funcionamiento de la detonación será inadecuado. Durante el almacenamiento del nitrato de amonio el ciclo de temperatura puede significar un desmoronamiento de la estructura del prill. Cuando la temperatura del nitrato de amonio puro se eleva sobre los 32,1° C, ocurre un cambio espontáneo en la estructura del cristal. El cambio en la densidad y el volumen de la estructura del cristal resultará en un agrietamiento del cristal y, por lo tanto, en el prill. Cuando se enfría bajo los 32° C los cristales tienden a aglutinarse y si hay alguna humedad presente, el producto empezará a formar terrones. Si los prills están dentro de un cartucho de emulsión, el ciclo de temperatura promoverá la cristalización de la fase emulsión, conduciendo a una pérdida significativa de la sensibilidad y al final de la insensibilización del producto.
  • 15. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 15 - 2.4. ENERGIA DEL EXPLOSIVO. La energía del explosivo se puede definir en términos del trabajo de expansión de los gases de alta presión, o sea, el área bajo la curva PV como se muestra en la fig. 2.3, y como se muestra en la siguiente ecuación: ∫= cP dP PdVEnergía (16) donde P y V se refieren a la presión y el volumen de los gases de explosión en cualquier instante en el tiempo, dP es la presión de detonación y cP es la presión crítica a la cual ningún trabajo adicional se realiza debido a la expulsión del gas a la atmósfera. De muchas observaciones del funcionamiento de un amplio rango de explosivos, la presión crítica a la cual el trabajo útil cesa, es alrededor de los 100 MPa. Por esta razón, la energía disponible para el trabajo útil es sustancialmente menor que el trabajo teórico obtenido en consideración de los calores de formación de los reactantes individuales. La curva PV es característica de cada formulación de explosivo y su derivación requiere conocimiento preciso de la composición del producto. Los explosivos emulsiones, por ej., tienen una curva completamente diferente, con el área total bajo la curva (de Pd a presión ambiental) menor que los del Anfo. Esto se espera debido a la presencia de cantidades sustanciales de agua, y el efecto de apagado que tiene esto en la reacción. Sin embargo, el área bajo la curva PV desde Pd a Pc normal, es frecuentemente mayor o muy similar a la del Anfo, de manera que las emulsiones pueden tener una potencia en peso efectiva muy cercana o aún exceder al 100%. Es importante notar que los factores que afectan a la presión de venteo de los gases de explosión (tales como el grado de confinamiento de la carga) afectará también la cantidad de energía obtenida de los explosivos y pueden, por lo tanto, esperarse que influya en los perfiles de la pila, la fragmentación y los niveles peak de vibración. Estudios recientes de McKenzie et al (1992), investigaron la relación entre la energía disponible y la vibración inducida. 2.5 TECNOLOGIA DE LA EMULSION Y DEL ACUAGEL. Los explosivos emulsiones comúnmente usados están también basados fuertemente en el nitrato de amonio como la sal oxidante y el petróleo como la fuente de combustible, de manera que la reacción química para estos productos no es muy diferente que la del Anfo. Las emulsiones se fabrican comúnmente produciendo primero una solución acuosa super saturada de sal(es) oxidantes y luego finamente dispersa en una fase aceite para formar una emulsión agua en aceite. La solución de sales siempre contendrá nitrato de amonio pero puede también tener nitrato de calcio o de sodio. Debido a que la solución se hace super saturada, cuando se enfría a temperatura ambiente se convierte en meta estable, mostrando una fuerte tendencia a formar cristales de varias sales de nitrato. Una formulación típica para una emulsión que contiene tanto
  • 16. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 16 - nitrato de amonio y de calcio debe ser alrededor de 65% de nitrato de amonio, 16% de nitrato de calcio, 12% de agua y 7% de petróleo. Algunas formulaciones pueden contener hasta alrededor de 18% de agua. El nitrato de calcio añadido a la solución también contribuye a la energía total, pero en una tasa significantemente menor que el nitrato de amonio. La potencia del nitrato de calcio, de acuerdo a ratings internacionales es sólo la mitad que la del nitrato de amonio. Es importante destacar que estos nitratos son los únicos ingredientes activos en la mayoría de las emulsiones (excepto en los pocos casos donde se añade Al). Las gotas finas de sales acuosas se previenen de la coalescencia añadiéndole un emulsificante que forma un recubrimiento de una capa de una cadena polar de hidrocarbono alrededor de cada gota. La naturaleza polar de la gota recubierta previene la coalescencia con otras gotas similarmente recubiertas y cargadas. La mezcla resultante, por lo tanto, logra un alto grado de intimidad entre el combustible y el oxidante del explosivo, resultando en un aumento en la tasa de reacción lograda por el explosivo durante la detonación. Generalmente la fase emulsión misma no se clasifica como un explosivo, pero sí como un agente de tronadura. Esta distinción se hace con la base de sensibilidad o de energía requerida para iniciar la reacción. Las emulsiones requieren una sensibilización a través de la adición de sensibilizantes tales como burbujas de gas, micro esferas de vidrio o prills, antes de que ellas se clasifiquen como explosivos y se puedan iniciar con pequeñas cantidades de explosivos primarios. Estos aditivos proporcionan los puntos calientes, a través de su compresibilidad, necesarios para sostener y propagar la reacción. Los productos emulsiones hechos de esta forma se refieren a los bombeables, ya que el bombeo es la forma recomendable de cargar estos productos altamente viscosos. Aunque se han hecho algunas pruebas de vaciar estos productos en el hoyo, no es una práctica recomendable, particularmente en hoyos de pequeño diámetro, debido a la posibilidad de bloqueo del producto en el hoyo. En vez de dispersar la solución salina acuosa en petróleo, es posible usar ceras o parafinas. Estos son hidrocarburos de cadena muy larga; a temperatura ambiente se convierten en rígidos y maleables. Cuando se usan parafinas en vez de petróleo, el producto llega a ser muy rígido al enfriarse; estos productos se usan para hacer emulsiones encartuchadas de diferente rigidez. Sin embargo, la formulación del producto tiene un alto porcentaje de sensibilizantes para hacerlos sensibles a un detonador. Los explosivos acuageles son soluciones acuosas que son sensibilizadas y entrelazadas para proporcionar una buena resistencia al agua, pero difiere considerablemente de las emulsiones en sus formulaciones. En los explosivos acuageles, se fabrica una solución acuosa madre, conteniendo nitrato de amonio y otros componentes activos, tales como perclorato de amonio, nitrato de hexamina, Al y nitrato de metil amina. Estos aditivos tienen una tasa de energía mayor que el nitrato de amonio, tendiendo a aumentar la energía relativa a la de las emulsiones. La química del acuagel es más compleja que la de la emulsión, requiriendo un buen control sobre la mezcla y fabricación del producto. Sin embargo, en general ella se puede resumir con que tienen
  • 17. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 17 - componentes más energéticos y una cantidad de agua similar o menor que la emulsión. El acuagel más comúnmente encontrado en Australia contiene alrededor de 85 a 90% de componentes reactivos (nitrato de amonio, de hexamina, perclorato de amonio) y menos de 10% de agua. Otros aditivos principales incluyen la goma de guar para lograr la consistencia requerida del producto, agentes entrelazadores para proporcionar la resistencia “gel” al agua y agentes sensibilizantes. 2.6 MECANISMOS DE LA EXPLOSION. La reacción principal que constituye la detonación explosiva, ocurre dentro de una zona delgada denominada la zona de reacción principal dentro del hoyo. Esta se extiende desde el frente de choque a un límite posterior denominado el plano de Chapman Jouguet (CJ), siendo el largo de esa zona característico de un explosivo. Las reacciones que ocurren dentro de la zona de reacción principal, generan la presión peak (la presión de detonación) y produce la acción de esparcimiento del explosivo. Detrás de la zona principal hay una zona de baja presión o de hoyo. La presión de esta sección es casi la mitad que la de detonación para explosivos acoplados totalmente. En explosivos ideales, la reacción de los componentes está completamente dentro de la zona de reacción principal. Luego, la energía máxima, está disponible para conducir la reacción y la presión de detonación es la máxima. En explosivos no ideales (incluyendo todos los basados en ANFO) sólo parte de la reacción ocurre en la zona de reacción principal, ocurriendo algunas detrás del plano CJ. Esto reduce la presión de detonación pero puede no disminuir la presión de hoyo que actúa detrás de la zona de reacción. La presión de detonación lograda por un explosivo se puede estimar en un grado razonable de la VOD usando la ec. simple: 2 **250 VODPd ρ= *10-6 (17) donde VOD está en m/s, ρ es la densidad del explosivo en gr./cc y Pd es la presión de detonación en MPa. La presión de detonación se considera que es el mejor indicador del potencial de fuerza, esparcimiento o fragmentación de un explosivo en tipos de rocas competentes y de alta densidad. Es particularmente importante mantener una alta presión de detonación y de hoyo en la base de los hoyos para asegurar una excavación fácil de la pila. En este contexto, el uso de explosivos encartuchados tiene algunas dificultades. Cuando se seleccionan explosivos encartuchados para usar en hoyos de tronadura, el diámetro del cartucho se selecciona siempre que sea al menos 10 mm menor que el diámetro del hoyo, para facilitar el carguío. Esto significa que un anillo de aire rodea al explosivo en el hoyo y este anillo servirá para reducir la presión peak de hoyo y por lo tanto reducir la cantidad de rompimiento. Esta situación puede ser evitada rajando los cartuchos primero para asegurar el impacto o taquearlos, entonces ellos se expandirán para ocupar completamente el hoyo. Cuando se carga en hoyos llenos
  • 18. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 18 - de agua sin embargo los cartuchos no se deben rajar puesto que ellos se pueden atascar en el hoyo en la interfase aire/agua, provocando un carguío pobre. Debido a la fuerte dependencia de la presión de detonación en la VOD, este último término se toma a menudo como el indicador de la fragmentación potencial de un explosivo. La VOD no es una medida de la energía de choque de un explosivo ni de su sensibilidad pero se usa como un indicador de la energía de choque, de la estabilidad de la emulsión y de la consistencia de la formulación. Chiappetta (1991) demuestra como las mediciones del VOD en terreno se usan para cuantificar el funcionamiento de un explosivo y como este término se usa para proporcionar estimaciones aceptables para la habilidad del explosivo para crear una red de fracturas en un medio dado. La VOD de los explosivos comerciales depende del diámetro de la carga, del grado de confinamiento al momento de la detonación, aumentando a medida que el diámetro y el confinamiento aumenta. Como regla general, los explosivos con alta VOD proporcionan mejor fragmentación y esparcimiento en roca dura, masivas o masa rocosa con bloques y hay poco beneficio en usar explosivos con alto VOD en rocas blandas y altamente fracturadas. La justificación para el aumento del VOD para roca de alta resistencia viene del análisis de la transferencia de energía a las paredes del hoyo. La transferencia de energía se maximiza cuando la impedancia de los dos medios es igual. La impedancia del explosivo se define como el producto del VOD y la densidad, mientras que la impedancia de la roca es el producto de la velocidad de la onda P y la densidad de la roca. Típicamente, la impedancia de una roca de alta resistencia tal como el granito está alrededor de 12,5x106 Kg. m-2 seg-1 (5000 m/s x 2500 kg/m3 ) mientras que la impedancia de un explosivo con alto VOD está alrededor de 7,8 x 106 Kg. m-2 seg-1 (6000 x 1300 kg/m3 ). El ANFO, por ej. , tiene una impedancia de 3,4 x 106 kg. m-2 seg-1 (4000 m/s x 850 kg/m3 ). El impacto de las propiedades de las rocas en el funcionamiento del explosivo se discute en la sección 3.1, tratando los efectos de las propiedades en la fragmentación. 2.7 EXPLOSIVOS INICIADORES. El término de explosivos iniciadores se refiere a los métodos de iniciar las mallas de tronadura. En algunas aplicaciones el explosivo en el hoyo se iniciará directamente por el detonador o por un cordón detonante, mientras que en otros casos estos elementos iniciarán a un explosivo iniciador, el que a su vez iniciará la columna explosiva. Por definición, los explosivos iniciadores tienen una densidad más alta que los explosivos secundarios cargados en los hoyos. El sistema de iniciación más adecuado para cualquier aplicación depende de muchos factores, incluyendo: 1. Tipo de explosivo y susceptibilidad a la desensibilización. 2. Profundidad del hoyo. 3. Costo y sensibilidad a tiros quedados.
  • 19. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 19 - 4. Requerimiento de desplazamiento de la pila. 5. Susceptibilidad a riesgos eléctricos. 6. Requerimiento de tiempo que la tronadura quedará cargada sin tronarla. 2.7.1. CORDONES DETONANTES. El sistema más simple para iniciar la malla de tronadura es probablemente la combinación de cordón detonante y conectores de retardo para cordón detonante. Los cordones detonantes son explosivos lineales resistentes que contienen una carga en su núcleo de un alto explosivo envuelto por un plástico y posiblemente envuelto además por un recubrimiento textil para proporcionar una cubierta resistente al agua. El cordón se consume durante la detonación y detona a una velocidad de casi 7.000 m/s. La detonación es extremadamente violenta y es capaz de causar un daño considerable al material del taco y a la columna explosiva a través de la cual pasa. Al alcanzar al iniciador, el impacto es suficiente para causar la iniciación. Alternativamente, el cordón detonante puede sacarse del iniciador de manera que la cola de un detonador no eléctrico se active y este, a su vez, pueda activar un retardo en el hoyo. Este sistema se llama el “iniciador deslizante”. Cuando se usa el sistema de cordón detonante es importante minimizar la potencia del cordón. Esto debido a que la detonación del cordón puede ser suficiente, bajo ciertas circunstancias, de iniciar la columna explosiva. Cuando en el interior del hoyo existe un iniciador, esto puede causar serios problemas de fragmentación y de proyección de rocas. Aún cuando el hoyo no contenga un iniciador en el hoyo, la iniciación lateral del explosivo resulta en una pérdida significativa de energía del explosivo, especialmente de la energía de choque. Aún cuando el cordón detonante no detone al explosivo, este causará una insensibilización parcial del explosivo y una pérdida consecuente de energía del explosivo. Es un truco que han efectuado muchas operaciones de “trazar” hoyos con cordón detonante como medio de un control efectivo durante la tronadura de contorno. La iniciación lateral o insensibilización parcial del explosivo, causa una caída importante en la energía de choque que hace que el explosivo emule a uno de baja potencia. Cuando se usa la iniciación por cordón detonante se debe tener cuidado en las conexiones de superficie. Las conexiones entre líneas de cordón detonante debe hacerse en ángulo recto, ya que un ángulo agudo entre las líneas causará un corte. Cuando se use cordón detonante para iniciar un explosivo iniciador, debe asegurarse que el iniciador es sensible a la potencia del cordón en uso. Muchos iniciadores, incluyendo los de pentolita y las emulsiones encartuchadas, por ej., no son sensibles al cordón con un núcleo de menos de 10 gr./m. 2.7.2. DETONADORES ELECTRICOS.
  • 20. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 20 - Los detonadores eléctricos de retardo se utilizan comúnmente para iniciar hoyos en tronaduras en canteras (aunque este método se está reemplazado rápidamente por la iniciación no eléctrica) y en tronaduras de zanjas y otras de pequeña escala. Cuando se estima o compara el uso de la iniciación eléctrica respecto de los sistemas no eléctricos, se debe poner mucha atención en el punto de la exactitud del tiempo de iniciación. Como una observación general, la exactitud de los detonadores eléctricos comercialmente disponibles en Australia, es menor que la de los sistemas no eléctricos de períodos comparables, aunque debe puntualizarse que la exactitud del detonador con retardo pirotécnico es muy dependiente del tiempo y de la condición de almacenamiento. La tabla 2.1, por ej., presenta un resumen de la comparación entre los detonadores de retardo eléctrico y no eléctricos, comercialmente disponibles en Australia. RANGO (%)VARIABLE NO ELECTRICOS ELECTRICOS Rango de tiempos (ms) 25 – 8000 30 – 845 Coeficiente de varianza del batch (%) 0.8 – 2.8 2.0 – 3.0 Coeficiente de varianza total (%) 1.0 – 4.5 2.5 – 4.5 Dispersión al 95% de confianza (%) 2.0 – 9.0 5.0 – 9.0 TABLA 2.1. Resumen de la comparación de dispersión para detonadores eléctricos y no eléctricos. La generalización no parece ser válida por ej. en USA, donde los detonadores eléctricos de retardo nuevos y de alta exactitud son a lo menos tan exactos como los retardos no eléctricos más nuevos (+/- 2% de dispersión con el 95% de nivel de confianza). Generalmente hablando, la dispersión del retardo no es un problema principal en la tronadura, pero sí cuando la probabilidad de traslape o detonación fuera de secuencia, Posd, alcanza un nivel inaceptablemente alto. La definición de “inaceptablemente alto” es muy dependiente de la aplicación (Heilig & McKenzie, 1988) y no se puede dar una regla general. La probabilidad de traslape se calcula de la ec.:
  • 21. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 21 - ( ) ( )        + − −= + + 2 1 2 1 1 nn nn osd SS tt P φ (18) donde ( )xφ es la función de probabilidad acumulativa para la varianza estándar normal, tn y tn+1 son los tiempos nominales de iniciación y Sn y Sn+1 son las desviaciones estándar para los retardos números n y n+1 respectivamente. Como una buena aproximación, la función de probabilidad acumulada F(x) se puede calcular a cualquiera de los dos retardos (m y n) usando las siguientes relaciones. El uso de estas ecuaciones elimina la necesidad de tablas matemáticas, permitiendo la posibilidad de ser calculada en formato de planilla electrónica. Estas ec. proporcionan una aproximación a las áreas bajo la curva de distribución normal o gaussiana, y son exactas hasta a lo menos tres lugares decimales. ( )Pr obabilidad F A t A t A t A t A t= + + + +1 2 2 3 3 4 4 5 5 [ ] t A x = + 1 1 6γ ( ) F e x = −γ π ( )2 2 2 (19) γ ( )x t t S S m n m n = − +2 2 donde A1 = 0.319381530 S = desviación estándar del tiempo de disparo A2 = -0.356563782 t = tiempo nominal de disparo A3 = 1.781477937 A4 = -1.821255978 A5 = 1.330274429 A6 = 0.2316419 Los retardos eléctricos muestran una baja probabilidad de traslape (y por lo tanto un buen control de la fragmentación y niveles de trastornos ambientales) para tronaduras de tamaño pequeño. Esto se ilustra en la fig. 2.4 para coeficientes de varianza de 3 a 5% que se considera típicos para retardos eléctricos en Australia. Cuando el tamaño de la tronadura necesita el uso de números de retardos más altos (sobre el #12), la probabilidad de traslape llega a ser significativa y aumenta con el aumento del número del retardo, de manera que saltarse un período (o sea, omitir algún elemento de retardo en las series) para los números de retardo más altos es muy común. Este hecho tiende a
  • 22. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 22 - reducir el tamaño máximo de la tronadura que se pueden iniciar, especialmente si se desea limitar el número de hoyos que comparten un número de retardo común. Otro factor que limita el tamaño de las tronaduras que se puede disparar es la dificultad de energizar un gran número de detonadores eléctricos, con la mayoría de los sistemas portátiles con limitaciones a no más que 100 hoyos. La seguridad es también un tema importante con los retardos eléctricos debido a su susceptibilidad a la iniciación por fuentes extrañas, que incluyen a los transmisores de radio y los rayos. Los detonadores eléctricos disponibles comercialmente en Australia tienen un grado más alto de dispersión que la mayoría de los detonadores de retardo no eléctricos, y son más adecuados en tronaduras pequeñas. La aplicación de sistemas de iniciación eléctricos a las tronaduras que tienen más de 30 hoyos generalmente resultará en retardos compartidos, en donde muchos hoyos se inician al mismo tiempo nominal. La aplicación de la iniciación eléctrica se limita generalmente a tronaduras con poco menos de 100 hoyos. 2.7.3. DETONADORES NO ELECTRICOS. Los detonadores no eléctricos muestran un grado de dispersión igual o menor que los detonadores eléctricos. Sin embargo, dependiendo del período del retardo en el hoyo, y de la combinación de los retardos de superficie usados entre hoyos y entre filas, la dispersión absoluta en los tiempos de iniciación puede exceder a los del sistema eléctrico. Una selección cuidadosa de los elementos en el sistema no eléctrico permitirá que se inicien tronaduras grandes más fácilmente y en forma segura de lo que es posible con la iniciación eléctrica. Tal vez la principal razón para usar sistemas de iniciación no eléctricos en tronaduras grandes es que la probabilidad de traslape permanece constante a través de toda la tronadura, independientemente del tamaño de las tronaduras y el número de hoyos que detonan en un mismo tiempo se reduce significativamente en comparación con el mismo diseño iniciado con detonadores eléctricos. Debido a que no hay series no eléctricas fijas, no es posible generar un gráfico de probabilidad de traslape similar a la fig. 2.4 que se aplica a todas las tronaduras no eléctricas. Sin embargo, es posible construir el gráfico para un caso particular y considerar las probabilidades de traslape para varios hoyos dentro de la tronadura. La fig. 2.5 considera las probabilidades de traslape (asumiendo un coeficiente de varianza de 1 y 2%, lo que parece típico de las unidades de alta exactitud usadas como retardo constante dentro del hoyo) para hoyos adyacentes a un hoyo localizado en cualquier parte en la tronadura de la fig. 2.6, que contiene una combinación de 175 ms en el hoyo y 17 & 42 ms en superficie (combinaciones típicas en una cantera). Los números adyacentes a los hoyos en la fig. 2.6 representan los tiempos de disparo para los hoyos relativo al hoyo de referencia marcado “o”. El diagrama de traslape permanecerá sin cambiar para cualquier hoyo seleccionado de referencia: ésta es una de las principales ventajas de los sistemas de iniciación no eléctricos. Para el retardo en el hoyo elegido de 175 ms, el diagrama no eléctrico de traslape indica una probabilidad muy baja de traslape entre hoyos adyacentes en la misma fila y entre hoyos en diferentes filas. Para estos tiempos de retardo en el hoyo más grandes (por ej. 500 ms) la
  • 23. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 23 - probabilidad de traslape entre hoyos en la misma fila aumenta significativamente. La alta probabilidad de traslape en estos casos, para hoyos en la misma fila, generalmente no se considera un problema, ya que los hoyos en la misma fila se disparan hacia una cara libre y la detonación fuera de secuencia en la misma fila no afectará por lo tanto adversamente a la fragmentación, vibración o proyección de rocas. Esto es en contraste a la situación con retardos eléctricos donde el traslape puede ocurrir entre filas de hoyos, dependiendo de como se ha secuenciado el diseño. Los sistemas de iniciación no eléctricos son los preferidos y recomendados para la iniciación de mallas grandes de tronaduras, proporcionando buen control sobre la secuencia de detonación y minimizando el impacto de los trastornos ambientales. El control de la secuencia es independiente del tamaño de la tronadura y el tiempo de la tronadura puede variarse para proporcionar más control sobre los niveles y frecuencias de vibración inducida. Sin embargo, debe mantenerse una observación muy de cerca a los últimos desarrollos con la iniciación eléctrica y electrónica. 2.7.4. COMPARACION ENTRE DETONADORES ELECTRICOS Y NO ELECTRICOS. Conociendo la variabilidad en los elementos de retardo, la estadística permite el cálculo de la probabilidad que cualquier diseño de tronadura dado, detonará en la secuencia diseñada. Para el propósito de este estudio, una secuencia controlada de iniciación se define por: Una secuencia de iniciación donde cada carga explosiva detonará subsecuentemente a cargas entre ella y la cara libre. Tomando en cuenta el ángulo de salida (130°) y la influencia de los hoyos circundantes, el área de influencia se asume también que incluye cargas dentro del espaciamiento de un hoyo o como se muestra en la fig. 2.7. Tanto los sistemas de retardo eléctricos y no eléctricos se han evaluado para “un diseño estándar de 18 hoyos” como se muestra en la fig. 2.8. La comparación se ha efectuado para tiempos de retardo no eléctricos en el hoyo de 175 ms y 500 ms. Los gráficos de probabilidad calculados, que muestran la probabilidad que todos los 18 hoyos detonarán en “una secuencia controlada”, se pueden ver en la fig. 2.9, e indica: 1. Una disminución en la probabilidad de que no haya una secuencia inversa a medida que la variabilidad de retardo aumenta (para todos los sistemas de retardo). 2. Para un coeficiente arbitrario de variación de 2%, las probabilidades de que no haya una secuencia inversa se calcularon a 11% (500 ms no eléctrico, retardo en el hoyo), 100% (175 ms no eléctrico, retardo en el hoyo) y 100% (retardo eléctrico en el hoyo). Respecto a esto, las series eléctricas se consideran más exactas que algunas combinaciones no eléctricas. 3. Para retardos no eléctricos de alta exactitud que exhiben coeficientes de varianza en el intervalo del 1 - 1.5%, la probabilidad de una secuencia correcta para la tronadura de 18 hoyos de la fig. 2.8 está en un rango de alrededor de 40% a alrededor de 90% para retardo en el hoyo de 500 ms y es efectivamente 100% para el retardo en el hoyo de 175 ms. 4. Para retardos eléctricos con un coeficiente de varianza en el intervalo de 3 - 4%, la probabilidad de una secuencia correcta para la tronadura de 18 hoyos de la fig. 2.8 está en el rango de casi 50% a casi 75%.
  • 24. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 24 - 5. Existe una marcada declinación en la probabilidad de todos los 18 hoyos detonados en la secuencia correcta cuando se usan retardos no eléctricos más largos con un coeficiente de varianza que excede el 10%. Se puede concluir de estos análisis que las tronaduras secuenciadas usando alta exactitud en el hoyo, los retardos no eléctricos de períodos cortos ofrece ventajas sobre tronaduras de similar tamaño iniciadas con retardos eléctricos en términos de la habilidad de los hoyos para detonar en una forma controlada (o reducir la probabilidad de iniciación fuera de secuencia). Esta ventaja llega a ser aún más aparente si el número de hoyos aumenta sobre los 18.
  • 25. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 25 - 3. PROPIEDADES DE LA ROCA. El rompimiento de la roca con explosivo es una interacción entre el explosivo y la roca. Los resultados en términos de grado de fragmentación, daño y desplazamiento de la pila tronada, están determinados por las propiedades de los dos componentes. Hagan & Harries (1977) establecieron que “los experimentos y la práctica indican que los resultados de la tronadura están influenciados más por las propiedades de la roca que por las del explosivo”. Experiencias realizadas en canteras, minas a tajo abierto, minas de carbón de superficie y minas subterráneas soportan este aserto. En general, las tentativas para predecir resultados de fragmentación, realizados en operaciones normales de tronadura a partir de propiedades físicas y mecánicas de la roca, obtenidas de ensayos de laboratorio, no han sido exitosas. La falla se atribuye a los efectos dominantes de la estructura de la roca y su influencia en las propiedades del macizo rocoso. Aunque las propiedades físicas mecánicas del macizo rocoso (es decir resistencia a la compresión y tensión, densidad, módulos de elasticidad), sí impactan en la fragmentación, son secundarios comparados con los efectos de la estructura de la roca. Las estructuras existentes en la roca se extienden durante la tronadura, con extensión preferencial de grietas favorablemente orientadas. Cuando existe un patrón de grandes diaclasas a grandes espaciamientos, no ocurrirá una formación y extensión de grietas uniformes, y se obtendrá una fragmentación irregular. Cuando existe un patrón denso de fisuras, la fragmentación resultará claramente mejor que la obtenida en roca masiva usando la misma carga. En este material, la onda de choque del explosivo que detona se atenúa más rápidamente y es por eso menos efectivo en iniciar nuevas fracturas y las nuevas fracturas generadas se cortan abruptamente por la existencia del patrón de fisuras. Las discusiones de las propiedades de la roca y su influencia en la fragmentación frecuentemente se refieren a la resistencia de la roca. Esta propiedad es difícil de cuantificar en vista de su dependencia de la razón de carga o razón de deformación, puesto que es bien sabido que la resistencia dinámica de la roca varia considerablemente de la resistencia estática. Sin embargo, a pesar de su limitación, tanto la resistencia a la compresión como a la tensión juegan un papel muy importante en determinar los límites de daño y sobre quebradura detrás de la tronadura, debido principalmente a su relación con la fácil de medir velocidad de partículas. Las propiedades de la roca tienen una mayor influencia en la amplitud, frecuencia y duración de las ondas de vibración de la tronadura. La amplitud y la frecuencia de vibración disminuyen con el aumento de la distancia desde la tronadura debido a dos mecanismos separados: esparcimiento geométrico y pérdidas adicionales. En general la duración de la vibraci6n de la tronadura aumenta con el aumento de la distancia desde la tronadura. Los tipos de rocas con alto módulo (por ej. las rocas ígneas) exhiben un comportamiento casi elástico con relativamente poca pérdida friccional, mientras que tipos de roca con bajo módulo (por ej. rocas sedimentarias) muestran una pronunciada pérdida friccional y un comportamiento inelástico. Las fracturas y diaclasas en la masa rocosa tienen el efecto de bajar el módulo del macizo y disipar la energía en la superficie de
  • 26. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 26 - las diaclasas, de manera que una roca dura con muchas estructuras se parece a un tipo de roca blanda más masiva en términos de sus características de vibración. Las propiedades de la roca también tienen un mayor impacto en la estabilidad de los taludes, y mucho de estos sectores pueden ser modificados por la acción de la cercanía y aún la lejanía de las operaciones de tronadura. A medida que la tronadura expone taludes y excavaciones, las fuerzas que tienden a mantener los bloques en equilibrio a lo largo de planos de diaclasas bien definidos (o sea, la cohesión de las diaclasas y el coeficiente de fricción), pueden ser colocadas fuera de este balance con el resultado que la excavación llega a ser inestable y vulnerable a fallar Los factores de la roca más importantes que afectan a la fragmentación, estabilidad y al impacto ambiental de la tronadura son: 1. Grado de diaclasamiento y fracturamiento natural e inducido por la tronadura. 2. Orientación de las diaclasas naturales. 3. Propiedades elásticas de la roca. 4. Densidad de la roca. 5. Angulo de fricción. 6. Resistencia cohesiva de la superficie de las fracturas. Por conveniencia, la influencia de las propiedades de la roca en la estabilidad, fragmentación e impacto ambiental se considerarán separadamente. 3.1 INFLUENCIA EN LA FRAGMENTACION. De los factores usados anteriormente, el de mayor influencia en la fragmentación es, indudablemente, el grado natural de diaclasado y fracturamiento. La formación de diaclasas ocurre durante la diagénesis de la roca, generalmente como resultado de los esfuerzos tensionales en la roca. La masa rocosa desarrolla típicamente un número de conjuntos de diaclasas ínter dependientes que actúan para aliviar esfuerzos en la roca. Las diaclasas inevitablemente se forman en grupos y cada grupo muestran un grado de paralelismo que refleja su génesis común. Los grupos de diaclasas generalmente se ordenan por prominencia desde grupos principales a menos prominentes o grupos menores determinada por su frecuencia de ocurrencia y persistencia o continuidad. El grado de diaclasamiento natural es importante debido a que define el bloque más grande que puede resultar después de la tronadura, ya sea dentro de la malla de la tronadura o de la sobre quebradura detrás del disparo. Debido a que las diaclasas tienden a formarse en grupos que son aproximadamente perpendiculares, los planos de las diaclasas naturales definen grupos de bloques de distintos tamaños. Cuando el espaciamiento de las diaclasas dentro de un grupo es amplio, los bloques in situ son grandes y d factor de emergía asociado con el diseño de la tronadura es alto. Si la tronadura no rompe estos bloques, ellos formarán el sobre tamaño.
  • 27. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 27 - Cuando la frecuencia de fracturas en la masa rocosa es alta, es más fácil de obtener fragmentación fina y los factores de energía asociados con la tronadura tienden a ser bajos. Rocas duras altamente diaclasadas o fracturadas se comportan muy similar a rocas más blandas y más débiles. La combinación de roca y discontinuidades se puede considerar y modelar como una ruma de bloques mantenidos juntos por una combinación de la cohesión de la superficie de las diaclasas, el coeficiente de fricción de las superficies de las diaclasas y los esfuerzos actuando en los bloques (ya sea esfuerzos hidrostáticos en aplicaciones de superficie o una combinación de esfuerzos hidrostáticos o tectónicos en aplicaciones subterráneas profundas). Varios autores han sugerido que para lograr la máxima utilización de la energía del explosivo en el proceso de fragmentación es necesario equiparar la impedancia del explosivo lo mas cercanamente posible a la impedancia de la roca. La impedancia se define como el producto de la velocidad y la densidad. Para el explosivo, la impedancia se refiere al producto de la densidad en el hoyo y a la velocidad de detonación, mientras que en la roca la impedancia se define como el producto de la velocidad de las ondas P y la densidad. Luego, para una máxima fragmentación: proca VVOD **exp ρρ = (20) Donde ρ es la densidad, VOD es la velocidad de detonación del explosivo y Vp es la velocidad de la onda P de la roca. Basado en el deseo del igualamiento de las impedancias, rocas masivas y de alta resistencia (con velocidades P en el rango de 4500 a 6000 m/s) se fragmentan mejor con un explosivo con alta densidad y alta velocidad de detonación. La impedancia de los explosivos nunca alcanza la impedancia máxima de la roca, debido a la baja densidad de los explosivos comerciales. Muchas rocas, sin embargo, más que fragmentación requieren desplazamiento y para este tipo de rocas la utilización de la energía de choque es de importancia secundaria comparada con la generación y utilización de la energía de levantamiento (heave). Estas rocas se benefician del uso de explosivo de baja velocidad de detonación y es en esta aplicación que el uso de explosivos aluminizados se adecua mejor. 3.1.1 DISTRIBUCION DE TAMAÑO DE BLOQUES INSITU. Una masa rocosa, en el contexto de la tronadura, consiste de uno o más tipos de roca que se interceptan por un sistema de discontinuidades. Estas discontinuidades se refieren frecuentemente a una variedad de términos que incluyen a diaclasas, fallas, zonas de corte, fracturas, planos de estratificación, intrusiones o fisuras. La mayoría de estas discontinuidades son naturales pero existen también algunas fracturas que se pueden inducir por la excavación, ya sea directamente como resultado de la tronadura o indirectamente por redistribución de esfuerzos.
  • 28. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 28 - Las discontinuidades en la masa rocosa actúan para definir bloques preformados y la distribución de tamaño de éstos puede ser el principal factor para lograr un costo efectivo de tronadura. Los datos requeridos para estimar la distribución de tamaño de bloques son los espaciamientos de los tres grupos principales de diaclasas. Estos datos se pueden obtener por muchos métodos, incluyendo el registro de testigos de sondajes (testigos orientados) y el mapeo de los bancos. Una de las principales dificultades asociadas con la exactitud para determinar el espaciamiento de fracturas es el problema de hacer un muestreo que represente exactamente un número significante de diaclasas. A menudo se usa el sistema Scanline, principalmente si ellos representan vistas al azar a través de la masa rocosa y si las superficies expuestas no están alineadas con los planos de diaclasas dominantes. Sin embargo, aún el Scanline al azar dará datos distorsionados, puesto que de los planos de diaclasas que son de corta persistencia y de los planos que están orientados oblicuamente se obtendrían pocas muestras, particularmente en Scanlines más cortos. De los planos que son paralelos al Scanline no se hará un muestreo. Claramente, el Scanline simple es inadecuado para la estimación de patrones de fracturas. Un punto importante de recordar se relaciona con el tamaño y el tipo de fracturas que se debería registrar durante el análisis Scanline. Es en este punto que el mapeo de fracturas llega a ser subjetivo, puesto que la única regla disponible es mapear fracturas que parecen haberse extendido durante la tronadura, o que parecen formar las superficies de los bloques tronados. Las fracturas de muy poca persistencia no parecen tener una fuerte influencia en la fragmentación, y las diaclasas que se han cementados juntas con cuarzo o calcita pueden no representar aún planos de debilidad. Las fracturas que no pertenecen a un grupo de diaclasas definido pueden ser inducidos por la tronadura, y pueden ser ignoradas frecuentemente en e1 mapeo si la cara expuesta representa sólo una pequeña fracción del volumen total de la roca a tronarse. Después de obtener el espaciamiento de las fracturas, es útil determinar la forma de la distribución de las fracturas. Las dos distribuciones más comunes observadas son la normal o Gaussiana y la exponencial negativa. Se ha argumentado que las rocas más jóvenes tienden a mostrar la distribución normal, mientras que las rocas más viejas, que han sido sujetas a repetidos esfuerzos y fracturamientos, tienden a mostrar más una distribución exponencial negativa. Se debe notar que la selección de la forma de la función de distribución influirá fuertemente en la distribución de tamaño calculada de los bloques. La conversión de los datos de espaciamiento de fracturas a la distribución de tamaño de bloques in situ se efectúa usando la simulación de Monte Carlo para generar muestras grandes de bloques de distintas dimensiones. Estos bloques se ordenan para determinar su ranking de tamaño de tamiz y una estimación hecha de los pesos promedios de los bloques para cada tamaño de tamiz. La fig. 3.1, por ej. , ilustra la distribución de tamaño de los bloques in situ para una mina, mostrando 3 dominios estructurales marcadamente diferentes. Dentro de cada dominio, el espaciamiento y orientación de las fracturas y el número de los sub grupos de fracturas, varía considerablemente. El Dominio I muestra un fracturamiento intenso con un 5% en peso de material in situ que tiene un
  • 29. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 29 - tamaño mayor que 1m. Para este tipo de roca poca fragmentación real se requiere del explosivo y la tronadura se realiza sólo para mejorar la excavabilidad y productividad del cargador. El Dominio III sin embargo, se caracteriza por su naturaleza masiva, con cerca de un 45% de material in situ con tamaño mayor que 1 m. Este material requiere un fracturamiento sustancial durante la tronadura y se puede beneficiar considerablemente con el uso de un explosivo con alta presión de detonación, o sea, una emulsión o un acuagel. Al mismo tiempo, este tipo de roca es muy adecuada para producir gran cantidad de sobre tamaño si la exactitud de la perforación es mala o si se produce una sobre quebradura sustancial. Uno de los aspectos más críticos de las tronaduras en cualquier tipo de roca es la selección del diámetro del hoyo, ya que esto determina todos los otros parámetros tales como burden, espaciamiento, pasadura y taco. El diámetro es particularmente importante en masas rocosas con muchas estructuras. Cuando se generan grandes cantidades de sobre tamaño en la tronaduras de rocas con muchas estructuras, frecuentemente se considera beneficioso reducir el diámetro del hoyo. Cuando se usan diámetros pequeños, los hoyos se ubican más próximos y aumenta la probabilidad de tener una carga explosiva en cada bloque in situ (definido por los grupos de diaclasas prominentes). Esto es frecuentemente la única forma de lograr una fragmentación satisfactoria en rocas muy fracturadas. Como regla general los tipos de rocas masivas o de muchos bloques, tienen un requerimiento principal de fracturamiento con explosivo y esto se obtiene mejor de explosivos con alta velocidad y presión de detonación. Estas características se encuentran en las emulsiones y acuageles. Los tipos de rocas con muchas fracturas tienen un requerimiento principal de levantamiento y desplazamiento del explosivo, esto se obtiene mejor de explosivos con baja velocidad y presión de detonación. Estas características se encuentran en el Anfo y el Anfo diluido. 3.1.2 ORIENTACION DE LAS DIACLASAS. Bajo ciertas condiciones, la orientación de las diaclasas respecto a la orientación de la cara del banco es de principal importancia. La orientación de las diaclasas es particularmente importante cuando la continuidad o persistencia de las diaclasas es alta, ya que bajo estas condiciones, grandes lajas de rocas se pueden mover y causar una mala fragmentación, desconexiones de las líneas troncales, sobre quiebre dificultoso, o caras finales inestables. Cuando un grupo de diaclasas prominentes está paralelo a la cara de la tronadura, la tronadura tiende a producir caras finales suaves, puesto que será difícil para la tronadura inducir fracturas que se propaguen a través de los planos de las diaclasas prominentes, y los gases de alta presión no serán capaces de penetrar detrás de los mismos planos.
  • 30. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 30 - Dependiendo del buzamiento del grupo de diaclasas a la cara del banco vertical o casi vertical, se pueden encontrar problemas de fragmentación asociadas con cuñas deslizantes desde la nueva cara del banco diseñada (diaclasas inclinándose fuera de la cara). Dificultades adicionales de fragmentación se pueden encontrar si la iniciación de los primeros hoyos produce un movimiento significativo a lo largo de los planos de diaclasas, causando que los hoyos detrás de la fila iniciada se corten y la columna explosiva se interrumpa. En este caso, parte del explosivo puede que no detone y la pila resultante será de material muy grueso. Este comportamiento es muy común y es la razón principal para diseñar tronaduras de tal manera que la carga de todos los hoyos se inicie antes de que cualquier carga detone, y también para la iniciación de los hoyos tanto en la parte superior como inferior. El buzamiento de las diaclasas hacia dentro de la cara del banco posee pocos problemas asociados con deslizamiento o estabilidad de nuevas caras, pero frecuentemente produce considerable problema para lograr un buen control del piso. En un grupo de diaclasas prominentes con un rumbo de 30 a 60º respecto a la dirección de la cara dei banco, la tronadura puede producir una dilatación extensa de las diaclasas a considerable distancia detrás de los limites de la tronadura. En estos casos, los gases de alta presión de la explosión son capaces de penetrar a lo largo de las superficies de las diaclasas y dilatarlas, haciendo que la futura perforación y fragmentación efectiva sea muy difíciles. Cuando un grupo de diaclasas prominentes rumbea normal a la cara del banco, el riesgo de lajas de rocas y sobre quebradura es menor respecto al caso anterior. Sin embargo, los planos de diaclasas pueden dilatarse, causando un gran agrietamiento superficial que se puede extender muchos metros detrás de la tronadura. Esto incrementa el problema de control de fragmentación en las tronaduras posteriores. Una complicación adicional asociada con la tronaduras de bancos alineados perpendicularmente a la dirección principal de las diaclasas es la dificultad de obtener una cara limpia y regular para la perforaci6n de las tronaduras posteriores. Las caras tronadas perpendiculares a las diaclasas, producen caras muy irregulares a menos que se efectúen tronaduras controladas (por ej. precorte). Las diaclasas dilatadas y prominentes poseen un serio problema para un control efectivo de la fragmentación, especialmente cuando están muy espaciadas, ya que ellas delinean bloques bien definidos que son difíciles de aumentar. Inevitablemente, alguno de estos bloques caerán fuera de la cara sin fragmentarse. El requerimiento para el control de la fragmentación bajo estas condiciones es que el hoyo se deberá colocar en cada bloque, regresando al énfasis en el diseño de la tronadura para seleccionar el diámetro óptimo. Cuando se truena en roca con muchas estructuras, frecuentemente se obtiene mejor fragmentación si la cara del banco está orientada paralela al rumbo del grupo principal de diaclasas. Los bancos orientados de esta forma producen un movimiento de la roca en dirección perpendicular a la dirección del rumbo, y generalmente resulta la formación de una cara que es limpia y uniforme, facilitando una perforación y tronadura fácil en las caras sucesivas. Sin embargo, se puede lograr considerable mejoramiento en fragmentación adoptando un diseño de hoyos con gran
  • 31. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 31 - espaciamiento, cuando la relación espaciamiento burden se aumenta a 4:1 sin cambiar el área de influencia (Burden x espaciamiento) de cada hoyo. Esta configuración ayuda en tener un hoyo ubicado en cada bloque. La principal excepción a esta regla es para la situación donde el espaciamiento de las diaclasas es casi igual o mayor que el espaciamiento de los hoyos. En esta configuración la tronadura desde una cara perpendicular al rumbo de las diaclasas frecuentemente da mejor fragmentación y una cara más limpia y estable, ya que cada bloque tiene al menos una carga explosiva. En este caso, es preferible el diseño equilátero. 3. 1.3 PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS. Por lo general, la aplicación de estos datos se limita a modelamiento de la fragmentación y daño producido por la tronadura. Las propiedades principales físicas y mecánicas que se usan comúnmente en e1 modelamiento de tronaduras son: 1. Módulo de Young. 2. Indices de resistencia (de compresión y tensión estática) 3. Densidad de la roca. 4. Porosidad de la roca. 5. Propiedades sísmicas (velocidades de propagación) El término dureza se usa frecuentemente y probablemente se define mejor en términos de una combinación de resistencia a la compresión y la densidad del material. Módulo de Young Las propiedades elásticas de una roca definen la forma de deformación de la masa rocosa cuando está sujeta a las fuerzas ejercidas por los gases de explosión en el hoyo. Idealmente, las propiedades se deberían referir al comportamiento de la masa rocosa, pero las propiedades de la masa son muy difíciles de medir. Como resultado de esto, se usan generalmente mediciones de laboratorio hechas en muestras de rocas intactas, y se ajustan de acuerdo al grado de estructuras en la masa rocosa El módulo de YOUNG (E), para una roca en una compresión uniaxial, se define como la relación del esfuerzo axial a la deformación axial, y es por eso la medida de la cantidad de deformación en dimensión que una roca puede resistir antes de fallar. El valor obtenido de esta forma es el módulo de Young estático, debido a que la relación de carga de la muestra es tan baja que puede ser efectivamente estática. El módulo dinámico se puede determinar de prueba sísmicas en la muestra, obtenida de medidas de las velocidades de ondas compresional y de corte para el material. Esto es frecuentemente muy difícil ya que la identificación de una onda de corte en el análisis sísmico es frecuentemente muy subjetiva. Como se muestra en la ecuación (23), el conocimiento de E ayuda en la estimación del nivel de esfuerzo inducido en la roca en virtud de la vibración propagada o la onda de choque
  • 32. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 32 - Resistencia de la Roca. La resistencia de la roca se usa indirectamente en muchos modelos a través del término empírico “factor de la roca”. Tal vez la mayor influencia de la resistencia de la roca está en controlar el grado del daño y sobre quebradura producida por el explosivo. Este control es posible en virtud de la relación entre los niveles de esfuerzos inducidos y deformaciones, y la velocidad peak de partícula, PPV. pV PPV =ε (21) E σ ε = (22) pV PPVE * =σ (23) donde ε es la deformación de la roca, Vp es la velocidad de propagación de las ondas P, E es el módulo de Young y σ es el nivel de esfuerzo inducido. Usando estas ecuaciones, y las observaciones de terreno, es posible tener 1os niveles máximos de vibración que se pueden inducir antes que ocurra e1 fracturamiento, y la extensión del sobre quiebre detrás de la tronadura. Estas influencias se cubren en detalle en la Sección 6.2. Densidad. La acción del explosivo en la tronadura debe producir rompimiento y desplazamiento de las partículas quebradas. La efectividad del explosivo estará, por lo tanto, influenciada por la resistencia de la roca y la masa de la roca que constituye el burden de los hoyos. Un aumento de la densidad en volumen está a menudo acompañado de un aumento de la resistencia en volumen de la roca, especialmente cuando el aumento de la densidad se debe a una disminución del grado de fracturas y la fracción de huecos. Invariablemente, a medida que aumenta la densidad, también debe aumentar la deformación o energía de choque requerida para aumentar la iniciación de las fracturas y obtener una fragmentación aceptable. El aumento de la densidad de la roca aumenta la inercia del burden de manera que rocas de alta densidad (por ej. magnetita y hematita) requieren una cantidad aumentada de levantamiento de explosivo para producir pilas fácilmente excavables. Esto es aplicable aún cuando la roca está muy fracturada y la fragmentación no se considera un problema. Los tipos de roca de alta densidad por