Voladura daos en el rock

Introduccin

El desarrollo de la mecnica de rocas como una herramienta prctica de ingeniera, tanto en minera subterrnea y de superficie ha seguido un camino bastante errtico. Slo los ms ingenuamente optimista entre nosotros sera afirmar que se ha alcanzado el final del camino y que el tema se ha convertido en una ciencia aplicada plenamente desarrollado. En el otro lado, se han producido algunos avances reales que slo lo hara el ms cnico descuento.

Uno de los resultados de la trayectoria evolutiva errtica ha sido la aparicin de diferentes tasas de avance de las diferentes ramas de la materia de mecnica de rocas. Liderando el campo son temas como la mecnica de la inestabilidad de los taludes, el seguimiento de movimiento en la superficie y excavaciones subterrneas y el anlisis de inducido subraya alrededor excavaciones subterrneas. Arrastrando el campo son temas como la diseo racional de soporte del tnel, el movimiento de las aguas subterrneas a travs de roca

articulado masas y la medicin in situ de los esfuerzos. En la retaguardia son aquellas reas de aplicacin en la mecnica de rocas tiene que interactuar con otras disciplinas y uno de estas reas implica la influencia de la voladura de la estabilidad de las excavaciones de roca.

Perspectiva historica

Con mucho, la tcnica ms comn de excavacin de roca es el de la perforacin y voladura. Desde los primeros das de chorreado con polvo negro, ha sido constante la evolucin de los explosivos, detonadores y dilatorias tcnicas y en nuestra comprensin de la mecnica de la rotura de la roca por explosivos.

No es el desarrollo en la tecnologa de chorro que es de inters en esta discusin. Ella es la aplicacin de esta tecnologa para la creacin de las excavaciones en la roca y la influencia de las tcnicas de excavacin de la estabilidad de la roca restante.

Como suele ser el caso en la ingeniera, los temas que se desarrollan como disciplinas separadas tienden a desarrollarse de manera aislada. Por lo tanto, un puado de altamente capacitado y dedicado investigadores, con frecuencia trabajan en asociacin con los fabricantes de explosivos, tienen tcnicas desarrolladas para la produccin de fragmentacin ptima y minimizar los daos en explosiones. En el otro extremo del espectro estn los mineros que han aprendido su voladura habilidades de los mtodos tradicionales de aprendizaje, y que, o bien no estn familiarizados con la especialista en tcnicas de control de voladuras o no estn convencidos de que los resultados obtenidos de la utilizacin de estas tcnicas justificar el esfuerzo y el gasto. En fallo en este sistema son los dueos y gerentes que estn ms preocupados por el costo de la seguridad y diseo o planificacin de los ingenieros que ven ambos lados, pero no estn dispuestos a participar porque ven voladura como un arte negro con la amenaza aadida de severa legal sanciones por errores.

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Explosin daos en el rock

La necesidad de cambiar el sistema actual no es ampliamente reconocido porque el impacto de voladura de dao sobre la estabilidad de las estructuras en el rock no es ampliamente reconocido o entendido. Es el objetivo del autor, en el resto de este captulo, para explorar esta someter y para identificar las causas de los daos explosin y sugerir posibles mejoras en el sistema.

Una discusin sobre la influencia de los procesos de excavacin de la estabilidad de la roca estructuras no estara completa sin una discusin en la mquina de excavacin. La ltimo en tcnicas de excavacin, que dejan a la roca como tranquilo como sea posible, es la tuneladora de cara completa. Mquinas rozadoras o parcial de cara, cuando se usan correctamente, tambin infligir dao muy pequeo en la roca. Las caractersticas de tuneladoras no se discutirn aqu, pero las comparaciones sern sorteados entre el importe de los daos causados por estas mquinas y por la voladura.

Voladura daos

Me parece, un lector ocasional de trabajos tericos sobre la voladura, que la precisa naturaleza del mecanismo de fragmentacin de roca como resultado de la detonacin de una carga explosiva no se entiende completamente. Sin embargo, desde un punto de vista prctico, se parece razonable aceptar que tanto los esfuerzos dinmicos inducidos por la detonacin y los gases en expansin producidas por la explosin desempean papeles importantes en el proceso de fragmentacin.

Duvall y Fogelson (1962), Langefors y Khilstrom (1973) y otros, tienen criterios daos hornos publicadas para edificios y otras estructuras de la superficie. Casi todos de estos criterios se refieren daos explosin de velocidad de partcula mxima resultante de la esfuerzos dinmicos inducidos por la explosin. Si bien se reconoce generalmente que el gas asistencias de presin en el proceso de fragmentacin de roca, ha habido pocos intentos de cuantificar este dao.

El trabajo de la fuerza de macizos rocosos fracturados sugiere que esta fuerza est influenciada por el grado de enclavamiento entre bloques de roca individuales separadas por discontinuidades tales como planos de estratificacin y articulaciones. Para todos los efectos prcticos,

el resistencia a la traccin de estas discontinuidades se puede tomar como cero, y una pequea cantidad

de apertura o de desplazamiento de cizalladura resultar en una cada dramtica en el enclavamiento de la bloques individuales. Es fcil visualizar cmo la expansin de los gases de alta presin hacia el exterior de una explosin se chorro en estas discontinuidades y causar una avera de este importante bloque de enclavamiento. Obviamente, la cantidad de dao o de la fuerza reduccin variar con la distancia desde la carga explosiva, y tambin con el in situ tensiones que tienen que ser superadas por los gases de alta presin antes de aflojar de la roca puede tener lugar. Daos consecuencia, la medida de la presin de gas inducida se puede esperar a disminuir con la profundidad debajo de la superficie, y las estructuras de superficie

tales como pistas sern muy susceptibles al dao inducido por la presin de gas explosiva. Otra causa de la explosin de los daos es el de fracturamiento inducido por la liberacin de la carga (Hagan, 1982). Este mecanismo se explica mejor por la analoga de dejar caer una pesada placa de acero en una pila de alfombras de goma. Estas esteras de goma se comprimen hasta que la

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impulso de la placa de acero que cae se ha agotado. La alta compresin esteras de goma luego aceleran de la placa en la direccin opuesta y, en expulsarlo verticalmente hacia arriba, separados unos de otros. Tal separacin entre capas adyacentes explica el `fracturas por tensin 'observados con frecuencia en cielo abierto y mina a cielo abierto operaciones en las prcticas de voladura pobres fomentan la inestabilidad muro de boxes. McIntyre y Hagan (1976) reportan grietas verticales paralelos y hasta 55 m detrs de nueva creacin mina a cielo abierto se enfrenta a los que se han utilizado grandes explosiones de varias hileras.

Sea o no de acuerdo con el mecanismo postulado de la liberacin de la carga fracturacin, el hecho de que las grietas pueden ser inducidas a muy considerable distancia de la punto de la detonacin de un explosivo debe ser un motivo de grave preocupacin. Obviamente, estas fracturas, cualquiera que sea su causa, tendrn un importante efecto perjudicial sobre la integridad de la masa de roca y esto, a su vez, provocar una reduccin de la estabilidad general.

Hoek (1975) ha argumentado que la voladura no inducir inestabilidad profunda en gran cielo abierto laderas minas. Esto es porque la superficie de falla puede ser varios cientos metros por debajo de la superficie en una gran pendiente, y tambin porque esta superficie de falla generalmente no estar alineados en la misma direccin que las fracturas inducidas hornos. Por lo tanto, a menos que una pendiente ya est muy cerca del punto de falla, y la explosin es simplemente el ltima gota que colma el vaso, voladura en general no inducir importante profundas inestabilidad sentado.

Por otro lado, daos en la superficie cerca de la masa de roca seriamente puede reducir la la estabilidad de los bancos individuales que componen la pendiente y los que acompaa un recorrido carreteras. En consecuencia, en una pendiente mal chorreado, la pendiente general puede ser

razonablemente estable, pero la cara puede parecerse a un montn de escombros.

En un tnel u otro excavacin subterrnea grande, el problema es ms bien diferente. La estabilidad de la estructura subterrnea es muy dependiente tanto de la integridad de la roca que rodea inmediatamente la excavacin. En particular, la tendencia de techo cadas est directamente relacionado con el enclavamiento de los estratos inmediata techo. Desde la

explosin dao puede extenderse fcilmente varios metros en la roca que ha sido pobremente chorreadas, el halo de roca suelta puede dar lugar a graves problemas de inestabilidad en la roca que rodea las aberturas subterrneas.

Control de daos

Lo ltimo en control de daos es la mquina de excavacin. Cualquiera que haya visitado un metal mina subterrnea y mir hacia arriba un aumento aburrido habr quedado impresionado por la falta de perturbacin a la roca y la estabilidad de la excavacin. Incluso cuando el tensiones en la roca que rodea el aumento son lo suficientemente alta para inducir la fracturacin en el paredes, los daos se limitan generalmente a menos de medio metro de profundidad, y la general la estabilidad de la subida rara vez se pone en peligro.

Mquinas cubren todo el rostro y el tipo rozadora de tneles se estn volviendo ms y ms comn, sobre todo para hacer un tnel de ingeniera civil. Estas mquinas han sido desarrollado hasta el punto donde las tasas anticipadas y los costos generales son generalmente

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Explosin daos en el rock

comparable o mejor que los mejores mtodos de perforacin y excavacin explosin. La falta de perturbacin de la roca y la disminucin de la cantidad de apoyo que se requiere son los principales ventajas en el uso de mquinas de tnel.

Para excavaciones superficiales, hay algunos casos en los que la mquina de excavacin pueden ser utilizado con gran ventaja. En la mina a cielo abierto de cobre de Bougainville, en Papa Nueva Guinea, se llevaron a cabo ensayos de corte topadora de las caras finales paredes del tajo. El final barrenos se colocaron alrededor de 19 m de la cima de la grada posicin final. La entonces restante roca fue arrancada mediante un bulldozer D-10, y la cara final de 55 grados era adornado con la hoja de empuje. La roca es una andesita muy fuertemente articulado, y la resultados de la corte dozer fueron notables en comparacin con las caras de banco creado por las tcnicas normales de voladuras a cielo abierto.

Las tcnicas de la mquina de excavacin descritos anteriormente no son ampliamente aplicable en Por lo tanto, las situaciones de minera subterrnea, y se debe prestar atencin a lo que puede hacer sobre el control de daos en las operaciones normales de perforacin y voladura.

Un error comn es que el nico paso necesario para controlar a todo volumen dao es para introducir pre-separacin o tcnicas de voladura lisas. Estos mtodos de voladura, que implican la detonacin simultnea de una fila de estrechamente espaciados, ligeramente cargado agujeros, estn diseados para crear una superficie de separacin limpia entre la roca para arenar y la roca que es permanecer. Cuando se realiza correctamente, estas explosiones pueden producir caras muy limpias con un mnimo de desmonte excesivo y la perturbacin. Sin embargo, el control de voladura dao comienza mucho antes de la introduccin de precorte o chorro suave.

Como se seal anteriormente, una explosin mal diseado puede inducir grietas de varios metros detrs de la ltima fila de barrenos. Est claro que si tal dao ya est causado en la roca, que es demasiado tarde para intentar remediar la situacin mediante el uso de lisa voladuras para recortar los ltimos metros de la excavacin. Por otro lado, si la totalidad explosin ha sido diseado y ejecutado correctamente, con chorro suave puede ser muy beneficioso en el recorte de la cara final de la excavacin.

La Figura 1 ilustra una comparacin entre los resultados obtenidos por una rfaga normal y una cara creado por voladura de precorte en gneis articulado. Es evidente que, a pesar de la bastante grandes estructuras geolgicas visibles en la cara, una buena cara limpia ha sido logrado por la pre-split. Tampoco es difcil imaginar que la cara antes de la divisin es ms estable que la seccin que ha sido chorreado sin especial atencin a la condicin final de la pared.

El diseo correcto de una explosin se inicia con el primer agujero para ser detonada. En el caso de una explosin del tnel, el primer requisito es crear un vaco en el que la roca rota por la explosin puede ampliar. Esto se consigue generalmente por una cua o burn-cortadas que se diseado para crear un vaco limpio y para expulsar la roca originalmente contenida en este vaco clara de la cara del tnel.

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Explosin daos en el rock

Figura 1: Comparacin entre los resultados obtenidos por pre-split de voladura (en el izquierda) y el volumen normal de la voladura de una excavacin superficial en gneis.

En simulacro de hoy y tneles explosin en la que se utilizan mquinas de perforacin de varios de

auge, el mtodo ms conveniente para crear el vaco inicial es el corte quemadura. Esto implica la perforacin de un patrn de agujeros paralelos cuidadosamente espaciados que luego se carg con potente explosivo y detonar secuencialmente usando retrasos de milisegundos. Una detallada debate sobre el diseo de los recortes de quemaduras es dada por Hagan (1980).

Una vez que el vaco se ha creado para toda la longitud de la profundidad explosin destinado o 'tirn', el siguiente paso es romper la roca progresivamente en este vaco. Esto es generalmente logrado por agujeros paralelos secuencialmente detonar cuidadosamente espaciados, utilizando la

mitad segundo retrasos. El propsito de usar estos retrasos es asegurarse de que la roca roto por cada barreno sucesivo tiene tiempo suficiente para desprenderse de la roca circundante y ser expulsado en el tnel, dejando el vaco necesario en que la prxima explosin se romper.

El paso final es utilizar una explosin suave en el que la ligera cargada permetro agujeros son detonar simultneamente con el fin de desprender la mitad restante un metro de roca, dejando una superficie limpia de excavacin.

Los detalles de una explosin tnel se indican en la figura 2. El desarrollo de la quemadura corte se ilustra en la Figura 3 y la secuencia de la detonacin y la fractura de la resto de la explosin se muestra en la Figura 4. Los resultados obtenidos se ilustran en una fotografa reproducida en la figura 5. En este proyecto en particular, una reduccin significativa en la cantidad de apoyo instalado en el tnel que se logr como resultado de la implementacin del diseo de voladura se muestra en la Figura 2.

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Agujeros no Dia mm

45 45 45

45 75

Explosivos

Quemar Elevadores Permetro

Otros Alivio

Total

14 9 26

44 3

96

Gelamex 80, 18 palos / agujero Gelamex 80, 16 palos / agujero Gurit, 7 palos / hoyo y Gelamex 80, 1 barra / agujero Gelamex 80, 13 palos / agujero Sin cargo

Total en peso. kg 57 33 26

130

Detonat ors

Milisegundos La mitad-sec La mitad-sec

La mitad-sec

246

Figura 2: Modelo Blasthole y carga datos utilizados por Balfour Beatty - Nuttall en el Victoria proyecto hidroelctrico en Sri Lanka. Nmeros romanos se refieren a la secuencia de detonacin de milisegundo retrasos en la corte quemadura, mientras que los nmeros rabes se refieren a los retrasos de medio

segundo en el resto de la explosin.

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Figura 3 Desarrollo de una quemadura cortar con retrasos de milisegundos.

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Figura 4: El uso de los retrasos de medio segundo en la explosin principal y suave chorro de el permetro de un tnel.

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Figura 5: Resultados obtenidos usando voladura bien diseado y cuidadosamente controlada en un pie 19 tnel de dimetro en gneis en el proyecto hidroelctrico Victoria en Sri Lanka. Tenga en cuenta que no Se requiere apoyo en este tnel como resultado del dao infligido mnima en la roca. Fotografa reproducida con permiso del Desarrollo Britnico de Ultramar Administracin y de Balfour Beatty - Nuttall.

Un punto final sobre la voladura en excavaciones subterrneas es que rara vez es prctico utilizar chorro de pre-split, excepto en el caso de una operacin de banqueo. En una explosin pre-

split, los agujeros paralelos estrechamente espaciados (similares a los nmeros 9, 10 y 11 en la Figura 2) se deton antes de la explosin principal en lugar de despus, como en el caso de una explosin suave. Desde la explosin de pre-split realizado en esas circunstancias tiene que tener lugar en roca casi completamente intacto que tambin puede ser sometido a relativamente alto tensiones inducidas, las posibilidades de crear una lnea de ruptura no son muy buenos. La grietas, que deben ejecutar limpiamente de un agujero a otro, con frecuencia se desviar en la direccin de alguna debilidad preexistente como foliacin. Por estas razones, es preferible chorro suave para pre-split de voladura para la construccin de tneles.

En el caso de las laderas rocosas como las de minas a cielo abierto, en la actualidad la tendencia es

utilizar grandes barrenos de dimetro en una separacin relativamente grande. Estos agujeros son

generalmente deton la utilizacin de retrasos de milisegundos que estn diseados para dar fila por fila de voladura. Desafortunadamente, esparcir en los tiempos de retardo de las voladuras a cielo abierto ms utilizado sistemas a veces pueden causar los barrenos para disparar fuera de secuencia, y esto puede

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producir pobres fragmentacin, as como graves daos a la roca que es seguir siendo para formar taludes estables.

Sistemas de retardo de fondo de pozo que pueden reducir los problemas asociados con la detonacin de cargas en barrenos de gran dimetro estn disponibles, pero a cielo abierto de voladura ingenieros son reacios a utilizarlos debido a las complicaciones aadidas de trazar el patrn de voladura, y tambin debido a un temor de cortes debido a un fallo de la tierra causada por los barrenos de coccin anteriores. Existe una clara necesidad de un mayor desarrollo de la tecnologa y la aplicacin prctica de banco voladura dilatoria detonacin, particularmente para las grandes explosiones que se requieren en las operaciones de minera a cielo

abierto.

Voladura diseo y control

Mientras que hay espacio para la mejora en las tcnicas reales utilizados en la limpieza, muchos de las tcnicas existentes, si se aplica correctamente, podra ser utilizado para reducir la voladura daos tanto en superficie y excavacin de roca subterrnea. Como se seal anteriormente, la mala las comunicaciones y la renuencia a involucrarse por parte de la mayora de los ingenieros, significa que las buenas prcticas de voladura en general no se utilizan en la minera y civiles proyectos de ingeniera.

Qu se puede hacer para mejorar la situacin? En opinin del escritor, el ms crtico necesidad es para una mejora importante en las comunicaciones. Actualmente disponible, por escrito informacin sobre el control de la voladura dao es ya sea totalmente insuficiente, como en el caso de voladura manuales publicados por los fabricantes de explosivos, o se oculta en revistas tcnicas o textos que no son ledos por los ingenieros de voladura prcticas. Idealmente, lo que se requiere es un libro claro y conciso, que establece los principios de la voladura diseo y control en lenguaje matemtico inequvoca, no. En su defecto, una serie de artculos, en lenguaje llano de manera similar, publicado en revistas especializadas, sera de gran

ayuda tratar.

Adems de la mejora gradual en la comprensin de las causas y de control de dao explosin que se consigue mediante la mejora de las comunicaciones, tambin hay una necesidad de una accin urgente por parte de los ingenieros involucrados en el rock proyectos de excavacin. Estos ingenieros, que debera al menos ser conscientes del dao infligidos por la mala voladura, debe tomar una postura mucho ms enrgica con los propietarios, gerentes, contratistas y capataces de voladura. Mientras que estos ingenieros pueden no sentirse a s mismos como competentes para redisear las explosiones, que puede ser capaz de persuadir a la otras partes a buscar la asesora de un especialista de voladura. Fabricantes Explosivos puede suele suministrar dichos servicios especializados, o puede recomendar personas que asistirn en la mejora del diseo de voladura. Incidentalmente, adems de reducir la voladura daos, una explosin bien diseado es generalmente ms eficiente y puede proporcionar una mejor fragmentacin y mejor porquera-pila condiciones en el mismo costo.

Conclusin

Huelga dao es causado a ambos tneles y excavaciones superficie de pobres voladura. Este dao se traduce en una disminucin de la estabilidad que, a su vez, se suma a los costos

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de un proyecto por la exigencia de mayores volmenes de excavacin o aumento de roca apoyo.

Herramientas y tcnicas estn disponibles para minimizar este dao, pero estos no estn siendo aplicado muy ampliamente, ya sea en las industrias de la minera o de ingeniera civil a causa de un falta de conciencia de los beneficios que se pueden obtener, y el temor de los costos involucrados en la la aplicacin de tcnicas de voladuras controladas. Hay una necesidad urgente de mejorar la comunicacin entre los especialistas de voladura que sean competentes para disear capataces sistemas y los propietarios, gerentes de voladuras y explosiones ptimas que son responsable de la ejecucin de estos diseos.

Las organizaciones de investigacin que participan en los trabajos sobre la voladura reconozcan

tambin el actual falta de comunicacin efectiva y, adems de su trabajo en la mejora de voladura tcnicas, deberan estar ms dispuestos a participar en los programas orientados de campo en la cooperacin con la industria. No slo las organizaciones ganar invaluable prctico conocimientos, sino, por el lado a lado el trabajo con otros ingenieros, que van a hacer un gran tratar de mejorar el conocimiento general de lo que puede lograrse por buen chorro prcticas.

Referencias

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