rock blasting 15
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Voladura Controlada
Chapter 15
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Mtodos de la voladura controladacomnmente mas usados.
Los que mas se usan en la minera nacional e internacional,son las siguientes:
Perforacion en lnea (Line drilling)
Pre-corte (pre-splitting, preshearing, pre-slotting or stressrelieving)
Pre-corte con espaciamiento de aire (air deck pre-splitting).
Voladura de recorte.Voladura lisa (smooth blasting)
Voladura suave (cushion blasting)
Voladura amortiguada (buffer blasting)
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Las diferentes tcnicas de la voladura controlada han sidodesarrolladas a travs del tiempo y estas se iniciaron ausar en la dcada de los aos 50.
La perforacin en lnea, envuelve la creacin de un planode debilidad, el cual es obtenido mediante el uso de unaserie de taladros cercanamente espaciados y no cargadosy que se encuentran en el limite de la excavacin.
Las otras tcnicas, envuelven la perforacin de una lneade taladros paralelos al permetro de la excavacin y el
carguio de dichos taladros, con MEC usando factores decarga (L. F.) reducidos o de poco valor.
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Es una tcnica de fracturamiento que usa taladros vacosde 35 a 75 mm. de dimetro, los cuales estn separados
uno de otro por un espaciamiento equivalente entre 2 a 4veces el dimetros de los taladros. Como los taladros estnubicados muy cercanamente uno de otro y si lascondiciones in-situ del macizo rocoso son favorables,
dichos taladros pueden actuar como concentradores deesfuerzo o como guas de algunas fracturas del tal manerade crear un plano de debilidad entre los antes mencionadostaladros.
Definicin.
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La precisin en la perforacin es muy importante para poderobtener buenos resultados, lo mismo que la homogeneidadde la roca, porque de otra manera las fisuras naturales del
macizo rocoso tendern a crear un plano de debilidad masfcilmente que el causado y/o creado por los taladrosperforados.
Es la perforacin de una lnea simple de taladros
cercanamente espaciados de dimetros pequeos y que nose cargan con MEC, y que se encuentran ubicadas a lolargo de la lnea final de cualquier excavacin. Esta lneasimple de taladros produce un plano de debilidad hacia elcual el disparo de produccin puede tratar de fracturar.Tambin este plano de debilidad provoca que algunas delas ondas de choque creadas por el disparo de produccinsean reflejadas, lo cual reducir la trituracin y lacompresin en la paredes finales de la excavacin.
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Anlisis de los conceptos en los que se basaesta tcnica de voladura controlada.
Los taladros usados en la tcnica de la perforacin enlnea, generalmente estn en el rango entre 2 a 3" dedimetro y estn espaciados entre 2 a 4 veces el
dimetro de los taladros que conforman los taladros de laperforacin en lnea.
Taladros con dimetro mayores a 3" son raramenteusados en esta tcnica, desde que los costos de
perforacin mas latos no pueden ser compensados por elincremento de los espaciamientos entre los taladros.
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La profundidad de los taladros es funcin de cmo laexactitud del alineamiento de los taladros deben sercolocados en el mismo plano. Casi nunca se obtienenbuenos resultados cuando se usan taladros con dimetrosentre 2 a 3" y con profundidades mayores a 30 pies.
Los taladros adyacentes a la lnea de taladros de laperforacin en lnea normalmente son cargados conpequeas cantidades de MEC, y obviamente estarnubicados mas cercanamente que los otros taladros. Ladistancia entre la lnea de taladros y los taladros
adyacentes directamente ubicados esta normalmente entre50 y 75% la dimensin del burden (B) normal.
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Cuando se usa perforacin en lnea, los mejores resultadosson obtenidos en formaciones rocosas homogneas, dondelos planos de las estratificaciones, los contactos y los mantos
prcticamente no existan. Estas irregularidades son planosde debilidad que tienden a provocar cizallamiento a travs dela lnea de los taladros perforados dentro de los limitesfinales de cualquier excavacin.
Los taladros de produccin deben ser del tipo amortiguado ylos Burden (B) y los espaciamientos (S) en la fila mascercana a los taladros vacos deben ser entre 50 a 75% delos convencionales.
Los buenos resultados son obtenidos cuando el materialdisparado por taladros de produccin es removido dentro deun rango entre una a tres filas de los taladros que conformanla lnea de la excavacin final.
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Taladros de la perforacin en lnea
Taladros deldisparo deproduccin
0.5 0.75B
B
Cara libre.
El diagrama conceptual, muestra la tcnica de la voladuracontrolada llamada perforacin en lnea.
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Una regla practica para obtener el espaciamiento de lostaladros que conforman la perforacin en lnea es lasiguiente:
Para obtener el espaciamiento en pies (metros), se debemultiplicar los dimetros de los taladros en pies (metros) porel factor correspondiente que se muestra en la tablasiguiente:
Tipo de roca Factor
Mineral de fierro 2.00
Cobre 2.5
Asbesto 4.0
Desmonte(encapado)
5.0
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Factores usados para obtener la primera aproximacin delespaciamiento de los taladros que pueden ser empleados
en diferentes tipos de roca.
Resistencia de la roca Factor de S de lostaladros
Alta 2.0
Media 2.5
Baja 4.0
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piesx 5.02
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Entonces, si los taladros de 3" de dimetros fueran a serusados en mineral Fe, los espaciamientos (S) de los taladrosen la tcnica de la perforacin en lnea podrn ser calculados
usando la siguiente expresin matemtica:
En asbestos, los espaciamientos entre los taladros serian:
piesx 00.1412
3
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La ultima fila o filas de taladros, son lanzados fuera dela lnea de los taladros de perforacin mediante el usode detonadores de milisegundos (MS). Esteprocedimiento dar un alivio mximo enfrente de lapared final, permitiendo a la roca moverse hacia
delante y creando entonces una presin posteriormenor, la cual podra causar sobre-fracturamientodetrs de la lnea de perforacin.
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Cara libre
Lneadeexcavacinfinal
0.75B
B
Taladros que conforman la perforacin en lneaTaladrosn
o
cargados
Taladroscargados
enformanormal
Taladroscargadosconel50%
deMECconque
secarganlostaladrosdeldis
paroprimario.
0.75B
s
reaya
excavada
El diagrama conceptual, muestra un diseo y un procedimiento tpico usados por latcnica de la perforacin en lnea.
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Los buenos resultados, podrn ser obtenidos, cuandolos resultados de la perforacin en lnea son ubicadosa una distancia entre a del burden (B) normaldetrs de la ultima fila de taladros del disparo deproduccin.
Por ejemplo: Si el burden (B) en el disparo deproduccin fuera 8 pies, los taladros de la perforacinen lnea deberan ser ubicados entre 4 a 6 pies detrsde la ultima fila de taladros del disparo de produccin.
El carguio de la MEC en la ultima fila de los taladrosdel disparo de produccin podra contener entre 30 a100% del carguio de los taladros.
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Lneade
taladros
quenoson
cargados
A
deB
s
B
de S
Cara libre
Diagrama conceptual mostrando el diseo tpico de la tcnicade la perforacin en lnea.
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Aplicaciones.
La tcnica de la perforacin en lnea puede ser aplicada
tanto a operaciones mineras subterrneas comosuperficiales, lo mismo que a ciertos trabajos deingeniera civil, como la construccin de carreteras,tneles, represas, etc., etc.
La siguiente tabla muestra algunas especificacionespromedio para la tcnica de la perforacin en lnea.
Dimetro de los taladros(pulg.) Espaciamiento (S)(pies)
2.00 0.33 0.67
3.00 0.50 1.00
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Ventajas.
Las principales ventajas de esta tcnica, son las
siguientes:Puede aplicarse cuando las cantidades muy pequeasde las MEC al ser detonadas pueden causar ciertodao detrs de la lnea limite de la excavacin.
Es una tcnica muy simple de efectuar.
No requiere el carguio de MEC, y por lo tanto, no causaradaos a la roca circundante.
No existir ningn problema de presin ni de vibraciones
Es necesario un control especial de la perforacin, masque para cualquier otra tcnica de la voladuracontrolada.
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Desventajas.
Las principales desventajas de esta tcnica son:
Los resultados inciertos que se obtendrn cuando estatcnica es aplicada en rocas heterogneas.
El costo es demasiado alto, debido a que losespaciamientos de los taladros son muy pequeos.
El excesivo tiempo empleado para efectuar laperforacion que a su vez debe ser muy precisa.
Los resultados que se obtienen usando esta tecnica, a
veces son impredecibles excepto en macizosrocosos muy homogneos.
Los taladros deben ser perforados de tal manera queellos puedan corresponder al buzamiento natural del
macizo rocoso y/o a las paredes del pit, etc., etc.
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(pre-splitting, preshearing, pre-slotting or stress
relieving).
Definicin.
Consiste en crear un plano de contacto o de fracturas en el
macizo rocoso, antes que los disparo de produccin hayansido iniciados, y esto se lograra perforando una fila de taladrosgeneralmente de dimetros pequeos, los cuales soncargados con MEC desacopladas.
Se debe mencionar que la inic iacin de los taladros del pre-co rte puede efectu arse sim ultneamente con lo s taladro s
que con forman los taladros los d isparos de produc cin,pero la detonacin de los primeros deben ser entre 90 a 120MS de adelanto.
Se tiene varias definiciones, entre ellas:
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Es perforar una fila de taladros cercanamente espaciados ycon un ngulo correcto con respecto al limite de laexcavacin planeada, dichos taladros son ligeramentecargados con MEC adecuadas; los cuales deben serdetonados, instantneamente antes que el disparo deproduccin sea iniciados. Lo anterior generara una fallatensional, la cual creara una fractura entre taladro y taladro,
la cual permitir la disipacin de las fuerzas y la expansinde los gases que provienen del disparo de produccin.
HOLMES, define esta tcnica: Es la creacion en el amcizo
rocoso de una superficie plana o plano de cizallamientomediante la utilizacion controlada de las MEC y susaccesorior en taladros con un alineamiento yespaciamientos adecuados.
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T2T1
Roca suelta Zona notriturada
Leyenda:
T1, T2 = Taladros del pre-corte
= Fracturas radiales
El diagrama conceptual, muestra el enlace entre taladrosproducido por la accin de ciertas grietas radiales
generadas por la detonacin de una MEC que ha sidocargada en una cantidad mnima en cada uno de los
taladros
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Objetivos.
Entre los principales objetivos de esta tcnica, se tiene:Reducir el fracturamiento hacia atrs
Controlar el talud de las paredes finales del pit, de laschimeneas, galeras, canteras, bancos, etc., etc.
Aislar el disparo de produccin de la roca remanentemediante la creacin de una fisura a lo largo del permetro deldisparo. Esto se consigue perforando una fila simple detaladros paralelos y cercanamente espaciados ubicados en elpermetro de la excavacin; luego dichos taladros deben sercargados y detonados adecuadamente y en forma simultaneay antes de la detonacin del disparo de produccin.
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Obtener un plano de fracturamiento previo a la voladuar deproduccin sin tener una cara libre hacia dicho plano defracturamiento.
Cargar los taladros, de tal manera que para un tipo de rocadado y tambin para espaciamientos entre los taladrospreviamente calculados, las presiones dentro de los taladrosresquebrajaran la roca que aun todava no ha sido excedida su
resistencia compresiva, dinmica y causaran la trituracin de laroca alrededor de los taladros.
Como se conoce la mayora de las MEC generan presionesdentro de los taladros mayores a 10,000Psi y la mayora de las
resistencias de las rocas no son mayores a 60,000Psi, portanto, las presiones dentro de los taladros deben serdisminuidas.
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Anlisis de los conceptos matemticos en loque se basa esta tcnica.
Antiguos conceptos del pre-corte establecan que:Cuando dos MEC eran disparadas simultaneamente entaladros adyacentes, la colision de las ondas de choqueentre los taladros ponian al macizo rocoso en tension, ycausaban un fracturamiento que se traducia en unazona fracturada entre el espaciamiento y los taladros.
Con adecuadas MEC y espaciamiento entre lostaladros, la zona fracturada entre los taladros ser unrea fracturada angosta hacia la cual los subsecuentesdisparos de produccin podrn tener sus salidas.
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El plano fracturado reflejara algunas de las ondasde choque provenientes de los disparos deproduccin, de tal manera que permitan prevenirque dichas ondas de choque sean trasmitidas hacialas paredes finales, minimizando de esta manera la
trituracin y el sobre-fracturamiento de la rocacircundante.
La reflexin de las ondas de choque provenientesde los disparos de produccin tambin reducen lasvibraciones.
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T2
Taladro 2
T1
Taladro 1
Zona de tensin Zona de corte
Resultantes de la colisin delas ondas de choque
Ondas de choque
Resultantes de la colisin delas ondas de choque
Onda de choque
El diagrama conceptual muestra ciertos conceptos acerca del fracturamiento delmacizo rocoso por accin de las ondas de choque producidas por la detonacin de unaMEC cargada dentro de taladros adyacentes y que conforman los taladros de la lnea de
perforacin del pre-corte.
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Si los taladros mostrados en la figura anterior, sonsobrecargados, la zona del fracturamiento ser extendidahacia y detrs de la zona de tensin indicada.
De acuerdo a la teora del pre-corte, las ondas de choqueprovenientes de cada taladros se propagan radialmente ypor colisin y sobre posicin de sus esfuerzos hasta que elpunto que el fracturamiento ocurra. Para poder entenderlos conceptos matemticos, en primer lugar se debeanalizar la distribucin de la presin alrededor de untaladro. El taladro puede ser aproximado, representado y/osimulado mediante un cilindro de espesor compacto e
infinito, y que no esta sujeto a ninguna presin externa.
La presin interna ser igual a la presin dentro deltaladro.
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La presin dentro de los taladros (Pb).
Esta definida como la presin mxima inicial (Pi)
desarrollada dentro de los taladros por una detonacin deuna MEC cualquiera.
Dr. Melvin Cook: La curva que representa a la presion y
el tiempo de una MEC cualquiera en la voladura de untaladro se caracteriza por las siguientes propiedades:
La intensidad
La presin dentro del taladro (Pb)La mxima energa disponible (MAE)
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Dimetro de lostaladros (pulg.)
Espaciamiento (ft)
Carga explosiva(lbs/Ft)
1.50 - 1.75 1.00 - 1.50 0.08 - 0.25
2.00 - 2.50 1.50 - 2.00 0.08 - 0.25
3.00 - 3.50 1.50 - 3.00 0.13 - 0.50
4.00 2.00 - 4.00 0.25 - 0.75
Muestra algunas especificaciones genricas promediopara el pre-corte.
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1.5
1.0
0.5
20 40 60 80
Dimetro de los taladros (d) (mm)
(S) (M)
Muestra los rangos recomendados para los espaciamientos de lostaladros como una funcin del dimetro de estos, para el pre-corte.
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Taco
Mezcla explosivaencartuchada
Carga de fondo
Cordn detonante
Muestra un taladro cargado de acuerdo a la teora del pre-corte.
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Ventajas.
Las ventajas importantes que ofrece esta tecnica, sonlas siguientes:
Reduce el excesivo fracturamiento del macizo rocoso.
Se obtiene paredes y limites finales mas limpios y
estables.
Se necesita perforar menor numero de taladros queson necesarios cuando se usa otras tcnicas devoladura controlada.
Se reduce el nivel de vibraciones producidos por ladetonacin del disparo de produccin.
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Los espaciamientos entre los taladros de la fila del pre-corte son menores que los que se usan por otras tcnicas
de voladura controlada.Los costos de perforacin sern menores en $/MLperforado.No es necesario volver a disparar en taludes y/o paredesdespus de haberse efectuado la primera excavacin.En algunas operaciones mineras donde se ha empleado elpre-corte se han obtenido buenos resultados, aun en
macizos rocosos muy fracturados e incompetentes.
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Desventajas.
Las desventajas mas saltantes de esta tcnica son lassiguientes:
La perforacin de los taladros que conforman la fila del pre-corte debe ser efectuada con mucho cuidado, y ellos debenestar muy bien alineados, y por lo tanto, esta operacin eslenta y costosa.
El carguio de los taladros de la fila del pre-corte tomamayor tiempo que el carguio de los taladros de produccin.
Los resultados del pre-corte son muy difciles de determinarhasta que la excavacin principal sea completada hasta lasparedes finales.
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Desde que el pre-corte es generalmente efectuado
antes que los disparos de produccion, no es posibletener un conocimiento cabal de las condiciones localesde la roca, que recien se conoceran despues deefectuarse los disparos de produccion
correspondientes.Se requiere mayor perforacion que en la tecnica devoladura controlada lisa o uniforme (smooth blasting)El pre corte produce un nivel de vibraciones mayor, ytambien una mayor intensidad de ruido que el que seproduce con la voladura lisa o uniforme.
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con espaciamiento de aire (air deck pre-splitting).
Definicin.Las tcnicas de los espaciamientos de aire y/o las ondasde aire pueden definirse, como un mtodo en el cualenvuelven el uso de una MEC concentrada dentro del
taladro con un vaco de aire en la parte superior de lacarga explosiva.
MELNIKOV: En 1940 este doctor tubo la idea de estatcnica; pero su aplicacin a gran escala comenz en la
dcada de 1980. Esta tcnica ha sido usada en voladuracontrolada llamada pre-corte donde una carga explosivaes colocada en el fondo de los taladros y una bolsa deaire es colocada cerca de la parte superior del taladro, elcual tiene el taco en la parte superior.
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Variables de diseo.
Las mas importantes entre otras, son las siguientes:
El peso de la MEC.
El espaciamiento entre los taladros.
La ubicacin del tapn.
La formulacin matemtica para calcular estas variables esta enpleno proceso de desarrollo, pero la mayora de investigadores estade acuerdo en lo siguiente:
Carga explosiva/taladro del pre-corte = (0.08-0.12) lbs. x reasuperficial del pre-corte
El espaciamiento entre los taladros en la lnea del pre-corte = (1.7-2.0) x dimetro del taladro en pulgadas, para obtener el espaciamientoen pies.
El taco en los taladros del pre-corte = (1.0 1.2) diametro del taladro
en pulgadas para obtener el taco en pies.
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Ventajas.
Las principales ventajas que ofrece el uso de esta
tcnica, son las siguientes:
Se emplea menor cantidad de MEC.
Se obtiene una mejor estabilidad de las
paredes finales de la excavacin.Se obtiene un menor costo de perforacin,esto se debe a que el espaciamiento entre lostaladros que conforman la lnea del pre-corte,
es mayor que el que se usa cuando se aplicaotras tcnicas de la voladura controlada.
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Para la perforacin de los taladros, no senecesita una perforadora adicional ya que se usa
la misma perforadora que se emplea para perforarlos taladros de produccin.Se obtiene paredes finales mas lisas y de mejor
acabado.En general usando esta tcnica se obtendr unmejor costo en $/M2, de pared o superficie finalrequerida.
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Desventajas.
Las desventajas que puede ofrecer el uso de esta
tcnica, son las siguientes:
Es necesario contar con personal bienentrenado y capacitado para efectuar el
carguio de los taladros en forma adecuada,ya que prcticamente de esto dependerlos resultados a obtenerse.
El diseo de carga debe ser efectuado por
personal calificado y con ampliaexperiencia de campo, por que losresultados a obtenerse estarn en funcindel diseo.
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Primerafase
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Segundafase
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Perforacin y voladuraprecorte.
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Efectos del precorte
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taladros
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Dr. Carlos AgredaProfesor
Frjese la idea de la persona capaz, empeosa,til, que desea ser, y sea idea le ira
transformando hora tras hora.
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