Voladura Controlada

VOLADURA CONTROLADA

MÉTODO APLICADO PARA CONTROLAR LA

SOBREROTURA/

EFECTO DE SOBRECARGA EXPLOSIVA

EJEMPLO DE LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO EJEMPLO DE LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO EN UN TRAMO DE TÚNEL CON SOBRE EXCAVACIÓNEN UN TRAMO DE TÚNEL CON SOBRE EXCAVACIÓN

PERFILADO POR SECCIONES

DELIMITACIÓN DE LA EXCAVACIÓN REAL

DISCO EXSA: INSTRUMENTO PARA MEDIR LOS PERFILES PERIMÉTRICOS EN CADA SECCIÓN, SIGUIENDO EL EJE DEL TÚNEL PARA

APLICAR EN AUTOCAD.

Excavación con sobrerotura(18%)(18%)

Excavación de prueba con voladura controlada

FIGURA TRIDIMENSIONAL EN AUTOCADFIGURA TRIDIMENSIONAL EN AUTOCAD

Sección Usual sin voladura controlada

Sección de Diseño

Mediciones en UP CabanaGalería 9680-S Nv 3580

Malla de Perforacion en UP CabanaGal 9680 S Nv 3125

Voladura en la corona Tipo Recorte

1 ms1 ms

1 ms1 ms

1 ms 1 ms1 ms

VOLADURA CONVENCIONAL EN LA CORONA

VOLADURA CONTROLADA EN LA CORONA

TRAZOS DE VOLADURA EMPLEADOSTRAZOS DE VOLADURA EMPLEADOS

EXCAVACIÓN ORIGINAL

EXCAVACIÓNCONTROLADA

EJEMPLO:

RESULTADOS DE LA EXCAVACIÓN CON VOLADURA CONTROLADA

Por grado de fisuramiento

Apretado

Abierto

Inestabilidad con caída de cuñas o bancos

Estabilidad por mayor amarre

Efectos del diaclasamiento de la roca en la voladura convencional de túneles y galerías de minas

Por estratificación o bandeamiento

INF

LU

EN

CIA

DE

LA

ES

TR

UC

TU

RA

DE

LA

RO

CA

INF

LU

EN

CIA

DE

LA

ES

TR

UC

TU

RA

DE

LA

RO

CA

Inclinado

Horizontal

Inestabilidad por presión lateral

Inestabilidad por tensión: Desplome de planchones

Además de la influencia de la estructura geológica sobre el perfil final de las

excavaciones, existen factores que provocan sobreexcavación y caída de rocas

Mal dimensionado de las áreas a excavar.

Voladura sobrecargada.

Diseño de malla inapropiada a la condición de la roca.

Inapropiada selección del explosivo, según el tipo y condición de la roca.

Resultado con Voladura Convencional

Aproximadamente 1,5 m de influencia de deterioro

Área de dañodespués deldisparo

Consecuencias de la voladura irregular

Fragmentación irregular : Excavabilidad y acarreo lentos (ciclo de carga

deficiente).

Bolonería excesiva : Voladura secundaria (riesgo y costo negativo).

Dilución del mineral : Pérdida de valor económico.

Sobre excavación : Sostenimiento adicional (elementos e instalación).

Empleo de Voladura Controlada o Amortiguada:

Principio: Reducción del factor de acoplamiento perimetral para limitar la sobrerotura y costos de sostenimiento posterior al disparo.

Medidas de solución

Empleo de cargas explosivas lineares de baja energía.

Taladros muy cercanos entre sí, de acuerdo a la condición del terreno y al perfil que se desea obtener.

Disparo simultáneo de todos los taladros para crear una grieta o plano de rotura continuo.

Condiciones:

Influencia de deterioro entre 0,20 y 0,50 m

Resultados con Voladura Controlada

Estabilidaddespués deldisparo

Teoría del métodoEn voladura convencional el taladro rompe por impacto y fisuramiento radial.

Por lo contrario, en voladura controlada se debe eliminar la rotura radial, a favor de una rotura planar.

Para ello, dos o más cargas cercanas se disparan simultáneamente, produciendo una grieta de tensión que determina un plano de corte.

En este plano se infiltran los gases de explosión con efecto de cuña, expandiendo la ruptura de taladro a taladro hasta provocar el corte planar periférico. La gravedad desprende el material.

C a r a L i b r e

Zona de tensión

Zona de tensión

Taladro Taladro

E x c a v a c i ó n

R o c a e s t a b i l i z a d a

Diferencias entre Voladura Convencional y Voladura Controlada

Espaciamiento - Burden: E = (1,3 a 1,5) B.

Taco inerte compactado.

Máximo acoplamientodel explosivo (taqueo).

Columna explosiva: 2/3 del taladro.

Taco inerte sin compactar.

Espaciamiento menor que burden: E = (0,5 a 0,8) B.

Explosivo desacoplado(sin taquear).

Columna explosiva lineal distribuida a todo el largo.

Explosivo de baja velocidad y brisance.

Disparo secuencial de todos los taladros.

Disparo simultáneo de todos los taladros.

Explosivo de alta velocidad y brisance.

Ventajas

Produce superficies de roca lisas y estables, reduce la vibración y disminuye el agrietamiento en la roca remanente.

Es una alternativa para la explotación de estructuras débiles e inestables.

Desventajas

Costo relativamente mayor que la voladura convencional por el mayor tiempo de preparación en perforación y carguío.

En material detrítico incompetente o deleznable puede no llegar a dar buen resultado.

Consideraciones Importantes

La precisión de la perforación es fundamental, tanto por el alineamiento como por el paralelismo de los taladros.

Se requiere un cebo al fondo para asegurar la iniciación de la columna desacoplada.

El espaciamiento entre taladros en una voladura controlada depende del tipo de roca y diámetro de la perforación.

Por lo general es la mitad del espaciamiento convencional o menos.

Ejemplo: para taladros de contorno con diámetros de perforación entre 32 y 51 mm se recomienda la siguiente tabla práctica:

Diámetro detaladro(mm)

Diámetro detaladro(mm)

Diámetro deexplosivo

(mm)

Diámetro deexplosivo

(mm)

Carga lineal(kg/m)

Carga lineal(kg/m)

Espaciamiento

(m)

Espaciamiento

(m)

Burden

(m)

Burden

(m)

3232 1717 0,2200,220 0,40 a 0,600,40 a 0,60 0,55 a 0,750,55 a 0,75

5151 2525 0,5000,500 0,65 a 0,900,65 a 0,90 0,80 a 1,200,80 a 1,20

Control de Carga Lineal

Cartuchos de Exadit

Sección del taladro: Cebo

Esquema de carga para Voladura Controlada

1. Explosivo de baja potencia (Exadit) de pequeño diámetro en columna continua, sin atacar.

Sección del taladro:

Espaciadores inertesTaco inerte

Cordón detonante

Cebo

Cartuchos de dinamita espaciada con material inerte o aire libre y con cordón detonante opcional para asegurar la iniciación.

Esquema de carga para Voladura Controlada

Sección del taladro:

Espacios vacíosTaco inerte

Media caña o Carrizo cortado

Cebo

3. Cartuchos espaciados a distancias variables con cordón detonante sobre una media caña para facilitar el carguío.

Esquema de carga para Voladura Controlada

Sección del taladro:

Taco inerte

Cebo

Exsacorte

4. Taladro con Exsacorte en tubos rígidos acoplables, centrados en el taladro de mayor diámetro mediante plumas o rosetas.

Esquema de carga para Voladura Controlada

Taco inerte

Anfo

Cebo

Sección del taladro:

Taladro con EXAMON, EXEL cebado con dinamita, el Anfo es regado a lo largo del taladro.

Esquema de carga para Voladura Controlada

DISTRIBUCIÓN DE LOS TALADROS EN LA CORONADISTRIBUCIÓN DE LOS TALADROS EN LA CORONA

1.1. Taladros continuosTaladros continuos : : E = 0.5 B ó menos.2.2. Taladros alternados con y sin carga.Taladros alternados con y sin carga.3.3. Taladros continuos sin cargaTaladros continuos sin carga :: Emáx = 3 taladro.

EVALUACIÓN DEEVALUACIÓN DERESULTADOS EN LA RESULTADOS EN LA

VOLADURA CONTROLADAVOLADURA CONTROLADA

Perfil de excavación

FallaFalla

• Ninguna.• Ninguna.

MotivoMotivo

• Ninguna.• Ninguna.

SoluciónSolución

• Ninguna.• Ninguna.

Perfil de excavación

Falla

• Sobre- excavación general.

Motivo

• Sobrecarga.• Fila anterior de taladros sobrecargados.

Solución• Disminuir carga.• Aumentar el espaciado.• Distanciar fila anterior.• Aumentar tiempo de retardo entre filas de voladura primaria.

Perfil De excavación

Falla

• Sobre- excavación alrededor de los taladros.

Motivo

• La presión de tala-dro es superior a la resistencia diná-mica a compresión de la roca.

Solución

• Disminuir la densidad lineal de carga y aumentar el desacoplado.

Vista que muestra el daño que sufren las paredes de los taladros y el efecto de perturbación del entorno.

Sobre excavación alrededor del taladro.

Perfil De excavación

Falla

• Roca sobre- saliente entre los taladros.

Motivo

• Espaciado excesivo entre taladros.

Solución

• Reducir el espaciado entre taladros.• Aumentar ligera- mente la carga.

Carguío de frente con el uso de explosivos muy potentes con espaciadores

Taco Inerte

Espaciador Cebo

Acercamiento del carguío de las alzas

Alternativa de Carguío

3,35 m

0,70 m 2,60 m

Tacoinerte

Cartuchos de Exadit Espaciador Cebo

Esquema de Carguío

3,35 m

2,35 m 1,00 m

Cebo Carga

de columnaCuello

sin cargar

Carga sólo al fondo

Vista que muestra el daño en la roca ocasionado por la concentración de la masa explosiva en el fondo del taladro.

Alternativas de carguío para solución de problemas

Tacoinerte

Cartuchos de dinamita Exadit cargados en forma continua

Cebo

Tacoinerte

Cartuchos de Exadit Espaciador Cebo

Vista que muestra la caña del taladro, producto de una voladura donde la masa explosiva fue bien distribuida.

RESULTADOSRESULTADOSEN REALCESEN REALCES

Cebo

Columna explosiva

Taco

1. Taladros verticales

Cebo

Columna explosiva

Taco

2. Resultado del disparo

1. Solución: Inclinación de taladros a 65°

2. Resultado: Superficies más lisas y estables

Zona de fragmentaciónmenuda por la concentración

de la masa explosiva por cargas muy al fondo

Zona de bancospor la falta de

masa explosiva

EJEMPLO CON CARGA REDUCIDA

Energía

Complementariamente se usa el factor de energía para indicar la fuerza aplicada a la roca.

Para utilizar eficientemente los explosivos, la energía contenida en cada uno de los taladros deberá ser cuantificada y distribuida adecuadamente. Esto en especial para Voladura Controlada.

El factor de potencia indica solo la cantidad de explosivo por m3 ó tonelada de roca.

Esta energía se calcula mediante las leyes de termodinámica y en el caso de los explosivos se orienta hacia los efectos de expansión de los gases. Generalmente, para cada explosivo se expresa en cal/g o cal/cm3; en base a un patrón.

Energía

En voladura convencional se emplea una pequeña carga explosiva en relación al peso o volumen de la roca que será volada. El explosivo puede superar esta diferencia al transformarme en un gran volumen de gases a alta temperatura y presión en una fracción de segundo.

La violenta expansión de estos gases produce, además, una onda compresiva que se refracta en la cara libre retornado hacia el taladro como ondas de tensión que fracturan la roca a su paso. Esto se define como impacto de la presión de detonación.

Estos gases también producen el desmembramiento y desplazamiento de la roca con la presión de expansión.

Influencia del entorno de la roca para un taladro de = 45 mm

ANFO ( = 45 mm)

Emulsión ( = 22 mm)

Semexsa ( = 22 mm)

Exadit ( = 22 mm)

1 m

DETERMINACIÓN DE ENERGÍA DE EXPLOSIVOS

Alcance de deterioro por la onda compresiva

EJEMPLO EJEMPLO DE SELECCIÓN DE SELECCIÓN

DE EXPLOSIVO PARADE EXPLOSIVO PARAVOLADURA CONTROLADAVOLADURA CONTROLADA

Se sabe que la presión del taladro es la que actúa directamente en las paredes de ésta y por ello la selección del explosivo adecuado está directamente relacionada a dicha presión.

Según estudios realizados esta presión la podemos hallar con la siguiente fórmula:

Presión del Taladro

Pt = ρE x (VOD)2 x 10-3

8

Pt : presión de taladro, en MPaρE : densidad del explosivo, en g/cm3

VOD : velocidad de detonación, en m/s

Presión del Taladro

Desacoplando el taladro esta presión disminuye en relación a los radios de taladro y explosivo y la podemos obtener de:

Pt = ρE x (VOD)2 x 10-3 x (re/rt)2,6

8

Pt : presión de taladro, en MPaρE : densidad del explosivo, en g/cm3

VOD : velocidad de detonación, en m/sre : radio del cartucho explosivo, en cmrt : radio del taladro, en cm

Presión del Taladro

Si al taladro desacoplado le colocamos espaciadores de la misma longitud de los cartuchos y cordón detonante en forma axial al taladro, esta presión disminuye aún más:

Pt = ρE x (VOD)2 x 10-3 x [(re/rt) x (C)]2,6

8

Pt : presión de taladro, en MPaρE : densidad del explosivo, en g/cm3

VOD : velocidad de detonación, en m/sre : radio del cartucho explosivo, en cmrt : radio del taladro, en cmC : proporción longitudinal de la masa

explosiva en el taladro (siendo 1,0 la longitud total del taladro)

Presión del Taladro de Algunos Explosivos

Para hallar las siguientes presiones tomaremos como referencia un diámetro de taladro de 45 mm, espaciadores de igual longitud que los cartuchos (por lo tanto C = 0,5) y los siguientes productos explosivos:

Gelatina Especial 90 y 75

Semexsa 80, 65 y 45

Exadit 65 y 45

Examon – P

Solanfo

Energía de los Explosivos en MPa

Tipo de

explosivo

Dimensión del

explosivo

Carga continua

Carga desacoplada

Carga desacoplada y espaciada

Gelatina Especial 90

1 1/2” x 8” 6 390,00 4 117,05 1 672,04

Gelatina Especial 90

7/8” x 8” 6 390,00 994,14 403,75

Gelatina Especial 75

1 1/2” x 8” 5 218,13 3 362,01 1 365,40

Gelatina Especial 75

7/8” x 8” 5 218,13 811,82 329,79

Energía de los Explosivos en MPa

Tipo de

explosivo

Dimensión del

explosivo

Carga continua

Carga desacoplada

Carga desacoplada y espaciada

Semexsa 80 1 1/2” x 8” 2 986,88 1 924,43 781,56

Semexsa 80 7/8” x 8” 2 986,88 464,69 188,72

Semexsa 65 1 1/2” x 8” 2 469,60 1 591,15 646,21

Semexsa 65 7/8” x 8” 2 469,60 384,21 156,04

Energía de los Explosivos en MPa

Tipo de

explosivo

Dimensión del

explosivo

Carga continua

Carga desacoplada

Carga desacoplada y espaciada

Semexsa 45 1 1/2” x 8” 1 949,40 1 255,99 510,09

Semexsa 45 7/8” x 8” 1 949,40 303,28 123,17

Exadit 65 1 1/2” x 8” 1 701,00 1 095,55 445,09

Exadit 65 7/8” x 8” 1 701,00 646,64 107,48

Energía de los Explosivos en MPa

Tipo de

explosivo

Dimensión del

explosivo

Carga continua

Carga desacoplada

Carga desacoplada y espaciada

Exadit 45 1 1/2” x 8” 1 445,00 931,01 378,11

Exadit 45 7/8” x 8” 1 445,00 224,81 91,30

Examon – P ----- 1 226,00 200,57 -----

Solanfo ----- 1 068,65 176,28 -----

Espaciamiento entre Taladros de Contorno

Una forma sencilla de hallar el espaciamiento entre taladro para realizar una Voladura Controlada es:

E ≤ 16 x rt x (Pt + T) x 10-2

T

E : espaciamiento entre taladros, en cmrt : radio del taladro, en mmPt : Presión del taladro, en MPaT : Resistencia a la tensión, en MPa

Ejemplos PrácticosEjemplos Prácticos

Ejemplo 1

Datos de la roca:

Esfuerzo a la Compresión: 300 MPa

Esfuerzo a la Tensión: 30 MPa

Tipo de explosivo: Semexsa 45 (1 1/2 ” x 8”)

Densidad: 1,08 g/cm3

Datos del explosivo:

Velocidad de detonación: 3 800 m/s

Diámetro de taladro: 45 mm

Cálculo de la Presión del Taladro

Presión del taladro: 1 255 MPa

1 255 MPa > 300 MPa

Disminuyendo el diámetro del cartucho a 1” x 8”.

422,86 MPa > 300 MPa

Disminuyendo aún más el diámetro del cartucho a 7/8” x 8”. La presión del taladro disminuye a:

303,28 MPa > 300 MPa

La presión del taladro disminuye a: 422,86 MPa

Cálculo del Espaciamiento entre Taladros

El espaciamiento obtenido sería de:

E ≤ 40 cm

Conclusión:

Para una roca con 300 MPa de esfuerzo a la compresión, 30 MPa de esfuerzo a la tracción necesitamos:

Semexsa 45 de dimensión 7/8” x 8” con espaciadores de igual longitud que los cartuchos y el espaciamiento entre taladros de 40 cm en todo el contorno.

Ejemplo 2

Datos de la roca:

Esfuerzo a la Compresión: 150 MPa

Esfuerzo a la Tensión: 15 MPa

Tipo de explosivo: Exadit 65 (1” x 8”)

Densidad: 1,05 g/cm3

Datos del explosivo:

Velocidad de detonación: 3 600 m/s

Diámetro de taladro: 38 mm

Cálculo de la Presión del Taladro

Presión del taladro: 572,68 MPa

572,68 MPa > 150 MPa

Desacoplando más el taladro, con un diámetro de cartucho de 7/8” x 8”.

410,74 MPa > 150 MPa

Espaciando los cartuchos, obtenemos:

La presión del taladro disminuye a: 410,74 MPa

Cálculo de la Presión del Taladro

Presión del taladro: 166,81 MPa

166,81 MPa > 150 MPa

Conclusión 1:

Para una roca con 150 MPa de esfuerzo a la compresión, 15 MPa de esfuerzo a la tracción necesitamos:

Exadit 65 de dimensión 7/8” x 8” con espaciadores de igual longitud que los cartuchos y el espaciamiento entre taladros de 37 cm en todo el contorno.

Cálculo del Espaciamiento entre Taladros

El espaciamiento obtenido sería de:

E ≤ 37 cm

Alternativa 1

Cálculo de la Presión del Taladro

Tipo de explosivo: Exadit 45 (1” x 8”)

Densidad: 1,00 g/cm3

Datos del explosivo:

Velocidad de detonación: 3 400 m/s

Presión del taladro: 486,49 MPa

486,49 MPa > 150 MPa

Alternativa 2

Cálculo de la Presión del Taladro

348,92 MPa > 150 MPa

Disminuyendo el diámetro del cartucho a 7/8” x 8”.

Espaciando los cartuchos, obtenemos: 141,71 MPa

141,71 MPa < 150 MPa

La presión del taladro disminuye a: 348,92 MPa

Cálculo del Espaciamiento entre Taladros

El espaciamiento obtenido sería de:

E ≤ 32 cm

Conclusión 2:

Para una roca con 150 MPa de esfuerzo a la compresión, 15 MPa de esfuerzo a la tracción necesitamos:

Exadit 45 de dimensión 7/8” x 8” con espaciadores de igual longitud que los cartuchos y el espaciamiento entre taladros de 32 cm en todo el contorno.

Monitoreo de Vibraciones

Producido por Voladura de Rocas

Malla de Perforación

1 3

3 1

1

1

1 1

3 3

3 3

5 5

5

5

7

7

7

7 7

7

7

7

11

11

11

11

11 11 11

11

11

11

11

13 13 13 13

15 15 15 15 15 15

Monitoreo 1

Análisis de Onda Longitudinal

Energía

Energía

Detonación de los taladros de contorno

Monitoreo 2

Análisis de Onda Transversal

Monitoreo 3

Análisis de Onda Transversal

Monitoreo 4

Análisis de Onda Vertical

Energía

Energía

CTVE AGRADECE SU VISITA