/

Capítulo 13J

J

ACCESORIOS DE VOLADURA../

J

J 1. INTRODUCCION

Paralelamente a la evolución de los explosivos losaccesorios de iniciación han sufrido desde los añoscuarenta un fuerte desarrollo tecnológico con el que seha intentado alcanzar los siguientes objetivos:

J

J

J

- La iniciación enérgica de los explosivos de las últi-mas generaciones, mucho más insensibles que lasdinamitas clásicas pero también más seguros.

- El control de los tiempos de iniciación para mejorarla fragmentación.

- La reducción del nivel de vibraciones, onda aérea yproyecciones producidas en las voladuras.

- El cebado puntual, en fondo o en cabeza del ba-rreno, o el cebado lineal de toda la columna deexplosivo.

- La mayor rapidez y flexibilidad de las operacionesde arranque manteniendo un elevado grado de se-guridad para el personal e instalaciones.

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J

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Actualmente, el sistema de energetización de losdetonadores llamados ordinarios por medio de mechalenta, que implica un alto riesgo de accidentes para los

J artilleros y una falta de control de los tiempos de salidacon unas repercusiones negativas en el rendimiento delas voladuras y en las alteraciones a que pudieran darlugar éstas, ha sido casi totalmente sustituido por sis-

J temas más seguros y fiables que pueden clasificarse endos grupos:

J

.¡'

JLlNEA MAESTRA DE DISPARO

J

JCORDON DEBAJA ENERGIA

J

J Figl.lra 13.1, Conectador de plástico en cordón detonante demuy baja energía.

- Sistemas eléctricos, y- Sistemas no eléctricos

En el presente capítulo se describen para cada grupolas características de los diferentes accesorios de ini-ciación y de otros elementos de utilidad para la co-rrecta ejecución de las voladuras.

2. SISTEMAS NO ELECTRICOS DE INICIA-CION

2.1. Detonadores iniciados por cordonesdetonantes de muy bajo gramaje

Los cordones de muy baja energía están constitui-dos por un alma de pentrita con un gramaje variableentre 0,8 y 1,5 glm rodeada de hilados y de una cubiertade plástico flexible con un diámetro aproximado deunos 3 mm. El detonador situado en uno de los extre-mos del cordón es similar al eléctrico, con la únicadiferencia de que el inflamador es el propio cordón, ysuele estar rematado por un conectador de plásticocomo el de la Fig. 13.1 con el que se enlaza al cordónmaestro de disparo de mayor gramaje.

Estos detonadores se comercializan en el extranjerocon diferentes nombres Anodet, Detaline, Primadet,

. etc. Presentan una gran ventaja que es la no iniciaciónde los agentes explosivos,como son los hidrógeles y elANFO, pudiendo así conseguirse el cebado en el

"fondo.

2.2. Detonadores Nonel o sistemas de tubo dechoque

Constan de un tubo delgado de plástico transpa-rente de 3 mm de diámetro recubierto en su interiorpor una fina película de explosivo de 20 mglm y unacápsula detonadora semejante a la de los detonado-res eléctricos. La velocidad de la onda de choquedentro del tubo es de unos 2.000 mis y no es lo sufi-cientemente potente para iniciar a los explosivos encontacto con dicho tubo, por muy sensibles que és-tos sean, por lo que también puede efectuarse deforma efectiva el cebado en fondo.

171

"-

',,-

'--

"-

"

"-

"-

Foto 13.1. Detonador None! (Nitro-Nobe!).

La iniciación puede realizarse mediante un detona-dor, un cordón detonante o una pistola especial car-gada con cartuchos de fogueo.

Los intervalos de retardo con los que se comerciali-zan estos detonadores de fabricación sueca son de 25ms, 100 ms, 200 ms y 500 ms, abarcando desde untiempo mínimo de 75 ms hasta un máximo de 2.000ms,dependiendo de los números de la serie. En otros pai-ses donde se fabrican bajo patente, los tiempos deretardo pueden diferir de los anteriores.

Para el cálculo de las voladuras hay que tener encuenta el retardo debido a la transmisión de la onda dechoque a través del tubo, que es de unos 0,5 ms porcada metro de longitud.

Con el fin de dotar a este sistema de mayor flexibili-dad y reducir el coste, actualmente el detonador Nonelse utiliza con una longitud de tubo reducida en combi-

~

-z-~_/

Figura 13.2. Esquema de encendido con detonadores None!y conectado res.

172

"-

nación con un cordón detonante de muy bajo gramaje "(1 g/m) uniéndolos mediante conectadores de plástico.

Un inconveniente práctico que plantea este tipo dedetonador es la imposibilidad de comprobar los cir-cuitos de disparo, teniendo que basarse ésta en lasimple inspección visual.

'"

2.3. Detonadores Hercudet

El sistema está formado por un explosor especial

~- TUBO

CIERRE

A!RECc"ECTADOR f'MPlE CONECTADOR EN T, ~

CONEC~~~~] 1DOBLE ~

U 00 /~""'OOOTUBO---~

CARGA DE ¡GNICION

ElEMEOJTO DE RETARDO

Cr,RG,' PRIMARIA

PROTECTOR- ,

CAF.OA BASE

Figura 13.3. Detonador Hercudet y piezas de conexión detubos.

Jconectado a los detonadores mediante un fino tubo deplástico que cierra el circuito. El explosor introduce en

J dicho circuito una mezcla gaseosa de dos componen-tes, oxígeno más gas combustible, iniciando la explo-sión de la misma cuando toda la línea está llena de esamezcla. la detonación se propaga a una velocidad de

J 2.400 mis, iniciando a su paso los detonadores pero noel explosivo en contacto con los tubos, por lo quetambién hace factible el cebado en fondo.

los detonadores son de tipo convencional, instan-táneos o temporizados con intervalos de retardo de 50ms para los primeros números y 60 ms para los últimos,

J abarcando un tiempo total desde 50 ms hasta 850 ms.En estos detonadores la parte eléctrica se ha sustituidopor dos tubos de plástico que sobresalen del casquillodel detonador unos 10 cm para trabajos de cielo

-/ abierto y 4,8 ó 7,2 m para voladuras subterráneas.la ventaja principal que presenta este detonador

" frente a otros no eléctricos es la posibilidad de com-J probar que el circuito de la pega está bien hecho, ya que

se introduce en el mismo un determinado caudal de~ aire o nitrógeno midiendo a continuación la presión.

J En la Fig. 13.4 se representa un esquema de conexión.

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-/ ~~

.

'8LE .~>"". ~-~.: CAMARA " '

1

., MEZCLADO IIGNICION

IGAS INER~e -- I- Ir-::=::;~-_/"-- . COC90 Foe90 P~90 I~E /r L_--~

EXPLOSOR HERCUDET../ /ICIRCUITO

../

"w,",]ITll"J"':'~~'"HERCUDET .--

./

AREA DE VOLADURA

../

Figura 13.4. Esquema de circuito con detonadores Hercu-det.

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/

../

.../

../

../

../

Foto 13.2. Multiplicador temporizado Deckmaster.

J

2.4. Multiplicadores temporizados

Este grupo de accesorios consta normalmente de unmultiplicador convencional con una funda de plásticoque dispone de un orificio lateral,a modo de generatrizpor donde pasa el cordón detonante de bajo gramajede 3 a 6 g/m. El «elemento de tiempo» va inserto en elmultiplicador y está provisto de una cápsula iniciadorao sensor próximo al cordón detonante, un elemento detransmisión y un detonador temporizado.

Este tipo de multiplicador se utiliza básicamente enaquellas voladuras donde las columnas de explosivose seccionan e inician en tiempos distintos con el fin dereducir las cargas operantes. los tiempos nominalesde secuenciación dependen de las diferentes casasfabricantes, entre las que destacamos:

- Deckmaster de Atlas Powder Co. de 25 ms y 50 msde intervalos de tiempo con un retardo máximo dela serie de 400 ms.

- Austin ADP de 25, 50 Y 75 ms de intervalos deretardo.

- Slider de la Cll, Inc. Fi"g. 13.5 etc.

El número de intervalos puede ampliarse significati-vamente combinando este sistema con el clásico decebado en cabeza con detonadores eléctricos de mi-crorretardo.

CAPSULA DECIERRE

ORIFICIO DE PASO

ALOJAMIENTO DELA CAPSULA

DETONADOR NON EL

GUlA DE PASO DELCORDON DETONANTE

PROTECCION DEPLASTICO

TUBO DE TRANSMI-SION DELDETONADOR

CORDON DETONANTE

HENDIDURA EN :'NGULORECTO PARA FIJACION

Figura 13.5. Elementos y ensamblaje de un multiplicadortemporizado Slider.

173

2.5. Relés de microrretardo en superficie y en ba-rreno

El relé de microrretardo en superficie es un acce-sorio que intercalado en una línea de cordón deto-nante introduce un desfase de tiempo en la transmi-sión de la onda de detonación.

Están constituidos por un elemento de microrre-tardo con dos pequeñas cargas explosivas adosadas asus lados y alojadas en una vaina metálica.

En los de diseño antiguo, el cordón se engarza alcasquillo metálico mediante el empleo de unas tenaci-llas y en los más modernos, que son de plástico, sedispone en los extremos de unos huecos especialesque permiten con un pasador en forma de cuña fijarcorrectamente el cordón detonante. Fig. 13.6.

CAPSULACaRDaN DE ALUMINIO

- ~:.::\:.::..~"':) )~ ID~

\

$=~:=~.~","~' .~.~ ~~Q)

) \) . - """.-. '.; . CUNA

ELEMENTODE VAINADE PLASTlCORETARDO

o / J¡r~:[CASQUILLO ELEMENTODE ALUMINIO DE RETA.RDO

rJ

Figura 13.6. Tipos de relés de microrretardo de superficie.

Los tiempos de retardo son siempre de milisegundosy suelen oscilar entre 10 y 100 ms, dependiendo de lacasa fabricante. En España se comercializan de 15 y25 ms.

Foto 13.3. Relé de microrretardo.

174

'-...La utilización de estos elementos permite conseguir

secuencias con un número ilimitado de intervalos de

tiempo, pues incluso pueden colocarse más de uno enserie dentro del mismo ramal de cordón entre cada dos '-...barrenos.

Los otros relés, denominados de microrretardo enbarrenos, son en esencia semejantes a los anteriores, ~pues están formados por un pequeño cilindro de alu-minio con un extremo abierto donde se inserta el cor-

dón detonante que inicia la carga del barreno y en el '-...otro extremo una pequeña anilla por donde se enhebrael cordón de menor gramaje que constituye la líneamaestra. Fig. 13.7.

Los tiempos de microrretardo varían desde los 25 ms "-hasta los 1.000 ms y se necesita uno por cada barreno.

Con el fin de eliminar el riesgo de fallos es aconseja-ble disponer en las voladuras de un circuito doble de '--iniciación.

CORDON DE LlNEA MAESTRA'--

~

'--

'--RELE DEMICRORRETARDO

~ '--

CORDON DETONANTEDEL BARRENO

~ .~

'--

Figura 13.7. Relé de microrretardo en barreno.. '-

"-2.6. Detonadores ordinarios y mecha lenta

Los detonadores ordinarios están formados por uncasquillo de aluminio que contiene dos cargas: una "-carga base de un explosivo de alta velocidad de deto-nación en el fondo del tubo y una carga primaria de unexplosivo más sensible. Fig. 13.8.

Se inician por medio de un ramal de mecha lentaque se engarza al detonador con una tenacillas omordaza especial. Esa mecha lenta está fabricada "-por un núcleo de pólvora rodeada de varias capas dehilados y materiales impermeabilizantes, resistentesa la abrasión, a la humedad y a los esfuerzos mecá-. '-nlCos.

~

"-

J

J

CASQUILLO MEZCLADEIGNICION

CARGAPRIMARIA

J

Figura 13.8. Detonador ordinario.J

El corte de !a mecha lenta para que se produzca unJ buen contacto con la mezcla de ignición del detonador

debe ser normal al eje del núcleo de la misma. Fig. 13.9.

JINCORRECTO

J )~~~~~~~t~\~~~\\~MECHA SEPARACION CAPSULA

J CORRECTO

~~:~~)~\;;;~~;:c~'\.~J MECHA CONTACTO CAPSU LA

Figura 13.9. Iniciación con mecha lenta y detonador con-J vencional.

El tiempo de combustión es normalmente de 2 mi-nutos por metro, con una tolerancia del :i: 10%.

Las aplicaciones de estos accesorios se han ido re-_/ duciendo a lo largo del tiempo, siendo en estos mo-

mentos muy esporádica su utilización.Un sistema muy útil para encender simultáneamente

un gran número de mechas, en condiciones de seguri-../ dad y rapidez, lo constitu'ye el formado por los cordo-

J

~

>1'

J

ORIFICIODE PASO

~J

.. CONECTADORDE MECHA

J

J

MECHA LENTA

J

J

nes de ignición, que pueden llegar a tener velocidadesde propagación de hasta 3 mis, y los conectado res demecha. Fig. 13.10.

El encendido del cordón de ignición puede llevarse acabo por tres métodos: llama de un mechero, resisten-cia eléctrica o con una mecha lenta.

2.7. Cordones detonantes

Estos cordones disponen de un núcleo de pentritaen cantidad variable (3, 6,12,40 Y 100 g/m) rodeadopor varias capas de hilados y fibras textiles, con unrecubrimiento exterior de cloruro de polivinilo quepermite que tengan unas caracteristicas adecuadas deflexibilidad, impermeabilidad, resistencia a la tracciónya la humedad.

La velocidad de detonación es de unos 7.000 mis.

Los tipos de empalmes que pueden realizarse se indi-can en la Fig. 13.11.

En el cordón de 3 glm deben eliminarse tales uniones,a no ser que se efectúen con cordones de gramajesuperior. Si bien la aplicación básica de estos acceso-

jl ".=:::'hl~

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Figura 13.11. Empalmes con cordón detonante.

MECHA LENTA

)

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jCORDON DEIGNICION

~

Figura 13.10. Sistema de encendido rápido de mecha de seguridad.

J175

rios es la de transmitir la detonación iniciada por undetonador a una carga de explosivo, se emplean enotros usos como los que se indican en la Tabla 13.1.

TABLA 13.1

Foto 13.4. Cordones detonantes de diferente gramaje.

También existen en el mercado cordones reforzados

para trabajos submarinos y otros especiales antigrisú.

3.

'"SISTEMAS ELECTRICOS DE INICIACION

3.1. Detonadores eléctricos convencionales

Estos accesorios están constituidos por una cápsulade aluminio o cobre en la que se aloja un inflamador,un explosivo iniciador y un explosivo base. Fig. 13.12.La potencia de los detonadores viene dada por la can-tidad de fui minato de mercurio de que disponen, nor-malmente de 1 ó 2 gramos que corresponden a losnúmeros de potencia 6 y 8 respectivamente, o cual-quier otro explosivo equivalente, por ejemplo pentritaprensada, etc.

Si el detonador es de retardo o microrretardo entre el

176

"--inflamador y el explosivo primario existe un elementopirotécnico retardador.

'-

HilOS DE ALlMENTACION

'-

"--.-

TAPaN DE CIERRE

'-VAINA METALlCA

INFlAMADOR

OPERCUlO

PORTA RETARDO

PASTA RETARDADORA.~

CARGA PRIMARIA

CARGA BASE

I

1 Ir"!.'

'--

o b'--

Figura 13.12. Detonadores eléctricos. Instantáneos y Tem- '--porizados.

'--

Los detonadores eléctricos se clasifican en funciónde las siguientes características:

.~

1. Tiempos de detonación.

2. Características eléctricas, y

3. Aplicaciones.'---

De acuerdo con el lapso de tiempo transcurrido en-tre el momento en que se energetiza el detonador y el ---instante en que se produce la detonación de las cáp-sulas se agrupan en:

"-

- Detonadores instantáneos

Detonadores temporizados. De retardo y de mi-crorretardo. "-

En España la serie de detonadores de retardo (500ms) fabricados por UEE consta de doce números, y la '--de detonadores de microrretardo de 20 y 30 ms con 15 y18 números respectivamente.

Todos los detonadores eléctricos presentan ciertadispersión en los tiempos de iniciación, siendo mayor "-en los números más altos de la serie, tal como hademostrado Winzer (1979) en un exhaustivo estudiocon cámaras ultrarrápidas. El rango de variación nor- '--mal suele estar comprendido entre el5 y eI10%. Birch(1983) da una fórmula para estimar la desviación típicaen milisegundos a partir del número de detonador '--

«nd»:

'-...

CaRDaNDETONANTE APLICACIONES

(g/m)

1,5-3 . Iniciación de multiplicadores yexplosivos muy sensibles.

6 . Líneas maestras conectandobarrenos.

12-20 . Iniciación de explosivos conven-cionales y de baja sensibilidad.

40 . Prospecciones slsmicas.100 . Voladuras de contorno y demo-

liciones.

/

TABLA 13.2

J

--'

J

J

.../

.-/

Fuente: Unión Española de Explosivos, S. A.

J

O"ts = (3 + 2 . nd)

Desde el punto de vista eléctrico los detonadores se.-/ clasificansegúnel impulsodeencendidoo energíapor

unidad de resistencia eléctrica que se precisa paraprovocar la inflamación de la píldora del detonador. Así

./ pues, los detonadores se denominan Sensibles (S),Insensibles (1)y Altamente Insensibles (Al).

Las características eléctricas de los detonadores es-J pañoles se indican en la Tabla 13.2.

En lo referente a las aplicaciones, además de losconvencionales, existen en el mercado detonadoresresistentes a altas presiones de agua para voladuras

.-/ submarinas, detonadores de cobre para ambientesgrisuosos o inflamables y detonadores para prospec-ciones sísmicas.

En las voladuras, los detonadores eléctricos se co-nectan entre sí formando un circuito que se une a lafuente de energía por medio de la línea de tiro. Los

J tipos de conexión que son posibles realizar son:

- En serie, Fig. 13.13.

.-/

./

~~~ Trn--~:./ Figura13.13. Circuito en serie.

La resistencia total del circuito «RT» que resulta es:

./RT = RL + n (Rp+ 2 m x rt) = RL + n x RD

donde:./

./

RL = Resistencia de la línea de tiro (O).

Rp = Resistencia del puente del detonador (O).

n = Número de detonadores.

m = Metraje de los hilos del detonador (m).

r 1 = Resistencia por metro lineal de hilo..-/

./

Para cobre de 0,6 mm de diámetro el valor es0,065 O/m.

RD = Resistencia total del detonador (O).

Este tipo de circuito es el más utilizado por su senci-llez y por la posibilidad de comprobación por simplecontinuidad del mismo. Si el número de detonadoreses alto, la tensión del explosor necesario es elevada y elamperaje que resulta es pequeño pues viene dado por:

I = V/RT

En paralelo, Fig. 13.14.

ttt-::::j"8, Bn82 83

Figura 13.14. Circuito en paralelo.

RT = RL + ~ n

Este sistema de conexión se utiliza sobre todo en" trabajos subterráneos y es recomendable cuando el

riesgo de derivaciones es alto.

- En serie-paralelo, Fig. 13.15.

En conexiones equilibradas se tiene:

RT = R + RD. nsL -

np

donde:

ns = Número de detonadores en serie.

np = Número de series en paralelo.

177

TIPO DE DETONADORCARACTERISTICAS ELECTRICAS

DE LOS DETONADORES UEE S I Al

Resistencia de puente 1,2-1,6 0,4-0,5 0,03-0,05Ohmios (O)

Impulso de encendido.0,8-3 8-16 1.100-2.500

(mW. seg/O)

Corriente de seguridad 0,18 0,45 4Amperios (A)

Corriente de encendidoen series recomendada

25Amperios (A) 1,2 2,5

Q<:

I IRLI I

I I

!!Figura 13.15. Circuito serie-paralelo.

Este tipo de circuito se emplea cuando el número dedetonadores es muy grande y es necesario reducir laresistencia total para adaptarse a la capacidad del ex-plosor.

Una fórmula para determinar el número óptimo deseries en paralelo a partir de un conjunto de detona-dores, disponiendo ya de un explosor, es:

2 Resistencia total del conj unto de detonadoresn -,-P Resistencia de la línea e hilos de conexión

Si a pesar de ese cálculo la intensidad eléctrica esti-

mada para cada serie no es suficiente para iniciar ade-cuadamente a los detonadores las alternativas de ac-

tuación son: cambiar la línea de tiro por otra más ro-busta de menor resistencia eléctrica o sustituir el ex-plosor por otro de mayor voltaje.

Este tipo de circuito es muy efectivo cuando las vo-laduras tienen menos de 300 barrenos. El desequilibrioadmisible entre series es del::':: 5%.

La unión de los hilos de los detonadores entre sí ocon la línea de tiro debe hacerse de acuerdo con los

esquemas recomendados en la Fig. 13.16.

C~ J~D ..~~Figura 13.16. Conexiones recomendadas en los circuitos

eléctricos.

Cuando no existan garantías de aislamiento o sedeseen agilizar los trabajos de ~onexión podrán em-plearse conectadores rápidos.

Las comprobaciones de los circuitos se realizaráncon un óhmetro diseñado para que la intensidad desalida no exceda de 0,025 A y la corriente de cortocir-cuito sea inferior a 0,050 A. Las etapas de comproba-ción pueden dividirse de la siguiente forma:

178

a) Antes de la conexión del circuito. Comprobar la "-continuidad y el aislamiento de la línea de tiro, y sise estima necesario cada detonador individual-mente, tomando la precaución de introducir la "-cápsula dentro de un bloque de madera o unatubería de acero para proteger al artillero de unaposible explosión accidental.

b) Después de la conexión, Comprobar la resisten-cia total del circuito. Cuando el esquema es enserie las resistencias menores a las calculadas \..son debidas a la falta de conexión de todos losdetonadores o a una derivación en el circuito. Sila resistencia es demasiado alta existe un falso.

contacto o el número de detonadores es superior \..al calculado. Y por último, si la resistencia esinfinita el circuito está abierto. Cualquiera deesas anomalías se corregirá subdividiéndose el "-

circuito y determinando el punto donde se loca-liza el fallo.

"-

"-

En los circuitos en paralelo se recomienda compro-bar individualmente cada detonador y en los esquemasserie-paralelo proceder a comprobar cada serie y veri- "-ficar si éstas están equilibradas.

3.2. Detonadores eléctricos Magnadet.Multiplicadores Magna

En 1981 apareció en el mercado el detonador "-

eléctrico Magnadet, comercializado por la ICI, quepresenta frente a los convencionales numerosasventajas como son:

- Las corrientes errantes continuas o alternas con-

vencionales de 50 ó 60 Hz no pueden iniciarlo.

- Pasa la prueba de electricidad estática alemanacon descarga a 30 kV Y 2.500 picofaradios y lafrancesa de 10 kW y 2.000 picofaradios.

- Es más seguro que los detonadores convenciona-les frente a la energía de radio frecuencia.

- La posibilidad de derivaciones es prácticamentenula, pue-s cada detonador actúa independiente-mente como en un circuito paralelo.

\,

La característica especial de este detonador es quese conecta al explosor a través de un transformador. Elprimario está constituido por la línea de tiro que se une

" al explosor y el secundario por un anillo toroidal deferrita y los hilos de la cápsula detonante. Fig. 13.17.

La iniciación del detonador sólo puede producirsecuando el primario se conecta a una fuente de co-rriente alterna de frecuencia igualo superior a 15 kHz.Por esto, se precisan explosores especiales por en-cima de la indicada hasta los 30 kHz y permiten com-probar fácilmente si la impedancia del circuito está pordebajo del límite aceptable.

La batería de que disponen es recargable y permiteefectuar hasta 100 disparos si se parte de su cargamáxima. El multiplicador Magna se basa en el mismoprincipio y está diseñado para alojar dos detonadoresMagnadet con una longitud de hilos conductores re-ducida a 5 cm. El circuito primario pasa a través de un

\,

/

EXPLOSORTOROIDEDE FERRITA

@CIRCUITO

/ 8/

PROTECTORDEPLASTICO

DETONADOR

MADEJA

Figura 13.17. Detonador Magnadet.

orificio central tal como puede observarse en la Foto.13.5.

Foto 13.5. Multiplicador Magna.

3.3. Detonadores temporizados electrónicos

Desde mediados de los años 80, diversos fa,9ricantesde explosivos comenzaron a desarrollar los detonado-res temporizados electrónicos. Estos accesorios permi-ten, por su gran precisión, un excelente control del pro-ceso de fragmentación, así como de las vibraciones yproyecciones.

Los componentes principales de un detonador elec-trónico se representan en la Fig. 13.18. En esenciaconsisten de una unidad de retardo electrónica y undetonador instantáneo.

Se distingue un circuito integrado, o microchip (4),que constituye el corazón del detonador, un condensa-dor para almacenar energía (5), y unos circuitos deseguridad (6) conectados a los hilos que sirven de pro-tección frente a diversas formas de sobrecargas eléctri-cas. El propio microchip posee unos circuitos de seguri-

dad internos. La cerilla inflamadora (3) para la inicia-ción de la carga primaria (2) está especialmente dise-ñada para proporcionar un tiempo de iniciación peque-ño con la mínima dispersión.

Figura 13.18. Detonador electrónico.

El sistema de encendido consta, pues, de un conden-sador y de un conmutador electrónico, cuya salida es lacerilla inflamadora.

En cuant') a los tiempos de retardo, los detonadoreselectrónicos tienen unas posibilidades mucho mayoresque los convencionales. Los accesorios se fabrican conun determinado número de período o escalón, que noestablece el tiempo de retardo sino el orden en el queocurren las detonaciones. El tiempo de duración delperíodo se programa y almacena instantes antes de lavoladura sobre una RAM o una EPROM si el explosor(tarjeta de hardware) admite preprogramación, utilizán-dose intervalos que van desde pocos milisegundoshasta 500 ms.

De esta manera, es posible alcanzar un mismo tiem-po de diferentes formas. Por ejemplo, 500 ms puedenconseguirse con el detonador nQ20 programado a 25ms, o con el nQ1 programado a 500 ms. Las posibilida-des son tan amplias que algunas marcas ofrecen ran-gos de tiempos que van desde 1 ms hasta 15 s.

Los microchips proporcionan unos tiempos de retardomuy precisos, con una exactitud del orden del 0,1% delintervalo programado.

Otras características de los detonadores electrónicosson:

- No pueden explosionar sin un código de activaciónúnico.

- Reciben la energía de iniciación y el código de acti-vación desde el aparato de programación y mando.

- Están dotados de protecciones frente a sobreten-siones. Los pequeños excesos de carga se disipaninternamente a través de los circuitos de seguri-dad, mientras que los altos voltajes ( > 1000 V) selimitan por medio de un cortacorriente.

- Son insensibles a los efectos de tormentas, radiofrecuencia y electricidad estática.

- Latensiónde operaciónes pequeña( < 50 V), quees una gran ventaja considerando el riesgo decorrientes errantes.

El aparato explosor sirve, además de para energeti-zar los detonadoras, para programar previamente lostiempos de respuesta de éstos.

En esencia está formado por un microprocesadorcentral o CPU que gobierna el resto de elementos pro-pios de un ordenador y cuyo modo de funcionamientopuede variarse a través de los programas de control.

179

Foto 13.6. Detonadores electrónicos y componentes(cortesía de ICI Explosives).

El acceso al artillero está restringido mediante uncódigo secreto de usuario (palabra clave o password),sin el cual el equipo no funciona.

Los detonadores se conectan en paralelo a un cablede uno o varios hilos, a través de los que se envía tantola informacióncomo la energía a los detonadores.

OPERACION MANUAL OPERACION AUTOMATICA(IntemJpciOO pooible)

~pr.;ooarbo1ooe:/ rL decaiga

II

Detonador

Foto 13.7. Unidad de programación y mando(cortesía de ICI Explosives).

El primerpasoconsisteen comprobarla continuidadde la línea y, a continuación, se procede a la seleccióndel tiempo de retardo de los detonadores. Previamente,el aparato emite señales de chequeo a los detonado-res. Si todo es correcto se continua; en caso contrarioaparece un mensaje de error.

Después se cargan los condensadores de los deto-nadores y, a continuación, se da la orden de disparo.En la Fig. 13.19 se representa un diagrama de funcio-nes simplificado.

En cualquier instante la operación puede ser inte-rrumpida procediendo el sistema a pedir el código deentrada o password.

OPERACION AUTOMATICA(IntemJpciOO Imposible)

Explosor

Ii~

I

Detonación después

---+I de los tiempos deretardo indMduales

Figura 13.19. Diagrama de bloques del funcionamientode un detonador electrónico.

El número de detonadores que es posible conectar alaparato explosor varía según los fabricantes, desde

,,¡:.250 en el caso de los detonadores ExEx de'la ICI con

su Expert Explosives Blasting System, hasta 500 en losaccesorios y equipos desarrollados por NitroNobel.

El principal obstáculo hoy en día para el empleo deestos detonadores es el económico, pues hasta que nose llegue a una fabricación masiva los costes unitariosserán altos.

En las grandes obras y explotaciones mineras esesobrecoste quedará compensado can el aumento deldiámetro de perforación, haciendo que la repercusiónde los accesorios sea cada vez menor por unidad devolumen de roca arrancada, y también por las exigen-cias de seguridad en los trabajos de envergadura o demayor complejidad.

180

4. FUENTES DE ENERGIA

La" fuentesdeenergíapara la iniciación de los deto-nadores eléctricos son: Explosores, Baterías y Red deEnergía Eléctrica.

Tanto las baterías como las líneas eléctricas sonfuentes de energía poco adecuadas para el disparo devoladuras y sólo en casos especiales y con una autori-zación expresa podrán emplearse.

4.1. Explosores convencionales

Dentro del grupo de explosores los más utilizadosson los de condensador. Mediante una magneto de

Jmanivela o una pila se carga progresivamente el con-densador, cerrándose el circuito de forma automática o

J controlada cuando la tensión alcanzada en el mismo esla adecuada y se produce la descarga de corriente enun tiempo muy breve.

JRs

K,

RzJ

z,

~ z,

Cl IC"

JD,~ T T

C, tDz I I

03 I

R,¡¡¡'z, R.

Z4 Kz

J

C.

ThDi R.

~

Figura 13.20. Esquema eléctrico de explpsor de condensa-J dores.

J Para comprobar que el modelo de explosor que seposee en un trabajo determinado es el correcto, o parael dimensionamiento del mismo, cOnviene efectuar los

J siguientes cálculos:

1. Energia Total Disponible «Eo" en el explosorJ

E= J..-CV2o 2

Jsiendo C la capacidad en faradios del explosor y V latensión en voltios que alcanza el condensador en elmomento del disparo.

J

J

2. Energia Suministrada al Circuito «Eo" duranteun corto período de tiempo que normalmente esde unos 5 ms.

J E = E (1-Q,Q1/RTxC

d o -e ).,

J3. Intensidad Efectiva «1EF" que será suministrada

al circuito.

J /'EF = V

Ed

0,005 ~ RT

J4. Impulso de encendido. «Si"

J s = EdI R =IEF2xtT

./

Ejemplo:

Se desea disparar una voladura de 10 barrenos condetonadores Al con una longitud de madeja de 3 m yuna linea de tiro que tiene una resistencia de 5 Q. Sedispone de un explosor con C = 200 JlF Y V = 1.100 Vcon un tiempo de descarga de 5 ms. Se quiere com-probar si ese explosor es suficiente para energetizarlos detonadores de la voladura.

1.° RT = RL + n x RD = 5 + 10 x (0,05 + 2 x 3 x

x 0,065) = 9,4 Q

2.° Eo = 0,5 x 200 x 10-0 X 1.1002 = 121 Julios

3.0 Ed = 121 x (1 - e-5,32) = 120,4 Julios

-~/ 120,4, =50,61A4.° IEF - V'0,005X9;4

5.° Si = 50,622 X 5 = 12.809,3 mW.s/Q

luego «S ¡" es mayor que 1.100 - 2.500 m W.s/Q quees la sensibilidad eléctrica de los detonadores Al. ElFactor de Seguridad <:eria:

12.809,3 = 5,12FS = 2.500

4.2. Iniciación por corriente alterna

~

La energetización de las voladuras utilizandQ co-rriente alterna de una línea industrial o procedente deun grupo generador no es aconsejable, pues como losvalores de la tensión varían con el tiempo con un dura-ción del ciclo de 20 ms, nunca se sabe con qué intensi-dad se energetiza la voladura, pudiendo en conse-cuencia dar lugar a fallos.

Este método sólo suele emplearse en trabajos sub-terráneos.

4.3. Explosores secuenciales

En operaciones donde el diámetro de perforaciónobliga a subdividir la columna de explosivo para redu-cir las cargas operantes, se utilizan detonadoreseléctricos de distinto número dentro de cada ba-rreno.

También cuando las voladuras se disparan con unconjunto grande de barrenos la serie normal de deto-nadores eléctricós puede llegar a suponer una limita-

181

ción técnica. Para obviareste problema se han desa-rrollado, desde hace relativamente poco tiempo, losexplosores secuenciales. Básicamente, están consti-tuidos por un sistema de descarga por condensadoresy un equipo electrónico con temporizador para ener-getizar varios circuitos en intervalos de tiempo distin-tos. El número de circuitos más común es de 10y cadauno de ellos puede programarse en los modelos máscompletos con incrementos de 1 ms entre 5 y 999 ms.

Foto 13.8. Explosor secuencia/.

El equipo está constituido por los siguientes ele-mentos: unidad explosora, cable maestro con diez cir-

-;).§ +300(f)o1-5~+ 240U(f)

g~+180(f)w...J<J:U +120ZW:::>uw(f) +60(f)oO-::;:W¡: o

50 \ 100 \50 200 250 300

XP S l \ TIEMPO EFECTIVO DE SALIDA (ms)E LOOR .TIEMPO NOMINALDEL DETONADOR(ms)

"-cuitos independientes, comprobador de explosor ycomprobador de circuitos.

El cable maestro de longitud variable está formadopor un alma de 12 hilos y 10 pares terminales a los que "-se conectan los extremos de los circuitos de la pega.

El comprobador de explosor mide el porcentaje deenergía que el explosor es capaz de suministrar en la "-

descarga, y con el comprobador de circuitos se verificasi la resistencia de los diferentes circuitos es admisiblesegún la capacidad del explosor.

En la Fig. 13.21 se representa una voladura múltipledonde con una serie de detonadores de 12 números seconsiguen 72 instantes de salida diferentes con 6 cir-cu itos. "-

Algunos modelos permiten el control remoto, elacoplamiento a equipos satélit€s, etc., lo cual es muyútil sobre todo en trabajos subterráneos.

"-

"-

"--

5. OTROS ACCESORIOS"--

'--5.1. Conectadores

Los conectadores pueden ser de dos tipos, segúnse utilicen para conexiones de detonadores eléctri- "'--..

'---

'---

'--

'---

'--

'--

'--

'--

"-

Figura 13.21. Voladura múltiple disparada con explosor secuencia/. "-

182 "-

./

./~STRO

"10 "8CIRCUITOS

"7 #6 "5"9

./

RETACADO .

~ ~

25

50 50

75 75

"Neo DETONADORES'" '00POR BARRENO

(TIEMPO EN ms ) I ~ ~10 9

/

/

/

/

/ 100

125

8/

125

6

125

4FRENTE

"4 #3 "2

125

2

TERMINAL

UJf-ZUJo:ll.

125

BARRENO#1

Figura 13.22. Voladura múltiple con cargas secuenciadas dentro de los barrenos./

/

/

cos o de cordón detonante. Los primeros están for-mados por un pequeño tubito cerrado por un lado enel que se introducen los extremos unidos de los hi-los. Una vez hecho esto, se dobla para garantizar suretención constituyendo así un elemento eficaz deaislam.iento. Fig. 13.23./

/

/

/

/

Figura 13.23. Conectador de detonadores eléctricos./

/

Los conectadores para el éordón detonante sonpequeños tubos de plástico que disponen de unahendidura en Ven uno de los extremos que terminaen un taladro dispuesto diametralmente. Permiten laconexión rápida y segura de las líneas de cordóndetonante de igualo diferente gramaje. Foto 13.9./

/

Foto 13.9. Conectador de cordón detonante.

Otro tipo de conectador es el que sirve para poner encontacto los detonadores eléctricos con el cc;>rdóndeto-nante, Fig. 13.24. Consisten en pequeños tubos deplástico con sección irregular, alojándose el cordóndetonante en la parte más estrecha y, posteriormente,

183

la cápsula del detonador en la más ancha ejerciendouna ligera presión.

Figura 13.24. Conectador entre detonador eléctrico ycordón detonante.

5.2. Tubos omega y enchufables

"-

Para espaciar la carga a lo largo de los barrenos en "-las voladuras de contorno se utilizan tubos de plás-tico abiertos longitudinalmente en los que se intro-duce un cordón detonante y cartuchos separados.entre sí a la distancia prevista. Fig. 13.25. '--

En las voladuras de contorno el explosivo puedeestar preparado en cartuchos especiales en cuyos.extremos disponen de unos elementos de unión que '--permiten preparar con rapidez y segu ridad las co-lumnas de longitud deseada.

PLASTlCO

'--

CORDON DETONANTE

Figura 13.25. Tubo omega.

5.3. Elementos centralizadores y de retención

En las voladuras de contorno de pequeño diáme-tro, donde las cargas están desacopladas, se utilizanpiezas de plástico en forma de margarita que inser-tadas en los tubos o cartuchos rígidos sirven paracentrar éstos dentro de los barrenos, dejando un ani-llo coaxial de aire que actúa como amortiguador. Fig.13.26.

Figura 13.26. Elemento centralizador de cargas de explo-sivo.

184

'--

'--

'--

'--

En barrenos ascendentes de excavaciones subte-rráneas, para conseguir la sujeción en los cartuchosse utilizan piezas semejantes a la anterior fabricadasen un plástico semirrígido. Fig. 13.27.

-1l

'--

'--

'---

'---

'---

'---

'---

Figura 13.27. Pieza de retención de cartuchos. '---

'-..

5.4. Tapones para el retacado de barrenos'-..

Resultados de los estudios de más de diez años dela Universidad de Missouri-Rolla son los tapones debarrenos llamados "StemTite Blast Control Plugs".

'---

'-..

./

Se fabrican con poliestireno moldeado por inyección,para diámetros de barrenos entre 76 y 165 mm contamaños cada 12 mm.

El efecto de retención de los gases producidos tras ladetonación de los explosivos se traduce en un menorconsumo de éstos, pudiéndose cerrar los esquemas de

/ perforación, o alcanzar una mejor fragmentación de laroca.

/

/

/

/'

/

/

Foto 13.10. Tapones especiales para el retacadode barrenos.

5.5. Tapones de señalización de barrenos

Para el replanteo de las voladuras a cielo abierto ypara evitar la caída de piedras u otros objetos en losbarrenos perforados se emplean tapones troncocó-nicos de plástico o de madera. Fig. 13.28.

/

AI !U

/

.,-/

Figura 13.28. Tapones troncocónicos.

/

El color de los tapones, que debe contrastar con elde la roca, puede ser el mismo en toda la voladura ocombinación de varios para visual izar la pega,no sóloen su geometría sino incluso en la secuencia de dis-paro prevista. .

5.6. Embudos

/

Cuando el explosivo que se emplea es a granel y se

vierte en los barrenos directamente desde los sacos,es conveniente disponer de un embudo para agilizarla carga y evitar las pérdidas de explosivo y la mezclade éste con el polvo de perforación. Estos elementosse construyen de chapa metálica con una anilla ex-terior a la cual se fija el cordón detonante con el finde evitar su arrastre al interior de los barrenos.

CaRDaNDETONANTE

~

Figura 13.29. Embudo para la carga de explosivos a granel.

5.7. Atacadores

Para efectuar el retacado, comprobar la profundi-dad de los barrenos y ayudar a la carga de los mis-mos, se utilizan atacadores de madera o de otrosmateriales adecuados que no produzcan chispas ocargas eléctricas. El diseño suele ser cilíndrico consuperficie lisay longitudes variables, terminando conuna pieza tronco cónica o cilíndrica de mayor diáme-tro. En ocasiones están constituidos por tramos en-chufables y flexibles que permiten disponer de lalongitud deseada.

D D, I

~.'~}iD =:.; ~.~.-_~'é,';-n

Figura 13.30. Atacadores.

5.8. Equipos de retacado

En las grandes explotaciones, donde el número ydiámetro de los barrenos es tan elevado que el reta-cado manual llega a ser lento y costoso, se estánutilizando desde hace varios años equipos mecáni-cos como el de la Fig. 13.31. Básicamente, la má-quina consiste en un pequeño vehículo automotriz

185

semejante a una pala de ruedas a la que se ha equi-pado de un sistema bivalva o de empujadores accio-nados por cilindros hidráulicos.

Figura 13.31. Equipo mecánico de retacado para grandesbarrenos.

"-

El tiempo invertido en el retacado de cada barrenoes de unos 30 segundos y actualmente en el mercadoestán disponibles modelos para barrenos con diá-metros entre 160mm y 380 mm. "-

5.9. Instrumentos de medida de la dimensión de la "-

piedra

Los errores de medida varían en el rango de :t 5%. "-

Si las desviaciones no son admisibles se puede vol-ver a reperforar el barreno o a modificar el esquemade carga de la voladura. '-

En la perforación de macizos rocosos, con fuertescambios litológicos y grandes alturas de banco, lasdesviaciones pueden ser acusadas y llegar a consti- '-tuir un peligro potencial de proyecciones y onda aé-rea, así como afectar a los resultados de las voladu-ras.

Actualmente, 'existen en el mercado instrumentosde medida de la dimensión de la piedra que consis-ten en una sonda que se introduce en los barrenos y "-

un aparato de radiodetección que maneja un opera-dor desde el pie del banco. Fig. 13.32.

"-

'-

',--

PROBETA

'-

"-RECEPTOR

"-

5.10. Sistema de predicción de tormentas

Figura 13.32. Equipo de medida de la piedra. "-

El sistema de predicción de tormentas está constitui-

do por dos componentes principales: la""unidad sensoray la unidad central. "

La unidad sensora está compuesta por un dispositivoque mide la intensidad del campo electrostático y poruna antena de dos piezas para registrar las señales delimpulso de los relámpagos y el ruido atmosférico quese genera en las nubes tormentosas durante su desa-rrollo. El tubo de la antena actúa como soporte de dis-positivo de ,campo y está sujeto a una base plegable.

La unidad sensora se sitúa en el exterior, en unespacio abierto.

La unidad central consiste en un armario de aluminio

reforzado con paneles de contr01 y señales, equipoelectrónico para evaluar las señales que llegan y circui-tos de suministro de energía con un acumulador adicio-nal en "stand-by". Además, la unidad central incluye el

186

equipo electrónico para controlar las unidades externasde alarma y registro.

Las señales que llegan de la unidad sensora sontransmitidas a través de un cable protegido, a la unidadcentral, que deberá estar preferentemente situada en elinterior o bajo un cobertizo protector si está al aire libre.

Todos los componentes que están expuestos a lacorrosión se fabrican en acero inoxidable o algún otromaterial no corrosivo.

El sistema se puede equipar con unidades de alarmaexterna que proporcionan la posibilidad de distribuirseñales de alerta rojas y amarillas por todo el lugar detrabajo. Las unidades también avisan si el sistema dejade funcionar por un fallo en el suminis!ro de energía.

Con el objeto de poder avisar de forma eficiente de lapresencia de tormentas y alta intensidad en el campo,se deben tomar en consideración los tres tipos de tor-mentas diferentes que se exponen a continuación:

'-

'--

'-

'--

'-

1. Tormentas que están completamente desarrolladas '-

'-

./

cuando llegan a la zona de alerta., 2. Tormentas que comienzan a desarrollarse dentro

./ de la zona de alerta. La primera descarga eléctricapuede ocurrir en este caso dentro de la zona quenos concierne.

3. Precipitación en forma de lluvia o nieve con carga./ electrostática. Este tipo de precipitación puede cau-

sar relámpagos pequeños.

El tipo 1 se registra a través del dispositivo de campoy la antena de onda de radio que capta la radiación delos relámpagos a una distancia aproximada de 15 km.

./ Los tipos 2 y 3 son registrados por el dispositivo decampo que capta correctamente la intensidad eléctricadel campo en el aire.

Todo tipo de tormenta se puede comprobar por./ medio del registro del "ruido" que siempre se produce

en nubes tormentosas desarrolladas.

./

./ Este sistema proporciona alarmas en dos fases:

1. Alerta amarilla.

2. Alerta roja./

./

Una alerta amarilla indica que las condiciones eléctri-cas en la atmósfera son anormales. Esto puede ser unfenómeno pasajero, pero si hay una tormenta aproxi-mándose la fase siguiente puede ser de alerta roja.

La alerta roja indica que la actividad eléctrica en laatmósfera no es temporal y, por lo tanto, hay un riesgoconsiderable de que se produzca un relámpago en lazona de alarma dentro de los próximos diez minutos.

Debido a que el sistema puede ser preparado parasensibilidades diferentes, niveles de alerta amarillo yroja, puede ser usado en áreas distintas que sean sen-sibles al trueno u otra forma de actividad eléctrica en laatmósfera.

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