Edgar Rozas

FRAGMENTACIÓN DE ROCA EN ZONAS SENSIBLES XII SIPERVOR 2013 XII SIMPOSIO INTERNACIONAL DE PERFORACIÓN Y VOLADURA DE ROCAS Lima Perú Noviembre 2013

CONSIDERACIONES Sensibilidad del sitio Lugares habitados por personas y estos por efectos de las explosiones puedan oír o sentir sonidos y vibraciones molestosos, que superan los niveles permisibles otorgados por los organismos y entidades reguladoras. Concluyendo que estos indican daños potenciales a las personas así como a los edificios, estructuras y maquinarias instaladas en el medio que los rodea

No toda la energía se convierte en trabajo Además de la contaminación química del aire existe la contaminación física: • Acústica originado por los ruidos • Vibraciones emitidas a diario por el hombre y su tecnología

Sensibilidad del sitio a. Niveles de vibración Permitidos en estructuras cercanas 12.7 mm/s (0.5 pulg/s)

19.1 mm/s (0.75 pulg/s)

25.4 mm/s (1 pulg/s) 50.8 mm/s (2 pulg/s)

Por el Buró de minería, construcciones con acabados de yeso Por el Buró de minería, Construcciones a base de tabiques Por OMS, viviendas cercanas (100 150 m) Por el Buró de mina y OMS viviendas cercanas a construcciones y canteras

Niveles de ruido en dB Silencio Pisada Viento en los árboles Conversación en voz baja Biblioteca Despacho tranquilo Conversación

Tráfico de una ciudad Aspiradora Motocicleta con escape ruidoso

0 10

20 30 40 50 60 80 90

120 130 150

Explosión de un artefacto

Ambiente poco Ruidoso

Nivel menor de 65 dB producido por el plasma a una distancia de 30 m

100

Concierto de rock Martillo neumático Despegue de avión

Ambiente Silencioso

Nivel propuesto por la OMS al aire libre de 55 dB

180

Ambiente Ruidoso

Ambiente molesto

Ambiente Insoportable

Plasm a Se denomina Plasma al gas ionizado en el cual la mayoría de los átomos o moléculas se han transformado en iones positivos al perder uno o más electrones

En general el plasma es una mezcla de tres componentes: Átomos o moléculas, iones positivos y electrones libres

Tecnologí a

La tecnología de la fragmentación de roca con plasma, se basa en la activación de reacciones termitas confinadas en el interior del taladro perforado en el macizo rocoso

Reacciones Termiticas Esta reacción tiene lugar entre el Al y óxido de fierro III o magnetita (Goldschmidt) 8Al + 3Fe3O4

En 1899 fue usada por primera vez como soldadura en Essen 4Al2O3

+ 9Fe + ∆

Reacciones Termiticas Reacción Termitica Reactivos

Densidad gr/cc

T° de Reacción Adiabática (°K) Sin cambio de fase

Estado de fase de los productos de reacción

Con Cambio de fase

Estado del Óxido

Producción de gases

Estado Moles/100gr del Metal

Calor de reacción Cal/gr

8Al + 3Fe2O3

4,26

4.057

3.135

Líquido

L -G

0,0549

879

2Al + 3CuO

5,11

5.718

2.823

Líquido

L–G

974

4Al + 3MnO2

4,01

4.829

2.918

Líquido

Gas

0,5400 (120 l/kg) 0,8136

1.159

Zr + 2CuO

6,40

6.103

2.843

Sólido

L–G

0,5553

753

3NH4NO3 + CH2

0,80

¿?

¿?

4,3437

912

Gas

Como generar mayor presión de trabajo Las forma de generar mayor presión de trabajo a la mezcla termitica es agregando la producción de vapor de agua o gases: • Vapor de agua: con sales altamente hidratadas (MgSO4*7H2O), que producirá principalmente vapor de agua sobrecalentada • Gases: con nitrato de amonio (NH4NO3), que producirá gases nitrosos (NO y NO2)

Fragmentación de roca con Plasma inicialmente como mezcla física metálica es muy estable contra golpes, fricción y altas temperaturas Al reaccionar genera alta densidad de energía, elevada temperatura, vapor de agua o variado rango de gases

Fragmentación de roca con Plasma

Métodos de iniciación • Impulso térmico proveniente de una resistencia eléctrica incandescente • Arco eléctrico • Impacto laser • Otra reacción termitica (Zr + 2CuO = ZrO2 + 2Cu), que tiene una T° de reacción de 6.100 °C

Clasificación UN. 4.1 de sólidos combustibles

Fragmentación de roca con Plasma

Una reacción usada en la fragmentación de rocas Reacción Termita

Al+3CuO+MgSO4*7H2O Cristales de agua

Vaporizan los cristales de agua y genera la presión de vapor

Al2O3+3Cu+

cal/gr+MgSO4

Energía termita

Presión de vapor

Energía Dinámica

Energía Estática

Se origina fracturas

Amplia las fracturas y fragmenta

Sistema NRC Es el gran paso de fragmentar la roca y el concreto, mediante un sistema silencioso y de baja vibración utilizando la presión del vapor

Principales características Vibraciones Las vibraciones producidas por esta tecnología son en el orden del 10% de las generadas por los explosivos tradicionales, debido a la no generación de ondas de esfuerzo al ser reacciones químicas subsónicas con un VOD del orden de los 300 m/s y a los tiempos de retardo de sus conectores Y también al nivel de ruido menor 65 dB a 30 m, según la fuente de varias pruebas de campo realizadas

Principales características

Minimiza el impacto en el entorno

El uso de los tiempos de retardo adecuados exactos, se minimiza el impacto al entorno, por lo que el NRC, puede ser usado cerca de edificios o áreas sensibles

Principales características Proyección de partículas de rocas La principal característica que permite usar el plasma en la fragmentación de roca en zonas sensibles, es la escasa proyección de partículas de roca debido a la corta y lenta duración del pulso de presión que produce el vapor de agua y los gases ionizados a altas temperaturas que se transforman de inmediato a fases más condensadas como líquidos o sólidos

Fragmentación de roca con Plasma Iniciación • Iniciación secuencial con conectores electrónicos con retardos pre programados • Iniciación instantánea con conectores eléctricos sin retardo

En ambos casos la carga explosiva de los detonadores tradicionales es reemplazada por mezclas termiticas altamente sensibles a la ignición mediante puente eléctrico

Principales características

Fácil y simple de usar

Por el sistema de control electrónico y una gama de tiempos de retardos del 1(25 ms) al 80(5000 ms), que varían de 25, 50, 100 y 200 ms Números

Tiempos de retardo

Del 1 al 40

25 ms

Del 41 al 50

50 ms

Del 51 al 75

100 ms

Del 76 al 80

200 ms

Componentes del sistema NRC

1. Cartucho 2. Conector electrónico de retardo (Iniciador) 3. Conector eléctrico instantáneo

4:Operado por el EDC

Comparación del sistema Comparación Explosivo convencional

Plasma NRC

Principio de funcionamiento

Explosión por gasificación de productos nitrosos

Polvos metálicos que se convierten en plasma, produciendo expansión instantánea de iones y gas

Propósito

Voladuras masivas

Áreas sensibles a vibraciones y ruido, voladura urbana

Vibraciones producidas por 1 kg: • Vibración a 30 m (mm/s) • Ruido a 30 m (dB) Facilidad logística

10 Sobre 85 Requiere permiso de las entidades fiscalizadoras de armas y explosivos

1,1 Debajo de 65 No debería requerir de permiso debido a que no es explosivo

Contaminación y Fly Rock

Masiva producción de polvo, fly rock y gases Mínima producción de polvo, fly tóxicos rock y gases tóxicos

Aspectos de Seguridad

Los explosivos son muy sensibles al calor y choque

Los polvos metálicos (Al y CuO) son muy estables al calor y choque

Ciclo de trabajo con el NRC Área de trabajo Sondeo de los taladros Primado

Carguío a los taladros Conexión del cableado Verificación Resistencia Iniciación del disparo Confirmación del resultado

Cápsula NRC Tapa

Rosca de conexión

O-ring protector del agua

Orificio de inserción del iniciador

Tapa

Conector electrónico

Cápsula

Tapón

Conector troncal

Etiqueta

Alambres conductores

Crimpado

O-Ring protector

Clasificació n 1 1

1 W /

NFPA

Factor de carga Unidad: Kg/m3

Tipo de labor

Roca Blanda

Roca Normal

Roca dura

Túnel

1,8

2,00

2,50

Zanja

0,74

0,87

1,31

Banqueo

0,55

0,74

1,08

DEMOSTRACIONES PRÁCTICAS EN OBRAS

Apertura de zanja

700 mm

700 mm

# 14

600 mm

# 15

600 mm

# 16

600 mm

600 mm

# 17

600 mm

Conectores electrónicos de retardo: No 14 = 350 ms No 19 = 475 ms No 15 = 375 ms No 20 = 500 ms No 16 = 400 ms No 21 = 525 ms No 17 = 425 ms No 22 = 550 ms No 18 = 450 ms No 23 = 575 ms

700 mm

# 15

600 mm

= 2.000 mm 1.000 mm • Taladros de producción = 1.800 mm

700 mm

600 mm

= Semidura = 45 mm = 34 mm

1 400 mm 950 mm

Roca Diámetro de taladro Diámetro de carga Longitud de taladro : • Taladros de arranque

Malla

# 18

# 19 # 20 # 21

# 22

Vista transversal

1 400 mm 950 mm

Carga 400 g 600 g 800 g

600 mm 600 mm

600 mm

600 mm

Cartuchos NRC NRC 400 (Un cartucho) NRC 200 (Un cartucho) + NRC 400 (Un cartucho) NRC 400 (Dos cartuchos)

600 mm

600 mm

600 mm

Factor de carga = 1, 06 kg/m3 Resultado

Salida en ¨V¨

# 28

NRC 400 (Un cartucho) NRC 400 (Dos cartucho)

# 27

# 25

3.800 mm 100 mm

600 ms

# 28

700 ms

# 21

525 ms

# 25

625 ms

# 29

725 ms

# 22

550 ms

# 26

650 ms

# 23

575 ms

# 27

675 ms

400 mm

Ver resultado

•

Taladros del centro con retardo # 20 llevan 400 g de carga

1.000 mm 1 800 mm

# 24

600 mm 600 mm 600 mm 600 mm

800 mm

500 ms

600 mm 600 mm

100 mm

1.200 mm

# 20

Factor de carga = 1,72

# 22

# 23

Conectores Electrónicos

kg/m3

# 21

400 g 800 g

# 22

Cartuchos NRC

# 24

Carga

# 20

# 21

# 23

= Dura = 45 mm = 1.800 mm = En V

# 29

Roca Diámetro de taladro Longitud de taladro Salida

Salida en ¨Pirámide¨ = Suave = 45 mm = 1,20 m = En Pirámide = 200 g

# 26

# 23

# 22 # 24

Roca Diámetro de taladro Longitud de taladro Salida Carga por taladro

# 20 # 21 # 25

Conectores Electrónicos # 24

600 ms

# 28

700 ms

# 21

525 ms

# 25

625 ms

# 29

725 ms

# 22

550 ms

# 26

650 ms

# 30

750 ms

# 23

575 ms

# 27

675 ms

# 31

775 ms

0,6 m

0,6 m

0,6 m

0,6 m

0,45 m

0,6 m

0,6 m

0,45 m

0,6 m

0,6 m

0,6 m

1.00 m 1.20 m

500 ms

0,25 m

# 20

0,25 m

# 27

Resultado

0,2 m

Factor de carga = 0,6 kg/m3

TRABAJOS REALIZADOS EN CHILE POR LA EMPRESA INGEOL

Proyecto Bolones camino Riecillo

Proyecto bolones camino Riecillo

Proyecto inmobiliario El Curro

Proyecto inmobiliario Entre Lomas del Mar

Excavación brazo PT5

• • • • •

Longitud de perforación Diámetro de perforación Malla Secuenciamiento Factor de carga

1,60 m 41 mm 0,6 x 0. 7 m2 Electrónico 800 a 1.000 gr/m3

Resultado de la excavación brazo PT5

Proyecto Zanja Canaleta Relave Riecillo