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  1. 1. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________1. TERMINOLOGIA DE LA TRONADURAEl propósito de esta sección es presentar la terminología que se usará en el resto del manual, y luegorevisar la teoría básica detrás de la tronadura. Es importante establecer los conceptos teóricosprimero, ya que a estos se referirá en discusiones posteriores sobre diseños, modelamiento,monitoreo, funcionamiento del explosivo, etc.Los términos comúnmente usados en tronadura se listan alfabéticamente, y explicados, cuando seanecesario, con ecuaciones, ejemplos o diagramas.Acoplamiento. Se refiere al grado de intimidad entre el explosivo en un pozo y la roca que lo rodea.Cuando el diámetro del explosivo es menor que el del pozo, se dice que la carga está desacoplada,con la relación de desacople definido como la razón entre el volumen de la carga al volumen delpozo. Los explosivos cargados a granel tienen un factor de acoplamiento igual a 1. Algunos autoresdefinen la razón de acoplamiento como la razón de diámetro de la carga al del pozo. 2 d exp lexp fc = 2 (1) d hoyo lhoyodonde fc es la razón de acoplamiento (o desacoplamiento) y d es el diámetro, l es el largo y lossubscriptos exp y hoyo se refieren al explosivo y al pozo.Acuageles. Son explosivos diseñados específicamente para mejorar la resistencia al agua y lapotencia en volumen del ANFO, y consiste en una solución acuosa saturada de nitrato de amonio yotros nitratos y contiene también combustibles y cantidades adicionales de nitritos en suspensión. Lareología de la mezcla es controlada por espesadores (por ej. goma de guar) para ajustar la viscosidadde la mezcla, y entrelazadores (bórax por ej.), para proveer la consistencia de “gelatina” y resistenciaal agua. Los nitratos frecuentemente incluirán nitratos de amina orgánicos. El acuagel contieneagentes sensibilizadores tales como el TNT, perclorato de amonio, además de burbujas de airefinamente dispersas, o micro esferas de vidrio, que generalmente se agregan durante la fabricacióndel explosivo. Algunos acuageles se fabrican usando nitratos de hexamina para proveer tantoenergía adicional a la reacción de la detonación como una fuente de combustible para el nitrato deamonio oxidante. El acuagel tiene una consistencia distintiva de gelatina mientras que lasemulsiones usualmente tienen la consistencia de mayonesa (emulsiones a granel), o masilla(emulsiones encartuchadas).Angulo de fricción. El ángulo de fricción es la pendiente del esfuerzo de corte relacionado con elesfuerzo normal. El ángulo de fricción φ , y la cohesión c se relacionan al esfuerzo normal σ , yfuerza de corte, τ ; por la ecuación: τ = c + σ * Tanφ (2)____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. -1-
  2. 2. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________Vea también Cohesión, y Figura 1.1.Balance de oxígeno. Ésta es la cantidad de oxígeno, expresada en por ciento del peso, liberadacomo un resultado de la conversión completa del material explosivo a CO2, H20, SO2, AlO2, etc.(balance de oxígeno "positivo"). Si hay oxígeno insuficiente para la reacción completa de laoxidación se dice que el compuesto tiene un balance de oxígeno negativo. Los explosivoscomerciales deben tener un balance de oxígeno cerca de cero para minimizar la cantidad de gasestóxicos, particularmente monóxido de carbono y gases nitrosos que están presentes en los humos.Burden y burden efectivo. El burden de un pozo se refiere a la dimensión lineal entre el pozo y lacara libre y se mide perpendicular a la dirección de la línea de pozos que constituyen una fila (figura1.2). El término burden generalmente se refiere al burden perforado, significando que la dimensiónlineal se hace a la cara libre existente del banco. El término burden efectivo se refiere a la dimensiónlineal entre el pozo y la posición de la cara libre más cercana al tiempo de la detonación del pozo, ytoma en consideración la dirección de la iniciación. Para una malla equilátera de pozos, el burden esigual a 0.87 veces el espaciamiento. Para una malla equilátera con iniciación V1, el burden efectivoes igual a 0.29 veces el espaciamiento.Campo cercano. Un término que describe vibraciones cerca de una columna larga de explosivoGeneralmente, cuando se están tan cerca como aproximadamente 5 longitudes de la carga a unacolumna de explosivo, los niveles de vibración es llamado de campo cercano, y requiere laaplicación de ecuaciones complejas para la predicción. En el campo cercano es probable que se dañela roca por la iniciación de fracturas frescas, y por la dilatación de fracturas existentes.Campo lejano. Un término que se usa en este texto para describir la distancia a que el nivel devibración se puede describir por la ecuación convencional del peso de la carga escalar (elevada a unapotencia). En esta región el comportamiento de la onda vibracional se puede tomar como elástica oinelástica. A distancias más cercanas al hoyo de tronadura (campo cercano), los niveles de vibracióntienen que describirse usando ecuaciones complejas que toman en consideración la longitud de lacolumna del explosivo y no se pueden describir usando ecuaciones de elasticidad. En el campolejano el daño a las estructuras rocosas se espera que ocurra principalmente por deslizamientoinducido por la vibración a lo largo de las superficies de las diaclasas existentes.Cohesión. La cohesión de una diaclasa es el esfuerzo de corte requerido para causar eldeslizamiento de bloques en cualquier lado de la diaclasa a esfuerzo normal cero, y refleja por lotanto, la rugosidad de la superficie de la diaclasa. Figura 1.1 Ver también Angulo de fricción.Concentración de la Carga lineal. La concentración de explosivo, medida en kg/m, a lo largo deuna hoyo de tronadura. El término puede ser independiente de diámetro del pozo (por explosivosdesacoplados), o dependiente del diámetro (cargas totalmente acopladas). En este manual el símbolousado es γ .____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. -2-
  3. 3. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________Cristalización. Se usa para referirse al proceso de crecimiento de cristales dentro de la soluciónacuosa de sal en una emulsión explosiva. La cristalización causa un cambio considerable a lareología y textura de una emulsión, y a su sensibilidad y última performance.Decibeles. El decibel es una unidad usada para medir los niveles de presión del sonido de unatronadura. 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, relacionadolos niveles de presión de sonido, se define como: P  db = 20 * log10 *  meas  P   (3)  0 Deflagración. Los materiales del explosivo a menudo se descomponen a rapidez mucho menor quela velocidad del sonido del material sin ningún acceso a oxígeno atmosférico. Esto es unadeflagración, y es propagado por la liberación del calor de reacción, y la dirección de flujo de losproductos de la reacción es opuesta al de la detonación. En algunos casos la deflagración puedeconvertirse en una reacción de detonación, por ej. el incidente de la ciudad de Texas en 1947 en que3180 ton. de nitrato de amonio explotaron después de arder por varias horas.Desacoplamiento. El desacoplamiento se refiere a la práctica de usar una carga de diámetro máspequeño que la del hoyo de tronadura en que se pone. La reducción en diámetro sirve primero alpropósito de reducir la presión efectiva de la detonación (daño reducido), con reducción de lapresión peak de hoyo. La reducción en presión es mayor que la estimada en virtud de la razón dedesacople debido al efecto de confinamiento reducido en la velocidad de detonación (VOD) delexplosivo, y la dependencia de presión de la detonación en la VOD. La ec. 4 se usa para definir larazón de desacople.Diámetro crítico. El diámetro crítico es el diámetro mínimo al cual una carga explosiva todavíapuede detonar. Inclusiones de gas finamente dispersas reducen considerablemente el diámetro críticode un explosivo. El diámetro crítico puede ser bastante grande (aprox. 125 mm) para muchasemulsiones a granel y productos acuagel.Distancia de separación. Se refiere a la distancia entre una línea de hoyo de tronadura delperímetro y la fila inmediatamente adyacente de hoyos de tronadura como se indica en Figura 1.3.Distancia escalar es un factor que relaciona efectos de tronadura similares de cargas de distintostamaño del mismo explosivo a variadas distancias. Se obtiene al dividir la distancia en cuestión poruna raíz exponencial del peso del explosivo. Más frecuentemente, la raíz exponencial es ½, pero sehan utilizado valores del orden de 0.3 a 0.5.Efecto de iniciación. El efecto de iniciación de un reforzador describe el desacople efectivo yreducción efectiva de la presión de detonación, que ocurre cuando se pone un reforzador en un pozo____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. -3-
  4. 4. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________de diámetro más grande que el propio. El efecto del desacople se describe términos deAcoplamiento y Desacoplamiento, y se usan ecuaciones para calcular la presión de detonacióndesacoplada del iniciador. Se está de acuerdo generalmente que la presión de detonación deliniciador desacoplado debe exceder la presión de detonación de régimen del explosivo para alcanzardetonación efectiva de la columna. Pd = f c1.2 * 0.25 * ρ iniciador * VODiniciador 2 (4)donde ρ y VOD es la densidad y velocidad de detonación del iniciador, y fc es la relación delacoplamiento.Emulsión. Explosivos de emulsión basados en una "emulsión agua-en aceite" se forman de unasolución saturada de nitrato y una fase de aceite mineral. Están normalmente sensibilizadas porburbujas de gas finamente dispersas (después de la adición de un agente gasificador en el collar delhoyo de tronadura), o por adición de micro esferas de vidrio (usualmente durante la fabricación de laemulsión). Antes de la adición de los sensibilizantes, las emulsiones son normalmente clasificadascomo agentes oxidantes, e incapaces de detonar. Las emulsiones pueden ser balanceadas enoxígeno o pueden tener un balance de oxígeno positivo.Energía de burbuja. O energía de levantamiento, se define como el trabajo útil realizado por unexplosivo después que la roca ha estado sujeta a la energía de choque inicial. A la energía de burbujase le considera responsable del desplazamiento de la roca después de fracturarse. Se mide en laprueba submarina de energía y se calcula de acuerdo a la ecuación (figura 1.4): Eb = 0.684 * Ph2.5 * t 3 * ρ w1.5 − (5)donde Eb es la energía de burbuja, Ph es la presión hidrostática a la profundidad de la carga, t es elperíodo de tiempo entre el pulso de choque y la primera implosión de burbuja y ρ w es la densidaddel agua. Ver también Energía de choque.Energía de choque. Se determina en la prueba de la energía submarina y se define en tronaduracomo la energía usada para expandir el hoyo de tronadura a un equilibrio estable, Figura 1.4. Secalcula de los tiempos de pulso de presión inicial registrados por transductores de presiónlocalizados en el agua cerca de las cargas detonantes según la ecuación: 6.7φ 4π * R 2 ∫ P dt 2 Es = * (6) ρ w * Cw 0____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. -4-
  5. 5. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________donde R es la distancia desde la carga a los medidores de presión, ρ w es la densidad del agua, C, es lavelocidad del sonido en el agua; P(t) es la forma de la onda presión tiempo y φ es el tiempoconstante de la curva de choque.Espaciamiento, espaciamiento efectivo. El espaciamiento para un hoyo de tronadura se refiere a ladimensión lineal entre hoyos de tronadura adyacentes que forman una fila, y se mide usualmenteparalelo a la cara libre. El término usualmente se refiere al espaciamiento de la perforación. Eltérmino espaciamiento efectivo se refiere a la dimensión lineal entre hoyos que detonansucesivamente, y toma en consideración la dirección de la cara libre. Ver Figura 1.2.Estabilidad. Se usa el término estabilidad generalmente con respecto a los explosivos emulsión yacuagel y se refiere al tiempo que un producto explosivo puede quedar en un hoyo de tronadura sinque ocurra un cambio en la composición química o física. Fabricantes proveen "tiempos deresidencia" de manera que no ocurran pérdidas significativas de energía en la tronadura.Explosivos aluminizados. Son explosivos compuestos a los cuales se les adiciona aluminio enpolvo de diferente granulometría. El aluminio se añade para potenciar la energía efectiva delexplosivo, en virtud del alto calor de formación del óxido de aluminio que se produce durante lareacción de detonación. El aluminio no aumenta el volumen de gas producido, al contrario,disminuye al atrapar algo del oxígeno. El aluminio actúa como un combustible en la reacción y suuso debe estar acompañado por la reducción de otro componente combustible (por ej., petróleo). Elaluminio aumenta la performance al elevar la temperatura de reacción, aumentando por lo tanto lapresión peak de hoyo y aumentando la velocidad de desplazamiento del burden. El aluminio enpolvo se añade hasta un 10% en peso a los explosivos a granel. No aumenta la velocidad dedetonación de un explosivo y puede causar su reducción. La granulometría del aluminio en polvo esel principal factor que influye en su efectividad al mejorar la performance del explosivo. Partículasmás finas reaccionan más rápidamente y más completamente y tienen un mayor impacto que las másgruesas.Explosivos primarios Un explosivo que detona por ignición simple de medios tales como chispas,llamas, impacto, y otras fuentes primarias de calor. Explosivos Primarios incluyen aquellos que sehallan en detonadores, cordón detonante, e iniciadores.Explosivo secundarios son explosivos en que la detonación es iniciada por el impacto de ladetonación de un explosivo inicial (primario). Esta definición incluye todo explosivos usado entronadura de la roca. Materiales insensibles tales como nitrato del amonio se clasifican comoexplosivos terciarios.Explosivos slurries. Vea acuagel.____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. -5-
  6. 6. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________Factor de carga. Éste es el término usado para describir la cantidad de explosivo usado para romperun volumen o peso unitario de roca, El término tiene por eso las unidades de kg/m3 o kg/ton.Algunos también toman en cuenta la potencia en peso de explosivo para expresar el peso deexplosivo como equivalente a la potencia en peso equivalente al ANFO, o sea, Wteff = Wt*potencia en peso relativa. Otro usuarios prefieren usar un término inverso del factor de la carga, paradescribir el peso de roca quebrada por unidad de peso de explosivo (ton/kg).Factor de energía. Este término es similar al Factor de carga, pero la energía del explosivo seexpresa como una relación al peso o volumen de roca quebrada (o sea. MJ/m3 o MJ/ton). El factorde Energía es por eso el producto de Factor de la Carga y la potencia en Peso.Grado de Fijación. El grado de fijación se refiere al grado de confinamiento de la carga explosivaen el hoyo de tronadura, el que es influido por el número de caras libres, el ángulo de abertura a lascaras disponibles libres, y a la resistencia de la roca circundante. Langefors & Kihlstrom (1978)indican que para un hoyo de tronadura vertical con pasadura normal, el grado de fijación es launidad, decreciendo a 0.85 a medida que la inclinación del pozo aumenta a 180. Dependiendo de laaplicación, el grado de fijación puede variar de 0.5 a 2.0, Figura 1.5. Se usan valores de 1.5 a 2 entronaduras en túnel, con valores de 0.5 a 0.75 en hoyos de tronadura con una base libre (e. g. pozossin pasadura).Impedancia. La impedancia de un explosivo es el producto de su densidad y velocidad dedetonación. Idealmente los explosivos deben tener la misma impedancia que la roca (impedancia dela roca es el producto de la onda P y densidad) que se va a fragmentar, para efectuar la máximatransferencia de energía desde el hoyo de tronadura a la masa rocosa.Iniciación lateral. Iniciación lateral ocurre cuando una columna de explosivo detona radialmente enel hoyo de tronadura en lugar de a lo largo. A causa de la distancia requerida para alcanzar la VODde régimen, los explosivos con iniciación lateral producen una cantidad reducida de energía dechoque, y se usa a veces para controlar el daño y sobre quebradura en condiciones sensibles. Veatambién TrazadoIniciadores y reforzadores son ambos sistemas de explosivo de alta potencia, consistegeneralmente de iniciador de pentolita o un cartucho de emulsión o explosivo basado ennitroglicerina. El término iniciador se usa para designar la carga que inicia a la columna, mientrasque el término "reforzador" se usa para designar un aditivo a la columna para mantener unavelocidad alta de detonación en el explosivo. Para que el iniciador detone, la columna de explosivoen que se sumerge debe generar suficiente energía de choque para comenzar una detonación a travésde la sección completa de la columna del explosivo.Potencia en peso & potencia en Peso Relativa. La potencia en peso se refiere al rendimiento de laenergía de un peso conocido de explosivo, y tiene las unidades de energía por unidad de peso (MJ/kg). La potencia en peso relativa se refiere al rendimiento de la energía de un explosivo expresado____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. -6-
  7. 7. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________como un porcentaje del rendimiento de la energía del mismo peso de ANFO. El método más fiablepara estimar la potencia del explosivo es a través del uso de softwares computacionales para calcularla curva presión-tiempo para los productos de la detonación, ya que este es el mejor método paraestimar la "energía disponible". La potencia en peso relativa efectiva es un término para estimar laenergía relativa disponible en la reacción de la detonación hasta que los gases se disipan a laatmósfera. Ver también potencia en volumen & potencia en volumen relativa.Potencia en volumen y potencia relativa en volumen. La potencia en volumen se refiere a laenergía producida por un volumen de explosivo. La potencia relativa se refiere a la energíaproducida por un explosivo expresada como un porcentaje de la energía producida por un volumenigual de ANFO. La forma más confiable de evaluar la potencia de un explosivo es a través del usode códigos de computación para evaluar la curva presión-tiempo para los productos de ladetonación, ya que este es el mejor método para evaluar la energía disponible. La potencia relativaen volumen efectiva es un término usado para estimar la energía disponible relativa en la reacción dedetonación hasta que los gases en expansión se disipen a la atmósfera. La potencia relativa envolumen (RBS) se relaciona a la potencia relativa en peso (RWS) por la ecuación: ρ exp RBS = RWS * (7) ρ anfodonde ρ exp y ρ anfo se refieren a las densidades del explosivo y del ANFO respectivamente.Ver también Potencia en peso y Potencia relativa en peso.Presión de detonación. La presión de la detonación es la presión que ocurre dentro de la zonaprimaria de reacción que está limitada en un lado por el frente de choque y en el otro lado por elplano de Chapman Jouguet (C-J) (figura 1.6). Detrás del plano C-J, están los productos de lareacción, y aún algunos productos todavía sufren reacción, que ejercen una presión menor, conocidacomo la presión de explosión, o presión peak de hoyo. Presión de la detonación es usualmente unacantidad calculada basada en la densidad de explosivo ( ρ exp ) y el VOD del explosivo (VOD ), y expnormalmente se calcula de la ecuación: 2 Pd = 0.25 * ρ exp * VODexp (8)Generalmente se considera a la presión de detonación responsable del fracturamiento de la rocaalrededor del hoyo de tronadura. Rocas masivas de resistencia alta, usualmente requieren unapresión de detonación alta para una fragmentación óptima.Presión de la explosión. Vea Presión peak de hoyo de tronadura.Presión peak de hoyo, o Presión de Explosión, se usa para referirse a la presión peak desarrolladadetrás de la zona de reacción primaria en la columna del explosivo. La presión peak de hoyo____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. -7-
  8. 8. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________generalmente es aproximadamente un 45% de la presión de detonación. Es la presión peak de hoyola que se considera que produce el esfuerzo para levantar el burden, y dilatación de fracturas en lamasa rocosa que rodea un hoyo de tronadura.Proyección de rocas. Es el desplazamiento indeseado de roca de un área de la tronadura. Esimportante señalar que un buen diseño minimizará la ocurrencia de proyección, pero no puedegarantizar la eliminación de ella. No se debe permitir que las rocas salgan del área de la tronadura, yen situaciones de tronaduras en banco bien controlada usualmente la proyección no es más queaproximadamente 5 veces la altura del banco. La proyección puede ser causada por sobreconfinamiento de cargas, o sobrecarga debido a la presencia de cavidades o fracturas abiertas en laroca.Razón de carga. Este es un término que describe la distribución vertical de explosivo en un banco yes igual a la razón del largo de la carga sobre el piso del banco (o sea el largo de la carga – pasadura)a la altura del banco. Para diámetros grandes de pozos, esta relación puede ser pequeña, con unaproporción grande de explosivo localizado debajo el piso, en la pasadura. Bajo estas condiciones esdifícil lograr una fragmentación uniforme.Razón de rigidez. Es un término que describe la influencia de la geometría del disparo en el estadode confinamiento de una columna de explosivo, y se toma como la razón entre la altura del banco yel burden. Se sabe bien que la longitud de un hoyo de tronadura tiene una gran influencia en lacantidad de burden, que se puede romper aún para diámetros de pozo constantes. Pozos largosquiebran un burden fijo más fácilmente que pozos cortos y observaciones prácticas sugieren unalongitud óptima de hoyo de alrededor de 3 a 4 veces el burden. El óptimo representa un equilibrioentre la fragmentación mejorada de pozos más largos, y el aumento de la desviación en laperforación de los pozos largos.Resistencia al agua. La resistencia al agua de los explosivos varía extensamente según lacomposición del explosivo, y el empaquetamiento del explosivo. Los explosivos con nitrato deamonio/ petróleo (ANFO) tienen una resistencia al agua muy pobre, ya que el nitrato del amonio essoluble en agua. El efecto del agua en la performance del explosivo es reducir la sensibilidad delexplosivo, reduce la eficacia de reacción, y reduce la energía de reacción. Se acompaña la presenciade agua en el hoyo de tronadura frecuentemente por la generación de humo tóxico naranja o café.Finalmente, se puede reducir la sensibilidad al punto donde el producto no detonará. Explosivoscomunes comerciales no son a prueba de agua, ellos tienen sólo calidades de resistencia al agua. Laresistencia al agua se rankea cualitativamente usando términos tales como malo, regular, bueno oexcelente. Usualmente la resistencia al agua se clasifica para agua estática. Cuando el agua fluye porel hoyo de tronadura (agua dinámica), se agrega resistencia encartuchando el explosivo.Secuencia de la iniciación. Se describe frecuentemente en términos de VO, V1, V2, etc. El uso deldescriptor "V se adopta como una anotación para describir la orientación aproximada de la caralibre expuesta por los hoyos de tronadura al detonar. Los tipos diferentes de "V" se perfilan enFigura 1.6____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. -8-
  9. 9. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________Sensibilizantes & Sensibilidad. Sensibilizantes son aditivos para explosivos a granel que serequieren para que la formulación detone más fácilmente. Los más comunes son la nitroglicerina,TNT, micro esferas, aluminio, nitrato de hexamina, ceniza liviana o carbón en polvo fino, ycualquiera agente reducidor. La sensibilidad se usa para describir la facilidad con que se puededetonar un explosivo, y finalmente determina el diámetro del pozo mínimo; o diámetro del cartuchomínimo que se puede usar. La sensibilidad de un explosivo usualmente se describe en cuanto altamaño del iniciador requerido para efectuar una detonación óptima, y varía desde la sensibilidad aun detonador hasta un iniciador.Sobre presión. Es el término usado para describir las fluctuaciones de las presiones dinámicascreadas en el aire por la tronadura. Se usa este término en preferencia a "ruido" ya que tambiénincluye frecuencias de perturbación, que son inaudibles. Se mide usando una función lineal mientrasque el "ruido" se mide usando una función “A”.Taco de aire. Este término se usa para describir la combinación de una columna explosiva y unasección vacía no cargada del pozo (Figura 1.8). El taco de aire se usa para reducir el impacto de unacolumna explosiva en la roca adyacente, y al mismo tiempo para extender la región de influencia delexplosivo sobre la parte superior de él. La presencia de un taco de aire reduce la presión peakefectiva de hoyo, Pb* de acuerdo a la ecuación: Pb* = f c1.2 * Pb (9)donde fc es la relación de acoplamiento, y Pb es la presión peak de hoyo para el explosivo cuandoestá acoplado totalmente.Taco superior & taco intermedio. Taco superior es el material inerte añadido en la cima del hoyode tronadura para efectuar el confinamiento de los gases de la explosión y prevenir una proyeccióny sobre presión excesiva. El taco intermedio se añade a la columna del explosivo para reducirdeliberadamente la cantidad de explosivo contenido en un hoyo de tronadura. Se agrega tacointermedio en aquellas posiciones en el hoyo de tronadura donde la roca circundante es losuficientemente débil como para no requerir un quebrantamiento adicional. Vea Figura 1.9.Trazado. Trazado se refiere a la práctica de insertar una línea de cordón detonante dentro de unhoyo cargado. El efecto deseado es promover la insensibilización de una porción del explosivo, ocausar iniciación lateral del explosivo. Ambos efectos causan una disminución del rendimiento de laenergía de choque del explosivo, como consecuencia de esto provee algo de alivio a la roca encuanto a daño inducido.Tronadura de tacos intermedios. Éste es un término usado cuando una columna larga de explosivoes reemplazada por varias unidades de carga más pequeñas, con cada unidad separada por materialinerte tal como el taco superior. Usualmente, el taco intermedio se practica para reducir el peso deexplosivo por retardo, requiriendo que las cargas separadas sean independientes con diferentesretardos.____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. -9-
  10. 10. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________VeIocidad de Detonación. Velocidad de detonación (VOD) es una medida de la razón a que lareacción de la detonación procede por la columna del explosivo. Típicamente, el VOD variará dealrededor de 3000 m/ s para ANFO en hoyos de tronadura de diámetros pequeños a alrededor de6000 m/ s para emulsión y acuagel en hoyos de tronadura de diámetros más grandes. Se consideraun indicador del potencial de fragmentación de un explosivo, con el potencial creciente para unVOD creciente. La relación entre la presión de detonación, Pd y la VOD está dada por la ec.(8).Varios autores han sugerido que cuando se reduce el VOD, también se reduce la fracción de energíade la onda de choque fc de acuerdo a la relación: 2 VODact  f = (10)   VODss La velocidad de detonación es considerada por muchos el mejor "barómetro" para estimar laperformance y consistencia de formulaciones de explosivo a granel, pero no es, en sí mismo, unamedida de la energía total disponible del explosivo.Velocidad peak de Partícula & Velocidad de la onda P. La Velocidad peak de partícula (PPV) serefiere a la velocidad de movimiento de partículas individuales dentro de la masa rocosa como unavibración u onda de choque que se propaga por la roca. Estas partículas se pueden mover sólo encantidades pequeñas en 3 dimensiones, de manera que se pueden medir velocidades peak departícula en 3 direcciones ortogonales. El PPV medido en cualquiera ubicación es una función dela energía en la fuente de vibración, la distancia desde la fuente, y las características de la atenuaciónde la roca. La velocidad de la onda P, Vp, es una medida de la velocidad de propagación de la roca,y es independiente de la fuente de vibración. La velocidad de la onda P es controlada por la roca ypropiedades estructurales del medio. PPV y Vp, se relacionan en un medio elástico, homogéneosegún la ecuación: PPV ε= (11) Vpdonde ε es el nivel de deformación inducida dinámica en la roca____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 10 -
  11. 11. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________2. TEORIA DE TRONADURA.2.1. GENERAL.Los explosivos están hechos de oxidantes y combustibles en una mezcla meta estable. Dándoles unestímulo suficiente, se descomponen violentamente liberando una gran cantidad de energía que llegaa ser útil para quebrar la roca. En la mayoría de los explosivos comerciales, los oxidantes sonprincipalmente nitratos, siendo el nitrato de amonio el material básico de fabricación. Otros nitratoscomúnmente usados incluyen el de sodio, calcio, potasio y aún algunos inorgánicos tales comoaminas y hexaminas.Los combustibles básicos para un explosivo incluyen el C y el H, ya que estos reaccionan con el Opara liberar grandes cantidades de energía. La mayoría de los combustibles son hidrocarburos quetienen una estructura básica de CH2.En general, hay dos tipos de explosivos: los moleculares y los compuestos. Los moleculares tienenO y combustible dentro de las mismas moléculas; tienen la ventaja que los oxidantes y combustiblesestán en contacto íntimo, de manera que la reacción se lleva a cabo extremadamente rápida, ygeneralmente es completa. El trinitrotolueno (TNT) es un ejemplo de un explosivo molecular. Losexplosivos compuestos tienen oxidantes y combustibles en diferentes moléculas o en diferentescompuestos. Debido a que el combustible y el oxidante están muy separados relativamente, lareacción de descomposición se lleva a cabo mucho más lentamente que en un explosivo molecular.El ANFO, las emulsiones y los acuageles son todos ejemplos de explosivos compuestos, aunque,estrictamente hablando, ellos son un sistema híbrido ya que el nitrato de amonio contiene tantocombustible (H) y O en asociación molecular, en adición al combustible separado contenido en elpetróleo.Dos aspectos importantes de la formulación de un explosivo son el tamaño de las partículasinvolucradas en la reacción y la cantidad de espacio libre de huecos en la formulación. En su estadonormal, el petróleo no se absorbe en la superficie del nitrato de amonio. Cuando se muele losuficientemente fino, el área superficial llega a ser lo suficientemente grande y el petróleo puedeformar un fino recubrimiento sobre el polvo, lo suficiente para permitir y sostener la reacción dedescomposición. Pero el polvo del nitrato de amonio es difícil de manejar de manera que sedesarrolló un prill poroso. El prill consiste de un caparazón de cristal con el espacio entre cristalessemejando poros o capilares. Cuando se mezcla con petróleo, éste penetra el prill por acción capilar.El grado de intimidad de la mezcla de petróleo dentro del prill está algo influenciado por el diámetrodel prill: pequeños prills proporcionan una distribución más uniforme que prills grandes.Típicamente, el prill grado explosivo tiene un rango de tamaño desde 1 mm a 3 mm, estando elgrueso del material entre 1 a 2 mm de diámetro.El concepto de espacio libre es particularmente importante en los explosivos compuestos. El espaciolibre o hueco en un explosivo parece servir dos propósitos. Primeramente el espacio permite que eloxidante y el combustible se muevan juntos. Si la densidad en volumen de la formulación es muygrande, el movimiento de los componentes es impedido y la reacción se detendrá. En segundo lugar____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 11 -
  12. 12. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________el espacio libre proporcionará un mecanismo para la generación de “puntos calientes” causados porla compresión adiabática. El calor generado por la compresión produce un punto caliente quepermite que la reacción se sostenga por sí misma. Si la reacción encuentra una zona en que hayinsuficientes huecos, (por ej. donde no hay micro esferas) la reacción se apagará y la detonacióncesará. En el caso del ANFO, el espacio de huecos se proporciona en virtud de la porosidad de losprills. Puesto que la densidad del cristal de nitrato de amonio es alrededor de 1.7 gr./cc y la densidaden volumen del prill de casi 0.85 gr./cc, se puede ver que el nitrato de amonio prilado contiene unporcentaje de huecos de casi un 50%. A una densidad aproximada de 1.1 a 1.2 gr./cc, el nitrato deamonio llega a ser demasiado denso para sostener una detonación.2.2. QUIMICA DE LOS EXPLOSIVOS.Se asume en esta sección que la reacción de la descomposición para el explosivo resultará en unaoxidación completa de todos sus componentes. La validez de esta suposición es algo dependiente dela composición correcta y del tamaño del prill. La reacción básica de descomposición para el nitratode amonio está dada por: 2 NH 4 NO3 →4 H 2 O + 2 N 2 + O2 (12)de la cual el balance de oxígeno se puede estimar del conocimiento de los pesos atómicos de todoslos elementos; éste será de 0.2 g/g ó 20%. Similarmente, la reacción de descomposición para elcomponente combustible del ANFO (simplificado como CH2) se puede escribir como: 2CH 2 + 3O2 →2CO2 + 2 H 2 O (13)Esta reacción se ve deficiente en oxígeno, de manera que el oxígeno requerido para completar lareacción debe ser proporcionado por el componente oxidante del explosivo. Cuando los doscomponentes se mezclan juntos, la ecuación de la reacción se puede escribir como: 3 NH 4 NO3 + CH 2 →7 H 2 O + 3 N 2 + CO2 (14)de la cual la cantidad de combustible requerido para lograr una mezcla con oxígeno balanceado sepuede calcular que es 15/254 ó 5.51%. En el caso que se agregue menos combustible, se dispone deun exceso de oxígeno y se produce óxido nitroso (NO) en adición a los productos de más arriba.Debido a su baja estabilidad en la presencia de oxígeno libre, este producto se reduce rápidamente adióxido de nitrógeno (NO2) que es altamente tóxico, y combinado con la humedad atmosféricaforma ácido nítrico. Cuando se forma, el óxido nitroso es claramente visible en la forma de humocoloreado naranja o café. Una consecuencia adicional de añadir poco combustible es que tanto laenergía de reacción como el VOD disminuye relativo a aquellas de una mezcla balanceada. La fig.2.1 muestra como la energía del ANFO varía con los cambios en la cantidad de petróleo, y la fig. 2.2muestra el efecto en el VOD.En el caso que la cantidad de petróleo excede al 5.5%, la mezcla resultante se convierte en deficienteen oxígeno, resultando en la formación de monóxido de carbono, más tóxico que el relativamente____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 12 -
  13. 13. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________inofensivo dióxido de carbono CO2. Aunque la energía de reacción también disminuye con el excesode petróleo, esta disminución es menor que la que ocurre para el exceso de oxígeno. De las dosalternativas, es mejor tener un ligero exceso de petróleo, de manera que la formulación más comúnde ANFO tiene 6% de petróleo.Un aditivo común a muchas formulaciones de explosivos es el aluminio, añadido en forma de polvoo de gránulos. El Al aumenta la potencia en volumen de los explosivos, aún de las emulsiones dealta densidad. El Al se añade al explosivo ya sea a granel o envasado, debido a que es uncombustible altamente energético.La reacción del Al durante la detonación produce el óxido metálico sólido Al2O; ningún productogaseoso con Al se produce en la reacción de detonación. El Al, por lo tanto, reduce la formación degas, atrayendo algo del oxígeno que de otra forma estaría disponible en la reacción para producirvapor o dióxido de carbono. La ecuación de la reacción química del ANFO con Al está dada por:3NH4 NO3 + XCH2 +2(1− X ) Al → (6+ X ) H2O +3N2 + XCO2 + (1− X ) Al2O3para x ≤1 (15)El Al se añade en cantidades de hasta 15% en peso, pero lo más común son cantidades entre 5 y 10en peso. De la ec. 15, el 5% de Al requerirá una reducción en el contenido de petróleo de 5.7 a 4%para un balance de oxígeno perfecto y también reducirá el volumen total de gas de 11 moles como secalculó en la ec. 14 a 10.5 moles como se calculó en la ec. 15.Es claro de la ec. 15, que el Al actúa como un combustible en la reacción de descomposición delnitrato de amonio. El beneficio del Al como un aditivo a los explosivos está en el muy alto calor deformación del óxido de Al, aproximadamente 16.25 MJ/Kg. Este calor de formación resulta en unconsiderable aumento en la temperatura de los productos gaseosos de la reacción, que a su vezproduce un considerable incremento en la presión de los gases en el hoyo. El aumento de presióncausado por el aumento de la temperatura de los gases más que compensa la reducción en elvolumen de gas producido, de manera que el efecto neto de añadir Al es aumentar la energíadisponible teórica, principalmente a través de un aumento de la energía de levantamiento.Si el Al se añade como un combustible y es para contribuir totalmente a la energía del explosivo,debe cumplir estrictas especificaciones de tamaño. El Al se añade en forma metálica, generalmentecomo polvo. Si el tamaño del grano del Al es muy grueso, el tiempo disponible para la oxidaciónserá inadecuado para permitir una reacción completa del Al, y el beneficio total no se obtendrá.Además, bajo estas condiciones, tenderá a existir un exceso de oxígeno (insuficiente combustible), yse generarán humos de óxidos nitrosos. Si el polvo de Al es muy fino, es muy riesgoso manejarlo, yaque el polvo en sí se convierte en un riesgo de explosión de polvo. El tamaño ideal para el polvoparece estar en el rango de 70 a 100 mallas.2.3. TECNOLOGIA DEL PRILL.____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 13 -
  14. 14. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________El nitrato de amonio sólido usado en los explosivos simples se suministran en la forma de prills.Estos prills deben ser porosos y de una distribución de tamaño uniforme. El tamaño típico para elprill de nitrato de amonio grado explosivo es: 100% < 3 mm 90% < 2 mm 1% < 1 mmEl grueso del prill en el nitrato de amonio grado explosivo, por lo tanto, debe tener un diámetroentre 1 y 2 mm.Durante la formación de los prills, una fina capa de arcilla se añade generalmente en el exterior delprill. Esto es para contra restar la naturaleza higroscópica del nitrato. El nitrato sin recubrimiento encontacto con el aire que tenga un 60% de humedad, eventualmente se transforma en líquido. Arcillafinamente adherida a la superficie del prill reduce este efecto, pero también reduce la sensibilidad ypermeabilidad del prill. Pequeñas cantidades de aditivos de sulfato de Al también se pueden añadirpara mejorar la resistencia del prill.La densidad de los prills individuales grado explosivo, debe estar alrededor de 1.2 gr./cc, dando unadensidad en volumen de casi 0.8 gr./cc. Si la densidad y tamaño de los prills están en el rangocorrecto, entonces no debería haber dificultad con el funcionamiento del producto cuando se mezclacon 6% de petróleo, a menos que los prills estén recubiertos con un exceso de arcilla.Los prills con permeabilidad reducida se pueden detectar examinando una sección transversal delprill después que se ha mezclado con petróleo coloreado. Si el petróleo ha penetrado uniformemente,el interior del prill estará coloreado uniformemente. Si no, el interior permanecerá blanco mientrasque el exterior estará coloreado. Este tipo de prill no reaccionará adecuadamente y elfuncionamiento de la detonación será inadecuado.Durante el almacenamiento del nitrato de amonio el ciclo de temperatura puede significar undesmoronamiento de la estructura del prill. Cuando la temperatura del nitrato de amonio puro seeleva sobre los 32,1° C, ocurre un cambio espontáneo en la estructura del cristal. El cambio en ladensidad y el volumen de la estructura del cristal resultará en un agrietamiento del cristal y, por lotanto, en el prill. Cuando se enfría bajo los 32° C los cristales tienden a aglutinarse y si hay algunahumedad presente, el producto empezará a formar terrones.Si los prills están dentro de un cartucho de emulsión, el ciclo de temperatura promoverá lacristalización de la fase emulsión, conduciendo a una pérdida significativa de la sensibilidad y alfinal de la insensibilización del producto.____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 14 -
  15. 15. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________2.4. ENERGIA DEL EXPLOSIVO.La energía del explosivo se puede definir en términos del trabajo de expansión de los gases de altapresión, o sea, el área bajo la curva PV como se muestra en la fig. 2.3, y como se muestra en lasiguiente ecuación: Pc Energía = ∫ PdV (16) Pddonde P y V se refieren a la presión y el volumen de los gases de explosión en cualquier instante enel tiempo, Pd es la presión de detonación y Pc es la presión crítica a la cual ningún trabajo adicionalse realiza debido a la expulsión del gas a la atmósfera.De muchas observaciones del funcionamiento de un amplio rango de explosivos, la presión crítica ala cual el trabajo útil cesa, es alrededor de los 100 MPa. Por esta razón, la energía disponible para eltrabajo útil es sustancialmente menor que el trabajo teórico obtenido en consideración de los caloresde formación de los reactantes individuales.La curva PV es característica de cada formulación de explosivo y su derivación requiereconocimiento preciso de la composición del producto. Los explosivos emulsiones, por ej., tienen unacurva completamente diferente, con el área total bajo la curva (de Pd a presión ambiental) menorque los del Anfo. Esto se espera debido a la presencia de cantidades sustanciales de agua, y el efectode apagado que tiene esto en la reacción. Sin embargo, el área bajo la curva PV desde Pd a Pcnormal, es frecuentemente mayor o muy similar a la del Anfo, de manera que las emulsiones puedentener una potencia en peso efectiva muy cercana o aún exceder al 100%.Es importante notar que los factores que afectan a la presión de venteo de los gases de explosión(tales como el grado de confinamiento de la carga) afectará también la cantidad de energía obtenidade los explosivos y pueden, por lo tanto, esperarse que influya en los perfiles de la pila, lafragmentación y los niveles peak de vibración. Estudios recientes de McKenzie et al (1992),investigaron la relación entre la energía disponible y la vibración inducida.2.5 TECNOLOGIA DE LA EMULSION Y DEL ACUAGEL.Los explosivos emulsiones comúnmente usados están también basados fuertemente en el nitrato deamonio como la sal oxidante y el petróleo como la fuente de combustible, de manera que la reacciónquímica para estos productos no es muy diferente que la del Anfo.Las emulsiones se fabrican comúnmente produciendo primero una solución acuosa super saturadade sal(es) oxidantes y luego finamente dispersa en una fase aceite para formar una emulsión aguaen aceite. La solución de sales siempre contendrá nitrato de amonio pero puede también tenernitrato de calcio o de sodio. Debido a que la solución se hace super saturada, cuando se enfría atemperatura ambiente se convierte en meta estable, mostrando una fuerte tendencia a formarcristales de varias sales de nitrato. Una formulación típica para una emulsión que contiene tanto____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 15 -
  16. 16. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________nitrato de amonio y de calcio debe ser alrededor de 65% de nitrato de amonio, 16% de nitrato decalcio, 12% de agua y 7% de petróleo. Algunas formulaciones pueden contener hasta alrededor de18% de agua.El nitrato de calcio añadido a la solución también contribuye a la energía total, pero en una tasasignificantemente menor que el nitrato de amonio. La potencia del nitrato de calcio, de acuerdo aratings internacionales es sólo la mitad que la del nitrato de amonio. Es importante destacar queestos nitratos son los únicos ingredientes activos en la mayoría de las emulsiones (excepto en lospocos casos donde se añade Al).Las gotas finas de sales acuosas se previenen de la coalescencia añadiéndole un emulsificante queforma un recubrimiento de una capa de una cadena polar de hidrocarbono alrededor de cada gota.La naturaleza polar de la gota recubierta previene la coalescencia con otras gotas similarmenterecubiertas y cargadas. La mezcla resultante, por lo tanto, logra un alto grado de intimidad entre elcombustible y el oxidante del explosivo, resultando en un aumento en la tasa de reacción logradapor el explosivo durante la detonación.Generalmente la fase emulsión misma no se clasifica como un explosivo, pero sí como un agentede tronadura. Esta distinción se hace con la base de sensibilidad o de energía requerida para iniciarla reacción. Las emulsiones requieren una sensibilización a través de la adición de sensibilizantestales como burbujas de gas, micro esferas de vidrio o prills, antes de que ellas se clasifiquen comoexplosivos y se puedan iniciar con pequeñas cantidades de explosivos primarios. Estos aditivosproporcionan los puntos calientes, a través de su compresibilidad, necesarios para sostener ypropagar la reacción. Los productos emulsiones hechos de esta forma se refieren a los bombeables,ya que el bombeo es la forma recomendable de cargar estos productos altamente viscosos. Aunquese han hecho algunas pruebas de vaciar estos productos en el hoyo, no es una prácticarecomendable, particularmente en hoyos de pequeño diámetro, debido a la posibilidad de bloqueodel producto en el hoyo.En vez de dispersar la solución salina acuosa en petróleo, es posible usar ceras o parafinas. Estosson hidrocarburos de cadena muy larga; a temperatura ambiente se convierten en rígidos ymaleables. Cuando se usan parafinas en vez de petróleo, el producto llega a ser muy rígido alenfriarse; estos productos se usan para hacer emulsiones encartuchadas de diferente rigidez. Sinembargo, la formulación del producto tiene un alto porcentaje de sensibilizantes para hacerlossensibles a un detonador.Los explosivos acuageles son soluciones acuosas que son sensibilizadas y entrelazadas paraproporcionar una buena resistencia al agua, pero difiere considerablemente de las emulsiones ensus formulaciones. En los explosivos acuageles, se fabrica una solución acuosa madre, conteniendonitrato de amonio y otros componentes activos, tales como perclorato de amonio, nitrato dehexamina, Al y nitrato de metil amina. Estos aditivos tienen una tasa de energía mayor que elnitrato de amonio, tendiendo a aumentar la energía relativa a la de las emulsiones.La química del acuagel es más compleja que la de la emulsión, requiriendo un buen control sobrela mezcla y fabricación del producto. Sin embargo, en general ella se puede resumir con que tienen____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 16 -
  17. 17. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________componentes más energéticos y una cantidad de agua similar o menor que la emulsión. El acuagelmás comúnmente encontrado en Australia contiene alrededor de 85 a 90% de componentesreactivos (nitrato de amonio, de hexamina, perclorato de amonio) y menos de 10% de agua. Otrosaditivos principales incluyen la goma de guar para lograr la consistencia requerida del producto,agentes entrelazadores para proporcionar la resistencia “gel” al agua y agentes sensibilizantes.2.6 MECANISMOS DE LA EXPLOSION.La reacción principal que constituye la detonación explosiva, ocurre dentro de una zona delgadadenominada la zona de reacción principal dentro del hoyo. Esta se extiende desde el frente dechoque a un límite posterior denominado el plano de Chapman Jouguet (CJ), siendo el largo de esazona característico de un explosivo. Las reacciones que ocurren dentro de la zona de reacciónprincipal, generan la presión peak (la presión de detonación) y produce la acción de esparcimientodel explosivo. Detrás de la zona principal hay una zona de baja presión o de hoyo. La presión deesta sección es casi la mitad que la de detonación para explosivos acoplados totalmente.En explosivos ideales, la reacción de los componentes está completamente dentro de la zona dereacción principal. Luego, la energía máxima, está disponible para conducir la reacción y lapresión de detonación es la máxima. En explosivos no ideales (incluyendo todos los basados enANFO) sólo parte de la reacción ocurre en la zona de reacción principal, ocurriendo algunas detrásdel plano CJ. Esto reduce la presión de detonación pero puede no disminuir la presión de hoyo queactúa detrás de la zona de reacción.La presión de detonación lograda por un explosivo se puede estimar en un grado razonable de laVOD usando la ec. simple: Pd = 250 * ρ * VOD 2 *10-6 (17)donde VOD está en m/s, ρ es la densidad del explosivo en gr./cc y Pd es la presión de detonaciónen MPa.La presión de detonación se considera que es el mejor indicador del potencial de fuerza,esparcimiento o fragmentación de un explosivo en tipos de rocas competentes y de alta densidad.Es particularmente importante mantener una alta presión de detonación y de hoyo en la base de loshoyos para asegurar una excavación fácil de la pila. En este contexto, el uso de explosivosencartuchados tiene algunas dificultades.Cuando se seleccionan explosivos encartuchados para usar en hoyos de tronadura, el diámetro delcartucho se selecciona siempre que sea al menos 10 mm menor que el diámetro del hoyo, parafacilitar el carguío. Esto significa que un anillo de aire rodea al explosivo en el hoyo y este anilloservirá para reducir la presión peak de hoyo y por lo tanto reducir la cantidad de rompimiento. Estasituación puede ser evitada rajando los cartuchos primero para asegurar el impacto o taquearlos,entonces ellos se expandirán para ocupar completamente el hoyo. Cuando se carga en hoyos llenos____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 17 -
  18. 18. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________de agua sin embargo los cartuchos no se deben rajar puesto que ellos se pueden atascar en el hoyoen la interfase aire/agua, provocando un carguío pobre.Debido a la fuerte dependencia de la presión de detonación en la VOD, este último término setoma a menudo como el indicador de la fragmentación potencial de un explosivo. La VOD no esuna medida de la energía de choque de un explosivo ni de su sensibilidad pero se usa como unindicador de la energía de choque, de la estabilidad de la emulsión y de la consistencia de laformulación. Chiappetta (1991) demuestra como las mediciones del VOD en terreno se usan paracuantificar el funcionamiento de un explosivo y como este término se usa para proporcionarestimaciones aceptables para la habilidad del explosivo para crear una red de fracturas en un mediodado.La VOD de los explosivos comerciales depende del diámetro de la carga, del grado deconfinamiento al momento de la detonación, aumentando a medida que el diámetro y elconfinamiento aumenta.Como regla general, los explosivos con alta VOD proporcionan mejor fragmentación yesparcimiento en roca dura, masivas o masa rocosa con bloques y hay poco beneficio en usarexplosivos con alto VOD en rocas blandas y altamente fracturadas. La justificación para elaumento del VOD para roca de alta resistencia viene del análisis de la transferencia de energía a lasparedes del hoyo. La transferencia de energía se maximiza cuando la impedancia de los dos medioses igual. La impedancia del explosivo se define como el producto del VOD y la densidad, mientrasque la impedancia de la roca es el producto de la velocidad de la onda P y la densidad de la roca.Típicamente, la impedancia de una roca de alta resistencia tal como el granito está alrededor de12,5x106 Kg. m-2 seg-1 (5000 m/s x 2500 kg/m3) mientras que la impedancia de un explosivo conalto VOD está alrededor de 7,8 x 106 Kg. m-2 seg-1 (6000 x 1300 kg/m3). El ANFO, por ej. , tieneuna impedancia de 3,4 x 106 kg. m-2 seg-1 (4000 m/s x 850 kg/m3).El impacto de las propiedades de las rocas en el funcionamiento del explosivo se discute en lasección 3.1, tratando los efectos de las propiedades en la fragmentación.2.7 EXPLOSIVOS INICIADORES.El término de explosivos iniciadores se refiere a los métodos de iniciar las mallas de tronadura. Enalgunas aplicaciones el explosivo en el hoyo se iniciará directamente por el detonador o por uncordón detonante, mientras que en otros casos estos elementos iniciarán a un explosivo iniciador,el que a su vez iniciará la columna explosiva.Por definición, los explosivos iniciadores tienen una densidad más alta que los explosivossecundarios cargados en los hoyos. El sistema de iniciación más adecuado para cualquieraplicación depende de muchos factores, incluyendo:1. Tipo de explosivo y susceptibilidad a la desensibilización.2. Profundidad del hoyo.3. Costo y sensibilidad a tiros quedados.____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 18 -
  19. 19. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________4. Requerimiento de desplazamiento de la pila.5. Susceptibilidad a riesgos eléctricos.6. Requerimiento de tiempo que la tronadura quedará cargada sin tronarla.2.7.1. CORDONES DETONANTES.El sistema más simple para iniciar la malla de tronadura es probablemente la combinación decordón detonante y conectores de retardo para cordón detonante. Los cordones detonantes sonexplosivos lineales resistentes que contienen una carga en su núcleo de un alto explosivo envueltopor un plástico y posiblemente envuelto además por un recubrimiento textil para proporcionar unacubierta resistente al agua. El cordón se consume durante la detonación y detona a una velocidadde casi 7.000 m/s. La detonación es extremadamente violenta y es capaz de causar un dañoconsiderable al material del taco y a la columna explosiva a través de la cual pasa. Al alcanzar aliniciador, el impacto es suficiente para causar la iniciación. Alternativamente, el cordón detonantepuede sacarse del iniciador de manera que la cola de un detonador no eléctrico se active y este, a suvez, pueda activar un retardo en el hoyo. Este sistema se llama el “iniciador deslizante”.Cuando se usa el sistema de cordón detonante es importante minimizar la potencia del cordón. Estodebido a que la detonación del cordón puede ser suficiente, bajo ciertas circunstancias, de iniciar lacolumna explosiva. Cuando en el interior del hoyo existe un iniciador, esto puede causar seriosproblemas de fragmentación y de proyección de rocas. Aún cuando el hoyo no contenga uniniciador en el hoyo, la iniciación lateral del explosivo resulta en una pérdida significativa deenergía del explosivo, especialmente de la energía de choque.Aún cuando el cordón detonante no detone al explosivo, este causará una insensibilización parcialdel explosivo y una pérdida consecuente de energía del explosivo. Es un truco que han efectuadomuchas operaciones de “trazar” hoyos con cordón detonante como medio de un control efectivodurante la tronadura de contorno. La iniciación lateral o insensibilización parcial del explosivo,causa una caída importante en la energía de choque que hace que el explosivo emule a uno de bajapotencia.Cuando se usa la iniciación por cordón detonante se debe tener cuidado en las conexiones desuperficie. Las conexiones entre líneas de cordón detonante debe hacerse en ángulo recto, ya queun ángulo agudo entre las líneas causará un corte.Cuando se use cordón detonante para iniciar un explosivo iniciador, debe asegurarse que eliniciador es sensible a la potencia del cordón en uso. Muchos iniciadores, incluyendo los depentolita y las emulsiones encartuchadas, por ej., no son sensibles al cordón con un núcleo demenos de 10 gr./m.2.7.2. DETONADORES ELECTRICOS.____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 19 -
  20. 20. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________Los detonadores eléctricos de retardo se utilizan comúnmente para iniciar hoyos en tronaduras encanteras (aunque este método se está reemplazado rápidamente por la iniciación no eléctrica) y entronaduras de zanjas y otras de pequeña escala.Cuando se estima o compara el uso de la iniciación eléctrica respecto de los sistemas no eléctricos,se debe poner mucha atención en el punto de la exactitud del tiempo de iniciación.Como una observación general, la exactitud de los detonadores eléctricos comercialmentedisponibles en Australia, es menor que la de los sistemas no eléctricos de períodos comparables,aunque debe puntualizarse que la exactitud del detonador con retardo pirotécnico es muydependiente del tiempo y de la condición de almacenamiento. La tabla 2.1, por ej., presenta unresumen de la comparación entre los detonadores de retardo eléctrico y no eléctricos,comercialmente disponibles en Australia. VARIABLE RANGO (%) NO ELECTRICOS ELECTRICOS Rango de 25 – 8000 30 – 845 tiempos (ms) Coeficiente de 0.8 – 2.8 2.0 – 3.0 varianza del batch (%) Coeficiente de 1.0 – 4.5 2.5 – 4.5 varianza total (%) Dispersión al 2.0 – 9.0 5.0 – 9.0 95% de confianza (%)TABLA 2.1. Resumen de la comparación de dispersión para detonadores eléctricos y no eléctricos.La generalización no parece ser válida por ej. en USA, donde los detonadores eléctricos de retardonuevos y de alta exactitud son a lo menos tan exactos como los retardos no eléctricos más nuevos(+/- 2% de dispersión con el 95% de nivel de confianza).Generalmente hablando, la dispersión del retardo no es un problema principal en la tronadura, perosí cuando la probabilidad de traslape o detonación fuera de secuencia, Posd, alcanza un nivelinaceptablemente alto. La definición de “inaceptablemente alto” es muy dependiente de laaplicación (Heilig & McKenzie, 1988) y no se puede dar una regla general. La probabilidad detraslape se calcula de la ec.:____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 20 -
  21. 21. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________  (t n+1 − tn )  Posd = 1 − φ   (18)   (S 2 n 2 + S n+1 )  donde φ ( x ) es la función de probabilidad acumulativa para la varianza estándar normal, tn y tn+1son los tiempos nominales de iniciación y Sn y Sn+1 son las desviaciones estándar para los retardosnúmeros n y n+1 respectivamente.Como una buena aproximación, la función de probabilidad acumulada F(x) se puede calcular acualquiera de los dos retardos (m y n) usando las siguientes relaciones. El uso de estas ecuacioneselimina la necesidad de tablas matemáticas, permitiendo la posibilidad de ser calculada en formatode planilla electrónica. Estas ec. proporcionan una aproximación a las áreas bajo la curva dedistribución normal o gaussiana, y son exactas hasta a lo menos tres lugares decimales. Pr obabilidad = F ( A1 t + A2 t 2 + A3 t 3 + A4 t 4 + A5 t 5 ) 1 t= [ 1 + A6γ ( x ) ] −γ ( x ) 2 2 e F= (19) 2π tm − tn γ (x) = 2 2 Sm + Sndonde A1 = 0.319381530 S = desviación estándar del tiempo de disparo A2 = -0.356563782 t = tiempo nominal de disparo A3 = 1.781477937 A4 = -1.821255978 A5 = 1.330274429 A6 = 0.2316419Los retardos eléctricos muestran una baja probabilidad de traslape (y por lo tanto un buen control dela fragmentación y niveles de trastornos ambientales) para tronaduras de tamaño pequeño. Esto seilustra en la fig. 2.4 para coeficientes de varianza de 3 a 5% que se considera típicos para retardoseléctricos en Australia. Cuando el tamaño de la tronadura necesita el uso de números de retardosmás altos (sobre el #12), la probabilidad de traslape llega a ser significativa y aumenta con elaumento del número del retardo, de manera que saltarse un período (o sea, omitir algún elemento deretardo en las series) para los números de retardo más altos es muy común. Este hecho tiende a____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 21 -
  22. 22. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________reducir el tamaño máximo de la tronadura que se pueden iniciar, especialmente si se desea limitar elnúmero de hoyos que comparten un número de retardo común.Otro factor que limita el tamaño de las tronaduras que se puede disparar es la dificultad de energizarun gran número de detonadores eléctricos, con la mayoría de los sistemas portátiles con limitacionesa no más que 100 hoyos. La seguridad es también un tema importante con los retardos eléctricosdebido a su susceptibilidad a la iniciación por fuentes extrañas, que incluyen a los transmisores deradio y los rayos.Los detonadores eléctricos disponibles comercialmente en Australia tienen un grado más alto dedispersión que la mayoría de los detonadores de retardo no eléctricos, y son más adecuados entronaduras pequeñas. La aplicación de sistemas de iniciación eléctricos a las tronaduras que tienenmás de 30 hoyos generalmente resultará en retardos compartidos, en donde muchos hoyos se inicianal mismo tiempo nominal. La aplicación de la iniciación eléctrica se limita generalmente atronaduras con poco menos de 100 hoyos.2.7.3. DETONADORES NO ELECTRICOS.Los detonadores no eléctricos muestran un grado de dispersión igual o menor que los detonadoreseléctricos. Sin embargo, dependiendo del período del retardo en el hoyo, y de la combinación de losretardos de superficie usados entre hoyos y entre filas, la dispersión absoluta en los tiempos deiniciación puede exceder a los del sistema eléctrico. Una selección cuidadosa de los elementos en elsistema no eléctrico permitirá que se inicien tronaduras grandes más fácilmente y en forma segurade lo que es posible con la iniciación eléctrica. Tal vez la principal razón para usar sistemas deiniciación no eléctricos en tronaduras grandes es que la probabilidad de traslape permanececonstante a través de toda la tronadura, independientemente del tamaño de las tronaduras y elnúmero de hoyos que detonan en un mismo tiempo se reduce significativamente en comparacióncon el mismo diseño iniciado con detonadores eléctricos.Debido a que no hay series no eléctricas fijas, no es posible generar un gráfico de probabilidad detraslape similar a la fig. 2.4 que se aplica a todas las tronaduras no eléctricas. Sin embargo, esposible construir el gráfico para un caso particular y considerar las probabilidades de traslape paravarios hoyos dentro de la tronadura. La fig. 2.5 considera las probabilidades de traslape (asumiendoun coeficiente de varianza de 1 y 2%, lo que parece típico de las unidades de alta exactitud usadascomo retardo constante dentro del hoyo) para hoyos adyacentes a un hoyo localizado en cualquierparte en la tronadura de la fig. 2.6, que contiene una combinación de 175 ms en el hoyo y 17 & 42ms en superficie (combinaciones típicas en una cantera). Los números adyacentes a los hoyos en lafig. 2.6 representan los tiempos de disparo para los hoyos relativo al hoyo de referencia marcado“o”. El diagrama de traslape permanecerá sin cambiar para cualquier hoyo seleccionado dereferencia: ésta es una de las principales ventajas de los sistemas de iniciación no eléctricos.Para el retardo en el hoyo elegido de 175 ms, el diagrama no eléctrico de traslape indica unaprobabilidad muy baja de traslape entre hoyos adyacentes en la misma fila y entre hoyos endiferentes filas. Para estos tiempos de retardo en el hoyo más grandes (por ej. 500 ms) la____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 22 -
  23. 23. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________probabilidad de traslape entre hoyos en la misma fila aumenta significativamente. La altaprobabilidad de traslape en estos casos, para hoyos en la misma fila, generalmente no se consideraun problema, ya que los hoyos en la misma fila se disparan hacia una cara libre y la detonación fuerade secuencia en la misma fila no afectará por lo tanto adversamente a la fragmentación, vibración oproyección de rocas. Esto es en contraste a la situación con retardos eléctricos donde el traslapepuede ocurrir entre filas de hoyos, dependiendo de como se ha secuenciado el diseño.Los sistemas de iniciación no eléctricos son los preferidos y recomendados para la iniciación demallas grandes de tronaduras, proporcionando buen control sobre la secuencia de detonación yminimizando el impacto de los trastornos ambientales. El control de la secuencia es independientedel tamaño de la tronadura y el tiempo de la tronadura puede variarse para proporcionar más controlsobre los niveles y frecuencias de vibración inducida. Sin embargo, debe mantenerse unaobservación muy de cerca a los últimos desarrollos con la iniciación eléctrica y electrónica.2.7.4. COMPARACION ENTRE DETONADORES ELECTRICOS Y NO ELECTRICOS.Conociendo la variabilidad en los elementos de retardo, la estadística permite el cálculo de laprobabilidad que cualquier diseño de tronadura dado, detonará en la secuencia diseñada. Para elpropósito de este estudio, una secuencia controlada de iniciación se define por:Una secuencia de iniciación donde cada carga explosiva detonará subsecuentemente a cargas entreella y la cara libre. Tomando en cuenta el ángulo de salida (130°) y la influencia de los hoyoscircundantes, el área de influencia se asume también que incluye cargas dentro del espaciamiento deun hoyo o como se muestra en la fig. 2.7. Tanto los sistemas de retardo eléctricos y no eléctricos sehan evaluado para “un diseño estándar de 18 hoyos” como se muestra en la fig. 2.8. La comparaciónse ha efectuado para tiempos de retardo no eléctricos en el hoyo de 175 ms y 500 ms. Los gráficosde probabilidad calculados, que muestran la probabilidad que todos los 18 hoyos detonarán en “unasecuencia controlada”, se pueden ver en la fig. 2.9, e indica:1. Una disminución en la probabilidad de que no haya una secuencia inversa a medida que la variabilidad de retardo aumenta (para todos los sistemas de retardo).2. Para un coeficiente arbitrario de variación de 2%, las probabilidades de que no haya una secuencia inversa se calcularon a 11% (500 ms no eléctrico, retardo en el hoyo), 100% (175 ms no eléctrico, retardo en el hoyo) y 100% (retardo eléctrico en el hoyo). Respecto a esto, las series eléctricas se consideran más exactas que algunas combinaciones no eléctricas.3. Para retardos no eléctricos de alta exactitud que exhiben coeficientes de varianza en el intervalo del 1 - 1.5%, la probabilidad de una secuencia correcta para la tronadura de 18 hoyos de la fig. 2.8 está en un rango de alrededor de 40% a alrededor de 90% para retardo en el hoyo de 500 ms y es efectivamente 100% para el retardo en el hoyo de 175 ms.4. Para retardos eléctricos con un coeficiente de varianza en el intervalo de 3 - 4%, la probabilidad de una secuencia correcta para la tronadura de 18 hoyos de la fig. 2.8 está en el rango de casi 50% a casi 75%.____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 23 -
  24. 24. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________5. Existe una marcada declinación en la probabilidad de todos los 18 hoyos detonados en la secuencia correcta cuando se usan retardos no eléctricos más largos con un coeficiente de varianza que excede el 10%.Se puede concluir de estos análisis que las tronaduras secuenciadas usando alta exactitud en el hoyo,los retardos no eléctricos de períodos cortos ofrece ventajas sobre tronaduras de similar tamañoiniciadas con retardos eléctricos en términos de la habilidad de los hoyos para detonar en una formacontrolada (o reducir la probabilidad de iniciación fuera de secuencia). Esta ventaja llega a ser aúnmás aparente si el número de hoyos aumenta sobre los 18.____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 24 -
  25. 25. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________3. PROPIEDADES DE LA ROCA.El rompimiento de la roca con explosivo es una interacción entre el explosivo y la roca. Losresultados en términos de grado de fragmentación, daño y desplazamiento de la pila tronada, estándeterminados por las propiedades de los dos componentes. Hagan & Harries (1977) establecieronque “los experimentos y la práctica indican que los resultados de la tronadura están influenciadosmás por las propiedades de la roca que por las del explosivo”. Experiencias realizadas en canteras,minas a tajo abierto, minas de carbón de superficie y minas subterráneas soportan este aserto.En general, las tentativas para predecir resultados de fragmentación, realizados en operacionesnormales de tronadura a partir de propiedades físicas y mecánicas de la roca, obtenidas de ensayosde laboratorio, no han sido exitosas. La falla se atribuye a los efectos dominantes de la estructurade la roca y su influencia en las propiedades del macizo rocoso. Aunque las propiedades físicasmecánicas del macizo rocoso (es decir resistencia a la compresión y tensión, densidad, módulos deelasticidad), sí impactan en la fragmentación, son secundarios comparados con los efectos de laestructura de la roca.Las estructuras existentes en la roca se extienden durante la tronadura, con extensión preferencialde grietas favorablemente orientadas. Cuando existe un patrón de grandes diaclasas a grandesespaciamientos, no ocurrirá una formación y extensión de grietas uniformes, y se obtendrá unafragmentación irregular. Cuando existe un patrón denso de fisuras, la fragmentación resultaráclaramente mejor que la obtenida en roca masiva usando la misma carga. En este material, la ondade choque del explosivo que detona se atenúa más rápidamente y es por eso menos efectivo eniniciar nuevas fracturas y las nuevas fracturas generadas se cortan abruptamente por la existenciadel patrón de fisuras.Las discusiones de las propiedades de la roca y su influencia en la fragmentación frecuentementese refieren a la resistencia de la roca. Esta propiedad es difícil de cuantificar en vista de sudependencia de la razón de carga o razón de deformación, puesto que es bien sabido que laresistencia dinámica de la roca varia considerablemente de la resistencia estática. Sin embargo, apesar de su limitación, tanto la resistencia a la compresión como a la tensión juegan un papel muyimportante en determinar los límites de daño y sobre quebradura detrás de la tronadura, debidoprincipalmente a su relación con la fácil de medir velocidad de partículas.Las propiedades de la roca tienen una mayor influencia en la amplitud, frecuencia y duración de lasondas de vibración de la tronadura. La amplitud y la frecuencia de vibración disminuyen con elaumento de la distancia desde la tronadura debido a dos mecanismos separados: esparcimientogeométrico y pérdidas adicionales. En general la duración de la vibraci6n de la tronadura aumentacon el aumento de la distancia desde la tronadura. Los tipos de rocas con alto módulo (por ej. lasrocas ígneas) exhiben un comportamiento casi elástico con relativamente poca pérdida friccional,mientras que tipos de roca con bajo módulo (por ej. rocas sedimentarias) muestran unapronunciada pérdida friccional y un comportamiento inelástico. Las fracturas y diaclasas en lamasa rocosa tienen el efecto de bajar el módulo del macizo y disipar la energía en la superficie de____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 25 -
  26. 26. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________las diaclasas, de manera que una roca dura con muchas estructuras se parece a un tipo de rocablanda más masiva en términos de sus características de vibración.Las propiedades de la roca también tienen un mayor impacto en la estabilidad de los taludes, ymucho de estos sectores pueden ser modificados por la acción de la cercanía y aún la lejanía de lasoperaciones de tronadura. A medida que la tronadura expone taludes y excavaciones, las fuerzasque tienden a mantener los bloques en equilibrio a lo largo de planos de diaclasas bien definidos (osea, la cohesión de las diaclasas y el coeficiente de fricción), pueden ser colocadas fuera de estebalance con el resultado que la excavación llega a ser inestable y vulnerable a fallarLos factores de la roca más importantes que afectan a la fragmentación, estabilidad y al impactoambiental de la tronadura son: 1. Grado de diaclasamiento y fracturamiento natural e inducido por la tronadura. 2. Orientación de las diaclasas naturales. 3. Propiedades elásticas de la roca. 4. Densidad de la roca. 5. Angulo de fricción. 6. Resistencia cohesiva de la superficie de las fracturas.Por conveniencia, la influencia de las propiedades de la roca en la estabilidad, fragmentación eimpacto ambiental se considerarán separadamente.3.1 INFLUENCIA EN LA FRAGMENTACION.De los factores usados anteriormente, el de mayor influencia en la fragmentación es,indudablemente, el grado natural de diaclasado y fracturamiento. La formación de diaclasas ocurredurante la diagénesis de la roca, generalmente como resultado de los esfuerzos tensionales en laroca. La masa rocosa desarrolla típicamente un número de conjuntos de diaclasas ínterdependientes que actúan para aliviar esfuerzos en la roca. Las diaclasas inevitablemente se formanen grupos y cada grupo muestran un grado de paralelismo que refleja su génesis común. Losgrupos de diaclasas generalmente se ordenan por prominencia desde grupos principales a menosprominentes o grupos menores determinada por su frecuencia de ocurrencia y persistencia ocontinuidad.El grado de diaclasamiento natural es importante debido a que define el bloque más grande quepuede resultar después de la tronadura, ya sea dentro de la malla de la tronadura o de la sobrequebradura detrás del disparo. Debido a que las diaclasas tienden a formarse en grupos que sonaproximadamente perpendiculares, los planos de las diaclasas naturales definen grupos de bloquesde distintos tamaños. Cuando el espaciamiento de las diaclasas dentro de un grupo es amplio, losbloques in situ son grandes y d factor de emergía asociado con el diseño de la tronadura es alto. Sila tronadura no rompe estos bloques, ellos formarán el sobre tamaño.____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 26 -
  27. 27. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________Cuando la frecuencia de fracturas en la masa rocosa es alta, es más fácil de obtener fragmentaciónfina y los factores de energía asociados con la tronadura tienden a ser bajos. Rocas duras altamentediaclasadas o fracturadas se comportan muy similar a rocas más blandas y más débiles.La combinación de roca y discontinuidades se puede considerar y modelar como una ruma debloques mantenidos juntos por una combinación de la cohesión de la superficie de las diaclasas, elcoeficiente de fricción de las superficies de las diaclasas y los esfuerzos actuando en los bloques(ya sea esfuerzos hidrostáticos en aplicaciones de superficie o una combinación de esfuerzoshidrostáticos o tectónicos en aplicaciones subterráneas profundas).Varios autores han sugerido que para lograr la máxima utilización de la energía del explosivo en elproceso de fragmentación es necesario equiparar la impedancia del explosivo lo mas cercanamenteposible a la impedancia de la roca. La impedancia se define como el producto de la velocidad y ladensidad. Para el explosivo, la impedancia se refiere al producto de la densidad en el hoyo y a lavelocidad de detonación, mientras que en la roca la impedancia se define como el producto de lavelocidad de las ondas P y la densidad. Luego, para una máxima fragmentación: ρ exp * VOD = ρ roca * V p (20)Donde ρ es la densidad, VOD es la velocidad de detonación del explosivo y Vp es la velocidad dela onda P de la roca.Basado en el deseo del igualamiento de las impedancias, rocas masivas y de alta resistencia (convelocidades P en el rango de 4500 a 6000 m/s) se fragmentan mejor con un explosivo con altadensidad y alta velocidad de detonación. La impedancia de los explosivos nunca alcanza laimpedancia máxima de la roca, debido a la baja densidad de los explosivos comerciales.Muchas rocas, sin embargo, más que fragmentación requieren desplazamiento y para este tipo derocas la utilización de la energía de choque es de importancia secundaria comparada con lageneración y utilización de la energía de levantamiento (heave). Estas rocas se benefician del usode explosivo de baja velocidad de detonación y es en esta aplicación que el uso de explosivosaluminizados se adecua mejor.3.1.1 DISTRIBUCION DE TAMAÑO DE BLOQUES INSITU.Una masa rocosa, en el contexto de la tronadura, consiste de uno o más tipos de roca que seinterceptan por un sistema de discontinuidades. Estas discontinuidades se refieren frecuentementea una variedad de términos que incluyen a diaclasas, fallas, zonas de corte, fracturas, planos deestratificación, intrusiones o fisuras. La mayoría de estas discontinuidades son naturales peroexisten también algunas fracturas que se pueden inducir por la excavación, ya sea directamentecomo resultado de la tronadura o indirectamente por redistribución de esfuerzos.____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 27 -
  28. 28. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________Las discontinuidades en la masa rocosa actúan para definir bloques preformados y la distribuciónde tamaño de éstos puede ser el principal factor para lograr un costo efectivo de tronadura.Los datos requeridos para estimar la distribución de tamaño de bloques son los espaciamientos delos tres grupos principales de diaclasas. Estos datos se pueden obtener por muchos métodos,incluyendo el registro de testigos de sondajes (testigos orientados) y el mapeo de los bancos.Una de las principales dificultades asociadas con la exactitud para determinar el espaciamiento defracturas es el problema de hacer un muestreo que represente exactamente un número significantede diaclasas. A menudo se usa el sistema Scanline, principalmente si ellos representan vistas alazar a través de la masa rocosa y si las superficies expuestas no están alineadas con los planos dediaclasas dominantes. Sin embargo, aún el Scanline al azar dará datos distorsionados, puesto quede los planos de diaclasas que son de corta persistencia y de los planos que están orientadosoblicuamente se obtendrían pocas muestras, particularmente en Scanlines más cortos. De losplanos que son paralelos al Scanline no se hará un muestreo. Claramente, el Scanline simple esinadecuado para la estimación de patrones de fracturas.Un punto importante de recordar se relaciona con el tamaño y el tipo de fracturas que se deberíaregistrar durante el análisis Scanline. Es en este punto que el mapeo de fracturas llega a sersubjetivo, puesto que la única regla disponible es mapear fracturas que parecen haberse extendidodurante la tronadura, o que parecen formar las superficies de los bloques tronados. Las fracturas demuy poca persistencia no parecen tener una fuerte influencia en la fragmentación, y las diaclasasque se han cementados juntas con cuarzo o calcita pueden no representar aún planos de debilidad.Las fracturas que no pertenecen a un grupo de diaclasas definido pueden ser inducidos por latronadura, y pueden ser ignoradas frecuentemente en e1 mapeo si la cara expuesta representa sólouna pequeña fracción del volumen total de la roca a tronarse.Después de obtener el espaciamiento de las fracturas, es útil determinar la forma de la distribuciónde las fracturas. Las dos distribuciones más comunes observadas son la normal o Gaussiana y laexponencial negativa. Se ha argumentado que las rocas más jóvenes tienden a mostrar ladistribución normal, mientras que las rocas más viejas, que han sido sujetas a repetidos esfuerzos yfracturamientos, tienden a mostrar más una distribución exponencial negativa. Se debe notar que laselección de la forma de la función de distribución influirá fuertemente en la distribución detamaño calculada de los bloques.La conversión de los datos de espaciamiento de fracturas a la distribución de tamaño de bloques insitu se efectúa usando la simulación de Monte Carlo para generar muestras grandes de bloques dedistintas dimensiones. Estos bloques se ordenan para determinar su ranking de tamaño de tamiz yuna estimación hecha de los pesos promedios de los bloques para cada tamaño de tamiz. La fig.3.1, por ej. , ilustra la distribución de tamaño de los bloques in situ para una mina, mostrando 3dominios estructurales marcadamente diferentes. Dentro de cada dominio, el espaciamiento yorientación de las fracturas y el número de los sub grupos de fracturas, varía considerablemente. ElDominio I muestra un fracturamiento intenso con un 5% en peso de material in situ que tiene un____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 28 -
  29. 29. II CURSO TRONADURA EN MINERIA A CIELO ABIERTO ___________________________________________________________________________________________________tamaño mayor que 1m. Para este tipo de roca poca fragmentación real se requiere del explosivo yla tronadura se realiza sólo para mejorar la excavabilidad y productividad del cargador.El Dominio III sin embargo, se caracteriza por su naturaleza masiva, con cerca de un 45% dematerial in situ con tamaño mayor que 1 m. Este material requiere un fracturamiento sustancialdurante la tronadura y se puede beneficiar considerablemente con el uso de un explosivo con altapresión de detonación, o sea, una emulsión o un acuagel. Al mismo tiempo, este tipo de roca esmuy adecuada para producir gran cantidad de sobre tamaño si la exactitud de la perforación esmala o si se produce una sobre quebradura sustancial.Uno de los aspectos más críticos de las tronaduras en cualquier tipo de roca es la selección deldiámetro del hoyo, ya que esto determina todos los otros parámetros tales como burden,espaciamiento, pasadura y taco. El diámetro es particularmente importante en masas rocosas conmuchas estructuras. Cuando se generan grandes cantidades de sobre tamaño en la tronaduras derocas con muchas estructuras, frecuentemente se considera beneficioso reducir el diámetro delhoyo.Cuando se usan diámetros pequeños, los hoyos se ubican más próximos y aumenta la probabilidadde tener una carga explosiva en cada bloque in situ (definido por los grupos de diaclasasprominentes).Esto es frecuentemente la única forma de lograr una fragmentación satisfactoria en rocas muyfracturadas.Como regla general los tipos de rocas masivas o de muchos bloques, tienen un requerimientoprincipal de fracturamiento con explosivo y esto se obtiene mejor de explosivos con alta velocidady presión de detonación. Estas características se encuentran en las emulsiones y acuageles. Lostipos de rocas con muchas fracturas tienen un requerimiento principal de levantamiento ydesplazamiento del explosivo, esto se obtiene mejor de explosivos con baja velocidad y presión dedetonación. Estas características se encuentran en el Anfo y el Anfo diluido.3.1.2 ORIENTACION DE LAS DIACLASAS.Bajo ciertas condiciones, la orientación de las diaclasas respecto a la orientación de la cara delbanco es de principal importancia. La orientación de las diaclasas es particularmente importantecuando la continuidad o persistencia de las diaclasas es alta, ya que bajo estas condiciones, grandeslajas de rocas se pueden mover y causar una mala fragmentación, desconexiones de las líneastroncales, sobre quiebre dificultoso, o caras finales inestables.Cuando un grupo de diaclasas prominentes está paralelo a la cara de la tronadura, la tronaduratiende a producir caras finales suaves, puesto que será difícil para la tronadura inducir fracturas quese propaguen a través de los planos de las diaclasas prominentes, y los gases de alta presión noserán capaces de penetrar detrás de los mismos planos.____________________________________________________________________________________________________________________CHUQUICAMATA , OCTUBRE DEL 2001. - 29 -

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