Profesor; Ing. Juan Mendoza M.
CLASE 7 -- EXPLOSIVOS
1.0 HISTORIA DE LOS EXPLOSIVOS EL DESARROLLO DE LA POLVORA
La pólvora, fue la primera mezcla explosiva conocida. Los españoles la trajeron al Perú, para sus armas y el trabajo de las minas.
La pólvora (y todos los explosivos) contiene un combustible y un oxidante. En la pólvora, el combustible es carbón de leña y azufre, que se mezcla con el nitrato de potasio (el oxidante).
El mezclado mejoró en 1425 moliendo en húmedo para una mezcla íntima superior del combustible y oxidante, esta pasta luego se secaba y se rompía en granos pequeños, produciendo así una pólvora muy superior. Esta pólvora se empezó a usar para armas pequeñas y granadas de mano durante el siglo 15 y para las armas grandes en el siglo 16.
En el Perú se fabricaba pólvora en Lima (como un monopolio de la Corona) alrededor de 1730, pero también se fabricaba de contrabando por los mineros de Tarapacá, para las minas de plata de Guantajaya que están cerca de Iquique, y para llevarlo a Potosí (actual Bolivia) y las minas de las sierras de Caylloma en Arequipa y de Laycacota en Puno. Como oxidante se usaba el “Caliche” que es un mineral compuesto de Nitrato de Sodio y Potasio, que es abundante en Tarapacá, azufre de las azufreras que hay en el volcán Tacora y otros cerca de Tacna y el carbón de madera de los bosques de tamarugales que existían en el desierto de Tarapacá.
El porcentaje de salitre en la pólvora fue aumentando hasta que a finales del siglo XVIII se había alcanzado aproximadamente su formula final: 75% salitre, 15% carbón y 10% de azufre.
La pólvora negra fue desplazada por la pólvora nitro celulósica o sin humo a fines del siglo XIX, por las ventajas que tenia sobre la otra.
La pólvora negra tenía una serie de limitaciones para el trabajo de las minas.
EL DESARROLLO DE LA NITROGLICERINA
En 1846 el italiano, Ascanio Sobrero descubrió la nitroglicerina líquida [el C3H5O3 (NO2)3].
En 1863 el sueco, Emmanuel Nobel invento un proceso para producir nitroglicerina industrial, mezclando glicerol con una mezcla enfriada de ácidos nítrico y sulfúrico en jarros de piedra
Después de una gran explosión en 1866 qué demolió su fábrica, Alfred Nobel trato de reducir la sensibilidad de la nitroglicerina mezclándola con una arcilla absorbente, Kieselguhr1. Esta mezcla se conoció como el ghur-dinamite.
La nitroglicerina tiene la gran ventaja sobre la pólvora negra de contener los dos elementos, el combustible y el oxidante en la misma molécula, esto da el contacto más íntimo.
EL DESARROLLO DEL FULMINATO DE MERCURIO
El Fulminato de Mercurio fue preparado en el siglo 17 por el sueco-alemán, Barón Johann von Kunkel Lowenstern, tratando mercurio con ácido nítrico y alcohol. Kunkel no encontró un uso apropiado para el explosivo y el compuesto se olvidó hasta que Edward Howard de Inglaterra lo redescubrió entre 1799 y 1800.
Howard propuso usar el fulminato de mercurio como iniciador de la detonación para la pólvora negra y en 1807 el Clérigo escocés Alejandro Forsyth patentó el dispositivo.
1 Este es el mineral no-metálico, mas conocido en nuestro medio como Diatomita, o Tierra de Diatomeas.
EL DESARROLLO DE LA NITROCELULOSA
La nitración de la celulosa para producir la nitrocelulosa (pólvora de fusil) fue lograda por Schonnbein de Basilea y Bottger de Francfort durante 1845—47. Un tal Frederick Abel a través de su proceso de pulpear, hervirla y lavarla, mejoró grandemente su estabilidad.
La Nitrocelulosa se usó en los ejércitos y como explosivo comercial desde 1868 cuando se descubrió que la nitrocelulosa seca, comprimida, y muy-nitrurada podría detonarse usando un detonador de fulminato de mercurio. De esta forma la nitrocelulosa comprimida húmeda podría ser explotada por una cantidad pequeña de nitrocelulosa seca (el principio de un Propulsor). Así, podían usarse bloques grandes de nitrocelulosa húmeda con relativa seguridad.
EL DESARROLLO DE LA DINAMITA
En 1875 Alfred Nobel descubrió que al mezclar la nitrocelulosa con la nitroglicerina se formaba un gel. Este gel es el que se conoce actualmente como dinamita gelatina.
EL DESARROLLO DEL NITRATO DE AMONIO
El nitrato de amonio se preparó primero en 1654 por Glauber pero hasta el siglo 19 no fue considerado como explosivo. Sus propiedades se informaron en 1849 por Reise y Millon cuando una mezcla de nitrato de amonio en polvo y carbón de leña explotó al calentarse.
En 1867, los suecos Ohlsson y Norrbin encontraron que las dinamitas se reforzaban con nitrato del amonio (NH4 NO3). Alfred Nobel adquirió la patente de Ohlsson y Norrbin para el nitrato del amonio y usó esto en sus composiciones explosivas.
EL DESARROLLO DEL ANFO Y DE LAS EMULSIONES EXPLOSIVAS
Para reducir el costo de los compuestos explosivos, la industria agregó más nitrato de amonio que es más barato, pero esto redujo la resistencia al agua. Lo qué era un problema porque las minas y canteras son a menudo húmedas, y los agujeros algunas veces están llenos de agua.
Se superó el problema cubriendo el nitrato del amonio con polvos inorgánicos antes de mezclarlo con la dinamita, y mejorando el empaque para prevenir el ingreso de agua.
En 1950 los fabricantes empezaron a desarrollar explosivos en base a mezclas de Nitrato de Amonio NH4
NO3 con Aceite Combustible).
A esto se le llamó ANFO (Ammonium Nitrate + Fuel Oil) Nota: Fuel Oil es el petróleo diesel.
En los setenta, se agregó al ANFO polvo de aluminio y nitrato de monomethylamine a sus formulaciones para producir explosivos gel que podría detonar más fácilmente.
EMULSIONES
Los desarrollos recientes del ANFO involucran emulsiones de Nitrato de Amonio disuelto en petróleo Diesel.
Estas emulsiones resisten la humedad porque la fase continua es una capa de aceite, y pueden detonar prontamente dado que el nitrato del amonio y el aceite están en contacto íntimo. Las emulsiones explosivas son más seguras que la dinamita, y son fáciles de usar y baratas de fabricar.
La rotura de rocas con carga explosiva puede explicarse en tres fases.
1.- L a compresión explosiva (detonación) sobre la roca en la proximidad de la Pared-Agujero, debida a la presión de los gases de la detonación.
2.- La compresión instantánea genera ondas de choque que se propagan en todas direcciones con igual velocidad; a la velocidad de la onda sónica del material rocoso.
Cuando la compresión se dirige hacia una cara libre de la roca, rebota como ondas de esfuerzo tensional. Esto causa que sobrepase la resistencia al esfuerzo de tensión en la roca, la que falla, si la energía en la onda es bastante grande.
La energía que desprende la carga detonante, junto con la distancia entre el hueco/fila y la cara libre, tiene que satisfacer una relación definida para generar la rotura de la roca. (La resistencia a la tensión de la roca es aprox. 1/10 de su resistencia a la compresión).
3.- El gas de alta presión (aprox. 1000 l/kg de explosivos) de la detonación penetra las grietas que de la detonación generadas en la fase 2 y las ensancha. La masa de roca entre el hueco/fila y la cara libre cede entonces y se tira adelante por la presión del gas.
CARA LIBRE
3.0 PARÁMETROS DE SELECCIÓN FÍSICA DE LOS EXPLOSIVOS 1.
Densidad: peso del explosivo por unidad de volumen, (g/cm3) 2.
Velocidad de detonación (VOD) m/seg 3.
Presión de detonación kbar 4.
Sensitividad : Mide la facilidad de iniciación del explosivo 5.
Resistencia al agua: Resistencia al contacto con agua sin pérdida de sensibilidad 6.
Estabilidad química: Propiedad del explosivo de mantenerse sin cambios químicos y mantener su sensitividad cuando son almacenados bajo condiciones específicas.
7.
Características de humos (vapores): Cuando los explosivos detonan pueden producir vapores tóxicos (NO, NO2, CO) y vapores no tóxicos (CO2, H2O)
8.
Potencia relativa al peso (RWS) Es la potencia absoluta del peso de un explosivo comparado con la del ANFO.
9.
Potencia relativa al volumen (RBS) Es la potencia relativa al volumen comparada con la del Anfo.
10.
Presión del barreno Es la presión en las paredes del barreno generada por la expansión de los gases de detonación. Normalmente es aprox. 50% de la presión de detonación.
Hu ec o ROT URA
DINAMITAS PROPIEDADES EXPLOSIVAS
GELATINA 75
SEMI GELATINA 45
SEMI GELATINA 65
SEMI GELATINA 80
DINAMITA PULVERULENTA 65
DENSIDAD RELATIVA (g/cm3) 1.36 1.08 1.14 1.17 1.05
VELOCIDAD DE DETONACION* (m/s)
5,200 3,000 4,200 4,400 3,600
PRESION DE DETONACION (Kbar)
140 70 80 96 62
POTENCIA EN PESO **
TRAUZL (%)
70 68 74 76 68
PODER ROMPEDOR, BRISANCIA, HESS (mm)
20 15 17 19 14
PRESISTENCIA AL AGUA Excelente Buena Muy Buena Muy Buena Mediana
CATEGORIA DE HUMOS Excelente Primera Primera Primera Primera
VOLUMEN NORMAL DE GASES(l/kg)
860 880 910 920 910
La presentación de la dinamita es en cartuchos de 7/8”, 1”, 1.1/8” de diámetro. El largo normalmente es 7”.
EMULSIONES
1000 3000 5000
DENSIDAD RELATIVA (g/cm3) 1.15 1.15 1.15
VELOCIDAD DE DETONACION* (m/s) 5,000 4,800 4,600
PRESION DE DETONACION EN MEDIO CONFINADO (Kbar)
72 68 61
ENERGIA (kcal/kg) 780 912 1,012
VOLUMEN DE GASES (mol) 42 39 38
POTENCIA RELATIVA EN PESO ** (%) 83 101 110
POTENCIA RELATIVA EN VOLUMEN ** (%) 115 142 155
RESISTENCIA AL AGUA Excelente Excelente Excelente
CATEGORIA DE HUMOS Primera Primera Primera
SENSIBILIDAD AL DETONADOR No. 8 No. 8 No. 8
PRESENTACIÓN Caja x 25 kg Caja x 25 kg Caja x 25 kg
EQUIVALENCIAS REFERENCIALES A LA DINAMITA Semigelatina 45 y Pulverulenta 65
Semigelatina 65 Gelatina 75 Present: Cartuchos (manga plástica) 7/8", 1" 11/8" x 6" u 8"
ANFO
Nitrato de Amonio + PETROLEO Diesel + Al, C (Nitrocarbonitratos) CARACTERISTICAS TECNICAS:
DENSIDAD APARENTE (g/cm3) 0.76
DENSIDAD DE CARGA (g/cm3)
Depende de la presión del aire comprimido
VELOCIDAD DE DETONACION Confinado en tubo de Fe de 2" (m/s)
3,100
ENERGIA TEORICA Por peso (cal/g) 900
Por volumen (cal/cm3) 738
ENERGIA RELATIVA Por peso (%) 110
Por volumen (%) 110
PRESION DE DETONACION (Kbar) 50
RESISTENCIA AL AGUA Pobre
Presentación: Bolsas de 25 kg
4.0 ACCESORIOS DE VOLADURA MECHA DE SEGURIDAD:
La MECHA DE SEGURIDAD posee capas de diferentes materiales que cubren un reguero de pólvora. Sus múltiples coberturas, incluyendo el recubrimiento final con material plástico, aseguran impermeabilidad y resistencia a la abrasión, además de minimizar las chispas laterales. La potencia de la chispa de la pólvora en la MECHA DE SEGURIDAD es superior a la mínima necesaria para iniciar a un Fulminante.
MECHA DE SEGURIDAD
NUCLEO DE POLVORA (g/m) 6
TIEMPO DE COMBUSTIÓN s.n.m. (seg/m) 150 ± 10%
LONGITUD DE CHISPA s.n.m.(s/m) 50
DIAMETRO EXTERIOR (mm) 5.1
PESO POR METRO LINEAL (g/m) 24
RECUBRIMIENTO EXTERNO Plástico
RESISTENCIA A LA TENSION DURANTE 3 MINUTOS (kg) 30
FULMINANTE COMUN:
El FULMINANTE COMUN es una cápsula cilíndrica de aluminio cerrada en un extremo, en cuyo interior lleva una determinada cantidad de explosivo primario y otro secundario de alto poder explosivo.
El explosivo primario del fulminante está diseñado para ser iniciado por la chispa de la mecha de seguridad, este a su vez detona el explosivo secundario que es el que puede iniciar la Dinamita, el Cordón Detonante, Emulsiones y otros explosivos sensibles a este accesorio;
Uso: en todos los trabajos de voladura en minas y obras civiles, donde por razones de costo y seguridad, el Fulminante Eléctrico , el y otros accesorios no pueden ser utilizados.
Se fabrican dos tipos: el FULMINANTE COMUN N°- 6 y N° 8.
CARACTERISTICAS TECNICAS:
CARACTERÍSTICAS N° 6 N° 8
DIMENSIONES : Longitud
Longitud Diámetro
35 mm 1.38 pulg
45 mm 1.77 pulg. 45 mm 1.77 pulg.
6.3 mm 0.24 pulg 6.3 mm 0.24 pulg PRUEBA DE ESOPO DIAMETRO DE
PERFORACION (mm) 9 10
RESISTENCIA A LA HUMEDAD 24 h y 100% de humedad relativa
24 h y 100% de humedad relativa
POTENCIA RELATIVA VOLUMEN TRAUZL (CM3) 16 22
RESISTENCIA AL IMPACTO 2 kg / 1 m, no detona 2 kg / 1 m, no detona SENSIBILIDAD A LA CHISPA DE LA MECHA DE
SEGURIDAD Sí Sí
CARGA EXPLOSIVA TOTAL (g) 0.6 0.7
CONECTOR PARA MECHA RAPIDA:
El CONECTOR es un complemento de la Mecha Rápida (Igniter Cord), del cual recibe el calor necesario para encenderse y activar a la Mecha de Seguridad. El CONECTOR tiene una ranura que permite una conexión segura y eficiente con la Mecha Rápida (igniter Cord). La Mecha de Seguridad se asegura al cuerpo metálico del conector, brindando al operador las facilidades necesarias para realizar la voladura aún en condiciones severas de humedad.
El Conector está conformado por un casquillo de aluminio, en cuya parte inferior tiene un corte paralelo a la base. Esta parte se encuentra pintada de color rojo para diferenciarlo del Fulminante.
En la ranura del Conector se coloca la Mecha Rápida (Igniter Cord), y para mantener un contacto seguro se presionan la base o se realiza un enrollamiento (torniquete) en la parte posterior del cuello. Es posible también asegurar la Mecha Rápida en la ranura utilizando el block de sujeción.
BOOSTER:
El BOOSTER es un explosivo potente de alta densidad, velocidad y presión de detonación, por lo que las columnas explosivas que serán activadas con éste, maximizarán su desarrollo energético, lo cual redundará favorablemente en los resultados de las voladuras. Se les conoce también como primeros o cebos.
CARMEX:
El CARMEX es un sistema de iniciación convencional de explosivos, integrado por accesorios tradicionales de voladura, ensamblados con máquinas neumáticas de alta precisión bajo la supervisión y operación de personal especializado. Este ha sido concebido y desarrollado como un sistema seguro y eficiente de iniciación de cargas explosivas sensibles al fulminante común y sirve para efectuar voladuras convencionales. Consta de los siguientes elementos:
a. Un Fulminante con características de mayor potencia ( No 8 - 45) b. Un tramo de Mecha de Seguridad color Verde.
c. Un Conector
d. Un seguro de plástico denominado "Block de Sujeción", cuya función es la de asegurar la Mecha Rápida (igniter Cord) al Conector
CORDON DETONANTE – (La marca mas conocida es PENTACORD)
Es un accesorio no eléctrico para voladura, con propiedades de alta velocidad de detonación, facilidad de manipuleo y gran seguridad. Están constituidos por un núcleo de pentrita (PETN) recubierto con fibras sintéticas y forrados con un material plástico. En el caso de cordones reforzados, se utilizan adicionalmente hilos y resinas parafinadas.
El uso de estos accesorios está orientado a la minería superficial, canteras, prospección sísmica y ocasionalmente a la minería del subsuelo, pues trabajan adecuadamente en voladuras de todo diámetro de taladros, en grandes voladuras simultáneas y retardadas en complemento con los accesorios adecuados
RETARDOS
Hay de dos tipos, en escalas de ½ segundo y en escala de milisegundos. Pueden ser:
Eléctricos
No eléctricos.
La marca mas conocida es FANEL.
