Voladura Controlada

Las técnicas de voladura controlada se utilizan para reducir los riesgos de la sobrerotura (o fractura de la roca) más allá de los limites diseñados de las áreas de excavación principales.

Ante todo, el éxito de estas técnicas, las cuales se emplean tanto en operaciones subterráneas como en las de superficie, depende de la geología de la formación de roca que se va a romper. Generalmente, las técnicas de voladura controlada tienen éxito en roca maciza y dura pero, en las formaciones no consolidadas y sueltas que no se sostienen a sí mismas, es posible que no se obtengan buenos resultados de manera consistente.

Sin embargo, estas técnicas no lo arreglan todo. Aun así, se deben diseñar taludes que vayan de acuerdo a la geología de la roca. Cuando se utiliza cualquiera de estos métodos de voladura controlada, se recomienda llevar a cabo pruebas cautelosas para determinar si se pueden aplicar exitosamente, y de ser así, para establecer los espaciamientos de taladro adecuados.

Para reducir la sobrerotura (over break) se utilizan diversas técnicas de voladura controlada. Todas ellas tienen un objetivo común: la reducción y la mejor distribución de las cargas explosivas para minimizar las fracturas y los desprendimientos de roca, fuera de la linea definida de la excavación.

Desde la primera vez que se utilizaron explosivos en las industrias de minería y construcción civil, se hicieron intentos por desarrollar métodos que controlen la sobrerotura. En años recientes, estos intentos se han vuelto más sofisticados y, hoy en día, cuentan con formulas disponibles para ayudar en el diseño inicial de un proyecto. Sin embargo, en lo que respecta a la aplicación practica en el campo, aun esta presente un elemento considerable de ensayo y error.

Teniendo en cuenta las variables geológicas involucradas en la voladura, esto no es de extrañar. Por ejemplo, no es realista creer que la misma técnica de voladura tendría un éxito equitativo en formaciones macizas ígneas y en yacimientos de origen sedimentario altamente estratificados.

La perforación en linea (taladros muy cercanos entre si, sin cargar), fue, por muchos años, la única técnica usada para controlar la sobrerotura. Se puede definir la perforación en linea, como “una sola hilera de taladros sin cargar, con reducido espaciamiento entre ellos, perforados a lo largo de la linea definida de la excavación para proporcionar un plan de debilidad hacia el cual la voladura pueda romper fácilmente”

A través de los años, las modificaciones en la perforación en linea han dado como resultado técnicas alternas, a las cuales se les conoce con muchos nombres, incluyendo: (1) el precorte o pre-ranurado; (2) la voladura de pared lisa; (3) la voladura de afinamiento (“sculpture blasting”); (4) la voladura de amortiguación (“cushion blasting”) y; (5) la voladura perimetral. Estas técnicas difieren del principio original de perforación en linea, principalmente, en que se colocan cargas de explosivos, relativamente ligeras y bien distribuidas, en algunos o todos los taladros. La detonación de estas cargas tiende a romper o partir la roca entre los taladros, lo cual, permite espaciamientos mas amplios entre los mismos en comparación a la perforación en linea. Por lo tanto, los costos de perforación disminuyen y se obtiene un mejor control de la sobrerotura, en muchos casos.

Aplicaciones en Minería Subterránea y en Construcción

Las técnicas de voladura controlada pueden agruparse en cuatro categorías:

  1. Pre-corte;
  2. La voladura de pared lisa;
  3. Perforación en linea; y
  4. Voladura de amortiguación.

Pre-Corte

El “pre-splitting” o pre-corte, comprende una sola hilera de taladros dispuestos a lo largo de la linea definida de excavación. Generalmente, en los proyectos de construcción los taladros tienen el mismo diámetro (de dos a cuatro pulgadas [50 a 100 mm]) y, en la mayoría de los casos, están todos cargados con explosivos que van de 7/8 hasta una pulgada (22-25 mm) de diámetro, o mas grande, los cuales se disparan antes de detonar los taladros de la zona de excavación principal circundante. El ánulo alrededor del explosivo de diámetro pequeño en los taladros amortigua la onda explosiva de choque, reduce la trituración y la formación de grietas radiales en la roca existente alrededor del taladro. En la segunda parte de este capitulo se discutirá el tema del control de la pared en minas grandes a cielo abierto.

La teoría del precorte consiste en que algunas de las grietas radiales provenientes de un taladro disparado con carga ligera, alcanzan ya sea un taladro adyacente u otras grietas radiales provenientes de un taladro adyacente, para formar un plano de roca fracturada entre los taladros (Ilustración 31.1).

Este agrietamiento entre los taladros, producido inicialmente por la onda de choque del explosivo, se extiende y se amplia posteriormente por efecto de los gases en expansión. Dependiendo de factores diversos, incluyendo las condiciones y propiedades de la roca, el espaciamiento entre los taladros, y, la cantidad de explosivos contenidos en ellos, la zona fracturada entre los taladros puede consistir en una grieta (mica y estrecha, o en una zona ancha de roca fracturada. Esta brecha o grieta en la roca forma una zona discontinua, la cual minimiza o elimina la sobrerotura de la voladura primaria subsiguiente, y produce una pared terminada de roca lisa.

Ilustracion 31.1- La teoría del pre-corte en voladura controlada consiste en que, cuando dos cargas de taladros adyacentes se disparan simultáneamente, la colisión de las ondas de choque entre los taladros tensa la zona entre estos lo cual, a su vez, produce el agrietamiento que da origen a una Linea cortada entre los taladros.

Trabajo a Cielo Abierto

Los taladros que se utilizan para hacer el precorte se pueden cargar con productos explosivos de diferentes tipos. Existen productos de emulsión y de hidrogel que vienen en una variedad de presentaciones de diámetro pequeño, y que también se producen en forma de carretes para su uso fácil como unidades de carga en los taladros. Estos productos en carretes tienen incorporada una linea descendente de cordón detonante. La dinamita encartuchada y las emulsiones que vienen en tubos rígidos con mangas conectoras, también están disponibles en tamaños que van desde 0.75 pulgadas (19 mm) a 1.25 pulgadas (32 mm) de diámetro.

La experiencia de campo ha demostrado que los productos en carrete utilizados en taladros profundos, proporcionan resultados excelentes en el precorte permitiendo, así, el aumento en las velocidades de carguío y la reducción en los costos de mano de obra.

Ilustración 31.2- Esta foto ilustra de manera sorprendente, los resultados del pre-corte realizado en este cara de piedra caliza.

Ademas, este producto único se carga con mucha mas facilidad en taladros inclinados e irregulares, que los explosivos en cartucho, debido a un mayor control en el manipuleo de los mismos. Algunas veces, en taladros de diámetro más grande se pegan cartuchos de diferentes tamaños a las lineas descendentes de cordón detonante, a intervalos predeterminados. En otros casos, se han probado cargas de ANFO de baja densidad en taladros de precorte, las cuales han dado resultados raramente satisfactorios, debido a que ocasionan la trituración de la roca alrededor del perímetro del taladro.

Estas cargas se disparan de forma simultánea, utilizando cordón detonante y lineas troncales, o detonadores eléctricos instantáneos; sin embargo, si se llegara a disparar lineas demasiado largas, algunas secciones se deben retardar con retardos o conectores MS. En aquellos casos en donde las condiciones impidan disparar los taladros de precorte antes de perforar los taladros primarios, el precorte se puede lograr retardando los taladros primarios para dejar que los taladros de precorte disparen primero.

Asimismo, generalmente se pueden obtener los mejores resultados al detonar los taladros de precorte antes de perforar los taladros primarios, si la configuración del área de voladura es adaptable. En la construcción de carreteras, la mayoría de taladros de precorte se perforan en la Linea de la pendiente. Por ejemplo, en una pendiente de “1/4 a uno”, el fondo de un taladro de precorte de 40 pies (12.2 m) seria de 10 pies (3 m) horizontalmente, desde la parte superior de este. Al disparar el taladro de precorte antes de la voladura primaria, tanto el primer taladro de producción de la misma, como el taladro de ayuda de la pendiente, pueden resultar alterados dando como resultado explosivos no detonados en la pila de desmonte.

En algunas situaciones, el hecho de que la carga explosiva en el taladro de ayuda de la pendiente, y la primera fila de taladros primarios, se puedan propagar por efecto de los taladros de precorte da como resultado una sobrerotura excesiva y rocas volantes (fly rocks). Solo despues de una voladura de prueba se puede determinar el espaciamiento óptimo para los taladros de precorte. Sin embargo, en una formación relativamente competente, un espaciamiento de 30 pulgadas (0.8 m), para taladros de 3 pulgadas (76. mm) de diámetro cargados con 0.25 lb/pie (0.37 kg/m), producirá resultados satisfactorios en la voladura de prueba. Los resultados deseados se pueden obtener, en la mayoría de formaciones, modificando el espaciamiento del taladro pero manteniendo la carga de la columna en 0.25 lb/pie (0.37 kg/m).

Ocasionalmente, en formaciones blandas y expuestas al clima surge la necesidad de reducir el espaciamiento de los taladros y la carga de la columna. En condiciones muy extremas, el espaciamiento puede reducirse hasta las 12 pulgadas (30 cm), utilizando como carga total de explosivo un cordón detonante de 400 granos (85 gr./m).

La cantidad de taco de contention sobre la columna de explosivos variari dependiendo de la formation y la profundidad del taladro; en la mayoria de los casos, este sera de 4 a 6 pies (1.2 – 1.8 m). Se debe bloquear el taladro por encima de la columna de explosivos, para asi prevenir que el taco rellene el area alrededor de esta. A veces, se aumenta la carga en el fondo del taladro para asegurar que se pueda jalar el fondo. La cantidad de carga de fondo que se requiere varia segrin la formation y la profundidad del taladro; asi, en un taladro de 20 pies (6.1 m) de profundidad, o mas, de 1 a 3 pies (0.3-0.9 m) de la misma carga utilizada en la voladura primaria sera suficiente.

La profundidad que puede precortarse de una cola vez, depende de la habilidad del operario de perforation para mantener un buen alineamiento de los taladros. Un pequeno error en el Angulo correcto de perforation, provocard una desviacion en el alineamiento del taladro, y esta desviacion se volvera mas considerable a medida que la profundidad del taladro aumente. Generalmente, la maxima profundidad que puede utilizarse en taladros de 2 a 3 1/2 pulgadas (50-90 mm) de diametro es de 50 pies (15.2 m), sin que se den cambios considerables en los resultados por la desviacion del alineamiento; esto se debe a que las desviaciones del piano de corte deseado mayores a 6 pulgadas (15 cm) pueden dar resultados no satisfactorios.

En teoria, la longitud de un disparo de precorte es ilimitada. Sin embargo, en la practica, disparar muy lejos de la excavation principal puede ocasionar problemas si las caracteristicas de la roca cambian. Ademas, si los taladros estan muy separados, la linea para el precorte podria no estar definida; pero, por otro lado, si los taladros se encuentran muy cercanos, se producira la sobrerotura. Al mantener el precorte solo un disparo adelante de la voladura primaria (Ilustracion 31.4), los

especialistas en voladura pueden aprender de las voladuras primarias aspectos relacionados a la roca, y aplicarlos en posteriores disparos de precorte.

Se pueden obtener mejores resultados cuando se utilizan taladros de guia o de alivio (taladros sin carga ubicados entre los taladros con carga) en las formaciones blandas y poco consistentes, para provocar la fractura a lo largo de la Linea deseada y en la direcciOn deseada. Por ejemplo, se

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