CARACTERÍSTICAS DE LOS EXPLOSIVOS
CARACTERÍSTICAS PRÁCTICAS DE LOS EXPLOSIVOS
O. Resistencia al agua
Es la habilidad para resistir una prolongada exposición al agua sin perder sus características, es decir su capacidad para rechazar la penetración del agua. La unidad de medida empleada es la de “horas”. Los explosivos de fase continua como las dinamitas plásticas, los slurries, las emulsiones o las cargas iniciadoras coladas (cast primers) son resistentes al agua debido a que prácticamente no tienen poros a través de los cuales podría filtrarse el agua. Por otro lado, la resistencia al agua en los explosivos granulares friables se referirá a la capacidad de sus gránulos de no dejarse disolver por el agua, o de rechazar su penetración internamente, manteniéndose detonables aún a pesar de ella.
Esta propiedad varía de acuerdo a la composición y generalmente está vinculada a la mayor proporción de nitroglicerina y/o otros aditivos que contengan. Así, en el grupo de dinamitas las más resistentes son las gelatinas, y entre los agentes de voladura los slurries y emulsiones.
A pesar de que no existe una escala numérica reconocida internacionalmente para calificar la resistencia al agua, ésta generalmente se determina por el tiempo en el que el explosivo puede quedar sumergido y después del cual aún puede ser detonado manteniendo sus performances originales.
Usualmente las escalas van de nula o mala, limitada, regular, buena, muy buena, sobresaliente a excelente, con tiempos que pueden gradar desde 0 a 1; 3; 5; 7 y más de 15 horas.
En la primera, el explosivo no tiene ninguna resistencia al agua, como es el caso del ANFO, mientras que la ultima garantiza exposición superior a 12 horas.
Es recomendable que existan varios métodos de prueba para determinar la resistencia al agua, sea en reposo, en agua circulante o en agua bajo presión. Cada fabricante adopta uno de ellos o especifica uno propio, lo que debe ser tomado en cuenta por el usuario, siguiendo las recomendaciones del fabricante. Según esto, dos escalas expresadas para dos explosivos similares de distintos fabricantes no necesariamente tienen que ser iguales.
Al seleccionar un producto debe tratar de evaluarse en las condiciones reales de trabajo en lugar de comparar valores de tablas que pueden no ser equivalentes, tomando la escala sólo como referencia.
En el caso de explosivos especiales preparados para uso en taladros largos con agua a presión, como el Geodit
Geodit Geodit Geodit
Geodit, la resistencia al agua se expresa en el mínimo de horas de resistencia bajo una presión determinada, ejemplo:
mínimo 96 h a 10 kg/cm2 o también,
mínimo 960 h a 2 kg/cm2
La presión hidrostática es puntual, no interesa el diámetro del taladro. En la práctica, para obtener el valor de la presión en kg/m2 se multiplica el factor
25,3993 por cada pulgada de agua de columna del taladro.
P. Categoría de humos
La detonación de todo explosivo comercial produce polvo, vapor de agua (H2O), óxidos de nitrógeno
(NO -NO2) óxidos de carbono (CO -CO2) y eventualmente gases sulfurosos (H2S, SO3 y AlO2)si contenía azufre o aluminio. Entre los gases inocuos generados hay siempre cierto porcentaje de productos irritantes tóxicos o letales llamados en conjunto “humos”, como el monóxido de carbono y
CATEGORÍA VOLUMEN DE GASES NOCIVOS (CO, NO2)
1ra de 0 a 0,16 pie3
2da de 0,16 a 0,33 pie3
3ra de 0,33 a 0,67 pie3
Cuya equivalencia métrica según el ISO es: CATEGORÍA VOLUMEN DE GASES NOCIVOS
(CO, NO2)
1ra de 0 a 4,53 dm3
2da de 4.53 a 9,34 dm3
3ra de 9,34 a 18,96 dm3
Estas cifras se refieren a los gases producidos por el disparo de ensayo de un cartucho de 1 ¼” x 8” (200 g) con su envoltura de papel, en la denominada “cámara” o “bomba Bichel”. Según esta categorización del USBM aceptada por el Instituto de Fabricantes de Explosivos (EMI, ISEE) y otras instituciones, los explosivos de primera categoría pueden ser empleados en cualquier labor subterránea, los de segunda sólo en las que garantizan buena ventilación, usualmente con tiro forzado, y los de tercera sólo en superficie. Tal es el caso que el empleo de ANFO y otros nitrocarbonatos granulares en minería subterránea requiere de un permiso oficial del Ministerio de Energía y Minas. Por lo general, se considera que los explosivos de uso civil deben estar por debajo de los siguientes valores:
CO : 0,02 %
NO2 : 0,003 %
Los agentes explosivos como el ANFO eventualmente son más tóxicos que las dinamitas y emulsiones, porque generan mayor proporción de óxidos de nitrógeno. Como referencia adicional, el Buró de Minas ruso estima que la toxicidad del NO2 puede ser hasta 6,5 veces mayor que la del CO a una concentración molar dada, de acuerdo a la siguiente relación referencial:
Y = XCO + 6,5 XNO2
En donde 6,5 es el factor de toxicidad relativa.Y, expresa un simple número que se refiere al total de gases tóxicos y donde XCO y XNO son volúmenes específicos en
XNO2 = b x 1 000 x 0,053 x V x P (litros) m x 100
donde:
V : volumen libre obtenible en la atmósfera (volumen total-volumen de roca). P : presión de gas después de la explosión. a y b : concentraciones en mg/litro de CO y
NO2 respectivamente.
m : masa.
Según el Instituto de Salud Ocupacional, los límites permisibles para exposición normal de 8 horas en labores subterráneas son:
GAS VALORES PERMITIDOS
Monóxido de carbono (CO) 50 ppm Dióxido de nitrógeno (NO2) 5 ppm Dióxido de carbono (CO2) 0,5 %
Los gases tóxicos no son permanentes en la nube de humos y polvo formada por la explosión, sino que se generan inicialmente en determinado volumen y se mantienen como tóxicos durante un determinado tiempo, para después disiparse haciéndose inocuos, según la disponibilidad de oxígeno libre en el ambiente, así CO pasa a CO2 y NO a NO2, menos letales.
Es en este período de tiempo “activo” en el que se
tiene que evitar el contacto con el personal en las labores subterráneas.
La presencia de concentración de estos gases además de su persistencia a permanecer en ambientes confinados depende de varios factores:
1. De la formulación del explosivo y su balance de oxígeno en la detonación.
2. De una eficiente iniciación con un cebo potente y adecuado para llegar a la detonación lo más rápidamente posible.
3. Del tipo y confinamiento de la labor, labores subterráneas ciegas con ventilación deficiente, labores ventiladas mediante chimeneas, ductos o extractores de aire y labores en superficie. De las condiciones del frente de trabajo; tipo de roca, flujo mínimo de aire, humedad, vehículos motorizados en trabajo, etc.
En términos generales, las condiciones ambientales tienen mayor incidencia en la permanencia de estos gases en las labores después del disparo que la composición propia del explosivo. La norma general obligatoria debe ser la de permitir el reingreso del personal solamente cuando se tenga seguridad de que los gases se hayan disipado. El tiempo necesario para que esto ocurra tiene que ser establecido y controlado periódicamente por el Departamento de Seguridad de la mina o túnel con instrumental adecuado.
Q. Balance de oxígeno
Expresado en gramos de oxígeno por 100 g de explosivo, se calcula a partir de la ecuación de reacción química.
Es importante en la formulación de la mezcla explosiva para asegurar una completa combustión con la máxima potencia y mínima producción de gases tóxicos, siendo necesario controlar la proporción de oxígeno suministrado a los componentes combustibles (añadirlo o restarlo según convenga) para que logren su mayor nivel de oxidación.
En el cálculo para explosivos a emplearse en trabajos subterráneos mal ventilados debe incluirse la envoltura de papel o de plástico.
El balance de oxígeno se expresa como porcentaje de exceso (+) o deficiencia (-) de oxígeno en la mezcla. El margen de seguridad de +2 a +5 como tope, buscando un promedio de +2 a +3 como ideal. Si es mayor a +5 el nitrógeno se oxidará formando NO y NO2 tóxicos, si es menor a +2 se formará CO, igualmente tóxico. Con un balance igual a cero se obtendrá la máxima energía, pues todos los ingredientes reaccionarán completamente.
El balance de oxígeno de un explosivo es la suma algebraica de los balances de oxígeno de los varios ingredientes que lo componen. Cada ingrediente se obtiene multiplicando su balance de oxígeno por el porcentaje de estas sustancias presentes en la mezcla.
R. Densidad
Es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo, expresada en g/cm3. Prácticamente expresa la masa
en gramos de una sustancia contenida en un volumen de 1 cm3. En los explosivos tiene influencia determinante
sobre la velocidad de detonación y la sensibilidad. La densidad propia o “de masa” de los explosivos varía entre 0,8 a 1,6 g/cm3 en relación con la unidad (agua
a 4°C y 1 atm).
Puede medirse con densímetro, picnómetro, balanza hidrostática y otros instrumentos. Es la descrita en los catálogos.
Si un explosivo encartuchado posee una densidad mayor de 1 g/cm3, tenderá a hundirse en un taladro
de voladura inundado, por lo contrario si la densidad es menor que 1 g/cm3, tenderá a flotar (si en el agua
existen grandes cantidades de sólidos en suspensión o sales disueltas y la inmersión será lenta o difícil).
En los agentes de voladura granulares la densidad puede ser un factor crítico dentro del taladro, pues si es muy baja se vuelven sensibles al cordón detonante axial, que los comienza a iniciar en régimen de deflagración antes que arranque el cebo o booster, o de lo contrario si es muy alta no detonan (es el caso de insensibilidad por incremento de la densidad bajo presión).
La densidad es un elemento importante para el cálculo de la cantidad de carga necesaria para una voladura y usualmente varía entre 0,75 g/cm3 y 1,0 g/cm3 en
los agentes de voladura granulares; entre 0,9 g/cm3 y
1,2 g/cm3 en las dinamitas pulverulentas; y entre 1,2
g/cm3 a 1,5 g/cm3 en las gelatinas, hidrogeles,
emulsiones y explosivos primarios como el TNT. Generalmente, cuanto más denso sea un explosivo, proporcionará mayor efecto de brisance o impacto, razón por la que en las columnas de carga combinadas se coloca al más denso al fondo.
Densidad de carga o efectiva
Es la relación entre la masa del explosivo dentro del taladro y el volumen del taladro ocupado por esa masa, definida por la siguiente fórmula:
dc = (Q x 1,97)/((Ø)2 x L)
donde:
dc : densidad de carga, en g/cm. Q : masa del explosivo en el taladro, en
kg.
Ø : diámetro del taladro, en pulgadas. L : longitud de la carga, en m.
Aplicada para calcular la cantidad de carga en el diseño de voladuras.
Ejemplo: Un explosivo de 2¼” de diámetro por 24” de longitud en cuya caja de 25 kg caben 11 cartuchos, tiene una densidad de masa de 1,45 g/cm3. Se carga
en un taladro de 3” de diámetro sin deformación por su rigidez, su densidad de carga será:
Q : 25/11 = 2,27 kg Ø : 3” L : 24 x 2,54/100 = 0,61 m entonces: dc = (2,27 x 1,97) / ((3)2 x 0,61) = 0,81 g/cm3 CAPÍTULO 3
donde:
dc : densidad de carga (en lb/pie de taladro).
0,34 : coeficiente para determinación. Øe : diámetro de la columna explosiva en
pulgadas (para carga a granel se refiere al diámetro del taladro, y para encartuchados al del explosivo).