diseÑo voladura (1)

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DISEOVoladuras a Cielo Abierto

Tercera Especializacin 2.0061

Trabajo de EQUIPODiseo Afinamiento del diseo Preparacin del rea

Evaluacin del resultado

Resultado ptimo de la voladura

Marcacin de los barrenos

RemocinCargue de la Voladura

Labores de Perforacin

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ObjetivoEl objetivo esencial de la utilizacin de un explosivo en el arranque de rocas, consiste en disponer de una energa concentrada qumicamente, situada en el lugar apropiado y en cantidad suficiente, de forma que liberada de un modo controlado, en tiempo y espacio, pueda lograr la fragmentacin del material rocoso.Los explosivos comerciales no son otra cosa que una mezcla de sustancias, unas combustibles y otras oxidantes, que, iniciadas debidamente, dan lugar a una reaccin exotrmica muy rpida que genera una serie de productos gaseosos a alta temperatura, qumicamente ms estables, y que ocupan un mayor volumen.3

Termoqumica de los ExplosivosLos procesos de descomposicin de una sustancia explosiva son: la combustin propiamente dicha, la deflagracin y, por ltimo, la detonacin. Combustin; Desprendimiento de calor Deflagracin; Proceso exotrmico en capas a baja velocidad (menor de 1000 m/s). Detonacin; Proceso fsico-qumico caracterizado por su gran velocidad de reaccin y formacin de gases a elevadas temperaturas, que adquieren una fuerza expansiva.4

Termoqumica de los ExplosivosFases de la reaccin qumica de los explosivos. 1. Explosivo sin reaccionar. 2. Detonacin; Onda de Choque a alta presin se mueve a travs de la zona de reaccin.

3. Explosin; Los ingredientes descomponen y cambian a gases.

explosivos

se

4. Expansin; Los gases a alta presin comienzan a expandirse, ejerciendo fuerzas a travs de la roca, las cuales causan el rompimiento de ella.5

Termoqumica de los ExplosivosEnergas generadas por la reaccin de un explosivo.1. Energa de Trabajo.

a. Energa de Choque. b. Energa de Gas.2. Energa de Desperdicio. a. b. c. d. Energa de Calor. Energa de Luz. Energa de Sonido. Energa Ssmica.6

Termoqumica de los Explosivos... Continuacin. Energas generadas por la reaccina. Energa de Choque. (Energa de Tensin)

Es el resultado de la presin ejercida por la onda de detonacin que se propaga a travs de la columna del explosivo. Es una forma de energa cintica.b. Energa de Gas. (Energa de Burbuja) Es la presin que se ejerce sobre los barrenos debido a la expansin de gases despus de que la reaccin qumica ha sido completada.7

Termoqumica de los ExplosivosProceso de Rompimiento. 1. El explosivo detona y rpidamente se expande en el barreno creando altas presiones de gas en el barreno y altas concentraciones de tensin en la roca (stress). 2. La roca inmediatamente alrededor del barreno es comprimida y triturada por la alta presin del barreno. 3. Fisuras existentes son extendidas y se forman nuevas en la masa rocosa por tensiones generadas. 4. La alta presin de gas acta como cua y expande todas las fisuras. 5. La roca es desplazada hacia el paso de menor resistencia. 6. Gas del explosivo se libera a la atmsfera, la roca explotada cae por gravedad y forma el perfil de voladura.8

Teora Bsica de Rompimiento de Roca

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CLAVES para un resultado optimo de VoladuraHacer una adecuada distribucin de energa.Obtener el nivel de energa necesario para realizar el trabajo. Confinar adecuadamente la energa.

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Variables Controlables de las VoladurasLas variables que son controlables en el clculo y diseo de las voladuras las clasificamos en tres grupos: Geomtricas o de diseo (Dimetro, Longitud de carga, piedra , espaciamiento, etc.) Qumico - Fsicas o del explosivo (Tipos de explosivo, potencia, energa, sistemas de cebado, etc.) De tiempo (Tiempos de retardo y secuencia de iniciacin)11

Esponjamiento de la roca

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Variables de Diseo H = D = L = d = B = S = LV = AV= Altura del Banco Dimetro del barreno Longitud del barreno Dimetro de la carga Piedra o Burden nominal Espaciamiento nominal Longitud de la voladura Ancho de la VoladuraDaniel Eduardo Cotes Quijano 13

Variables de Diseo Be Se T J I Tr = = = = = = Piedra o Burden Efectiva Espaciamiento Efectivo Retacado Sobreperforacin Longitud de carga Tiempo de retardo

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AV 3 S 1 Be 1 Se 3 T H B 2 0 2

LV

JESQUEMA DE VOLADURA EN BANCO15

Dimetro de los Barrenos Depende de los siguientes aspectos: Caractersticas del macizo rocoso. Grado de fragmentacin requerido. Altura del banco y configuracin de los cargas. Economa del proceso de perforacin y voladura. Dimensiones del equipo de carga.16

Dimetro de los Barrenos Para lograr una excelente distribucin de la energa, utilizar dimetros de barreno (mm) igual a la altura del banco (m) multiplicado por 8. Para un H = 9 Mt. Usar un D = 9 x 8 =72 mm (3) El dimetro mximo del barreno (mm) para una altura de banco conocida, debera ser igual a la altura del banco (m) multiplicada por 15. Para un H = 9 Mt. Usar un D Mx. = 9 x 15 =135 mm (5)

A medida que aumentan los dimetros de los barrenos; el costo de la perforacin, la carga y explosivos, generalmente disminuyen. Los barrenos de menor dimetro, distribuyen mejor la energa explosiva.17

Dimetro de los Barrenos Cuando el dimetro de perforacin D es pequeo, los costos de perforacin, cebado e iniciacin sern altos y en las operaciones de carga, retacado y conexin se invertir mucho tiempo y mano de obra. Si D es muy pequeo la nica ventaja que se obtiene es la mejor distribucin del explosivo y por lo tanto un consumo especifico menor.

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Dimetro de los Barrenos Cuando los dimetros de perforacin son grandes y por consiguiente los esquemas de perforacin; la granulometra que se obtendr en las voladuras, podr llegar a ser inaceptable si la familia de diaclasas y discontinuidades presentan un espaciamiento amplio y conforman bloques.

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Influencia en el esquema de perforacin y de las discontinuidades en la produccin de grandes bloques

Bloques de roca diaclasada

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Recomendacin

En tales casos se recomienda que el espaciamiento entre los barrenos sea menor que la separacin media entre fracturas.

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Dimetro de los Barrenos El aumento de D va acompaado de las siguientes ventajas: Elevacin de la velocidad de detonacin de los explosivos. Disminucin del costo global de perforacin y voladura. Mayor rendimiento de la perforacin (m3 volados/ml perforados). Aumento del rendimiento de la excavadora.22

Dimetro de los Barrenos La longitud del retacado T aumenta con el dimetro de perforacin D, pudiendo llegar a constituir la parte alta del barreno, una fuente potencial de formacin de bloques. En rocas masivas, cuando la longitud de carga I (cm.) y el dimetro D (cm.) I/D < 60, el incremento de D tiende a aumentar la fragmentacin. 600 / 11.4 (4.5) = 52 600 / 10.2 (4) = 59. Cuando I/D > 60 el incremento de D obliga a incrementar el consumo especifico si se quiere conservar la fragmentacin. 600 / 8.9 (3.5)= 67 600 / 7.6 (3) = 7523

Dimetro de los Barrenos En las voladuras a cielo abierto se utilizan dimetros desde 50 mm hasta 380 mm. En obras pblicas es habitual operar con valores desde 50 mm hasta 125 mm. En la minera la tendencia ha sido incrementar este parmetro siendo los dimetros ms utilizados desde 165 mm hasta 310 mm.

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Track Drill Neumtico

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Track Drill Hidrulico

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Track Drill de varios brazos

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Cantera con explotacin a cielo abierto

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Altura del Banco Deber ser mayor en metros que el dimetro en mm dividido por 15. D = 115 mm (4.5) /15 = H >7.62 Mt. D = 102 mm (4) /15 = H > 6.77 Mt. D = 89 mm (3.5) / 15 = H > 5.92 Mt. D = 76 mm (3) / 15 = H > 5.08 Mt. Cuando H es pequea cualquier variacin de la Piedra (B) o el espaciamiento (S) tiene una gran influencia en los resultados de voladura. Cuando H aumenta, manteniendo el B constante, el espaciamiento puede incrementarse sin verse afectada la fragmentacin.31

Altura del Banco Si las alturas de banco son muy grandes, pueden presentarse problemas de desviacin de los barrenos que afectan no solo la fragmentacin de la roca, sino que incluso aumentarn el riesgo de generar fuertes vibraciones, proyecciones y sobreexcavacin, pues la malla de perforacin (B x S) no se mantendr constante en las diferentes cotas del barreno.

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ndice de RigidezEl ndice de rigidez del paraleleppedo de roca situado delante de los barrenos tiene una gran influencia en los resultados de las voladuras. Si H/B es > = 3 Resultados ptimos. Si H/B es < = 1 Fragmentacin gruesa con problemas de repis y sobreexcavacin. Si H/B es = 2 se aminoran estos efectos.

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ndice de RigidezAltura banco: 10 m. Dimetro : 311mm. Burden : 10m. Taco : 7 m. Dist. Energa : 30%. Indice Rigidez: 1.

Mala Distribucin de la Energa

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ndice de RigidezAltura banco: 10 m. Dimetro : 145mm. Burden : 5m. Taco : 3,5 m. Dist. Energa : 65%. Indice Rigidez: 2.

Distribucin Aceptable de la Energa

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ndice de RigidezAltura banco: 10 m. Dimetro : 92mm. Burden : 3,3m. Taco : 2,3 m. Dist. Energa : 77%. Indice Rigidez: 3.

Buena Distribucin de la Energa

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El ndice de rigidez es el cuociente entre la altura del banco y el Burden. Con la ayuda de este cuociente se puede establecer a priori, aproximaciones de los efectos adversosINDICE DE RIGIDEZ FRAGMENTACIN ONDA AEREA PROYECCIONES VIBRACIONES NOTA

1 2 3 4

POBRE SUAVE BUENO Excelente

SEVERO SUAVE BUENO Excelente

SEVERO SUAVE BUENO Excelente

SEVERO SUAVE BUENO Excelente

Redisear Rediseo pos. Buena Frac. Optimo

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VENTAJAS DE LA PERFORACION EN ANGULOMala fragmentacin