MTODO POSTULADO POR HOLMBERG

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA DE MINASDESARROLLO DE FRMULAS Y ALGORITMOS PARA CALCULAR PARMETROS DE DETONACIN DE CUALQUIER MEZCLA COMERCIAL RANGOS DE VELOCIDAD (m/s) Dinamita 3100-5000 Emulsiones 4000-5500 ANFO 2800-4000 Pentolita, Pentrita, TNT 6000-7000TIEMPOVELOCIDAD DE REACCIN0INICIACINDETONACINTRANSICINDEFLAGRACINDESARROLLO DE UNA DETONACINVelocidad de onda especfica y autosostenidaVelocidad de onda amortiguadaIMPACTOPresin de detonacinEMPUJEPresin de explosinPROCESO DE DETONACIN DE UN EXPLOSIVOEXPLOSIVO ROMPEDOR(DINAMITA) EXPLOSIVO INICIADOR (PRIMARIO)MASA EXPLOSIVACHISPEOFULMINANTEMECHA DE SEGURIDAD(1) DESPIECE(2) ENSAMBLE

SEMEXSA 80PREPARACIN DEL CEBO O PRIMA(3)ONDA DE SHOCK: originada por el detonador.13FC2PCJDETONADOR(2) REACCION DE LA MASA EXPLOSIVA: originada por la onda, inicialmente en un punto. (3) DESPLAZAMIENTO DE LA ONDA: inicialmente a partir de un punto y se ampla hasta ocupar el dimetro total del explosivo, donde alcanza su VELOCIDAD MXIMA DE DETONACIN AUTOSOSTENIDAEZRFCP ToP1 T1P2 T2P3ZEPor detrs del frente de choque (FC) se forma la zona de reaccin (ZR) limitada por el plano de Chapman-Jouguet (PCJ), donde la masa explosiva se descompone para originar la zona de explosin (ZE) que le sigue con presin y temperatura elevadas. Los gases calientes al expandirse, ejercen enorme presin contra las paredes del taladro (presin de trabajo), originando el efecto de Mecnica de Rotura.(4)PTo = Presin y temperatura ceroP1T1 = P y T de reaccin; P2T2 = P y T de explosin; P3 = P de trabajo (efecto mecnico) E = Explosivo an sin reaccionar.PdPePtPCJPROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOSPROPIEDADES DE TIROBrisance o poder rompedor (Hess)Velocidad de detonacin VOD (D`Autriche)Potencia relativa (Trauzl)Densidad (p.e.)Presin de detonacin - energaDimetro y densidad crticosAptitud a la transmisin o simpata Sensibilidad a agentes externos(Seguridad)Categora de humosResistencia al aguaVida til(Almacenaje)Sensibilidad al detonadorPOTENCIA RELATIVA: PRUEBA TRAUZL ENSAMBLE(*) Se agrega 8 cm3 para expansin producida por el detonador, total 70 cm3PRUEBAS DE CONTROL DE CALIDADMecha y fulminante N 06Cavidad cilndrica de 62 cm3 (*)Explosivo a ensayar (10 g)Molde de plomo de dimensiones especficas (20 x 20 cm)Expansin producida por la detonacin de la muestra explosiva expresada en cm3 , menos el volumen de la cavidad inicial. Deformacin de PlomoEXPLOSIVO PATRON: GELATINA EXPLOSIVA, 560 cm3 (100%) RESULTADO DE LA PRUEBAPODER ROMPEDOR O BRISANCE: PRUEBA DE HESS Y MACRO HESSMACRO - HESSFunda de papelBloque de plomo 45 x 65 mmDisco de aceroFunda de papel100 g de Carga explosivaPlancha de acero de 1 de espesorHESS1 kg de ANFOCebo 1/2 cartucho(Semi-gelatina)Disco de acero E = 12,5 mmBloque de plomo 75 x 175 mmFulminanteBloque FinalBloque InicialAplastamiento (mm)

PRUEBA DE HESSVELOCIDAD DE DETONACIN : METODO DAUTRICHE aPunto medio del cordn detonante coincidente con la marca inicialPlancha de plomoCordnDetonantede velocidad conocidaTubo lleno con el explosivo a probarDetonadorVOD =Velocidad del cordn detonante x d 2 x aPunto de encuentro de las ondas (muesca)Perforaciones a 100 mm de distanciaClculo de la Velocidad de Detonacind

VOD electrnicoVOD DAutrichePRUEBAS FISICASPesar el cartucho.Sumergirlo en una probeta con volumen de agua conocido. El peso entre la diferencia de volumen del agua desplazada es igual a la densidad. VDonde:D = densidadW = peso del cartucho V = diferencia de volmenesDENSIDAD PARA PRODUCTOS ENCARTUCHADOS W VD =

SEMEXA 80DENSIDAD PARA PRODUCTOS A GRANEL (POR VOLUMETRIA)Nitrato de amonio, ANFOo ANFO pesado (no requiere embudo) Embudo de plstico o acero inoxidable Recipiente de plstico, con acero inoxidablecon peso y volumenpre-establecidos.Clculo de Densidad W VD =La presin de detonacin de un explosivo est dada por la frmula siguiente: e x (VOD)2 x 10 -54PD =En donde: PD : presin de detonacine : densidad del explosivoVOD : velocidad de detonacin del explosivo NOTA:La presin de explosin en la prctica es el 50% de la presin de detonacin.MPa KbarPRESIN DE DETONACIN DE UN EXPLOSIVO

PRUEBA DE TRANSMISIN O SIMPATASIMPATA, EJEMPLO CON DISTANCIAS ARBITRARIAS:4 cm8 cm12 cmINVERSADIRECTA1/2 ddSimpata o factor de autoexcitacinSIMPATA SEGN ORIENTACIN DEL FULMINANTETamiz inoxidable USS con apertura intermediaGRANULOMETRA: MALLA O TAMIZFondo ciegoTamiz inoxidable USScon apertura no mayora 3,36 mm (malla 6)Tamiz inoxidable USScon apertura no menora 0,59 mm (malla 30)Tamizado manual para determinar el tamao promedio de los grnulos o prills de nitrato de amonioLos ms importantes respecto a la seguridad en su empleo son:PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOSLa sensibilidad Capacidad para reaccionar con el fulminante o elemento detonador.La simpata Capacidad para transmitir la onda de detonacin en su masa y a otros explosivos.PROPIDADES SEGN LA SEGURIDAD-EMPLEOMTODO POSTULADO POR HOLMBERG PARA DISEAR Y CALCULAR LOS PARMETROS DE PERFORACIN Y VOLADURA PARA MINERA SUBTERRANEA Y TUNELERA La necesidad de construir tneles de grandes dimensiones, hace necesario el uso de taladros de dimetros cada vez mas mayores y el uso de mezclas explosivas en mayor cantidad. Esto implica que el los diseos de perforacin y voladura se tenga que poner especial cuidado en los clculos. Para facilitar los clculos tanto en minera subterrnea como en tneles, Holmberg ha divido el frente en 5 secciones diferentes, cada una de estas secciones deben ser tratadas en forma especial durantes los clculos; estas secciones son las siguientes:INTRODUCCIN:DCBA BEA : Seccin de corte (cut)B : Seccin de tajeo (stoping section)C : Seccin de alza (stoping) D : Seccin de contorno (contour)E : Seccin de arrastre (lifters)La operacin ms importante en el proceso de voladura en tneles es la creacin de la cara libre en el frente del tnel.

Los clculos tpicos de carga explosiva de acuerdo al mtodo postulado por Holmberg se llevan a cabo mediante los siguiente algoritmos:

Clculo para determinar el avance

Clculo del corte: I, II, III y IV cuadrante

Clculo de arrastres

Clculo de taladros de contorno (piso)

Clculo de taladros de contorno (paredes)

Clculo de zonas de tajeo (stoping)

INTRODUCCIN:El xito o fracaso de la voladura de rocas en tonelera esta en funcin directa de la creacin de caras libres; esto significa: que el arranque o corte (seccin A) debe ser cuidadosamente diseado. La disposicin y secuencia de retardos en el corte deben ser tal que permitan hacer una abertura con un incremento gradual en su tamao hasta que los taladros de ayuda puedan tener caras libres apropiadas.

Claro que el tipo de corte ser elegido de acuerdo al equipo de perforacin disponible, al ancho del tnel y el avance deseado. El arranque en V est limitado por el ancho del tnel; cosa que no sucede con los cortes paralelos.DISEO DE LA SECCIN DE CORTE (A)El avance est restringido por el dimetro del taladro vaco y por la desviacin de los taladros.El avance que se espera obtener por disparo debe ser mayor del 95% de la profundidad del taladro.

El avance por disparo (H) expresado como una funcin del taladro vaco puede ser expresado por: H = 0.15 + 34.1 - 39.4 2 (1)Donde: H : Profundidad del taladro (m) : Dimetro del taladro vaco (m)El avance ser 95%HI = 0.95 H ....(2)

Estas relaciones son validas solo validas solamente para condiciones en que la desviacin de la perforacin no sea mayor de 2%.AVANCE POR DISPAROEn la mayora de casos de perforacin en tneles, no se dispone de maquinas que perforen a la vez los taladros de produccin y el taladro vaco; por eso el del taladro vaco equivalente se obtiene a partir de:

= n *d0 (3)Donde: n : Numero de taladros vacos en el corte : Dimetro del taladro vaco equivalente (m) d0 : Dimetro de los taladros vacos en el corteEJEMPLO:se tiene un d0 de 2 = 51 mm

= n *d0 = 3 * 2 = 3.46

AVANCE POR DISPARODISEO DEL CORTEClculo para el caso de una seccin cuadrada de corte para arranque en IIPrimer cuadrante

B1B2B3B4CALCULO DEL BURDEN EN EL 1er CUADRANTEDonde: B1 = Burden en el 1er Cuadrante = Dimetro del taladro vaco o el equivalenteF = mxima desviacin de la perforacin

F = H + = desviacin angular (m/m) = desviacin en el collar o empate (m)H = Profundidad del taladro (m)1.5 Si la desviacin del talaro es (0.5% - 1%)

1.7 F Si la desviacin del taladro > 1%B1 =Luego de disparar el 1er cuadrante, queda una abertura rectangular de ancho a

A = - (B1 - F) . 8

Donde:A = Ancho de la abertura creada en el 1er cuadrante.B1= Burden en el 1er cuadrante (m)F = Desviacin de la perforacin (m)

daB2EL SEGUNDO CUADRANTE

Si se conocen el Burden (B) y el ancho a; la concentracin de carga puede determinarse mediante la siguiente relacin:

q2 = 32.3 d. b___ (kg/m)SANFO [Sen (Arc Tan (A/2B)]1.5 ..... 9

En cambio si son conocidos la concentracin de carga y el ancho a; el Burden (B) en el segundo cuadrante puede determinarse en funcin de a y q

B2 = 8.8 x 10-2 (m) ..... 10 Sostuvieron (8), (9) en (10) el burden para el segundo cuadrante es:

B = 10.5 x 10-2 ..... 11

El Burden prctico ser:B2 = (B-F)..12

Restricciones para calcular BB2 2a . ..13

Si no ocurriera la deformacin plsticaSi no sucediera lo anterior, la concentracin de carga se determinara por la siguiente relacin:

q2 = 32.3 d 2a .......14SANFO [Sen (arc tan 1/4)]1.5 q2 = 540 dE 2a ( kg/m)................15

SANFOsi no se satisface la restriccin para la deformacin elstica, sera mejor elegir otro explosivo con una potencia por peso ms baja para mejorar la fragmentacin.

El ngulo de apertura debe ser menor de 90. Esto significa que:B2 = > a/2 16

Gustaffson propone que el Burden para cada cuadrante debe ser:B = 0.7 a . 17

El nmero de cuadrngulos en el corte se determina mediante la siguiente regla: El nmero de cuadrangulos en el corte es que la longitud del lado del ltimo cuadrangulo a no debera ser mayor que la raz cuadrada del avance Ha El taco de los taladros en todos los cuadrngulos restantes es el mismo que para los clculos del segundo cuadrngulo.

El taco de los taladros en todos los cuadrngulos debe ser 10 veces el dimetro de los taladros de produccin (10d)

El burden en los arrastres se determina usando la misma formula para voladura de bancos:

q x SANFO x f x (S(B) Donde: B : Burden q : Concentracin de carga (kg/m) C : Constante de rocaC = + 0.05 B 1.4 mC = + 0.07/B B < 1.4 m = 0.4 f : Factor de fijacin f = 1 , para taladros verticalesf < 1, para taladros inclinados S(B : Relacin de Espaciamiento/Burden

NOTA : Esta formula es usada para casos en que B 0.6 H ARRASTRESB =0.9El nmero de taladros en el arrastre est dado por:

ancho del tnel + 2H sen + 2 B Donde: B : Burden N : Nmero de taladros de arrastre : Angulo de la desviacin en el fondo del taladro .. = 3 H : Profundidad de los taladros

El espaciamiento de los taladros es la calculado asi: ancho del tnel + 2H sen N - 1 Para taladros de la esquina el espaciamiento est dado por S = S Hsen

El Burden practico en funcin de y F est dado por B = B Hsen F ARRASTRESN =S =La longitud de la carga de fondo (hb) necesario est dado por:

hb = 1.25 B

La longitud de carga de columna (hc) est dado por

hc = H hb 10d Generalmente para este mtodo, se recomienda cargas de columnas 70% de la carga de fondo ARRASTRESPara calcular la carga (q) y el burden (B) en estas zonas se utilizan los mismos mtodos y formulas que para calculo de bancos usados en los arrastres con la diferencias siguientes:

En la seccin B : f = 1.45 y S/B = 1.25

En la seccin C : f = 1.20 y S/B = 1.25

La concentracin de carga de columna debe ser igual al 50% de la concentracin de carga de fondo (qb)TALADROS DE TAJEADO (stoping) ZONAS B y CSi el dimetro del tnel no requiere de una voladura controlada, el burden y el espaciamiento son determinados de acuerdo a lo que se ha usado para los clculos en la zona de arrastre con la diferencia que f = 1.2 y S/B = 1.25 y la concentracin de la carga de columna = 50% de la concentracin de la carga de fondo.

Si se usa voladura controlada los daos en el techo y en las paredes se minimizan. Experiencias de campo han establecido que el espaciamiento es funcin general del dimetro S = K * d (m)

Donde K es una constante y KE (15 , 16) y para la relacin S/B se debe usar un valor de 0.80 Para un dimetro de 41 mm. B = 0.8m y S = 0.6mEn este caso, la concentracin de carga mnima por metro de taladro tambin es funcin del dimetro del taladro

q = 90 * d2 (k(gm) , si d 0.15mTALADROS DE CONTORNO ZONA DGRACIAS