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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.
