Capítulo 14 - Secretaria de Estado Minería

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Capítulo 14
J1. INTRODUCCION
SISTEMAS DE INICIACION y CEBADO
La aplicación masiva de los agentes explosivos, como
el ANFO, los hidrogeles y las emulsiones al
J arranque de rocas, ha exigido un fuerte desarrollo de las
técnicas de iniciación y cebado, debido, por un
lado, a la insensibilidad relativa de dichas sustancias
y, por otro, para obtener el máximo rendimiento de la
energía desarrollada por los explosivos.
El proceso de detonación precisa de .una energía
de iniciación para que se desarrolle y mantenga en
condiciones estables.
J
.../
J
Los términos más corrientes que se encuentran en
la documentación sajona sobre iniciadores son:
- Primer: Carga de explosivo potente y sensible
utilizada para iniciar la columna principal alojada
en el barreno. Son explosivos sensibles al detonador
y al cordón detonante, incluso al de bajo
gramaje.
- Booster: Es una carga de explosivo potente que no
contiene ningún accesorio de iniciación y que tiene
dos funciones:
1. Completar el trabajo de iniciación del «primer»
en la columna de explosivo, y
2. Crear zonas de alta liberación de energía a lo
largo de dicha columna.
Sobre las técnicas de iniciación se han desarro-
J liado a partir de los años 70 diversas teorías, algunas
contradictorias, que han creado cierto confusionismo
entre los operadores. En los apartados si-
../ guientes se actualiza el estado de conocimiento y se
dan una serie de recomendaciones prácticas para 10o
grar el máximo aprovechamiento de los explosivos.
2. INICIACION DEL ANFO A GRANEL
Cuando los barrenos tienen una longitud inferior a
" los 10 m y se mantienen secos, la iniciación del ANFO se
..-/ puede llevar a cabo con seguridad mediante un solo
iniciador.
Si la altura del banco es grande y los barrenos atra-
.../ viesan zonas con diferentes características litológicas
y grados de fractu ración de la roca, se presenta no sólo
.J
una posibilidad de aporte de agua, sino incluso que
durante la carga del barreno se produzcan discontinuidades
en la columna de explosivo. En estos casos,
es aconsejable un cebado múltiple de la columna disponiendo
un iniciador cada 4 ó 5 m, ya que con este
pequeño sobrecoste se elimina el riesgo de fallos en
algunos barrenos de la voladura.
2.1. Iniciación con cargas puntuales
En el cebado del ANFO, el rendimiento de un iniciador
está definido por su presión de detonación, sus dimensiones
y su forma.
Cuanto mayor es la presión de detonación «PO»,
mayor será su disponibilidad para la iniciación. El
efecto de la «PO» sobre la velocidad de detonación
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2z
«
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«VD» del ANFO se ilustra en la Fig. 14.1.
5.000
i5 4000
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U
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~ 3600
2000
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24000
13.500
5000
4000
700
V. D. DE REGIM~
DIAMETRO DEL MULTIPLlCADOR " DIAMETRO
DEL ANFO 75 mm
CONFINAMIENTO EN TUBO DE ASBESTO
100 200 300 400 500
DISTANCIA AL PUNTO DE INICIACION (mm)
Figura 14.1. Efecto de la presión de detonación del iniciador
sobre la velocidad inicial del ANFO (Junk, 1972).
189

Como puede observarse con una presión de detonación
inferior a un cierto valor se produce una caída
parcial de la «VD", sucediendo lo contrario cuando se
tiene una «PO" superior al citado valor.
De la misma manera se ha estudiado el efecto del
diámetro del iniciador. Fig. 14.2.
1 [2
z
«
5.000
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2'i
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« 4.000
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3.000
2000
A
CURVA
75
64
51
25
v. D DE REGIMEN ""
D'AMETRO DEL ANFO 076 mm
CONFINAMIENTO EN TUBO DE ASBESTO
'°0 200 300 400 500
DISTANCIA AL PUNTO DE INICIACION (mm)
Figura 14.2. Efecto del diámetro del iniciador sobre la velocidad
inicial del ANFO (Junk, 1972).
Así pues, las condiciones que debe cumplir un iniciador
para eliminar las zonas de baja «VD"del ANFO
son: presión de detonación lo más elevada posible y
diámetro superior a 2/3 del calibre de la carga aproximadamente.
La longituddel iniciadortambién tiene su importancia,
ya que éste a su vez es iniciado por un detonador o cordón
detonante y presentan un determinado tramo de
elevación de la velocidad de detonación. Por ejemplo~
un hidrogel para alcanzar la velocidad de detonación de
régimen suele tener una distancia carac~rística de 3 a
6 veces el diámetro de la carga. .
En la Tabla 14.1 se indican las dimensiones mínimas
de iniciadores «booster» de pentolita para diferentes
diámetros de barrenos.
190
Tabla 14.1
DIAMETRO DEL TAMAÑO DEL INICIADOR
BARRENO DE PENTOLlTA
(mm) (Masa x diámetro x longitud)
- 50 30 g x 23 mm x 52 mm
50 - 115 60 g x28 mm x70 mm
115 - 160 150 g x 40 mm x 79 mm
160 - 320 400 g x 80 mm x 59 mm
En cuanto a la forma de los iniciadores, las últimas
investigaciones han puesto de manifiesto que tiene un
efecto significativo sobre su rendimiento, por lo que
constituye un campo de estudio abierto. "
Aunque existe la creencia general de que la energía
producida por el ANFOaumenta con la «VD"transitoria
de la carga, esta concepción es errónea porque la '
energía total producida por un explosivo es constante
e rndependiente de dicha velocidad. Un aumento de la
«VD» provoca un incremento de la energía de tensión "-
«ET" y por consiguiente una disminución de la energía
de los gases «EB", pero, la suma de ambas permanece
constante.
La relación «ET/EB" es menor en zonas de caída"
de «VD" y mayor cuando el iniciador produce una
sobreelevación de la «VD".
El aumento de la «ET" sólo es beneficiosa en la "fragmentación
cuando se vuelan rocas duras, frágiles y
masivas. En formaciones sedimentarias o rocas muy
tectonizadas se debe intentar aumentar «EB" para
aprovechar el efecto de las fracturas y planos de debilidad
y conseguir un desplazamiento adecuado de las
rocas.
Por último, se ha visto que la «VD" de régimen del
ANFO es independiente del tipo, peso y forma de los
iniciadores (Junk 1972).
2.2. Clases de iniciadores
En la actualidad, los iniciadores más utilizados son
los multiplicadores fabricados de pentolita, pues presentan
numerosas ventajas entre las que destacan:
- Insensibilidad a los impactos y fricciones.
- Alta resistencia mecánica y por lo tanto estabilidad
dimensional.
- Poseen uno o dos orificios por donde el cordón
detonante puede pasar y quedar retenido o insertar
un detonador. Fig. 14.3.
- Son pequeños, compactos, fáciles de manejar y no
producen efectos fisiológicos adversos.
- No se alteran con el tiempo.
CORDON
DETONANTE
CORDON
DETONANTE
~I
DETONADOR
COMERCIAL
,I~- ¡'~:~S'VA
Figura 14.3. Multiplicadores convencionales.
Los hidrogeles y emulsiones que son sensibles al
detonador o al cordón detonante pueden emplearse
como iniciadores primarios o cartuchos cebo, con la
"

./
ventaja de que ocupan así toda la sección del barreno y
resultan muy eficientes. Cuando estos explosivos pre-
./ cisan para su iniciación de un multiplicador sólo pueden
usarse como «boosters» (iniciadores secundarios)
a no ser que se utilicen accesorios especiales como
el Detaprime de Du Pont. Fig. 14.4.
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~:~?~~~:~~~~
Figura 14.4. Cartuchos-cebo con multiplicador Detaprime
(Du Pont).
2.3. Iniciación por cordón detonante
./ Cuando un cordón atraviesa una carga de ANFOy
tiene un gramaje insuficiente para iniciarla, la detonación
de dicho cordón crea un frente de presión que se
expande de forma cilíndrica y una chimenea de gas
./ dentro del ANFO. Si el área de la sección transversal
del barreno es pequeña la presión lateral puede comprimir
el explosivo y desensibilizarlo.
Según Hagan, en barrenos de 75 a 125mm un cordón
detonante de 10 g/m en una posición próxima al eje de
éstos desensibiliza, al menos parcialmente, las cargas
/ de ANFO.Si el cordón se encuentra a lo largo de la
caña del barreno, el riesgo de desensibilización rara
vez se presenta con un ANFObien mezclado, pero es
posible en barrenos con agua donde el explosivo se
./ encuentre alterado.
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00
0
3/B RADID DE LA CARGA
\ 4000 U
FRENTE DE REACCION, VD
.¡.
7EL BARRENO
,COROON DETONANTE
VELOCIDAD DE PRESION DE
DETONACION (m;,1 30DO DETONACION(MP,)
1300
2OCC
/ 4200
500
[d---
IOCC .
S 10
DISTANCIA RADIAL(mm)
Figura 14.5. Efecto de la detonación de un cordón situado
,/ en el eje de un barrenosobre la velocidadde detonacióndel
ANFO.
.1
Si el cordón detonante produce la iniciación lateral
del ANFOla «VD» comienzasiendomás bajayaumenta
lentamente mientras que el frente de la onda de detonación
atraviesa la sección de la columna de explosivo.
Con la iniciación axial se produce entonces un aumento
de la energía de los gases «ES», a expensas de
la energía de tensión «ET», lo cual puede ser muy
ventajoso en rocas blandas e intensamente fracturadas
y cuando se desea efectuar una voladura con trayectoria
controlada y máximo desplazamiento.
Por otro lado, en la Fig. 14.6, se muestran las pérdidas
de energía para el ANFO,cuando éste sufre daños
por el cordón detonante, debido a la precompresión que
provoca la combustión o deflagración de parte de la
carga de explosivo.
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W
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Q.
50
o o 8 10
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(g/m)
Figura 14.6. Pérdidas de energía provocadas en
columnas de ANFO por el cordón detonante
(Konyay Walter, 1990)
E"-
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200
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2.4. Iniciación con multiplicador y cordón detonante
Cuando el cordón detonante no llega a iniciar bien la
carga de ANFOpueden aparecer las siguientes situa-
, ciones:
- En barrenos con diámetros superiores a 200 mm y
cordones con gramaje inferior a 10 g/m, la detonación
del cordón tiene un efecto insignificante y el
ANFOse ve afectado solamente por el multiplicadar.
- Cuando se dispone de un cordón de 10g/m en el eje
de un barreno de 75 a 125 mm, la detonación del
cordón, como ya se ha indicado, comprime y desensibiliza
al ANFO e impide su detonación en
puntos alejados del multiplicador. Cuando esto sucede,
la fracción de ANFOque detona disminuye al
mismo tiempo que la onda de choque se propaga a
través de la carga. En la práctica, sobre todo en
barrenos inclinados, como el cordón detonante se
apoya a lo largo de una generatriz, esta situación
no se produce.
191

Si el cordón inicia lateralmente las cargas de
explosivo, los multiplicadores tienen una influencia
muy pequeña sobre la efectividad de la detonación
del ANFO, a menos que estén situados muy
próximos entre sí.
3. INICIACION DEL ANFO ENCARTUCHADO
Si la envoltura de una carga de ANFO ha resultado
dañada y su contenido alterado por el agua, la propagación
de la detonación puede llegar a interrumpirse a
menos que se coloquen diversos multiplicadores en la
columna formada por cartuchos de explosivo, Fig.
14.7,existiendo siempre la garantía de que cada una de
éstas está en contacto con un multiplicador.
CARTUCHOS QUE
NDDETONAN
CARTUCHOS
,APTOS PARA
LA DETONACION
o) INADECUADO
CaRDaN DETONANTE
;-- ----
ANFO ALTERADO
POR EL AGUA
b) SATISFÁC'fORIO
MULTiPLlCAOOR
TODOS LOS CARTUCHOS
OErONAN EXCEPTO ESTE
Figura 14.7. Colocación de multiplicado res en columna de
explosivo formada por cartuchos de l"roFO.
En barrenos con un diámetro de 150 mm, se recomiendan
multiplicadores de 125 g de peso y en los
barrenos más grandes de 500 g.
Cuando el ANFO se ha encartuchado en fábrica a
presión, las densidades alcanzadas (1,1 g/cm 3) son
mayores que las que tiene el explosivo a granel (0,8
g/cm 3), por ello, aunque exista agua en los barrenos es
más fácil que los cartuchos estén en contacto con los
multiplicadores y además, las envolturas suelen ser
más resistentes al agua y a la abrasión, por lo que el
número de iniciadres que se precisa es menor que en
los casos anteriores.
192
4.
INICIACION DE HIDROGELES VERTIBLES
O BOMBEABLES
Engeneral,los hidrogelesy las emulsiones explosi- "vas
son menos sensibles que el ANFOa la iniciación.
Estos agentes explosivos tienden a ser más fácilmente
comprimibles y pueden ser desensibilizados por la "detonación
del cordón dentro de la columna de explosivo.
La menor porosidad y la presencia de una fase
líquida reducen la atenuación de la onda de choque "producida
por el cordón y prolongan la acción de los
gases a alta presión después del paso de la onda de
choque.
Para minimizarel riesgo de los fallosoriginados por "el
cordón detonante, en barrenos de gran calibre (150-
381 mm) se emplea un sistema de cebado múltiple, Fig.
14.8. El número de multiplicadores equidistantes «nm» "dentro
de un barreno de diámetro «D» con una longitud
de columna «1» se determina, de acuerdo con
Hagan, con la siguiente expresión: '-
n - 1
m -300+0,73 '-
En un banco de 20 m de altura con un diámetro de
229 mm, un retacado de 5,70 m y una sobreperforación
de 1,80 m, el número de multiplicadores necesario
será:
.20- 5,70 + 1,80 + 0,73 = 3,07 ~ 3
nm 30 . 0,229
Foto 14.1. Colocación de un multiplicador para iniciar una
columna de hidrogel vertible.
"-
'-
'-
'-
'-
'-
'-

J
Para asegurar que la posición de los multiplicadores
sea la correcta se colocará un peso en el extremo del
cordón detonante para tensar la línea, y se situarán los
J primeros multiplicadores a la profundidad calculada.
Cuando la densidad de los multiplicadores no es
muy superior a la de los agentes explosivos utilizados o
J a la del propio Iodo que puede existir en el barreno,
puede presentarse el riesgo de una posición inadecuada
de los iniciadores como consecuencia de su
J flotación o de haber sido empujados hacia arriba. En
tales casos se aconseja preparar la línea de cordón
para el cebado múltiple en el exterior, enhebrando
dos veces cada uno de los multiplicadores. Fig. 14.8.
J
J
J
../
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1
1
.../
1
1
.../
./
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../
j
../
En algunos lugares los accesorios se descienden
con unas grapas en forma de pinzas que impiden el
deslizamiento de los mismos hacia la superficie.

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O Z- I II
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0 PUNTO DE INICIACION
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Figura 14.11. Pulsos de tensión registrados en un punto "P" para dos posiciones de cebado en fondo (Hagan, 1974).
posee una posibilidad de cortes mucho menor que el
cebado en cabeza o el cebado múltiple. En la Fig. 14.12
se representa un ejemplo con dos barrenos de 270 mm
de diámetro y 20 m de longitud, donde el espaciamiento
entre columnas de explosivo y la longitud de
retacado es de 7 m. Las velocidades de detonación son
de 7.000 mIs y 4.000 mIs en el cordón y en el ANFO respectivamente
y entre ambos barrenos se ha intercalado
un relé de microrretardo de 25 ms.
Como los fallos en las voladuras se producen por el ~
corte del cordón como consecuencia del movimiento
del terreno, cuanto menor sea la diferEiflcia de los
tiempos de detonación en dos puntos semejantes de "
ambas cargas, menor será la probabilidad de que eso
suceda. En la Fig. 14.12 se observa que con el cebado
en cabeza (a) la diferencia de tiempo entre B y O es de
26 ms, mientras que cebando en fondo (b) ese tiempo
se reduce
menor.
casi un 20% y por tanto el riesgo de fallos es
Un esquema de iniciación en fondo denominado "de
seguridad» es el que se indica en la Fig. 14.13.
En este caso si el cordón de bajo gramaje del detonador
"N» fallara por cualquier razón, al cabo de un
tiempo igual 81 int6rvalo nominal de la serie de microrretardo
se iniciaría el multiplicador situado en cabeza,
garantizándose así la detonación del barreno.
Hasta hace poco tiempo los operadores desechaban
194
4
-7m-
A 10m,) CI26m,)
..¡. Bl.lm"
_2§,!,'.
(a)
A GRANEL
AlOm,) CI26m,)
127m,:
Figura 14.12. Menor probabilidad de cortes con cebado
en fondo. "-
e! cebado en fondo pues el uso de detonadores dentro
de los barrenos implicaba ciertos riesgos, pero hoy en
día se dispone de accesorios no eléctricos tales como
los cordones de bajo gramaje y los de muy baja energía
que ofrecen un amplio campo de posibilidades en este
sistema de iniciación.
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6.2.
N
:1
IT
1
1r.
R
'ií
N+1
Figura 14.13. Esquema de seguridad con cebado en fondo.
Cebado en cabeza
En voladuras en banco donde se utiliza el cebado en
cabeza una onda de alta tensión se propaga hacia la
zona de la sobreperforación, donde por supuesto, su
energía se disipa malgastándose. En voladuras de recubrimiento
en descubiertas de carbón, esta energía
de tensión puede ser empleada de forma más útil fragmentando
la roca entre el fondo del barreno y la parte
superior del carbón, pero no el propio carbón, especialmente
si hay un nivel duro inmediatamente a techo
del carbón y/o una zona bien diferenciada entre el
estéril y el mineral.
Si se pretende maximizar la tensión de pico a lo largo
de la roca que rodea la columna de recatado el iniciador
en la cabeza deberá estar al menos a 1/4 de la
piedra por debajo del techo de la carga (Starfield 1966).
Si el explosivo es iniciado con un multiplicador en el
punto más alto, la superposición de las tensiones generadas
por elementos de carga adyacentes da una
resultante menor en cualquier punto del retacado. Fig.
14.14.
'P
'b".,.,..
0 PUNTO OE INICIACION
.r
TENSION RESULTANTE
/-~N}PUNTO P
,/
~ "
¡;; ,
°,, PULSOS DE TENSION DE
°,, CADA ELEMENTO DE
',CARGA1-7
1
~~, /\ \
\\ ,
La eliminación del escape prematuro de los gases a
la atmósfera, con una longitud de retacado adecuada,
mejora la fracturación y el desplazamiento de la roca
por la energía de burbuja. Para cargas alargadas, la
eficiencia del retacado con el cebado en cabeza es
menor, pues tanto el material inerte del retacado como
la propia roca en la parte alta comienzan a moverse
unos milisegundos antes de que la zona inferior del
explosivo detone. La caída de presión de los gases es
más acusada en columnas largas de explosivo de baja
velocidad de detonación con 10ngitÜdes de retacado
insuficientes o dimensiones de la piedra pequeña.
Cuando la detonación llega al nivel del piso, la presión
de los gases cae rápidamente desde su valor más
alto, debido al escape de éstos hacia zonas de menor
presión. Este fenómeno produce en el fondo del barreno
mala fracturación y especialmente un desplazac
miento reducido de la roca inferior.
6.3. Cebado múltiple
Si se utilizan varios multiplicadores deberán colocarse
en puntos tales que las ondas de detonación
choquen a un nivel que coincida preferiblemente con
una zona dura de la roca, o el propio piso del banco.
Fig.14.15.
Las tensiones que se producen en esos puntos de
colisión son un 46% mayores que las que se obtienen
con una iniciación simple (Starfield 1966).
Cuando las cargas no presentan caídas de velocidad,
la iniciación múltiple mejora la fragmentación de
la roca por la energía de tensión.
6.4. Cebado axial
Cuando las columnas de explosivo están iniciadas
de forma continua, por mediO de un cordón detonante.
las velocidades de detonación son relativamente más
bajas que las de régimen. Así, el cebado axial es más
efectivo en formaciones rocosas blandas y con muchas
fracturas donde es preferible una mayor energía
de los gases «EB». La teoría de Teller (1972) de que la
iniciación continua aumenta de forma significativa la
«VD" del ANFO no puede mantenerse tal y como se ha
,. demostrado en la práctica.
,C/,~,~"~,,-,=,,=,, "
, \
'P
\
! \ TENSIONRESULTANTE
I : EN EL PUNTOP
i
" :/ ! I
I I
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3
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I \
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l' \
I \
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.1
TiEMPO
Figura 14.14. Diferentes posiciones del iniciador con cebado en cabeza (Hagan, 1974).
0 PUNTO DE INICIACION TiEMPO
195

Figura 14.15. Aplicaciones del cebado múltiple a una
voladura en banco.
7. CEBADO DE CARTUCHOS DE EXPLOSIVOS
CONVENCIONALES
El cebado de cartuchos consiste en la inserción
dentro de los mismos de un detonador o extremo de
cordón detonante para activar o iniciar la detonación
de la carga explosiva principal dentro del barreno.
Para aprovechar al máximo el efecto de choque que
proporciona el detonador se debe colocar éste 8n
forma axial al cartucho cebo y al eje de la columna de
explosivo.
n
I
'
I! !
"-
r CORRECTO
1
!NCORRECTO
Figura 14.16. Cebado de cartucho con detonador eléctrico.
BIBLlOGRAFIA
- ANONIMO: "Puzzled About Primers tor Large-Diameter
ANFO Charges? Here's Some Help to End the Mystery».
Coal Age. August 1976.
- ANONIMO: "Sale and Ellicient Initiation ot Explosives».
Downline. ICI, No 7,10,1988-1990.
- CONDON, J. L., and SNODGRASS, J. J.: "Effects 01Primes
Type and Borehole Diameter on ANFO Detonation Velocities».
Min. Congo J. June 1974.
- GOFFART, P.: "L'Amorc;age Rati.onnel des Grosses Mines
Charge's d'Explosit Envrac». Annales des Mines de Belgique.
September 1977.
- HAGAN, T. N., and RASHLEIGH, C.: