La Emulsion Gasificada

USO DE EMULSION GASIFICADA

SAN - G PARA REDUCIR LOS COSTOS DE VOLADURA A CIELO ABIERTO

INTRODUCCION. Todo empieza en Noviembre del 2008, cuando los explosivos basados en ANFO eran escasos y aumentaron sus precios. FAMESA Explosivos tienen la iniciativa de probar otra alternativa, la emulsión gasificada SAN-G, que no requiera mas Nitrato de Amonio y lo prueba por primera vez en el Perú en mina COMARSA. EL ANFO viene siendo usado desde 1955 y ha dominado la industria de los explosivos, sin embargo ya desde 2007 viene siendo reemplazado por otras alternativas en diversas minas de Sudáfrica y Estados Unidos.

Figura 1. Nitrato de Amonio.

Figura 2. Emulsión Gasificada.

Definición de Explosivo Los explosivos químicos son una mezcla de sustancias combustibles y oxidantes que al ser excitados con la energía necesaria dan lugar a una reacción química, tipo combustión extremadamente rápida, a este proceso de liberación de energía se le llamada detonación. En la reacción, el explosivo libera grandes volúmenes de gases y presión hacia la roca circundante, causando nuevo agrietamiento, prolongación de fisuras existentes y separación de bloques, a todo esto se le conoce como fragmentación.

1.- FUNDAMENTOS DE LA EMULSION GASIFICADA. 1.1.- Sistema de dos componentes

La emulsión matriz gasificable se combina con una solución sensibilizante dentro de un mezclador, el producto es la emulsión gasificada que se introduce al pozo de voladura.

1.2.- Emulsión matriz gasificable.

Emulsión especialmente diseñada y preparada para retener las burbujas de nitrógeno en su interior.

1.3.- Solución sensibilizante.

Solución Acuosa de sales de nitrito de sodio. Que en contacto con la matriz gasificable da lugar de inmediato a una reacción química que produce gas nitrógeno N2. Debe almacenarse bajo sombra a temperatura ambiente (28°)

1.4.- Gasificación.

La rápida producción de burbujas de nitrógeno, se conoce como proceso de gasificación, o sensibilización. El gas nitrógeno se encuentra atrapado en burbujas dentro de la emulsión matriz.

1.5.- Proceso de gasificación o sensibilización. A.- Curva de gasificación.

Durante la gasificación se va reduciendo la densidad de la emulsión, hasta llegar a estabilizarse en un valor mas o menos constante.

B.- Esponjamiento.

La gasificación reduce la densidad pero aumenta el volumen de la SAN-G, a este aumento de volumen se le conoce como esponjamiento y se calcula según la densidad del explosivo y las condiciones del terreno a volar.

1.6.- Influencia de la cantidad de sensibilizante.

DENSIDAD EN FUNCION DEL PORCENTAJE DE SENSIBILIZANTE

Si aumentamos la cantidad de sensibilizante N-20, será mayor la producción de burbujas, la gasificación será mas rápida y la densidad final será menor.

1.7.- Influencia de la temperatura.

Un aumento en la temperatura incrementa la producción de burbujas, la gasificación es mas rápida y la densidad tarda en estabilizarse en un valor final.

1.8.- Velocidad de Detonación - VOD VOD EN FUNCION DE LA DENSIDAD EN VARIOS DIAMETROS 5700 5500 5 3/4"

VOD (m/s)

5300

6 1/8" 7"

5100

11" Ajustado 5 3/4"

4900

Ajustado 6 1/8" Ajustado 7"

4700

Ajustado 11"

4500 0.8

0.85

0.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

1.2

DENSIDAD (g/cm3)

Se cuenta con cerca de 150 mediciones de VOD realizadas en 4 diámetros de taladro distintos, no se tiene una diferencia significativa de mayor VOD para diámetros mayores.

La máxima VOD de la SAN-G se obtiene cuando su densidad es del orden de 1.0 g/cm3. Sin embargo para densidades entre 0.90 y 0.95 se obtiene VOD mucho mayores a las de Anfo Pesado.

A lo largo de la columna explosiva se observa que la VOD es ligeramente mayor en el fondo y decrece a la altura de la boca del pozo.

1.9.- Energía de la SAN-G.

Por encima de la densidad 1.0 se obtiene una mayor energía debido a la mayor cantidad de SAN-G, sin embargo la VOD no sigue aumentando.

2.- OPERACIONES DE VOLADURA CON SAN-G. 2.1.- Almacenamiento.

La emulsión matriz gasificable se transporta en cisternas de 25 t o 30 t, una vez en la operación, en el polvorín de agentes de voladura se bombea para llenar silos de 60 t. Finalmente el camión fabrica se abastece por gravedad en la parte inferior de los silos. El tiempo máximo de permanencia de la emulsión en los silos no debe ser mayor a 75 días (2.5 meses)

SOLUCION N - 20

El N-20 se transporta y almacena en cilindros de plástico de 200 Kg y mediante una bomba se trasiega al deposito de solución sensibilizante del camión.

2.- OPERACIONES DE VOLADURA CON SAN-G. 2.2.- Sistema de fabricación in-situ.

EMULSION MATRIZ GASIFICABLE N - 20

AGUA

BOMBA 4

BOMBA 3

BOMBA 2

BOMBA 1

MEZCLADOR ESTATICO

La emulsión matriz gasificable es bombeada hacia un mezclador estático donde entra en contacto con el sensibilizante N-20 e inicia la gasificación, al final del mezclador puede agregarse agua al flujo para reducir la fricción de bombeo. Finalmente la SAN-G sale mediante una manguera desenrollada hacia el fondo del taladro o mediante un brazo hacia la boca del pozo.

2.3. Carguio en taladros secos.

La descarga delantera permite una continuidad en la operación y mayor productividad, solo se requiere un personal que guía el camión y dirige la manguera al pozo.

2.4. Carguio en taladros secos.

En taladros secos se deja caer el explosivo desde la boca del taladro, de manera axial, de tal forma que no se descostren las paredes del terreno y haya contaminación del explosivo.

2.3.- Carguio en taladros con agua.

La descarga posterior haciendo uso de la manguera enrollada es ideal para introducir el explosivo desde el fondo del taladros con agua.

2.3.- Carguio en taladros con agua.

La manguera se introduce hasta el fondo del taladro.

Agua: Se desplaza hacia arriba.

SAN - G: Se llena desde el fondo del taladro con presión.

•La SAN – G, como toda emulsión es totalmente resistente al agua. •Aunque se cargue con una densidad menor a la del agua, por la cantidad y presión de bombeo la SAN –G puede desplazar al agua fuera del taladro.

2.4.- Controles durante el carguio. A.- Control de la Densidad.

Con varios recipientes calibrados se sacan muestras de la manguera para fijar la densidad de diseño.

B.- Control de la temperatura.

El método mas confiable para medir la temperatura es mediante el termómetro convencional de mercurio, en campo también se puede usar los termómetros tipo láser.

C.- Reglas practicas para el control de la densidad. 1. La medición en campo de la densidad final es determinante para el correcto desempeño de la SAN-G. 2. Se debe calibrar el camión a la densidad requerida al inicio de su operación y se debe comprobar durante todo el carguio. 1. “A mayor porcentaje de sensibilizante se tiene menor densidad de la emulsión y a menor porcentaje mayor densidad” 2. “A mayor temperatura se alcanza menor densidad de la emulsión gasificada y a menor temperatura mayor densidad de la misma” 3. Una vez obtenida la densidad de diseño se debe comprobar con cuatro mediciones mas. 4. El supervisor de carguio debe identificar rápidamente por el color y textura que la muestra no llegará a la densidad de diseño. 5. El supervisor de carguio debe indicar al operador que regule la inyección de sensibilizante. 6. Las paradas del camión pueden originar una desincronizacion del bombeo y se obtendrían densidades no deseadas pero debe

C.- Control del esponjamiento.

Para tener una idea del esponjamiento ideal que se produce en el taladro con algunas perdidas debido a las imperfecciones del terreno Son de 20 a 25 minutos que demora el proceso de esponjamiento completo dentro del taladro.

2.5.- Control del taco.

Este paso es muy importante pues se verifica que se haya dado el esponjamiento y se tenga la longitud de taco de diseño. El proceso debe esperar de 20 a 25 min.

2.6.- Tapado y stemming.

Se ha comprobado que el tapado con detritus de la perforación no tiene ninguna influencia negativa, sin embargo puede mejorarse mediante el uso de retenedores de energía.

3.- RESULTADOS 3.1.- Fragmentación.

Para que el análisis de fragmentación sea mas preciso este se debe hacer durante el minado, en filas continuas de muestreo fotográfico.

3.2.- Consumo especifico o Factor de Potencia.

4.- IMPACTO AMBIENTAL DE LA VOLADURA CON SAN –G. 4.1.- Monitoreo de vibración del terreno.

¡ EL NIVEL DE VIBRACION ES UNA FUNCION DIRECTA DE LA CARGA OPERANTE Y NO DEL TIPO DE EXPLOSIVO ! Sin embargo para una misma carga operante la vibración con SAN-G es mayor que usando ANFO´s debido al mayor poder rompedor y VOD de la SAN-G. CARGA OPERANTE: Es la cantidad de explosivo que detona en un intervalo de tiempo pre-fijado llamado “ventana”. Comúnmente la ventana es de 5 ms.

4.2.- Predicción del nivel de vibración. 1. Con una extensa data de monitoreo se debe llegar a obtener la curva de atenuación que nos permita predecir la vibración en la etapa de diseño. 2. Mediante el modelo de campo lejano se puede llegar a determinar las constantes y ecuación de atenuación. 3. Finalmente se debe establecer el valor máximo de vibración en lugares fijos de monitoreo.

4.3.- Eyección y riesgo de Flyrock.

Zona cargada con Emulsión Gasificada

Zona cargada con ANFO pesado

Menor eyección significa menor riesgo de flyrock, además del menor costo en traslado y demoras por evacuación de equipos y personal.

4.4.- Gases de detonación.

No se detectado gases nitrosos NOx y las concentraciones de CO bajas y efímeras debido a las condiciones de voladura a cielo abierto. Por lo tanto se puede decir que usando SAN-G se reduce significativamente la contaminación del aire en comparación con el ANFO Pesado.

5.- PRUEBAS DE SEGURIDAD DE LA EMULSION GASIFICADA. 5.1.- Resistencia al peso.

Resistencia de una columna de SAN-G al peso de 5 m de detritus en taladro de ø 8” X 72 HORAS : Se mantiene la densidad de 1.05 – 1.08 g/cm3 a lo largo de la columna explosiva. Longitud de carga: 9.5 m Longitud que desciende la carga por efecto del peso 35 cm.

5.2.- Resistencia al fuego.

5.2.- Resistencia al fuego.

5.3.- Resistencia al agua.

RESISTENCIA AL AGUA ESTATICA: 5 DIAS

RESISTENCIA AL AGUA DINAMICA: 24 horas a 5 litro/min

5.4.- Resistencia al impacto.

 Cumple la Norma técnica

peruana para Resistencia al impacto de emulsiones explosiva NTP 311 .371-3

 Resiste el impacto de una

pesa de 5kg desde una altura de un metro.

5.5.- Resistencia al frío.

Nº 1

TIEMPO DE RESISTENCIA

24 HORAS

3 DIAS

8 DIAS

1,37

1,37

1,37

GASIFICACIÓN TIEMPO (min)

DENSIDAD (g/cm3)

DENSIDAD (g/cm3)

DENSIDAD (g/cm3)

0

1,37

1,37

1,37

20

1,23

1,23

1,16

45

1,16

1,13

1,14

Ø 4” x 50 cm

Ø 4” x 50 cm

Ø 4” x 50 cm

DENSIDAD DE MATRIZ (g/cm3)

2

3

Ø DEL TUBO

4

TEMPERATURA AL MOMENTO DE LA DETONACION

-25ºC

-33ºC

-32ºC

5

VELOCIDAD DE DETONACION (m/s)

5208

4761

4975

6

DENSIDAD EN LA BOCA DEL TUBO (g/cm3)

1,10

1,06

1,08

7

INICIADOR (cebo)

BOOSTER HDP - 01

BOOSTER HDP - 01

BOOSTER HDP - 01

APLICACIÓN EN MINA COMARSA

DEL MACIZO ROCOSO.

Caracterización para el diseño de voladura.

Variabilidad del macizo rocoso.

DISEÑO DE EXPLOTACION.

DISEÑO DE PERFORACION Y VOLADURA. - VARIABLES DE DISEÑO -

Un diseño para cada tipo de macizo rocoso.

DISEÑO DE PERFORACION Y VOLADURA. A.- Usando ANFO pesado.

Para una roca tipo R3 se emplean 160 Kg de ANFO pesado.

B.- Usando Emulsión Gasificada.

Para una roca tipo R3 se emplean 126 Kg. de Emulsión Gasificada.

C.- Simulación del esponjamiento.

Después de 25 minutos la columna explosiva crece 90 cm. Es decir un 17.6 %

D.- Comparación en la etapa de diseño.

Se espera reducir el factor de potencia en un 22%.

3.3.6.- ESTIMACION DE COSTOS DE VOLADURA.

Se espera reducir el costo por taladro en un 20% y el costo unitario en un 16.6%. Para fines contables el máximo factor de costo unitario debe ser el factor para costo por taladro.

3.3.7.- OPERACIONES DE PERFORACION Y VOLADURA. A.- MACADO DE MALLA Y PERFORACION.

Método tradicional y no cambia por el uso de un nuevo explosivo.

B.- CARGUIO CON EXPLOSIVO.

Comprobación de la altura real de taladro.

Carguio de la Emulsión Gasificada.

CONTROL DE LAS PROPIEDADES DE LA “EG”. A.- DENSIDAD.

Se comprueba si la densidad que esta ingresando al taladro corresponde a la densidad de diseño.

B.- ESPONJAMIENTO.

Se comprueba si el esponjamiento en el taladro corresponde al esponjamiento de diseño.

EFECTO SOBRE LOS COSTOS DE VOLADURA

Hay una reducción de 18.5% en el costo unitario, debido únicamente a la sustitución masiva del ANFO pesado por la Emulsión Gasificada.

CONSUMO ESPECIFICO.

Hay una reducción en el factor de potencia de 17%, debido únicamente a la sustitución masiva del ANFO pesado por la Emulsión Gasificada.

OTROS ASPECTOS IMPORTANTES DE LA EMULSION GASIFICADA

      

Ya no se usan grandes almacenes de nitrato de amonio. Ya no se consume petróleo. Ya no se tiene riesgo de inflamación del nitrato de amonio o el petróleo. Se simplifica el proceso de fabricación de explosivo. Se reduce el tiempo de repostado y aumenta la productividad de carguio. No se producen nubes de gases nitrosos en la detonación. La menor altura de eyección reduce la posibilidad de Fly rock.

CONCLUSIONES.

1. En cuanto a la fragmentación, usando EG se tiene una granulometría igual o mejor que con el tradicional ANFO pesado, para el caso de mina Comarsa, usando EG se obtiene un P90 < 4.9” mientras que con AP se venia obteniendo P80 < 5”. Lo cual significa una mejora en el 10% de la pila de fragmentada. 2. Los costos de voladura se han reducido en un 18.5%, lo cual esta directamente relacionado con la reducción del consumo especifico que se ha dado en un 17%. 3. La eyección usando EG es de 25m, mucho menor a 60 m del AP hay una reducción del 58%, lo cual sugiere un mejor aprovechamiento de la energía y menor riesgo de flyrock. 4. Aunque el termino Emulsión Gasificada, pudiera sugerir para algunos la producción de gases tóxicos, se ha demostrado que no se producen gases tóxicos de detonación.

CONCLUSIONES.

5. En cuanto a vibraciones, para una misma carga operante e iguales condiciones del macizo rocoso, se espera tener un mayor nivel de vibración, según la proyección de la curva de atenuación este aumento seria del orden 5-8 mm/s mas que lo obtenido con AP. 6. La ventajas adicionales de la Emulsión Gasificada en cuanto a seguridad y cuidado del medioambiente que son evidentes desde su primer uso se vienen documentando y cuantificando, de tal forma que muchos especialistas sugieren que la EG será un futuro cercano el agente de voladura estándar en las operaciones a cielo abierto.

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION