EXPLOSIVOSEXPLOSIVOSDocente : Jorge Martínez ÁlvarezDocente : Jorge Martínez Álvarez

Ingeniero Civil Industrial, Licenciado en las Ciencias Ingeniero Civil Industrial, Licenciado en las Ciencias de la Ingeniería, U. Central de Chile.de la Ingeniería, U. Central de Chile.Ingeniero Ejecución Minas , U. De Antofagasta.Ingeniero Ejecución Minas , U. De Antofagasta.Monitor en Prevención de Riesgos, Sernageomin , Monitor en Prevención de Riesgos, Sernageomin , Servicio Nacional de Geología y Minería.Servicio Nacional de Geología y Minería.

3. Propiedades de 3. Propiedades de los los

explosivos explosivos IndustrialesIndustriales..

Propiedades de los explosivosPropiedades de los explosivos DensidadDensidad Resistencia al aguaResistencia al agua SensibilidadSensibilidad Estabilidad QuímicaEstabilidad Química Balance de OxigenoBalance de Oxigeno Generación de gasesGeneración de gases

Términos que describen Términos que describen RendimientoRendimiento..

PotenciaPotencia Velocidad de TransformaciónVelocidad de Transformación Presión de DetonaciónPresión de Detonación Presión de HoyoPresión de Hoyo

DensidadDensidad

Peso del explosivo por unidad de Peso del explosivo por unidad de volumen (varía entre 0.8 y 1.6 gr/cc); volumen (varía entre 0.8 y 1.6 gr/cc); dependiendo del tipo de componentes dependiendo del tipo de componentes empleados en su fabricación.empleados en su fabricación.

Controla la concentración de energía: Controla la concentración de energía: cuanto mayor es la densidad mayor es cuanto mayor es la densidad mayor es el efecto rompedor.el efecto rompedor.

Cuando los hoyos son de gran Cuando los hoyos son de gran longitud se presentan variaciones de longitud se presentan variaciones de densidad a lo largo de la columna.densidad a lo largo de la columna.

DENSIDAD DE CARGA DENSIDAD DE CARGA (Kg(Kgexplexpl/Mt/MtLinealLineal))

Relación entre la densidad y el Relación entre la densidad y el Diámetro criticoDiámetro critico..

SensibilidadSensibilidad Es una Medida de la facilidad Es una Medida de la facilidad

con la que un explosivo puede con la que un explosivo puede ser detonado por calor, fricción, ser detonado por calor, fricción, impacto o choque (acción no impacto o choque (acción no controlada). Varía según el tipo controlada). Varía según el tipo de producto.de producto.

Sensibilidad al detonador al Sensibilidad al detonador al detonador N°8(acción detonador N°8(acción controlada).controlada).

Para la mayoría de los Para la mayoría de los explosivos gelatinosos se explosivos gelatinosos se emplean detonadores, mientras emplean detonadores, mientras que los agentes explosivos que los agentes explosivos requieren en general de un requieren en general de un cartucho cebo de mayor presión cartucho cebo de mayor presión y velocidad de detonación.y velocidad de detonación.

Tarea 3Tarea 3: Que se entiende por : Que se entiende por Transmisión por simpatía.Transmisión por simpatía.

El detonador N°8 tiene un carga de 2 gr. de mezcla de fulminato de mercurio

(80%) y clorato potásico (20%); o una carga de PETN prensada equivalente

Resistencia al aguaResistencia al agua

Capacidad para resistir una Capacidad para resistir una prolongada exposición al agua sin prolongada exposición al agua sin perder sus características.perder sus características.

Medida de cuanto es influenciada Medida de cuanto es influenciada la detonación del explosivo por el la detonación del explosivo por el agua en la perforación.agua en la perforación.

Los Hidrogeles y Emulsiones son Los Hidrogeles y Emulsiones son muy resistentes al agua.muy resistentes al agua.

Escala de clasificación: Nula, Escala de clasificación: Nula, Limitada, Buena, Muy Buena y Limitada, Buena, Muy Buena y Excelente.Excelente.

Estabilidad Química y Vida Estabilidad Química y Vida útilútil

Aptitud que posee un explosivo Aptitud que posee un explosivo para mantenerse inalterado, para mantenerse inalterado, químicamente o en sus químicamente o en sus propiedades físicas, con el paso propiedades físicas, con el paso del tiempo.del tiempo.

Un método de probar la Un método de probar la estabilidad es el calentamiento estabilidad es el calentamiento de una muestra durante un de una muestra durante un tiempo determinado y a una Ta tiempo determinado y a una Ta específica .específica .

Este es el período de tiempo en Este es el período de tiempo en el cual, bajo condiciones el cual, bajo condiciones normales, un producto explosivo normales, un producto explosivo se espera que funcione se espera que funcione normalmente. Cuando un normalmente. Cuando un producto está más allá de su producto está más allá de su vida útil, podría no detonar o vida útil, podría no detonar o hacerlo a una tasa esperada hacerlo a una tasa esperada menor, es decir, pierde su menor, es decir, pierde su estabilidad química inicial.estabilidad química inicial.

Las emulsiones y ANFOS pesados algunas veces experimentan cristalización en la fase emulsión resultando un endurecimiento del

producto y menor energía.Los acuageles pueden experimentar un

debilitamiento en la estructura gelatinosa resultando en una pérdida del aire atrapado

(micro burbujas), segregación y cristalización de los nitratos disueltos.

Balance de oxígenoBalance de oxígeno Un explosivo es considerado que tiene Un explosivo es considerado que tiene

balance de oxígeno cero cuando balance de oxígeno cero cuando contiene el oxígeno justo para oxidar contiene el oxígeno justo para oxidar completamente el combustible completamente el combustible presente.presente.

Exceso de oxígeno reaccionará el N2 Exceso de oxígeno reaccionará el N2 para formar NO2 y un déficit de para formar NO2 y un déficit de oxígeno producirá.oxígeno producirá.

La mayoría de los explosivos son La mayoría de los explosivos son deficientes en oxígeno.deficientes en oxígeno.

Gases o HumosGases o Humos Se expresan como volumen de gas por Se expresan como volumen de gas por

unidad de masa de explosivo (lts/kg, unidad de masa de explosivo (lts/kg, moles/gr).moles/gr).

Los gases primarios de un explosivo Los gases primarios de un explosivo con oxígeno balanceado deberían ser : con oxígeno balanceado deberían ser : H2O, NO2, N2, y eventualmente sólidos H2O, NO2, N2, y eventualmente sólidos y líquidosy líquidos

Gases de TronaduraGases de TronaduraDinamitas no permisibles, gases liberados

TERMINOS DE TERMINOS DE RENDIMIENTORENDIMIENTO

PotenciaPotenciaEs la energía disponible de cada explosivo para producir Es la energía disponible de cada explosivo para producir efectos mecánicos.efectos mecánicos.

Potencia Absoluta en Peso (PAP)Potencia Absoluta en Peso (PAP) Es una medida de la cantidad absoluta de energía (en Es una medida de la cantidad absoluta de energía (en calorías),calorías),utilizable en cada gramo de explosivo.utilizable en cada gramo de explosivo.

Potencia Absoluta en Volumen (PAV)Potencia Absoluta en Volumen (PAV)Es una medida de la cantidad absoluta de energía (en Es una medida de la cantidad absoluta de energía (en calorías), utilizable en cada centímetro cúbico de explosivo.calorías), utilizable en cada centímetro cúbico de explosivo.

Velocidad de Detonación (Vd.)Velocidad de Detonación (Vd.)Es Es la velocidad a la que la reacción de la velocidad a la que la reacción de detonación se extiende a detonación se extiende a través de la través de la columna explosiva, ya sea en el cartucho columna explosiva, ya sea en el cartucho o eno en la perforación. la perforación.

Está influenciada por :Está influenciada por :

Densidad del explosivo.Densidad del explosivo.

El diámetro de la carga.El diámetro de la carga.

Grado de confinamiento.Grado de confinamiento.

El envejecimiento del explosivo.El envejecimiento del explosivo.

Es el parámetro que define el ritmo de Es el parámetro que define el ritmo de liberación de energía.liberación de energía.

Existen diversos métodos para medir la Existen diversos métodos para medir la Vd. (discretos y continuos)Vd. (discretos y continuos)

Medición de velocidad de detonación (VOD Medición de velocidad de detonación (VOD ContinuoContinuo))

Presión de Detonación (Pd)Presión de Detonación (Pd)

Es la presión en el frente de detonación, medido en el plano Es la presión en el frente de detonación, medido en el plano Chapmant-Jouguet. La presión repentina creada, Chapmant-Jouguet. La presión repentina creada, fragmentará en lugar de desplazar materiales y es aquella fragmentará en lugar de desplazar materiales y es aquella que da a un explosivo el poder fragmentado (refleja la que da a un explosivo el poder fragmentado (refleja la energía de choque).energía de choque).

La magnitud de la presión de detonación está en función de la La magnitud de la presión de detonación está en función de la densidad y de la velocidad de detonación del explosivo.densidad y de la velocidad de detonación del explosivo.

Pd= 0.25 Pd= 0.25 ρρe(VOD)2e(VOD)2donde:donde:

Pd= Presión de detonación en Pa.Pd= Presión de detonación en Pa.Vd= Velocidad de detonación en m/s.Vd= Velocidad de detonación en m/s.ρρe= Densidad del explosivo en Kg./m3.e= Densidad del explosivo en Kg./m3.

Presión de hoyo (Ph)Presión de hoyo (Ph)Es la presión ejercida sobre la Es la presión ejercida sobre la Pared de la perforación por los Pared de la perforación por los gases de la detonación.gases de la detonación.

La Presión de Hoyo puede La Presión de Hoyo puede variar desde 30% a 70% de lavariar desde 30% a 70% de laPresión de Detonación.Presión de Detonación.

Ph=(0.3 a 0.7)* PdPh=(0.3 a 0.7)* Pd

TRONADURA EN EL RAJOTRONADURA EN EL RAJO(Halos de Energía)(Halos de Energía)

Propiedades de los ExplosivosPropiedades de los Explosivos• DensidadDensidad

Peso por unidad de volumen (g/cmPeso por unidad de volumen (g/cm33))

• Volumen de gasesVolumen de gasesLitros de gas por kilo de explosivoLitros de gas por kilo de explosivo

• EnergíaEnergía ((kCal/kgkCal/kg))• Velocidad de Detonación VODVelocidad de Detonación VOD (m/s)(m/s)

•Presión de Detonación (Pd)Presión de Detonación (Pd) (kbar)(kbar)PPdd = = kk xx DensidadDensidad x x (VOD)(VOD)22

Anfo Mezcla 30/70 Mezcla 50/50 Mezcla 65/35 50/50 + 2% Al

Densidad (g/cm3) 0,77 - 0,81 1.20 - 1.30 1.29 - 1.33 1.33 - 1.36 1.29 - 1.33

Vol. de gas (lt/kg) 960 930 919 900 890

Energía (kCal/kg) 902 855 823 779 904

Presión Det. (kbar) 37 75 92 68 92

VOD (m/s) 4300 4900 5300 4500 5300

400

500

600

700

800

900

1000

Anfo 30/70 50/50 65/35 50/50 2%Al

PropiedadesV Gas Energía

EjemploEjemploSe desea cargar un tiro con 800kg de Anfo.

Calcular la energía y el volumen de gas que serán aportados por el tiro cuando éste detone.

SoluciónSoluciónEnergía (Qo) :

800 x 902 = 721600 kCal

V. Gas (Vo) :800 x 960 = 768000 lt

EjemploEjemploDebido a que hay presencia de agua en el tiro, se decide cambiar la carga de Anfo por una mezcla de Anfo Pesado 50/50.

¿ Cuanto explosivo debería cargar ?

SoluciónSoluciónEnergía (Q) :

800 x 823 = 658400 kCal (-8.8%)

V. Gas (V) : 800 x 919 = 735200 lt (-

4.3%)

Criterio de LANGEFORSCriterio de LANGEFORSPotencia relativa (PR)

SoluciónSoluciónPR = 1/6 x919/960 + 5/6 x 823/902 = 0.92

1kg de Anfo Pesado 50/50 equivale a 0.92kg de Anfo (920g)

Por lo tando, El tiro debe ser cargado con:800/0.92 = 870kg de AP 50/50

00 65

61

QQ

VVPR

DensidadDensidad

Anfo : 0.8 g/cm3

Anfo pesado 50/50 : 1.3 g/cm3

L800kg

Anfo

1300kg

Anfo Pesado

0

1500

3000

4500

Anfo 30/70 50/50 65/35 50/50 2%Al

VOD (m/s)

0

20

40

60

80

100

Anfo 30/70 50/50 65/35 50/50 2%Al

Presión Det. (kbar)

Velocidad de detonación (Velocidad de detonación (VODVOD))Medición continua

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2000 4000 6000 8000m/s

m

Mezcla 30/70Mezcla 30/70 tiros de 12tiros de 1211//44” ” VOD =5280m/sVOD =5280m/s Dist.VODDist.VODRegReg=0.66m=0.66m

VODVOD - Presión de Detonación ( - Presión de Detonación (PdPd))

2VODkPd

EjemploEjemplo

Un explosivo pierde VOD al ser cargado en un tiro de diámetro menor. Originalmente alcanzaba 4400m/s. Ahora, en el nuevo diámetro alcanza 4200m/s.

¿ Cuanto es la pérdida de Pd del explosivo ?

VODVOD - Presión de Detonación ( - Presión de Detonación (PdPd))

SoluciónSolución

Pérdida de VOD : 4200/4400 x 100 =95.5% - 4.5%

Pérdida de Pd : (4200)2/(4400)2 = 91.1%

- 8.9%

2VODkPd

Propiedades oxidantes y Propiedades oxidantes y combustibles.combustibles.

Los materiales oxidantes son líquidos o sólidos que fácilmente Los materiales oxidantes son líquidos o sólidos que fácilmente liberan oxigeno u otra sustancia. También incluyen materiales liberan oxigeno u otra sustancia. También incluyen materiales que reaccionan químicamente para oxidar materiales que reaccionan químicamente para oxidar materiales combustibles, significa que el oxigeno se combina combustibles, significa que el oxigeno se combina químicamente con el otro material de manera que mayor sea la químicamente con el otro material de manera que mayor sea la posibilidad de fuego o explosión.posibilidad de fuego o explosión.

Los materiales oxidantes pueden acelerar el desarrollo del Los materiales oxidantes pueden acelerar el desarrollo del fuego y hacerlo mas intenso que sustancias normalmente no se fuego y hacerlo mas intenso que sustancias normalmente no se quemarían fácilmente.quemarían fácilmente.

Pasa que un material oxidante entra en contacto con una Pasa que un material oxidante entra en contacto con una sustancia combustible depende enormemente de la estabilidad sustancia combustible depende enormemente de la estabilidad del químico del material oxidante. Entre menos estable sea el del químico del material oxidante. Entre menos estable sea el material oxidante, mayor sea la posibilidad que reacciona de material oxidante, mayor sea la posibilidad que reacciona de forma peligrosa.forma peligrosa.

Los explosivos están hechos de oxidantes y combustibles en una Los explosivos están hechos de oxidantes y combustibles en una mezcla metaestable.mezcla metaestable.Dándoles un estímulo suficiente, se descomponen violentamente Dándoles un estímulo suficiente, se descomponen violentamente liberando una gran cantidad de energía.liberando una gran cantidad de energía.En la mayoría de los explosivos comerciales, los oxidantes son En la mayoría de los explosivos comerciales, los oxidantes son principalmente nitratos.principalmente nitratos.En general, hay dos tipos de explosivos:En general, hay dos tipos de explosivos:Los moleculares Los moleculares Los compuestos.Los compuestos.

Prill de nitrato de amonioPrill de nitrato de amonio

Grupo Oxidante Combustible Sensibilizador

Dinamitas NH4O3(molido)

Harina demadera

NitroglicerinaNitrocelulosa

Hidrogeles NH4O3(solución)

Petróleo,gomas

Aminas/Glicol(orgánicos)

Emulsión NH4O3(solución)

Petróleo,aceites,Emulsificantes

Aire, gas(contenido en microesferas)

Anfo NH4O3(prills)

Petróleo Aire(Contenido en losporos)

Anfopesado

NH4O3(prills ysolución)

Petróleo,aceites

Aire, en los prillsDel anfo

Gases Nitrosos Monóxido y otros

COMPOSICION GENERAL DE LOS EXPLOSIVOS

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