33866494 velocidad de detonacion del anfo
TRANSCRIPT
1
VELOCIDAD DE DETONACION DEL ANFO
Publicado Originalmente en el Boletín GEOMINAS de la Universidad de
Oriente, Ciudad Bolívar, 24 de Noviembre 2003
José Gregorio Freites Alvarez
Ingeniero de Minas
Resumen
Este estudio se diseñó para medir la velocidad de detonación (VOD) del
ANFO y el efecto que tiene en la velocidad de detonación cargar algunos
cartuchos de emulsión en la columna de ANFO. Se encontró que el ANFO
adquiere una velocidad régimen de 4840 m/s en un barreno de 311 mm de
diámetro (12 ¼”) cuando es cebado con un booster de pentolita de una libra
o un cartucho de emulsión (115x400 mm). El uso de cartuchos de emulsión
espaciados 1 metro uno con respecto al otro en la columna de ANFO
aumenta la velocidad de detonación promedio del ANFO en un 23% en el
mejor de los casos. Un equipo de medición continua de velocidad de
detonación denominado comercialmente como MINITRAP se utilizó para
medir la velocidad de detonación de los productos en el barreno.
Clave: ANFO, emulsión encartuchada, velocidad de detonación, cebado,
voladura.
Abstract
This study was designed to measure the velocity of detonation (VOD) of
ANFO and the effect in the VOD of loading several cartridges of emulsion in
the ANFO column. It was found that the straight ANFO gets a steady state
velocity of 4840 m/s in a 311 mm (12 ¼”) borehole diameter primed with
either a pound of pentolite booster or a cartridge of emulsion (115 x 400 mm).
2
The use of cartridge emulsion spaced 1 meter each one in the ANFO column
increases the average VOD of ANFO in 23% in the best case. A continuous
explosives velocity of detonation (VOD) recorder equipment called MINITRAP
was used to measure the velocity of detonation of the products in the
drillhole.
Key: ANFO, cartridge emulsion, velocity of detonation, priming, blasting
1. Introducción.
ANFO: El ANFO es producido por la mezcla de perlas o prills de nitrato de
amonio poroso con gasoil. Debido a la estructura microcristalina y micro-
porosa del prill, éste puede absorber hasta 11% de gasoil (solamente 5,7%
es necesario). Para un óptimo desempeño del explosivo, la relación de masa
entre prills de nitrato de amonio con respecto al gasoil (diesel) debería ser
94,3% NA / 5,7% gasoil. Para efectos prácticos, 100 kilogramos de de nitrato
de amonio poroso debería mezclarse con 6 kilogramos de gasoil para
producir 106 kilogramos de ANFO. La Figura 1 muestra el efecto en la
energía del ANFO en función del porcentaje de gasoil en la formulación.
Velocidad de detonación: La velocidad de detonación (VOD – velocity of
detonation) es el rango en el cual la onda de detonación viaja a través de la
columna de explosivo; esta propiedad es crítica en la determinación del
funcionamiento y desempeño del explosivo. La energía producida por un
explosivo está en función de la velocidad de detonación.
3
Figura 1: Variación de la energía del ANFO según el contenido de gasoil
Figura 2: Descripción de la reacción y velocidad de detonación.
La Figura 3 muestra las diferentes áreas de la velocidad de detonación en
función de la separación del cebo o iniciador y de la energía que desarrolla
el cebo. En un radio de 4 a 6 veces el diámetro del barreno se encuentra la
zona denominada run up distance; dependiendo de las características del
cebo, el explosivo iniciado puede tener un comportamiento denominado
overdriven, que implica el explosivo desarrolla una velocidad de detonación
4
superior debido a la energía que le aportó el cebo; por el contrario, si el cebo
no tiene la suficiente energía, el explosivo tiende a fallar (denominado failure
en la Figura 3). Se conoce como velocidad régimen (steady state VOD) a la
velocidad estable de producto y usualmente éste se alcanza a una distancia
de 4 a 6 veces el diámetro del barreno.
Figura 3: Comportamiento de la velocidad inicial del explosivo después del
cebo.
La velocidad de detonación depende del diámetro y del confinamiento. Por
ejemplo, la velocidad de detonación del ANFO ensayado en un tubo PVC de
70 mm de diámetro reporta valores de 2285 m/s; en cambio, si el ANFO se
carga en un barreno de 311mm (12 ¼”) de diámetro, la velocidad de
detonación del mismo está por el orden de 4840 m/s.
2. Hipótesis.
Es posible aumentar en forma efectiva la velocidad promedio del ANFO con
el empleo de multiplicadores de velocidad basado en cartuchos de emulsión
separando los cartuchos uno con respecto al otro a una longitud equivalente
a 3 ,1 veces el diámetro del barreno. El mejor efecto en término de aumentar
la velocidad de detonación se logra con cartuchos de emulsión de mayor
diámetro.
5
Figura 4: Empleo de emulsión encartuchada como multiplicador de la
velocidad de detonación del ANFO
3. Metodología.
Para medir la velocidad de detonación de los productos, se utilizó el equipo
MINITRAP fabricado por MREL. El ANFO que se midió fue un ANFO
estándar bajo la formulación 94% nitrato de amonio y 6% gasoil fabricado por
CAVIM-UPATEX; el nitrato de amonio que sirvió de materia prima para el
ANFO fue fabricado por HYDRO NORSK; la emulsión encartuchada que se
utilizó fue el Magnafrac Plus 65x300 mm (2 ½ x 12”) y Magnafrac Plus
155x400 mm (4 ½ x 16”) fabricado por Orica Venezuela en la planta ubicada
en Morón – Edo. Carabobo; también se midió el efecto de la velocidad de
detonación del ANFO cuando el mismo es cebado con una pieza de booster
de pentolita fabricado por Ensign Bickford de Venezuela. La Figura 5 muestra
los explosivos y agentes de voladura utilizados.
6
Figura 5: Agente de voladura y explosivos utilizados durante las pruebas de
campo.
El MINITRAP es un equipo capaz de monitorear continuamente el perfil de
velocidad de detonación a lo largo de una columna de explosivo. Este equipo
se basa en la técnica de medir la resistencia del cable o sonda cuya
resistencia lineal es conocida.; el PROCABLE-LR cuya resistencia es de 3
ohms/m, se introduce en la columna de explosivo y el MINITRAP registra la
resistencia del sistema (PROCABLE-LR y cable coaxial RG-58) y lo guarda
en memoria en un periodo total de 1049 ms una vez que empieza la
medición. La frente de detonación del explosivo destruye el PROCABLE-LR
a medida que avanza la detonación, esto se refleja en una disminución de la
longitud del cable y de la resistencia total del sistema que lo registra el
MINITRAP; una vez que los datos son exportados a la computadora, el
software transforma los datos de resistencia versus tiempo a longitud versus
tiempo, obteniéndose finalmente un gráfico de tiempo versus longitud; la
Nitrato de amonio Gasoil (fuel oil )
ANFO
Emulsión encartuchada Booster de pentolita
7
velocidad se obtiene al hallar la tangente del gráfico en la sección deseada
(Tangente = Velocidad = Longitud / Tiempo).
El MINITRAP es fabricado por MREL (www.mrel.com) y las especificaciones
del mismo se indican en la Figura 6. Otro equipo comercial que se puede
utilizar para medir la velocidad de detonación del explosivo es el VODMate
fabricado por Instantel (www.instantel.com); Otro equipo portátil para hacer
este tipo de mediciones es el HanditrapII de MREL.
Figura 6: MINITRAP, accesorios y especificaciones.
4. Resultados.
ANFO a granel:
El ANFO que se ensayó tiene una densidad a granel de 0,85 gr/cc y los
ensayos de velocidad de detonación se realizarón en un barreno de 12 ¼” de
diámetro (311 mm). La Figura 7 muestra el reporte de la velocidad de
detonación del barreno 1 y la Figura 8 la del barreno 2
8
Figura 7: Reporte de la velocidad de detonación en el barreno 1
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
62
64
66
68
70
72
741) La velocidad promedio del Magnafrac Plus 115 x 400 mm
(que sirvió como cebo) fue de 5857 m/s.
2) La velocidad promedio del ANFO fue de 4857 m/s.
3) No hubo cámara de aire. El taco fue de 8 m
VOD = 4857 m/s
VOD = 5857 m/s
MiniTrap-VOD Test Results Barreno 2, Diámetro 311 mm
Dis
tan
ce (
m )
Time ( ms )
Figura 8: Reporte de la velocidad de detonación en el barreno 2
Emulsión encartuchada como multiplicador de la velocidad de detonación del
ANFO:
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Cebo: Booster de pentolita
de 1 libra (0,454 kg)
Cámara de aire
de 2,5 m
Taco 4,5 m
1) Velocidad del ANFO oscila entre 4791 ms a 4870 m/s (4831 m/s promedio)
2) La velocidad de la onda de choque en la cámara de aire es de 4455 m/s
VOD = 4791 m/s
VOD = 4870 m/s
VOD = 4455 m/s
MiniTrap-VOD Test Results - Barreno 1, 311 mm diámetro, 16 m de prof.
Dis
tan
ce (
m )
Time ( ms )
9
En dos barrenos se colocaron emulsión encartuchada separando los
cartuchos 1 metro con respecto al otro, para ello se utilizó una cuerda y se
aseguraron los cartuchos a la cuerda con scotch, la cuerda con los cartuchos
se bajaron a los barrenos asegurando se esta manera que los cartuchos
tengas la separación adecuada (1 metro) y que los mismos sean paralelos al
barreno. En un barreno de 12 ¼” de diámetro (311 mm) se colocó emulsión
Magnafrac Plus 115x400 mm (4 ½ x 16”) dentro de la columna de ANFO, ver
Figura 9, espaciando cada cartucho uno con respecto al otro en un metro;
en otro barreno de 12 ¼” de diámetro, se colocó la emulsión Magnafrac Plus
65x300 mm (2 ½ x 12”) también espaciando los cartuchos a una distancia de
un metro, ver Figura 10.
Figura 9: Uso de cartuchos de emulsión 115x400 mm como multiplicador de
la velocidad del ANFO
10
Velocidad de detonación
promedio de toda la
columna de explosivo
por regresión lineal
Velocidad de detonación
promedio de las diferentes
secciones de ANFO
(A)
(B)
Figura 10: Uso de cartuchos de emulsión 65x300 mm como multiplicador de
la velocidad del ANFO.
5. Discusiones.
ANFO a granel:
a) La velocidad de detonación del ANFO para el barreno 1 cebado con un
booster de pentolita de 1 lb oscila entre 4.791 m/s a 4.870 m/s. Ver
Figura 7.
b) La velocidad de detonación del ANFO para el barreno 2 cebado con un
cartucho de emulsión Magnafrac Plus 115x400 mm alcanzó una
velocidad promedio de 4.857 m/s. Ver Figura 8.
c) La velocidad promedio del ANFO es de 4.840 m/s.
11
Emulsión encartuchada como multiplicador de la velocidad de detonación del
ANFO:
Si en una columna de ANFO se colocan en forma alternada cartuchos de
emulsión de longitud y diámetro adecuado, se logra aumentar la velocidad
promedio de detonación lográndose de esta manera el siguiente efecto:
a) Para un barreno de 12 ¼” de diámetro con cartuchos de emulsión
Magnafrac Plus 115x400 mm separados 1 metro un cartucho con
respecto al otro, la velocidad promedio de la columna de explosivo (ANFO
y emulsión encartuchada) es del orden de 5945 m/s. Esto se ilustra en
detalle en el registro del MINITRAP mostrado en la Figura 9.
b) Para un barreno de 12 ¼” de diámetro con cartuchos de emulsión
Magnafrac Plus 65x300 mm separados 1 metro un cartucho con respecto
al otro, se obtiene una velocidad promedio de la columna de explosivo
(ANFO y emulsión encartuchada) por el orden de 5140 m/s. Esto se
ilustra en detalle en la Figura 10.
6. Conclusiones.
a) La velocidad promedio de detonación del ANFO para un barreno de 12 ¼”
de diámetro (311 mm) es de 4.840 m/s.
b) El ANFO cebado con un cartucho de emulsión de 115x400 mm de
diámetro o con un booster de pentolita de 1 libra alcanza la velocidad
régimen sin inconvenientes (steady state velocity).
c) No es necesario utilizar un booster superior a 1 libra para iniciar
adecuada el ANFO para un barreno de 12 ¼” de diámetro.
d) La colocación de cartuchos de emulsión de Magnafrac Plus 65x300 mm y
115x400 mm espaciados 1 m en un barreno de 311 mm de diámetro con
ANFO es una manera efectiva de aumentar la velocidad promedio del
ANFO; mejorando de esta manera la fragmentación por un aumento de la
velocidad de detonación y de la presión de detonación. El mejor
resultado se obtuvo al utilizar la emulsión encartuchada Magnafrac Plus
12
115x400 mm que ubicó la velocidad promedio (ANFO y cartuchos de
emulsión separados 1 m) en 5.945 m/s.
e) En base a los datos obtenidos en campo, se puede concluir que la
selección del diámetro de los cartuchos y separación de los mismos para
aumentar la velocidad de detonación del ANFO es la siguiente:
Diámetro del cartucho ≥ (37 /100) x Diámetro del barreno [mm]
Separación de cartuchos en ANFO ≈ 3,1 x Diámetro del barreno [mm]
7. Agradecimiento.
Se le agradece a Orica Venezuela por haber prestado el equipo Minitrap a
C.V.G. Ferrominera Orinoco. De igual manera, se le agradece la valiosa
colaboración e información aportada por personal de CAVIM-UPATEX
durante los ensayos realizados en campo por C.V.G-Ferrominera.
8. Referencias.
Cameron, Alan; Forsyth Bill; Kleine Tom (2002, 14 ABril), Blast Design and Assessment for Surface Mines and Quarries, EduMine. Freites, José (2003, 15 Abril) , Informe de velocidad de detonación del ANFO cebado con Magnafrac Plus y booster, Informe interno Orica. Freites, José G (2003, 03 Septiembre), Medición de la velocidad de detonación del explosivo y variación del tiempo del sistema no eléctrico Primadet (JGF-IT-2003/11), Informe interno FMO. Freites, J. G.; Holmquist, J. A.; Dasilva, C.; Valdez, V, (2003, 19 Noviembre), Medición de la velocidad de detonación del explosivo y precisión del sistema de iniciación no eléctrica de retardo usado en C.V.G.-F.M.O., I jornadas Regionales de Geología, Ciudad Bolívar 19 al 21 Noviembre 2003. Manual de Operación de MINITRAP.
Orica Venezuela (2003), Hoja de productos. The Ensign-Bickford Company: Product Literature, Disponible: http://www.ensign-bickfordcompany.com/