Introducción
Parte 1
Un diseño eficiente de perforación y voladura es fundamental para lograr una fragmentación óptima de la roca, el control de costos y la productividad posterior. El primer paso para diseñar una voladura eficaz es seleccionar los parámetros geométricos adecuados según las propiedades de la roca, las características del explosivo y las condiciones específicas del sitio. Este artículo presenta proporciones de diseño iniciales que pueden utilizarse como aproximaciones iniciales en la planificación de voladuras, teniendo en cuenta que es necesario realizar ajustes a medida que se recopilan datos de campo.
1. Estimación de la carga
La carga, que es la distancia entre un barreno y la cara libre, está influenciada por la densidad de la roca y el diámetro del explosivo. Las directrices iniciales sugieren:
Roca ligera (2,2 g/cc): 28 × diámetro explosivo
Roca mediana (2,7 g/cc): 25 × diámetro del explosivo
Roca densa (3,2 g/cm³): 23 × diámetro explosivo
Estos valores pueden ajustarse en función de la retroalimentación sobre la fragmentación y el comportamiento de la roca in situ.
2. Espacio entre agujeros
El espaciado garantiza una distribución uniforme de la energía y reduce la superposición o los espacios entre los efectos de la explosión:
Disparo instantáneo por fila: 1,8 – 2,0 × carga
Agujeros de gran diámetro (secuenciales): 1,2 – 1,5 × carga
Orificios de pequeño diámetro (secuenciales): 1,15 – 1,8 × carga
3. Altura del banco
La altura del banco depende de la escala operativa y la carga de trabajo:
Rango típico: 1,5 – 4,0 veces la carga, o incluso mayor en algunos casos.
4. Perforación subsuperficial
La perforación subsuperficial garantiza una rotura completa en la punta, lo cual es especialmente importante en formaciones estratificadas o densas:
Cama plana en la punta: 0,0 – 0,1 × carga
Punta fácil: 0,1 – 0,2 × carga
Dedo medio: 0,2 – 0,4 × carga
Dedo del pie difícil (cama vertical): 0,5 × carga
Vista general: (3 a 15) x D
5. Longitud de la columna de pedúnculo
El taponamiento retiene la energía explosiva en el pozo y controla la proyección de rocas:
Rango general: 0,5 – 1,3 × carga
Aumentar el multiplicador para pozos húmedos o si se utilizan recortes de perforación.
Disminuir el multiplicador para agujeros secos o si se utilizan virutas angulares.
Para voladuras extremadamente cautelosas (sin lanzamiento de rocas ni proyección de fragmentos):
Utilice hasta 36 × diámetro del orificio para el taponado.
Duración del retardo de la plataforma:
Agujeros secos: 6 × diámetro del agujero
Agujeros húmedos: 12 × diámetro del agujero
Tamaño del material de la boquilla = D/10 a D/20
6. Relación de rigidez de carga (Sr)
=H/B: 2 a 3,5 buena fragmentación
Sr> 3,5 muy buena fragmentación
Diseño de control de explosiones
Explosión predividida
Espacio entre orificios = Diámetro del orificio x 12
Carga = 0,5 x carga de explosión de producción (B)
Longitud sin carga en la parte superior = 10 x D
Factor de polvo = 0,5 kg por metro cuadrado de superficie
Chorro suave
Espacio entre orificios = 15 x Diámetro del orificio (roca dura)
20 x Diámetro del orificio (roca blanda)
Carga = 1,25 x Espaciamiento
Tipo de roca PF (kg/m3)
Difícil 0,7 – 0,8
Medio 0,4 – 0,5
Suave 0,25 – 0,35
Muy suave 0,15 – 0,2
Conclusión
Estas proporciones sirven como punto de partida para el diseño de voladuras. Las características geológicas de cada emplazamiento y la información sobre el rendimiento deben guiar la optimización posterior. En la segunda parte, exploraremos la distribución de la carga y la iniciación para perfeccionar aún más el rendimiento de la voladura.
Bibliografía
Guía de referencia rápida de explosivos y voladuras Dyno Nobel 2010
Créditos del video a Chris Addicott
Comprender la interacción entre los parámetros controlables de la explosión y la distribución de la energía explosiva.
Parte 2
En las operaciones mineras a cielo abierto y subterráneas, lograr una fragmentación óptima y una eficiencia adecuada en la fase posterior depende en gran medida de la correcta distribución de la energía explosiva en toda la zona de voladura (Zhang et al., 2023). Para los ingenieros de perforación y voladura, esta distribución no es aleatoria, sino que está directamente influenciada por el estado de los parámetros de voladura controlables.
1. Diámetro del orificio y carga/espaciamiento
El tamaño del barreno es fundamental para determinar la energía por unidad de volumen de roca (factor de potencia). Los barrenos más grandes permiten una mayor carga explosiva, pero sin un ajuste adecuado de la carga y el espaciamiento, la energía puede liberarse prematuramente o ser insuficiente para fracturar la masa rocosa de manera efectiva. Una carga y un espaciamiento bien equilibrados garantizan que la energía explosiva se confine y se dirija hacia donde resulta más efectiva dentro de las debilidades naturales de la roca.
2. Longitud y tipo de tallo
El entibado actúa como mecanismo de confinamiento, y su longitud determina cuánta energía se retiene para realizar trabajo útil (fragmentación) en comparación con la energía que se pierde en la atmósfera (explosión de aire y proyección de rocas). Una columna de entibado demasiado corta provoca una liberación excesiva de energía hacia arriba, lo que reduce la eficacia de la fractura. El material de entibado también es importante; los materiales inertes y de alta fricción retienen mejor la energía que los rellenos sueltos o húmedos.
3. Tipo y densidad del explosivo
Los distintos explosivos presentan diferentes velocidades de detonación y niveles de energía. Elegir un explosivo con las características adecuadas para el tipo de roca y el resultado de fragmentación deseado garantiza que la energía no sea excesiva (lo que provocaría la formación de finos y una fragmentación excesiva) ni insuficiente (lo que resultaría en la formación de cantos rodados y una fragmentación deficiente). Además, la densidad del explosivo influye en la cantidad de energía que se carga por unidad de longitud del pozo.
4. Secuencia de inicio y retardos de tiempo
La secuencia y el momento de la detonación determinan cómo se transfiere la energía entre los barrenos y cómo reacciona dinámicamente la masa rocosa. Un retardo adecuado garantiza una liberación eficaz de la carga y un movimiento secuencial de la roca, lo que favorece una transferencia de energía eficiente y reduce el riesgo de ondas expansivas y vibraciones del terreno.
Conclusión
Los parámetros controlables de la explosión no son factores de diseño aislados, sino que trabajan en conjunto para determinar cómo se distribuye y utiliza la energía explosiva.
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La importancia de la carga inferior y la distribución de energía en la voladura
Parte 3
En las operaciones mineras, tanto a cielo abierto como subterráneas, lograr una fragmentación óptima mediante un diseño de voladura eficaz es clave para la eficiencia operativa. Un aspecto crítico, aunque a menudo subestimado, del diseño de voladura es la carga inferior: la porción de explosivo colocada en el fondo del barreno y cómo contribuye a la distribución de energía dentro de la masa rocosa.
¿Qué es el cargo inferior?
La carga inferior, también conocida como carga de base de columna, suele ser un explosivo de mayor densidad o una porción concentrada de la carga total, colocada en la punta del barreno. Su función principal es iniciar la fractura desde abajo hacia arriba, asegurando que toda la carga se fracture y desplace eficazmente.
Por qué es importante
1. Aplastamiento y fragmentación en la punta del pie.
La zona de la punta es la parte más resistente de la carga. Sin la energía adecuada en la base, puede producirse una fragmentación deficiente o incluso problemas en la punta (punta dura). Una carga en la base bien calculada garantiza que esta zona reciba la energía suficiente para iniciar la formación y propagación de grietas.
2. Mejora de la distribución de energía
La distribución uniforme de la energía a lo largo del barreno es fundamental. Concentrar más energía en la parte inferior permite una mejor propagación de las ondas de tensión, reduce la pérdida de energía en las zonas de aire o de contención y produce una fragmentación más uniforme en toda la carga.
3. Reducción de rocas voladoras y sobreroturas
Una carga inferior bien diseñada reduce la liberación incontrolada de energía en la parte superior del pozo, minimizando la proyección de rocas y la sobreexcavación. Esto promueve operaciones más seguras y limpias, especialmente en áreas pobladas o con infraestructuras sensibles.
Cálculo sencillo paso a paso para la cantidad de carga inferior
1. Determinar el diámetro del orificio
Supongamos que:
2. Diámetro del orificio d = 102 mm = 0,102 m
3. Área de la sección transversal del orificio (A):
A = (pi*d*d)/4
A = 0,00817 m²
4. Densidad del explosivo (ρ): Suponiendo que ANFO ρ=850 kg/m³
5. Determinar la longitud de la carga inferior.
Supongamos que:
Longitud de carga inferior (Lb) = 1,2 m
6. Calcula la carga inferior (masa).
Masa de carga inferior = A × Lb × ρ = 0,00817 × 1,2 × 850 ≈ 8,33 kg
¿Qué determina la longitud de la carga inferior?
Roca Dureza y resistencia, diámetro del agujero, estrategia de plataforma, altura del banco, fragmentación y rotura de la punta deseadas, longitud del taco, presencia de agua en el agujero, alcance o desplazamiento deseado, patrón de voladura, geometría, etc. El papel de la carga de fondo va más allá de simplemente iniciar la voladura.
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Créditos del vídeo a Goran Petrovic
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