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CAPITULO 1.
TERMINOLOGIA DE LA TRONADURA
El propósito de este capítulo es explicar y detallar la terminología que se usará en este manual y revisar la teoría básica de la tronadura. Es importante aclarar primero los conceptos teóricos, ya que en discusiones sobre diseños, modelamiento, monitoreo, funcionamiento del explosivo, et11. se hará referencia a éstos. La terminología comúnmente utilizada en tronadura se detalla alfabéticamente y se entrega una explicación, cuando es necesario, con ecuaciones, ejemplos o diagramas.
1.1. Acoplamiento. Se refiere al grado de contacto 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, y la razón de desacople definido como la relación 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 carga a la del pozo
hoyo hoyo
c
l
l
d
d f
exp
exp
= (1.1)
donde f (^) c es la razón de desacople (o acople) y d es el diámetro, l es el largo y los subscriptos exp y pozo (pozo) se refieren al explosivo y al pozo.
1.2. Acuageles. Son explosivos diseñados específicamente para mejorar la resistencia al agua y la potencia en
volumen respecto al 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 (por ejemplo bórax), 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).
1.3 Angulo 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:
τ = c + σ* Tan φ (1.2)
Vea también Cohesión, y Figura 1.1.
1.4 Balance de oxígeno. É sta 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, et11. (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 cercano a cero para minimizar la cantidad de gases tóxicos, particularmente monóxido de carbono y gases nitrosos que están presentes en los humos.
Angulo de fricción
Esfuerzo normal
Esfuerzo de corte
Esfuerzo de corte
Esfuerzo normal
Figura 1.1. Cohesión y ángulo de fricción para bloques de roca.
Angulo de fricción
Esfuerzo normal
Esfuerzo de corte
Esfuerzo de corte
Esfuerzo normal
Figura 1.1. Cohesión y ángulo de fricción para bloques de roca.
1.10 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 su performance final.
1.11 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
20 * log 10 * P
P db meas^ (1.3)
1.12 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 NA. explotaron después de arder por varias horas.
1.13 Desacoplamiento. Se refiere a la práctica de usar una carga de diámetro más pequeño que la del pozo de tronadura a cargar. Un menor diámetro sirve primero al propósito de reducir la presión efectiva de la detonación (menor daño), con reducción de la presión peak de pozo. 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 ecuación 1.4 se usa para definir la razón de desacople.
1.14 Diámetro crítico. Es el diámetro mínimo mediante el cual puede detonar una carga explosiva. Agregando gas finamente disperso se reduce considerablemente el diámetro crítico de un explosivo. Este diámetro crítico puede ser bastante grande (aprox. 125 mm) para muchas emulsiones y acuageles a granel.
1.15 Distancia de separación. Se refiere a la distancia entre una línea de pozo de tronadura del perímetro y la fila inmediatamente adyacente de pozos de tronadura como se indica en Figura 1.10.3.
1.16 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. a 0.5.
1.17 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 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.
- 2 2 Pd = 0. 25 * fc * ρ iniciador * VOD iniciador (1.4)
donde ρ y VOD es la densidad y velocidad de detonación del iniciador, y fc es la razón de desacople y Pd es la presión de detonación.
C a r a f i n a l
D i s t a n c i a a l a c r e s t a
P r e c o r t e
D i s t a n c i a a l a p a t a
M a l l a p r i n c i p a l
F i g u r a 1. 3. D i s t a n c i a e n t r e h o y o s d e p r o d u c c i ó n y
p e r i m e t r a l e s.
C a r a f i n a l
D i s t a n c i a a l a c r e s t a
P r e c o r t e
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M a l l a p r i n c i p a l
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p e r i m e t r a l e s.
P u l s o d e c h o q u e
P u ls o d e c h o q u e R e f l e x i ó n d e l p u l s o d ec h o q u e.
T I E M P O( m s )
T i e m p o ( m s )
R e g i s t r o d e p r e s i ó n d e d e t o n a c i ó n b a j o e l a g u a.
F i g u r a 1 .F i g u r a 1. 44. P u l s o d e d e t o n a c i ó n. P u l s o d e d e t o n a c i ó n s u b m a r i n a d e u n as u b m a r i n a d e u n a p r u e b a d e e x p l o s i v o .p r u e b a d e e x p l o s i v o.
I m p l o s i ó n d e l a b u r b u j a
P u l s o d e c h o q u e
P u ls o d e c h o q u e R e f l e x i ó n d e l p u l s o d ec h o q u e.
T I E M P O( m s )
T i e m p o ( m s )
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I m p l o s i ó n d e l a b u r b u j a
1.18 Emulsión. Explosivo elaborado en base a una "emulsión agua en aceite". Se fabrica con una solución saturada de nitrato y una fase de aceite mineral. Está normalmente sensibilizada por burbujas de gas finamente dispersas (después de la adición de un agente gasificador en el collar del pozo 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.
1.19 Energía de burbuja. O energía de levantamiento, definición que se da al 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 atribuye el 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):
- 684 * * *
Eb = Ph t ρ (^) w (1.5)
1.27 Factor de carga. Mediante este término se describe la cantidad de explosivo usado para romper un volumen o peso unitario de roca. El factor de carga se indica mediante unidades de kg/m3 o kg/ton. Algunos también consideran la potencia en peso de explosivo para expresarlo 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 carga, para describir el peso de roca quebrada por unidad de peso de explosivo (ton/kg).
1.28 Factor de energía. Este término es similar al Factor de carga, pero la energía del explosivo se expresa en relación al peso o volumen de roca quebrada (o sea. MJ/m3 o MJ/ton o Kcal/ton). El factor de Energía es por eso el producto de Factor de Carga y la energía por peso del explosivo.
1000
Energía Fe = Fc o, F F E e =^0 ,^00912 * c * (1.7)
donde E = potencia en peso [%], Fc = factor de carga [gr/ton]
1.29 Grado de Fijación. El grado de fijación se refiere al grado de confinamiento de la carga explosiva en el pozo de tronadura, el cual 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) señalan que para un pozo 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. a 0.75 en pozos de tronadura con una base libre (e. g. pozos sin pasadura).
Hoyo de rainura Hoyo de alivio Túnel (rainura quemada) f > 1.
Hoyo inclinado (2:1) f = 0.
Hoyo inclinado (3:1) f = 0.
Tronadura en banco f = 1
Burden libre f = 0.
Figura 1.5. Grados de fijación para diferentes configuraciones de carga.
Hoyo de rainura Hoyo de alivio Túnel (rainura quemada) f > 1.
Hoyo inclinado (2:1) f = 0.
Hoyo inclinado (3:1) f = 0.
Tronadura en banco f = 1
Burden libre f = 0.
Figura 1.5. Grados de fijación para diferentes configuraciones de carga.
Explosivo
Pared del hoyo
Frente de la detonación
Dirección de la
detonación
Sondas de VOD
Figura 1.6. Diagrama mostrando la frente de detonación dentro del hoyo.
Explosivo
Pared del hoyo
Frente de la detonación
Dirección de la
detonación
Sondas de VOD
Figura 1.6. Diagrama mostrando la frente de detonación dentro del hoyo.
1.30 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 pozo de tronadura a la masa rocosa.
1.31 Iniciación lateral. Iniciación lateral ocurre cuando una columna de explosivo detona radialmente en el pozo 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, la que a veces se utiliza para controlar el daño y sobrequebradura en condiciones sensibles. Vea también Trazado
1.32 Iniciadores y reforzadores. Ambos sistemas de, alta potencia, constan generalmente de un iniciador de pentolita o un cartucho de emulsión o dinamita. 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. 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.
1.33 Potencia en peso & potencia en peso relativa. La potencia en peso es el rendimiento de la energía de un peso conocido de explosivo y se mide en 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 como un porcentaje del rendimiento de la energía del mismo peso de ANFO. El método más fiable para estimar esta potencia es a través del uso de softwares computacionales que calculan la curva presión-tiempo en 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 que se utiliza para estimar la energía relativa disponible en la reacción de la detonación hasta que los gases se disipan en la atmósfera. Ver también potencia en volumen & potencia en volumen relativa.
1.34 Potencia en volumen y potencia relativa en volumen. La potencia en volumen es la energía producida por un determinado volumen de explosivo. La relativa es a la energía producida por un explosivo expresada, como un porcentaje de la energía producida por un volumen igual de ANFO.
El sistema más confiable para evaluar la potencia de un explosivo, es a través del uso de un software que permita evaluar la curva presión-tiempo de cada producto, siendo éste es el mejor método para evaluar la energía disponible. La potencia relativa en volumen efectivo, es un término uilizado para estimar la energía disponible relativa, en la reacción de detonación, hasta que los gases en expansión se disipen en la atmósfera. La potencia relativa en volumen (RBS) se relaciona a la potencia relativa en peso (RWS) a través de la ecuación:
anfo
RBS RWS
ρ exp
donde ρexp y ρ anfo se refieren a las densidades del explosivo y del ANFO respectivamente.
1.35 Presión de detonación. La presión de detonación ocurre dentro de la zona primaria de reacción, está limitada en un lado por el frente de choque y en el otro 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, ejercida por una presión menor, que se conoce como la presión de explosión, o presión peak de pozo.
Presión de detonación es usualmente una cantidad calculada basada en la densidad del explosivo ( ρ (^) exp) y el VOD del explosivo ( (^) VOD (^) exp), y normalmente se calcula de la ecuación:
2
Pd = 0. 25 * ρexp * VOD exp (1.9)
donde ρ = [kg/m3]
Generalmente se considera a esta presión de detonación como la responsable del fracturamiento de la roca alrededor del pozo de tronadura. Rocas masivas de resistencia alta usualmente requieren una presión de detonación alta para una fragmentación óptima.
1.36 Presión de la explosión. Vea Presión peak de pozo.
1.45 Taco de aire. Es 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 pozo, Pb*^ de acuerdo a la ecuación:
Pb fc * P b
= (^) (1.10)
donde f (^) c es la relación de acoplamiento, y P (^) b es la presión peak de pozo para el explosivo cuando está acoplado totalmente.
Líneas de iniciación de superficie
Líneas de iniciación de superficie
Cara libre
Trabado VO
Trabado V
Cara libre
Líneas de iniciación de superficie
Líneas de iniciación de superficie
Cara libre
Trabado VO
Trabado V
Cara libre
Figura 1.7. diagrama mostrando tipos de secuencia de iniciación “V”.
F i g u r a 1. 8. T a c o d e a i r e e n t r o n a d u r a e n b a n c o.
E x p l o s i v o
A i r e L í n e a d e i n i c i a c i ó n
I n i c i a d o r
T a c o
F i g u r a 1. 8. T a c o d e a i r e e n t r o n a d u r a e n b a n c o.
E x p l o s i v o
A i r e L í n e a d e i n i c i a c i ó n
I n i c i a d o r
T a c o
1.46 Taco superior & taco intermedio. Es el material inerte añadido en la cima del pozo 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 pozo de tronadura. Se agrega taco intermedio en aquellas posiciones del pozo de tronadura donde la roca circundante es lo suficientemente débil como para no producir un quebrantamiento adicional. Vea Figura 1.9.
1.47 Trazado. Es la práctica de insertar una línea de cordón detonante dentro de un pozo 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.
1.48 Tronadura de tacos intermedios. Éste término se aplica 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.
T a c o
C a r g a
T a c o i n t e r m e d i o
P a s a d u r a
C a r g a
C a r a d e l b a n c o
F i g u r a 1. 9. d i a g r a m a d e l a s e c c i ó n d e u n t r o n a d u r a e n b a n c o m o s t r a n d o l a p a s a d u r a.
T a c o
C a r g a
T a c o i n t e r m e d i o
P a s a d u r a
C a r g a
C a r a d e l b a n c o
F i g u r a 1. 9. d i a g r a m a d e l a s e c c i ó n d e u n t r o n a d u r a e n b a n c o m o s t r a n d o l a p a s a d u r a.
1.49 Velocidad 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 entre 3000 m/ s para ANFO en pozos de tronadura de diámetros pequeños y 6000 m/ s para emulsión y acuagel en pozos 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 etc. (1.9).
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
La velocidad de detonación es considerada como el mejor "barómetro" para estimar la performance y consistencia de formulaciones de explosivos a granel, pero no es en sí mismo, una medida de la energía total disponible del explosivo.
1.50 Velocidad peak de partícula y 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 onda en 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:
V p
PPV
ε = (1.12)
donde ε es el nivel de deformación inducida dinámica en la roca
FIN CAPITULO 1.
Figura 2.
- La fase que continúa a la detonación es la propagación de ondas de choque y de esfuerzo a través del macizo rocoso (fig. 2.2). Esta alteración u onda de presión, transmitida a través del macizo rocoso, es resultado, en parte, de la rápida expansión del gas y las altas presiones, lo cual produce el impacto en las paredes del pozo y la presión de detonación. La geometría de la dispersión depende de varios factores, tales como ubicación del punto de iniciación (o puntos) VOD y velocidad de la onda de choque en la roca.
Por lo general, el fallamiento por compresión, tensión y cizalle ocurre como una zona de material pulverizado cerca de la carga, ya que es donde la energía de la onda es máxima. A medida que el frente de onda viaja hacia afuera, se produce una tendencia a comprimir el material en el frente de onda. En ángulos rectos a este frente de compresión, existe otro componente que se conoce como el esfuerzo tangencial. Si este esfuerzo es de suficiente magnitud, puede causar fallamiento por tensión en ángulos rectos a la dirección de propagación. Los fallamientos mayores de tensión en la roca se espera que ocurran cerca del pozo, en discontinuidades o donde hay un cambio dramático en la disparidad de la impedancia. Los componentes de compresión, tensión, cizalle y los componentes combinados de cualquier frente de onda, siempre decaerán con la distancia a la carga. La interacción de ondas de esfuerzo en un medio complicado, discontinuo como es el macizo rocoso, es un área de intensa investigación y se considera muy importante en algunas de las nuevas teorías de tronadura.
Figura 2.
- Expansión del Gas. Durante, y/o después de la propagación de la onda de esfuerzo, los gases a alta temperatura y presión, producen un campo de esfuerzo alrededor del pozo que puede expandir el pozo original, extendiendo grietas radiales y penetrando en cualquier discontinuidad (fig. 2.3). De esta fase existen controversias sobre el principal mecanismo de fragmentación. Algunos creen que la red de fracturas a través del macizo rocoso está completa, mientras que otros creen que el proceso principal de fracturamiento recién está comenzando. En cualquier caso, son los gases contenidos en la nueva cavidad formada alrededor del pozo, que penetran en las discontinuidades y el impulso impartido hacia el material por la detonación, principalmente responsables del desplazamiento del material quebrado.
Tacoo
Zona de Detonación
Estado de explosión
Explosivo sin detonar
No está clara la trayectoria exacta de los gases dentro de la masa rocosa aunque hay acuerdo respecto a que siempre siguen la trayectoria de menor resistencia.
Esto significa que los gases primero emigran a las grietas, diaclasas, fallas y discontinuidades existentes, además de estratos de material que tienen baja cohesión en las interfases. Si una discontinuidad o estrato lo suficientemente grande conecta los pozos a una cara libre, los gases de alta presión generados después de la detonación inmediatamente se irán a la atmósfera.
Lo anterior reducirá rápidamente la presión total de confinamiento y conducirá inevitablemente a una reducción en fragmentación y eyección del material. Los tiempos de confinamiento para los gases en un macizo rocoso, varían significativamente dependiendo de la cantidad y tipo de taco y del burden. Estudios hechos con cámara de alta velocidad muestran que los tiempos de confinamiento del gas antes del movimiento del burden varían desde pocos a decenas de ms. Se han medido tiempos de confinamiento en un rango de 5 a 150 ms para una amplia variedad de rocas, explosivos y burdens. Generalmente, pero no siempre, los tiempos de confinamiento pueden disminuirse empleando explosivos de alta energía, disminuyendo el burden o una combinación de ambos. Esto se aplica por igual al material en la cara del banco o en la parte superior del banco, como el caso de eyecciones de taco o de craterización. Luego, sólo cargas bien confinadas con burdens adecuados pueden entregar su potencial total de fracturamiento adicional por efecto del gas y movimiento del macizo.
Figura 2.
- El movimiento del material es la última etapa en el proceso de tronadura (Fig. 2.4). La mayor parte de la fragmentación ya se ha completado a través de ondas compresionales y de tensión, de la presurización del gas o una combinación de ambos. Sin embargo, algún grado de fragmentación ocurre a través de colisiones en el aire y cuando el material impacta al suelo. Generalmente, mientras más alto es el banco mayor es la fragmentación, debido al aumento de la velocidad de impacto de los fragmentos individuales cuando caen al piso del banco. De la misma manera, el material eyectado de las filas opuestas de un amarre en V y que colisionan en el aire, puede dar como resultado una mayor fragmentación. Este fenómeno fue documentado con el uso de la cámara de alta velocidad en tronaduras en banco.
Fig. 2.7 Fig. 2.
El burden de la pata es muy grande para e ltipo de explosivo seleccionado, lo que produce muy poco movimiento en la pata, mientras que provoca un mayor desplazamiento en la mitad superior del banco. Hay 3 opciones disponibles para aumentar el movimiento en la pata:
1° Emplear perforación inclinada en un intento de mantener constante el burden desde la cresta a la pata. 2° Usar una carga de fondo de mayor energía en un pozo vertical, 3° Disminuir el burden con la perforación vertical.
Al seleccionar la tercera opción, se debe tener la precaución de no disminuir el burden al punto de obtener la situación de la fig. 2.9. El burden de la pata es ahora el correcto para el explosivo seleccionado, pero el de la cresta se redujo sustancialmente. Esto puede traer condiciones adversas cerca de la cresta, tales como flyrocks, airblast con un aumento de quejas por el ruido.
Debido a que la presión de confinamiento se relaja cerca de la cresta (en este caso el camino de la menor resistencia relativa al burden) resultará un movimiento restringido en la pata. Es mejor usar el mismo burden pero con una carga de fondo de mayor energía. Esta configuración de carga, como se muestra en la fig. 2.10, tiende a presurizar más la masa del burden por un período más largo sin efectos adversos y resultando un movimiento de la pata más adecuado.
Fig. 2.9 Fig. 2.
Cuando se deja material suelto sin cargar en la cara del banco (fig. 2.11), el movimiento de la pata será más restringido y se aumentarán los niveles de vibración. Esto se debe evitar, a menos que la situación requiera una tronadura amortiguada, como cuando se truena en la vecindad de equipos mineros o para evitar dilución de una tronadura en mineral adyacente a una pila de estéril. Cuando se encuentran estratos grandes en una tronadura (fig. 2.12), pueden ocurrir tremendas eyecciones de gas con velocidades de hasta 183 m/s. Cuando esto ocurre, provocará que otras partes del burden no se desplacen adecuadamente e inevitablemente conducirá a malos resultados de tronadura. Un taco intermedio inmediatamente adyacente al estrato dará buenos resultados.
Fig. 2.11 Fig. 2.
Hasta este punto las etapas 1. a 4, se han presentado como eventos aislados, sin embargo, en un ambiente real de tronadura, puede ocurrir más de un evento al mismo tiempo. Consideremos un pozo vertical en un banco, con el iniciador ubicado cerca del fondo del pozo como se muestra en la figura 2.13, asumamos que el explosivo usado es 12 m de ANFO con una VOD de 3963 m/s, y el material tronado es caliza con una velocidad sónica de 4573m/s y de una densidad de 2,3 gr/c11. La detonación del iniciador, toma sólo unos pocos microsegundos y una distancia de 2 a 6 diámetros del pozo para formar el cabezal de la onda de detonación. Cuando lo anterior ocurre, viaja a través de la columna explosiva con una velocidad característica (velocidad de régimen y en este caso de 10.3.963 m/s). Toma aproximadamente 3 ms para que los 12 m de ANFO detonen completamente.
Dentro de estos 3 ms. pueden ocurrir varios hechos. Comenzando por el fondo del pozo y progresando hacia arriba de la columna, se produce la expansión del pozo por trituración de sus paredes, lo anterior produce ondas de esfuerzo compresivas con componentes tangenciales emanados de las paredes del pozo y progresando hacia fuera en todas direcciones con velocidad similar a la sónica de la caliza. Requiere aproximadamente 1 ms para que la onda de compresión viaje los 4,6 m desde el burden hasta la cara libre. Detrás de la propagación de la onda de compresión algunas grietas radiales empiezan a desarrollarse más allá de la zona de trituración, con una velocidad del orden del 25 al 50% de la velocidad de la onda P para la caliza. Si la intensidad del pulso de la onda de compresión es lo suficientemente alta, se pueden iniciar nuevas grietas y/o extensiones de las preexistentes en cualquier lugar entre la zona triturada cercana al pozo y la cara libre. El mayor número de grietas se produce generalmente cerca del pozo. Cuando la onda de compresión llega a una cara libre, se convierte inmediatamente en onda de tensión, que comienza en la cara libre y regresa a través de la roca hacia el pozo.
Como resultado de las nuevas fracturas provocadas por el paso de la onda de compresión, la onda de tensión demorará más en viajar la misma distancia de 4,6 m. Si el burden es lo suficientemente pequeño y la intensidad de la onda reflejada es lo suficientemente grande, se espera algún descostramiento en la cara libre del banco, aunque no ocurra un movimiento significativo del material. A 3 ms después de la detonación y reacción completa del Anfo, los gases de alta temperatura y presión alcanzan un nuevo equilibrio debido a la expansión del pozo. Tanto la temperatura, como la presión han caído significativamente, resultando una reducción de la energía en el orden de 25 al 60% de la energía teórica originalmente disponible. Esta energía remanente, además del impulso generado anteriormente por la detonación, actúa en la masa rocosa “preacondicionada” desplazándola en la dirección de menor resistencia. En esta etapa puede ocurrir una fragmentación adicional, por los gases que penetran y extienden las grietas preexistentes o las discontinuidades.
Hay teorías de tronadura contradictorias para analizar esta fase, ya que unos creen que la red principal de fracturas recién comienza, sin importar el marco de tiempo responsable del desarrollo de la red de fracturas, el movimiento y desplazamiento del material en la parte superior del banco o de la cara libre ocurre mucho después debido al confinamiento de la presión del gas dentro de la masa rocosa y al momento impartido al material fragmentado por la detonación. El instante en que comienza el movimiento de la masa rocosa depende de la respuesta del material en conjunto con el estímulo del esfuerzo y la presión del gas generado por el explosivo. Para los burdens y tacos típicos que se encuentran en terreno, el esponjamiento ocurre entre 1 y 60 ms, la eyección de taco entre 2 y 80 ms y el movimiento del burden entre 5 y 150 ms después de la detonación. Las velocidades de elevación de la superficie alrededor del collar del pozo están alrededor de2 a 37 m/s, las de eyección de taco entre 3 a 45 m/s y las de movimiento del burden entre 2 a 40 m/s. Las velocidades de eyección de gas en las discontinuidades son tan altas como 213 m/s y también pueden ser menores a 5 m/s.
La línea QC es la respuesta de la masa rocosa a la penetración del gas en las fracturas. En esta fase, la energía es utilizada para dos propósitos. Uno para extender las fracturas existentes ( la energía de la extensión de la grieta ) y el otro como una energía potencial de levantamiento para comprimir la roca circundante. La energía potencial de levantamiento es representada por el área del triángulo QCR. Una vez que la roca del burden es separada del barreno, la energía potencial de levantamiento almacenada en la masa rocosa, será utilizada en el movimiento inicial del burden. La energía de la extensión de la grieta es estimada sustrayendo la energía potencial de levantamiento de la energía de expansión del gas.
Puesto que se asume que la energía en las Zonas 2, 3 y 4 son responsables de la trituración y de crear y extender la red primaria de fracturas en la masa rocosa, está definida como la en ergía potencial (E fe) de fragmentación. Los gases de explosión atrapados en la masa rocosa empujan la roca del burden hacia adelante y ocupan el espacio creado por este movimiento. La línea RD es una función de movimiento de la roca del burden debido a la carga explosiva. La energía liberada durante la fase de movimiento del burden está representada por el área RCDS y está dividida en dos componentes.
Se asume que la energía representada por los Zonas 5 y 6 , es responsable del movimiento de la roca del burden y por lo tanto está definida como en ergía potencial (E bme) del movimiento del burden. La energía liberada durante la fase del gas y la fase de movimiento de carga está definida como la energía de levantamiento y es responsable del levantamiento de la masa rocosa. E nergía de tronadura (Ebe), es la liberada por gases de una explosión, desde el momento en que ocupan completamente el barreno hasta que alcanzan las condiciones terminales.
Figura 2.
FIN CAPITULO 2
p
(
(
Volumen
Dureza de
la roca
e
p b
p eq
V
e
Vb Veq
Presión
p t^ min)
V
min
t
( )
1 2
3
4
6
(^57)
A
B
p t (^) ter)
V
(t )
ter
C
D
P Q R^ S
Comienzo del movimiento de burden
Escape de gas a la atmósfera
Estado de
Equilibrio
CAPITULO 3.
EXPLOSIVOS
3.1. GENERAL
Los explosivos son mezclas en meta estable de oxidantes y combustibles. Se descomponen violentamente liberando gran cantidad de energía que se utiliza para romper la roca. La mayoría de los explosivos comerciales utilizan nitratos como oxidantes, siendo el nitrato de amonio el material básico de fabricación. Otros comúnmente usados son el de sodio, calcio, potasio y algunos inorgánicos tales como aminas y hexaminas.
Los combustibles básicos para un explosivo incluyen el C y el H, ya que éstos reaccionan con el O para liberar grandes cantidades de energía. La mayoría de los combustibles son hidrocarburos que tienen una estructura básica de CH 2.
En general, existen dos tipos de explosivos: los moleculares y los compuestos.
Los moleculares tienen O y combustible dentro de las mismas moléculas; su ventaja es que sus oxidantes y combustibles están en contacto íntimo, de manera que la reacción se lleva a cabo en forma extremadamente rápida y generalmente es completa. El trinitrotolueno (TNT) es un ejemplo de un explosivo molecular.
Los explosivos compuestos contienen oxidantes y combustibles en diferentes moléculas o en diferentes compuestos. Debido a que el combustible y el oxidante están muy separados, 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, 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 para la formulación de un explosivo son: el tamaño de las partículas involucradas en la reacción y la cantidad de espacio libre de huecos. En estado normal, el petróleo no se absorbe en la superficie del nitrato de amonio pero cuando se muele fino, el área superficial llega a ser lo suficientemente grande y el petróleo puede formar un fino recubrimiento sobre el polvo, para permitir y sostener la reacción de descomposición. Pero el polvo del nitrato de amonio es difícil de manejar, de manera que se desarrolla un prill poroso. El prill consiste en una caparazón de cristal con 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 influenciado por el diámetro del prill: pequeños prills proporcionan una distribución más uniforme que prills grandes. Generalmente el prill grado explosivo tiene un rango de tamaño desde 1 a 3 mm, estando el grueso del material entre 1 a 2 mm de diámetro.
