CONSIDERACIONES EN LOS TIEMPOS EN VOLADURA, MAS ALLA DE DETONADORES ELECTRONICOS

Dino Yancachajlla Tito

La sincronización y el orden de la salida de los taladros en voladura se ha considerado durante mucho tiempo el “LADO OSCURO” del proceso de voladura, incluso con la llegada de los detonadores electrónicos y los simuladores por computadora. Brent Buffham explica por qué en algunos casos el tiempo sigue siendo un aspecto no comprendido o no entendido en las operaciones mineras en su proceso de voladura y cómo abordar estos tiempos. Al principio, la voladura era relativamente simple. Se aplicó el explosivo en los taladros y se dispararon. La velocidad a la que se trasladaba hacia la mecha era el tiempo de retardo por onda explosiva junto con diferentes longitudes que equivalían a diferentes tiempos (Alfred Nobel, 1865).

Posterior a ello, continuaron los detonadores de retardo pirotécnicos eléctricos (alrededor de 1900) y los sistemas de iniciación de cordón detonante. Los segundos detonadores de retardo de intervalo entraron al mercado en la década de 1920. Cada progresión del tipo de detonador tenía sus ventajas y desventajas, y muchas minas en todo el mundo todavía eligen el cordón detonante en la superficie para sus voladuras a gran escala, ya que se considera una forma rentable de iniciación.

Con la llegada de los detonadores de retardo corto MS, introducidos alrededor de la década de 1940, y el tubo de choque patentado por primera vez por Per-Anders Persson en 1967 (Holmberg et al, 2001), nació una forma de iniciación barata y eficaz. Estos detonadores anunciaron una nueva era de seguridad y precisión. Desde que estuvieron disponibles los detonadores pirotécnicos de retardo, eléctricos y no eléctricos, los blasters o la gente de voladura ha estado jugando con el tiempo para mejorar muchos aspectos de las voladuras.

Desde la década de 1940 hasta la de 1970, se realizaron muchos estudios sobre las secuencias con retardo y cómo mejoraron la fragmentación y los impactos ambientales. Las investigaciones realizadas por la Oficina de Minas de los Estados Unidos y el Laboratorio de Investigación de Detonadores de Suecia ayudaron a la evolución de las “REGLAS GENERALES” de sincronización y orden de salida de los detonadores en una voladura en mineria, aun no pensaban que estaban conduciendo al mejoramiento del proceso metalúrgico.

Actualmente, los sistemas de iniciación están mejorando nuevamente, en cuanto a precisión y exactitud, con el uso de detonadores electrónicos. Sin embargo, los sistemas no eléctricos, aún proporcionan la mejor relación costo/resultados para la mayoría de situaciones de voladura.

REGLAS GENERALES

Las “reglas generales”, con respecto al tiempo en la secuencia de voladura, han proporcionado excelentes puntos de partida para la implementación de sistemas de iniciación en operaciones a cielo abierto. La mayoría de los proveedores de explosivos producen detonadores de retardo MS con tubo de choque a intervalos establecidos. Por supuesto, las operaciones subterráneas a menudo han requerido el uso de períodos de retraso mucho más largos, denominados rango LP (período largo), y las operaciones a cielo abierto/superficie utilizan el rango MS (milisegundos).

Estos intervalos de tiempo o retardo están entrelazados con las “reglas generales” relativas a la interacción de los taladros de voladura que provocan el microfracturamiento y preacondicionamiento de la roca, la aplicación en el campo y la simplicidad de los retardos de los tubos de choque.

La “regla general” más notable se refiere al momento en el que dos taladros dejan de actuar como uno solo. Esta es la ventana de tiempo de ocho milisegundos para la vibración. En muchas situaciones, si se inicia un taladro dentro de los ocho milisegundos de otro taladro, las cargas actúan como una sola, aumentando a menudo la vibración (DISPERSION). Es importante señalar que esto no siempre es cierto y depende de las distancias y los tipos de roca; sin embargo, es un gran punto de partida.

Para la sobrepresión, la ventana de tiempo suele considerarse mucho mayor que ocho milisegundos. Estas reglas se pueden aplicar de manera consistente en muchas operaciones en todo el mundo.

Otras “reglas generales” se relacionan con el espaciamiento y la velocidad de la carga, y su combinación en el alivio general de la explosión. El alivio del tiempo se mide en milisegundos por metro (ms/m) de carga efectiva y es la velocidad de inicio de una secuencia de tiempo. Las velocidades de movimiento de las rocas en el campo se miden a velocidades más lentas. En el gráfico de John Floyd (Figura 1), las “reglas generales” se muestran de forma utilizable.

Se considera que la velocidad de espaciado es de 0,33 a 0,5 veces el ms/m de carga elegido. Otro rango aceptado por la industria para la velocidad de espaciado es de 2 a 15 ms/m de espaciado. Las cantidades de alivio de carga se consideran mejores si están entre cinco y 40 ms/m de carga. Estos rangos son bastante grandes y, por lo tanto, la Figura 1 es un punto de partida más útil.

CONSISTENCIA Y ALIVIO

En todos los aspectos de la voladura, la coherencia es fundamental para comprender los resultados de la voladura. El tiempo no es diferente, los mejores resultados se logran manteniendo constante el alivio de la detonación. En la mayoría de las situaciones, el volumen de la roca dentro del límite de la detonación es similar en atributos geológicos. Teniendo esto en cuenta, tiene sentido que la secuencia de iniciación, si es consistente, produzca resultados consistentes.

El concepto de alivio es garantizar que la roca tenga el tiempo adecuado para moverse hacia los taladros creados por los taladros detonados previamente, además de permitir tiempo suficiente para interactuar con otras rocas en movimiento, creando aflojamiento de la pila del material volado y buena fragmentación. La coherencia surge al considerar el momento de la detonación en términos de tiempo por distancia (ms/m).

Muchos profesionales de voladuras ven el tiempo en términos de los períodos de retardo utilizados. Esto produce algunas ideas erróneas sobre lo que realmente está ocurriendo. Por ejemplo, en las Figuras 2a y 2b, el alivio está muy cerca de ser el mismo, sin embargo los retardos son diferentes. La similitud entre las velocidades a las que se inician las detonaciones se debe a la expansión del patrón de la Figura 2b y a la consideración obvia del tiempo por distancia. Al pensar en tiempo por distancia, se pueden realizar algunos conceptos muy simples, brindándonos la capacidad de producir cronometraje con una metodología consistente.

Según los diccionarios, el concepto y la definición clave de un patrón es "un sistema coherente discernible basado en la interrelación prevista de las partes componentes". Esto básicamente dice que un patrón es una forma repetitiva, por lo tanto, la sincronización y otros rasgos de diseño de una voladura son generalmente repetitivos. Es mejor mantener el tiempo entre taladros (de la misma distancia de separación) en una fila igual en todo momento, como ocurre con el tiempo entre filas. Una vez realizada la repetición, se pueden ver los patrones dentro de los diseños, por ejemplo, “triángulos/trapecios” para patrones escalonados y “triángulos/cuadrados/rectángulos” para patrones cuadrados o rectangulares.

FORMAS DE TIEMPOS

Las formas de sincronización son herramientas útiles y prácticas para cálculos manuales de contorno y alivio de carga. Un patrón de taladros es exactamente eso: un “patrón”. Los diseños tienen algunos atributos y cuando un atributo cambia, la dinámica de la detonación cambia. Las formas de sincronización utilizan este principio exacto de que un amarre en la mayoría de los casos es repetitivo. Los triángulos de sincronización se presentan por todas partes en un patrón de detonación. Para encontrar estas formas, simplemente dibuje líneas a través de cada escalón, escalón inverso y fila, como se muestra en la Figura 3.

Los beneficios de la forma del tiempo son:

• Ser utilizado en cualquier lugar.

• Le permitirá calcular los tiempos exactos necesarios.

• Permitirle calcular el alivio de carga.

• Le permite calcular contornos.

• Mostrarle fallas en su razonamiento.

• Permitirle proporcionar/cambiar un alivio de carga consistente.

Una vez que se conoce la información, se puede calcular el tiempo para cualquier taladro de relleno en una detonación. Alternativamente, si no se perforó un taladro en la ubicación precisa, su sincronización puede mantenerse consistente con el alivio deseado.

En la Figura 4a, hay un taladro de relleno. Darle el tiempo más adecuado para el alivio requerido es fácil porque se puede ver el patrón.  El taladro en negrita con un "?" en la Figura 4a está a medio camino entre 0 y 17.

Cuando usamos formas de sincronización en el taladro, dividimos la secuencia de iniciación a su forma más simple. Para este ejemplo, el taladro N°1 es cero milisegundos (ms), el taladro N°2 es 17 ms y el taladro N°3 es 59 ms.

Para calcular el tiempo correcto para el taladro de relleno, reduzca a la mitad el tiempo entre el taladro Nº1 y el taladro Nº2 (17 milisegundos x 0,5); Como el taladro de relleno está ubicado a medio camino entre el taladro N°1 y el taladro N°2, esto equivale a 8,5 ms y como no existen conectores de superficie no eléctricos de 8,5 ms, se utiliza un retraso de 9 ms. Esta es la aplicación más sencilla de una forma de sincronización.

¿Cómo se cronometra el taladro en el medio de los tres taladros como en la Figura 4b? Separando la ubicación del taladro en las distancias que lo componen es como se descubre el momento más adecuado, por ejemplo:

• A medio camino entre el taladro #1 y el taladro #2.

• Dos quintas partes del camino entre el taladro #3 y la fila de enfrente.

En el ejemplo de la Figura 4b, encontrar el tiempo medio del taladro 1 al taladro 2, que es 8,5 ms y luego restar 8,5 ms del tiempo de iniciación del taladro 3 (59 ms), equivale a 50,5 ms. Dividir 50,5 entre cinco y multiplicarlo por dos (dos quintos de la distancia) equivale a 20,2ms. La adición de los 8,5 ms a los 20,2 ms nos proporciona el tiempo óptimo en el que se debe iniciar el taladro de relleno, 28,7 ms. Usar 25 ms desde el taladro N°1 o 9 ms desde el taladro N°2, como se muestra en la Figura 4b, es la solución más simple. Estas formas de sincronización se pueden usar en cualquier disparo para ayudarlo a cronometrar la detonación de manera consistente y con un método.

CONTORNOS Y MOVIMIENTO RÁPIDO

Los contornos de una detonación son líneas que indican el mismo tiempo dentro de una detonación. Estos son similares a cualquier contorno en cualquier plano. La dirección general del movimiento de las rocas es perpendicular a estos contornos (en ángulo recto) y generalmente se indica con una flecha en los planos de amarre.

Calcular los tiempos de inicio de los taladros y utilizar formas de sincronización, dibujar manualmente los contornos de la detonación y las flechas de dirección de movimiento es fácil. Esto se muestra en las Figuras 2a y 2b mediante la línea verde con flechas. Cuando se nota un contorno con un doblez inusual en la línea, se debe tener especial cuidado para descubrir el motivo; en muchos casos, el tiempo de la detonación puede estar fuera de secuencia. Esto puede producir resultados no deseados (rotura sobredimensionada para atras, fragmentación deficiente o daño a la pared) o preocupaciones ambientales (fly rock, alta vibración o altas sobrepresiones).

La Figura 5 muestra un ejemplo de una detonación fuera de secuencia. En este ejemplo, las curvas de nivel verdes y los movimientos de la roca producen una curva de nivel. Aquí es donde resulta útil volver a la regla general del alivio de la detonación. El uso de diferentes retardos o un método de amarre alternativo solucionaría rápidamente el problema. Comprender lo que indica el contorno de tiempo de voladura puede ser una herramienta poderosa para todos los blasters de voladuras.

DISEÑO FINAL

La sincronización es uno de los pasos finales del diseño que puede mejorar en gran medida los resultados de la voladura. Cuando el diseño, la perforación y la carga, así como cualquier otra implementación de las características de la voladura, son casi óptimos, la sincronización es un aspecto que hace que una buena voladura sea excelente.

Los conceptos simples de sincronización y secuencia de salida aplicados en cualquier situación aprovechan al máximo su detonación y voladura.

Finalmente, los tiros cortados o quedados tambien son un producto de una mala gestión de los tiempos en voladuras aun con detonadores electrónicos.

Desarrollemos mas investigación en la secuencia de tiempos en las voladuras superficiales y subterráneas para una fragmentación exitosa, enfocados en practicas operativas.

DINO YANCACHAJLLA