TIPOS DE EXPLOSIVOS Y GASES QUE GENERAN

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA DE MINAS

INTRODUCCIN

Los explosivos estn presentes en los trabajos deminera, laconstrucciny laindustria, tanto es as, que su uso hacen muy peligrosas a estas actividades si no se manipulan de acuerdo a lasnormasestablecidas, su mal uso ha causado muchosaccidentesgraves , es por esto que el conocerlo y estudiarlos nos dan una ventaja a la hora de relacionarnos con ellos.Los explosivos se usan para romper, destruir o debilitarmaterialesde gran dureza, normalmenterocaso frentes de trabajo en minera. El uso de los explosivos industriales en la minera constituye una herramienta irreemplazable para realizar la voladura y as hacer posible las dems actividades mineras. Los explosivos convencionales y los agentes explosivos poseen propiedades diferenciadoras que los caracterizan y que se aprovechan para la correctaseleccin, atendiendo al tipo de voladura que se desea realizar y las condiciones en que se debe llevar a cabo.Las propiedades de cadagrupode explosivos permiten adems predecir cules sern los resultados de fragmentacin, desplazamiento y vibraciones ms probables. Las caractersticas ms importantes son:potenciay energa desarrollada,velocidadde detonacin,densidad,presinde detonacin,resistenciaalaguay sensibilidad. Otras propiedades que afectan alempleode los explosivos y que es preciso tener en cuenta son: los humos, la resistencia a bajas y altas temperaturas, la desensibilizacin poraccionesexternas, etc.

OBJETIVOS:

OBJETIVOS GENERALES: Dar a conocer los diversos tipos de explosivos posibles a utilizar en elprocesode voladura en una minera tanto a cielo abierto como en subterrneo.OBJETIVOS ESPECIFICOS: Indicar las principales propiedades de los diferentes explosivos, as como mostrar sus principales ventajas y limitaciones. Mostrar cual es el proceso o ciclo de detonacin que sigue un explosivo, en el proceso de voladura.

EXPLOSIVOS Y GASES QUE GENERANEXPLOSIVO:Los explosivos son sustancias qumicas con un cierto grado de inestabilidad en los enlaces atmicos de sus molculas que, ante determinadas circunstancias o impulsos externos, propicia una reaccin rpida de disociacin y nuevo reagrupamiento de los tomos en formas ms estables.

PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS DE LOS EXPLOSIVOSLa seleccin del explosivo ms idneo para un fin determinado, supone conocer las caractersticas de cada explosivo y, a partir de ellas, elegir el ms adecuado al tipo de aplicacin que se precise. Las caractersticas de carcter prctico que son bsicas de un explosivo son las que se sealan a continuacin: Estabilidad Qumica:Es la aptitud que el explosivo posee para mantenerse qumicamente inalterado durante un cierto periodo de tiempo.Esta estabilidad con la que el explosivo parte de fbrica se mantendr sin alteraciones mientras las condiciones dealmacenamientosean adecuadas. Esto permitira al usuario tener unproductototalmenteseguroy fiable para los trabajos de voladura.Las prdidas de estabilidad en los explosivos se producen bien por un almacenamiento excesivamente prolongado o bien porque las condiciones del lugar no sean las adecuadas. Sensibilidad:Se define la sensibilidad de un explosivo como la mayor o menor facilidad que tiene un explosivo para ser detonado.Se dice por lo tanto que un explosivo es muysensiblecuando detona sin dificultades al detonador y a la onda explosiva que se produzca en sus cercanas.Los explosivos sensibles aseguran pocos fallos en los barrenos. Los insensibles por lo contrario provocarn ms barrenos fallidos. En este sentido son mejores los explosivos sensibles. Ahora bien, estn ms cercanos a producirse una explosin fortuita que los explosivos insensibles en los que laprobabilidadde accidente es prcticamente nula. En este sentido los insensibles son mssegurosque los sensibles.

Velocidad de Detonacin:La velocidad de detonacin es la caracterstica ms importante del explosivo. Cuanto ms grande sea la velocidad de detonacin del explosivo, tanto mayor es su potencia.Se entiende pordetonacin de un explosivoa la transformacin casi instantnea de lamateriaslida que lo compone en gases. Esta transformacin se hace a elevadsimas temperaturas con un gran desprendimiento de gases, casi 10.000 veces suvolumen. Potencia Explosiva:La potencia puede definirse como la capacidad de un explosivo para fragmentar y proyectar la roca.Depende por un lado de la composicin del explosivo, pese a que siempre es posible mejorar la potencia con una adecuada tcnica de voladura. Humos:Se designa como humos al conjunto de losproductosresultantes de una explosin, entre los que se encuentran gases, vapor de agua, polvo en suspensin, etc. Estos humos contienen gases nocivos como el xido de carbono, vapores nitrosos, etc., y si bien su presencia no tiene importancia en voladuras a cielo abierto, si la tiene en voladuras en minas subterrneas y sobre todo si se realizan en lugares con poca ventilacin. En este caso pueden ocasionar molestias eintoxicacionesmuy graves a las personas que vayan a inspeccionar la voladura.La detonacin de todo explosivo comercial produce vapor de agua, nitrgeno, dixido de carbono, y eventualmente, slidos y lquidos. Entre los gases inocuos citados existe siempre cierto porcentaje de gases txicos como el monxido de carbono y los xidos de nitrgeno. Al conjunto de todos esos productos resultantes se le designa porhumos.De acuerdo con la proporcin de los gases nocivos, se ha establecido una escala de clasificacin por grado de toxicidad para la exposicin de los operadores despus de las voladuras.

CATEGORAVOLUMEN DE GASES NOCIVOS (CO-NO2)dm3

10-4.53

24.53-9.34

3P.34-18.96

Potncia y energa:La potencia es, desde el punto de vista de aplicacin industrial, una de las propiedades ms importantes, ya que define la energa disponible para producir efectos mecnicos.Existen diferentes formas de expresar lapotenciade un explosivo. En las antiguas dinamitas era el porcentaje de nitroglicerina el parmetro de medida de la potencia. Posteriormente, con la sustitucin parcial de la nitroglicerina por otras sustancias, y la realizacin deensayoscomparativos de laboratorio, se pas a hablar dePotencia Relativa por Peso yPotencia Relativa por Volumen. As, es frecuente referir la potencia de un explosivo en tantos por ciento de otro que se toma como patrn, Goma pura, ANFO, etc., al cual se le asigna elvalor100.

Densidad:La densidad de la mayora de los explosivos vara entre 0,8 y 1,6 g/cm3, y al igual que con la velocidad de detonacin cuanto mayor es, ms intenso es el efecto rompedor que proporciona. En los agentes explosivos la densidad puede ser un factor crtico, pues si es muy baja se vuelven sensibles al cordn detonante que los comienza a iniciar antes de la detonacin del multiplicador o cebo, o de lo contrario, si es muy alta, pueden hacerse insensibles y no detonar. Esa densidad lmite es la denominadaDensidaddeMuerte,que se definir ms adelante. La densidad de un explosivo es un factor importante para elclculode la cantidad de carga necesaria para una voladura.

Presin de detonacin:La presin de detonacin de un explosivo es funcin de la densidad y del cuadrado de la velocidad de detonacin.

Estabilidad:Los explosivos deben ser qumicamente estables y no descomponerse en condiciones ambientales normales. Un mtodo de probar la estabilidad es mediante la prueba Abel, que consiste en el calentamiento de una muestra durante un tiempo determinado y a unatemperaturaespecfica, observando el momento en que se inicia su descomposicin. Por ejemplo, la nitroglicerina a 80C tarda 20 minutos en descomponerse. La estabilidad de los explosivos es una de las propiedades que est relacionada con el tiempo mximo de almacenamiento de dichas sustancias para que stas no se vean mermadas en los efectos desarrollados en las voladuras.

Resistencia al agua:Es la capacidad para resistir una prolongadaexposicinal agua sin perder sus caractersticas. Vara de acuerdo con la composicin del explosivo y generalmente est vinculada a la proporcin de nitroglicerina o aditivos especiales que contengan, as las gomas, los hidrogeles y las emulsiones son muy resistentes al agua.

Toxicidad Los glicoles nitrados, como la nitroglicerina, son vasodilatadores y causan dolor de cabeza por inhalacin o absorcin cutnea. En contacto con la piel, pueden causar diversas alteraciones como dermatitis, decoloracin, etc. Es por ello que la manipulacin de los explosivos debe realizarse tomando las debidas precauciones.

CLASIFICACIN DE LOS EXPLOSIVOS DE SEGURIDAD La normativa espaola clasifica a los explosivos de seguridad para su uso en atmsferas potencialmente inflamables en los siguientes tipos: Primer grupo: Explosivos de uso limitado. Tipo I. Segundo grupo: Explosivos de seguridad. Tipo II. Tercer grupo: Explosivos de seguridad. Tipo III. Cuarto grupo: Explosivos de seguridad. Tipo IV. EXPLOSIVOS INDUSTRIALES

Los explosivos industriales estn constituidos por una mezcla de sustancias, combustibles y comburentes, que, debidamente iniciadas, dan lugar a una reaccin qumica cuya caracterstica fundamental es su rapidez. Esta velocidad define el rgimen de la reaccin, que debe ser de rgimen de detonacin. Si no se inicia adecuadamente, el mismo producto puede desencadenar un rgimen de deflagracin, o incluso, de combustin, lo que implica que el comportamiento del producto no sea el deseado.

La reaccin generada produce gases a alta presin y temperatura, que sern las propiedades encargadas de la fragmentacin y del movimiento de la roca.

Cada tipo de explosivo tiene una composicin especfica y definida. Esto supone que sus caractersticas son diferentes, y, en consecuencia, cada explosivo tiene una aplicacin diferente en funcin de las necesidades de la voladura.

Los explosivos qumicos se clasifican en grandes grupos segn la velocidad de onda de choque.a) Explosivos rpidos y detonantes. Con velocidades entre 2000 y 7000 m/s yb) Explosivos lentos y deflagrantes.Con menos de 200 m/sLos deflagrantes comprenden a polvoras, compuestos de pirotcnicos y compuestos propulsores para artillera.Los explosivos detonantes se dividen en primarios y secundarios segn su aplicacin .Los primarios por su alta energa y sensibilidad se empatan como iniciadores para detonar a los secundarios. Entre ellos podemos mencionar a los compuestos usados como detonadores y multiplicadores. Los secundarios son los que se aplican en el arranque de rocas y aunque son menos sensibles que los primarios desarrollan mayor trabajo til, estos compuestos son mezclas de sustancias explosivas.

CRITERIOS DE SELECCIN DEL EXPLOSIVO La eleccin del tipo de explosivo forma parte importante del diseo de una voladura, y por consiguiente los resultados a obtener.Los usuarios de explosivos caen a menudo en la rutina de unos costes mnimos de arranque sin tener en cuenta toda una serie de factores que son necesarios analizar para una correcta seleccin .Entre los ms importantes factores se encuentran: Precio del explosivo Dimetro de la carga (la velocidad varia con el dimetro). Caractersticas de la roca(propiedades geomecnicas del macizo rocoso) Volumen de la roca a volar (marcan los kg de explosivos a utilizar) Condiciones atmosfricas (las bajas y altas temperaturas influyen en los explosivos) Presencia de agua Condiciones de seguridad

EXPLOSIVOSDINAMITA Este tipo de explosivos, reciben su nombre por su consistencia gelatinosa y se obtiene al mezclar nitroglicerina/nitroglicol (NG) con nitrocelulosa. Esta mezcla es an ms energtica que el propio NG. Lleva en su composicin, como elemento predominante, el nitrato amnico, adems de combustibles y otros aditivos minoritarios. Dentro de la familia de las dinamitas se pueden distinguir dos tipos diferentes, gelatinosas y pulverulentas, en funcin de su composicin. a) DINAMITA PULVERULENTA La dinamita pulverulenta est compuesta bsicamente por nitrato amnico, un combustible que corrige su exceso de oxgeno y una pequea cantidad (generalmente prxima a un 10%) de un sensibilizador, que puede ser nitroglicerina, trinitrotolueno o una mezcla de ambos. Todas ellas, debido a su contenido en nitrato amnico presentan las caractersticas siguientes: Baja potencia Densidad media/baja (de 1,0 a 1,2) Regular o mala resistencia al agua Velocidad de detonacin de 2.000 a 4.000 m/s Poca sensibilidad al choque o a la friccin. Por todo ello son explosivos recomendables en rocas de dureza media-baja sin presencia de agua.

Dinamita pulverulenta

b) DINAMITA GELATINOSA Una forma de corregir la mala resistencia al agua de las dinamitas pulverulentas y, al mismo tiempo, aumentar su potencia, es incrementar su contenido de Nitroglicerina (o Nitroglicol) y aadir una cierta cantidad de nitrocelulosa, que acta como gelificante, formando una pasta gelatinosa. Existen diversas modalidades en funcin de su contenido de Nitroglicerina (o Nitroglicol), pero todas ellas se caracterizan por: Elevada potencia Alta densidad (de 1,4 a 1,5) Buena o excelente resistencia al agua. Alta velocidad de detonacin (de 4.000 a 7.000 m/s) Cierta sensibilidad al choque o a la friccin Por todo ello son explosivos recomendables en rocas de dureza alta incluso con presencia de agua. Dinamita gelatinosa

ANFO En la lnea de reducir el contenido en nitroglicerina (o nitroglicol) del explosivo para incrementar su seguridad, surgieron los explosivos tipo ANFO (Ammonium Nitrate + Fuel Oil), explosivos compuestos por un 94 % aproximadamente de nitrato amnico que acta como oxidante y en torno a un 6 % de gasoil que acta como combustible. Las caractersticas de este explosivo son las siguientes: Baja / media potencia. Muy baja densidad (0,8). Nula resistencia al agua, ya que el nitrato amnico es soluble en agua y pierde su capacidad de detonar. Baja velocidad de detonacin (2.000 - 3.000 m/s). No son sensibles al detonador, por lo que necesitan de otro explosivo para iniciarse correctamente, lo que puede conseguirse con cordones detonantes, cebos de dinamita gelatinosa, cartuchos de hidrogel o multiplicadores. Debido a su consistencia granular y a la solubilidad del nitrato amnico, no resisten al agua, por lo que su aplicacin en barrenos que contengan este elemento est totalmente desaconsejada. Por el contrario, esta consistencia granular hace que el explosivo ofrezca una importante ventaja, y es la de que resulta muy fcil la carga mecanizada del mismo. Generalmente ste producto se comercializa a granel, tanto ensacado como expedido en camin tolva para su utilizacin directa, si bien tambin se suministra encartuchado.

Anfo

ALANFO Es un explosivo que tiene casi las mismas propiedades que el ANFO, pero que tiene un mayor poder rompedor que le da el aluminio ANFO PESADO: Es una mezcla de una emulsin, con ANFO.Cuenta con mayor energa, sensibilidad y resistencia al agua.

Anfo pesado

HIDROGELES Al objeto de mejorar la resistencia al agua de los explosivos de base nitrato amnico, se desarrollaron los slurries o papillas explosivas. Son productos que, paradjicamente, incorporan una cierta cantidad de agua en su composicin, pero fundamentalmente se trata de explosivos compuestos por un elemento oxidante (NH4NO3 o bien NaNO3) y otro que acta a la vez como sensibilizador y combustible, y que puede ser un explosivo (TNT), un metal (Al) o una sal orgnica (Nitrato de Monometilamina o Nitrato de Hexamina). Ambos componentes estn dispersos en una solucin saturada de NH4NO3 o de NaNO3 (12 - 15% agua). A esta mezcla se le suele aadir tambin un conjunto de sustancias espesantes, gelificantes y estabilizantes. Se conocen con el nombre de hidrogeles y se pueden presentar en forma encartuchada o incluso puede ser bombeado, a granel. Se caracterizan por: Elevada potencia. Densidad media/alta (1,2-1,3) Excelente resistencia al agua Velocidad de detonacin de 3.500 a 4.500 m/s. Menor sensibilidad a la friccin o al impacto. Son productos que pueden no llevar en su composicin ningn producto que sea de por si explosivo; nicamente, estos productos, reaccionan de forma explosiva en el momento que se inician con el detonador, cordn detonante o cualquier multiplicador. Las caractersticas ms notables son su elevada potencia, excelente resistencia al agua y gran seguridad en el manejo y el transporte. Por todo lo anterior este explosivo es de Aplicacin en rocas de dureza media-alta, incluso con presencia de agua.

Explosivo tipo hidrogel

EMULSIONES En la misma lnea de buscar un explosivo de la mxima seguridad y potencia que pueda ser utilizado en barrenos con agua, el ltimo desarrollo en explosivos industriales lo constituyen las conocidas como emulsiones. Consisten en una fase dispersa formada por pequeas gotas de disolucin de NH4NO3 o de NaNO3 en agua, que estn rodeadas de una fina pelcula de 10-4 mm de aceite mineral (fase continua). Se trata, por tanto, de explosivos compuestos bsicamente por nitrato amnico o nitrato sdico con un contenido en agua entre el 14 y el 20 %, un 4 % aproximadamente de gasoil y menores cantidades (1 2 %) de otros productos. Algunos fabricantes incorporan tambin en la composicin burbujas de aire o esferas huecas de vidrio (llamadas microesferas) que incrementan la onda de detonacin, aumentando la sensibilidad, y partculas de aluminio que aumentan igualmente su potencia y sensibilidad. El rea de contacto entre oxidante y combustible que proporciona la emulsin, favorece una amplia y completa reaccin. Por otra parte, la pelcula de aceite constituye una proteccin del nitrato frente al agua. De todo aquello se deriva un explosivo en forma de pasta, capaz de ser bombeado o de ser encartuchado y que tiene las siguientes caractersticas: Alta velocidad de detonacin (4.500-5.500 m/s) Excelente resistencia al agua. Mucha menor sensibilidad al choque o a la friccin. La mezcla de ANFO con emulsin en proporcin variable, en un rango que puede abarcar desde una proporcin 90/10 hasta 50/50.

Diferentes tipos de emulsin e funcin a la proporcin de emulsin /ANFO

GASES CONTAMINANTES EN INTERIOR MINA PRODUCIDOS POR LOS EXPLOSIVOS Y OTROS AGENTES1) MONXIDO DE CARBONO (CO) Viento Blanco Peso especfico o densidad = 0,967 Ms ligero que el aire. Arde con llama azul. Inflamable y explosivo en mezcla de 12,5 a 74,2% con el aire. SE GENERA: Por el uso de explosivos Por la combustin incompleta de madera (Incendios en la mina). Por funcionamiento de motores de combustin interna. En toda combustin que haya deficiencia de oxgeno.

RIESGO ESPECFICO DEL CO. Su accin txica en el organismo se debe al desplazamiento del oxgeno en la sangre para combinarse con la hemoglobina, encontrndose que la afinidad del CO con ella es 260 veces mayor que el oxgeno, formando la carboxihemoglobina, a consecuencia de esto, la sangre pierde su propiedad de absorber oxgeno. Hb O2+CO HbCO+O2

El efecto inmediato del CO es comparable al de un anestsico suave.

Los efectos del CO en el organismo humano, a concentracin de 0.1 % El lmite mximo permisible para este gas es 0.0005%

2) ANHDRIDO CARBNICO (CO2) Viento Negro Peso especfico = 1,529 Es un gas ms pesado que el aire, por lo tanto siempre se le encuentra en las partes ms bajas y en zonas abandonadas. Tiene un sabor ligeramente cido. No es combustible, ni ayuda a la combustin. Es irrespirable cuando no est mezclado con el aire y, al ser inhalado, produce la muerte por sofocamiento. EL CO2 SE GENERA: El uso de explosivos en las voladuras. Por la combustin incompleta de madera (Incendios en la mina). La respiracin del hombre. Incendios EFECTOS FISIOLOGICOS Sus sntomas son respiracin rpida y agitacin y an en reposo. Donde hay presencia de CO2 siempre habr falta de oxgeno y viceversa. Es inofensivo para la salud hasta 0.5%, con 3% la lmpara empieza a apagarse y la frecuencia de la respiracin aumenta. Con 5% la lmpara se apaga y la respiracin se hace ms penosa, con 10% no se puede resistir sino unos pocos minutos. El personal minero con experiencia reconoce la presencia del CO2 por la dificultad de la respiracin, el calentamiento de las piernas y de la piel que enrojece, el dolor de cabeza y el decaimiento general.

En concentraciones mayores provocan la tos, aceleracin de la respiracin decaimiento del cuerpo.

3) HIDROGENO SULFURADO (H2S) cido sulfhdrico Sulfuro de hidrgeno Hidruro de azufre Densidad = 1.191 Inflamable y explosivo entre 4,5 45% Olor a huevo podrido y gusto azucarado Es ms venenoso que el monxido de carbono, pero no se le considera tan peligroso debido a su olor caracterstico. El 0,1% puede causar la muerte instantnea. Es muy irritante a los ojos y a la garganta.

EL H2S SE GENERA: Voladura de rocas (particularmente por combustin incompleta del explosivo, mecha). Bateras de locomotora. Descomposicin de minerales que contienen azufre. Descomposicin de madera u otras materias orgnicas. EFECTOS FISIOLOGICOS Es un gas venenoso en concentraciones de: 50 a 100 p.p.m: produce sntomas leves tales como una ligera conjuntivitis e irritacin de las vas respiratorias. 200 a 300 p.p.m.: ocasiona fuertes conjuntivitis e irritacin de las vas respiratorias despus de una hora de exposicin. La muerte sobreviene rpidamente despus que la vctima ha perdido el conocimiento.

4) OXIDO DE NITRGENO (NO) humos nitrosos Densidad = 1.04 Se oxida con el oxgeno del aire y pasa a xido ntrico (NO2). Es un gas con fuerte olor picante y presenta un color rojizo. Estos humos son an ms venenosos que el hidrgeno sulfurado y sus efectos sobre el sistema respiratorio y los ojos son casi iguales que los de H2S.

Los gases nitrosos en concentraciones bajas no tienen color, olor y sabor. En concentraciones altas se pueden detectar por su olor a plvora quemada familiar de las voladuras y por sus humos de color rojizo. Son gases txicos e irritantes, se producen por la combustin y la detonacin de los explosivos y por la operacin de equipos disel. EL (NO) SE GENERA: En explosiones incompletas de dinamita, ANFO Son componentes de los gases de escape de maquinaria disel y de gasolina. EFECTOS FISIOLOGICOS Existe el grave peligro de bronquitis aguda, que es a menudo fatal. Se experimenta una mejora aparente, pero generalmente sobreviene la bronquitis en pocas horas y la muerte puede resultar en dos o tres das.

Edema pulmonar (muerte por destruccin del tejido pulmonar y por hemorragias).

Irritacin a la garganta, tos y fatalidad en poco tiempo, ante cantidades altas. Corroe las vas respiratorias y crea edemas pulmonares, dejndonos expuestos a bronquitis y pulmonas con posible fatalidad.

Es un gas ms pesado que el aire y se mantiene en las partes bajas de las labores. Se diluye con aire (ventilacin)

CONCLUSIONES Antes de emplear cualquier tipo de explosivo, se debe realizar las pruebas necesarias del mismo para determinar si el explosivo es el correcto en el proceso de voladura a aplicar. Con una correcta adicin dealuminioa los explosivos del tipo ANFO Pesado podemos obtener una voladura mucho ms eficiente y de mejorcalidadde fragmentacin, reduciendocostosde una u otra forma. Si se desea perforar y volar un yacimiento ya sea a Cielo Abierto o en Subterrneo dependiendo de las condiciones derentabilidadque se dispongan; se recomienda usar explosivos del tipo Gelatinoso debido a su mayor potencia relativa, mayor velocidad de detonacin y mayor calor de explosin. Segn esa clasificacin los explosivos de primera categora pueden ser empleados en cualquier labor subterrnea, los de segunda slo en las que se garantice buena ventilacin y los de tercera solo en superficie. Los agentes explosivos como el ANFO son ms txicos que las dinamitas, pues generan mayor proporcin de xidos de nitrgeno. De acuerdo con algunasinvestigaciones, la toxicidad del NO2 puede llegar a ser hasta 6,5 veces mayor que la del CO para una concentracin molar dado.

BIBLIOGRAFIA

Lpez Jimeno (1994),Manual de Perforacin y Voladura de Rocas ,pg. 149-161 EXSA (1986): Manual Prctico de Voladura.

Ing. HUGO MSOQUEIRA ESTRAVER ANLISIS QUMICO