GEOLOGIA Y SUS EFECTOS EN VOLADURA
CAPITULO 5
ESTRUCTURA DE LAS ROCAS
C.
Debido a su formación, edad y a los diversos eventos geológicos que han sufrido, las rocas presentan diversas estructuras secundarias que influyen en su fracturamiento con explosivos.
En las rocas, en las que no hay desplazamiento, se presentan en forma perpendicular o paralela a los planos de estratificación o mantos en derrames ígneos, con grietas de tensión (diaclasas), grietas de enfriamiento (disyunción) y otras.
Entre ellas tenemos:
El espaciamiento entre ellas es variable y en algunos casos presentan sistemas complejos entrecruzados. La abertura, también variable, puede o no contener material de relleno.
A.
Estratificación o bandeamiento (bending, layering ) D.
Planos que dividen a las capas o estratos de las rocas sedimentarias de iguales o diferentes características físicas (litológicas); también ocurren en ciertos casos de disyunción en rocas granitoides.
Fallas (faults faults))
Fracturas en las que se presenta desplazamiento entre dos bloques. Usualmente contienen material de relleno de grano fino (arcilla, panizo, milonita) o mineralización importante para la minería. En perforación reducen los rangos de penetración, y pueden apretar o trabar a los barrenos. Las rocas son propicias a sobrerotura (over (over break , back break ) junto a los planos de falla.
Generalmente ayudan a la fragmentación.
B.
Fractura ( joints, joints, fisuras o juntas)
Esquistocidad
Bandeamiento laminar que presentan ciertas rocas metamórficas de grano fino a medio con tendencia a desprender láminas.
E.
Contactos
Planos de contacto o discontinuidades entre estratos o capas del mismo material o de diferentes tipos de roca.
Se rompen fácilmente.
ESTRUCTURA DE LAS ROCAS
A
B
C
D
E
INFLUENCIA DE ESTAS ESTRUCTURAS
-
Las principales desventajas que presentan son la pérdida de energía por fuga de gases y la perforación de pedrones sobredimensionados.
Soluciones factibles:
Casos:
-
Empleo de explosivos densos y de alta velocidad.
-
Empleo de cargas espaciadas ( decks). decks).
-
Intervalos de iniciación más cortos entre taladros (favorable para la fragmentación y para reducir vibraciones).
-
Ajuste de mallas de perforación, más apretadas.
Estructuras apretadas
A.
Pocas estructuras separadas
o
estructuras
En perforación, menor rango de perforación y desviación cuando no se perfora perpendicularmente al bandeamiento.
ampliamente
Pueden ser una desventaja para la fragmentación por los siguientes motivos: -
Interrupción de las ondas sísmicas o de tensión.
-
Fallas de confinamiento.
B.
-
A menudo enormes variaciones en dureza y densidad entre los estratos (incompetencia).
Normalmente son una ventaja, mejor transmisión de las ondas de tensión con mejor fragmentación y control del disparo.
-
Preformación de pedrones sobredimensionados.
-
Sopladura de taladros por escape de gases.
Las rocas con baja resistencia junto con bandeamiento apretado, con las lutitas y esquistos presentan buena fragmentación.
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CAPITULO 5
Algunos aspectos técnicos pueden bajar costos en estas condiciones: -
-
Explosivos y cebos de menor velocidad y densidad son efectivos en estas rocas (areniscas, lutitas, esquistos, etc.). Tiempos de intervalo más largos resultan más efectivos para el desplazamiento y son favorables para reducir las vibraciones.
-
Se consiguen perforación.
-
Se puede incrementar la producción ampliando el burden y el espaciamiento e incrementando el diámetro de taladro pero debe controlarse la vibración.
C.
mayores
rangos
de
velocidad
-
La perforación perpendicular a estratos horizontales.
-
reduce la probabilidad de que se traben o agarren los barrenos.
-
Los taladros son verticales y rectos ya que estos planos no afectan por desviación.
-
En estas condiciones son factibles de aplicar opciones técnicas en mallas, inclinación de taladros y sistemas de inclinación para mejorar la voladura. Por otro lado estratos o discontinuidades en ángulo pueden desviar los taladros.
D.
Rumbo y buzamiento (strike and dip) dip ) de estratos y fallas
de
El rumbo indica la dirección de la estructura (con relación a los puntos cardinales o norte geográfico) y el buzamiento el ángulo de inclinación con respecto a la horizontal. Ambos indican cuando o no los taladros atravesarán perpendicular o transversalmente a las estructuras.
Estratificación plana u horizontal
Estructuras predecibles.
PLANOS DE LOS ESTRATOS DE ROCAS Rumbo (strike)
N
Plano horizontal
Buzamiento (dip)
1.
Rumbo Fractura o fallas perpendiculares a la cara libre (entre los espaciamientos de taladros) tienden a contribuir con rotura de bloques, poca rotura final y considerable rotura hacia atrás. Mala condición para voladura.
Casos principales: A.
Rumbo en ángulo con la cara libre
Fracturas o fallas en ángulo con la cara libre contribuyen a mejor fragmentación con aceptable rotura final y rotura hacia atrás (back (back break ). ). Buena condición para voladura.
B.
C.
Rumbo paralelo a la cara libre
Fallas y fracturas provocan fracturamiento sobredimensionada, mala rotura final pero generalmente una pared posterior estable. Mala condición para fragmentación por voladura.
Rumbo perpendicular a la cara libre
RUMBOS DE LOS ESTRATOS DE ROCA CON RESPECTO A LA CARA LIBRE
A
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B
C
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Efectos negativos en la performance de la voladura:
TALADRO CON EL BUZAMIENTO A FAVOR
-
Roca con estructuras complicadas.
-
Zonas de incompetencia.
-
Rocas con zonas competentes intercaladas con zonas incompetentes.
Soluciones factibles: 1.
Efectuar voladuras de prueba, si esto es posible.
2.
Diseñar la voladura para que la cara libre se desplace en un ángulo con las estructuras geológicas. Esto puede o no ser posible y puede involucrar alteraciones en los intervalos de retardo.
3.
Con taladros verticales SOLUCION:
Procurar la mejor distribución distribución de la carga carga explosiva explosiva para sobreponerla a las estructuras, aplicando algunas de las siguientes opciones: a.
Ampliar los espaciamientos paralelos a las fisuras y reducir los burdenes perpendiculares a las fisuras.
b.
Aplicar la malla en echelón si fuera conveniente.
c.
Enfocar la dirección del ángulo de movimiento de las salidas.
4.
Reducir la malla.
5.
Emplear menor diámetro de taladros, lo que proporciona mejor distribución del explosivo y notoriamente mayor control de la voladura.
6.
Perforar taladros producción.
satélites
entre entre
los
taladros
de
7.
Experimentar con diferentes intervalos de retardo. Intervalos cortos son a menudo efectivos en estructuras sobresalientes.
2.
Buzamiento
Con taladros inclinados
b.
Perforación y voladura con el buzamiento en contra
Menor rotura hacia atrás debido a que los estratos buzan dentro del banco. La resistencia al pie del banco se incrementa dificultando su salida, por lo que se requiere mayor carga explosiva de fondo, piso del banco irregular, menor desplazamiento desde la cara libre, que resulta en una pila de escombros más elevada.
Soluciones factibles:
Casos:
a.
Perforación y voladura con el buzamiento a favor
En este caso se puede esperar lo siguiente: mayor rotura hacia atrás, ya que la gravedad gravedad trabaja contra la operación de voladura. Mejor utilización de la energía del explosivo porque los estratos yacen hacia los taladros presentando menor resistencia al empuje. Piso del banco banco más plano o regular con menos problemas de bancos, mayor desplazamiento desde la cara libre lo que resulta en una mejor formación de la pila de escombros. Por otro lado hay la posibilidad de piedras volantes de la cresta del banco.
Soluciones factibles: 1.
El empleo de taladros inclinados reduce la rotura hacia atrás.
2.
Ampliando el tiempo de retardo de la inclinación de de la última fila de taladros se puede lograr un buen perfil de la cara final del banco.
Si se presentan lomos o toes: toes: 1.
Perforar taladros inclinados para eliminar la posibilidad de lomos.
2.
Perforar taladros satélites para eliminar los lomos.
3.
Explosivos de alta energía en las áreas de formación de lomos pueden ayudar a mejorar el nivel del piso, la sobreperforación adicional también puede ayudar a mejorar el nivel del piso.
c.
Perforación y voladura con el rumbo en contra
En esta situación situación se espera encontrar las condiciones más desfavorables para la perforación y voladura. 1.
Piso del banco irregular, frecuentemente con forma “dentada” cuando se intercalan estratos de rocas de diferentes características.
2.
Rotura hacia atrás irregular, con entrantes y salientes.
3.
Desfavorable orientación de la cara libre, que que requiere de de trazos de voladura adecuados.
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TALADRO CON EL BUZAMIENTO EN CONTRA
TALADRO CON EL RUMBO EN CONTRA
Con taladros verticales
SOLUCION: Estructuras inestables En muchas canteras y tajos abiertos, por razones geológicas y de estabilidad de taludes se presentan problemas de deslizamientos de diferentes tipos y proporciones, que comprometen la seguridad de las operaciones. Estos deslizamientos están vinculados a fallamiento, presencia de agua, roca alterada o descompuesta, presencia de material arcilloso, taludes de banqueo muy empinados que crean zonas críticas. En los gráficos siguientes se muestran algunos ejemplos gráficos.
Con taladros inclinados
En estas zonas críticas es necesario controlar las vibraciones generadas por voladura, empleando detonadores de retardo con períodos de de 8 a 10 milisegundos entre taladros, limitar la carga explosiva total (factor de carga) y disparar tantas de pocos taladros, para evitar incrementar su desplazamiento.
Generalmente las voladuras son monitoreadas con sismógrafos para controlar el nivel de vibraciones y efectuar los ajustes de tiempo y carga necesarios.
DESLIZAMIENTOS EN CARAS DE BANCOS
A) Cuchara
6.
B) Cuña
Estructuras en trabajos subterráneos
C) Planar
B.
Las mismas consideraciones sobre estructuras geológicas se aplican en trabajos de subsuelo. Caso especial son los túneles, galerías, rampas y piques donde los sistemas de fracturas dominantes afectan a la perforación y voladura. Los sistemas dominantes clasificados con relación al eje del túnel son tres: A.
Sistema de fracturas y juntas perpendiculares perpendiculares al eje del túnel
Por lo general se esperan los mejores resultados de voladura en estas condiciones.
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D) Laminar
Sistema de fracturas o juntas paralelas al eje del túnel (planos axiales) En estas condiciones a menudo resultan taladros quedados (tacos o bootlegs) bootlegs) de distintas longitudes y excesivamente irregulares condiciones en la nueva cara libre.
C.
Sistema de fracturas o juntas en ángulos variables con relación al eje del túnel (echelón) En estos casos usualmente los taladros de un flanco trabajan mejor que los del otro. Puede decirse que los del lado favorable trabajan “a favor del buzamiento”.
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La situación real a veces se complica cuando estos sistemas (y sus subsistemas) se intercalan, dificultando la perforación y
facilitando la fuga de gases, aunque la fragmentación puede ser menuda.
ESTRUCTURAS EN TRABAJOS SUBTERRANEOS
A
B
C
SISTEMA DE FRACTURAS
Dispersas
Apretadas
Usualmente las fracturas espaciadas generan bolones mientras que las apretadas producen fragmentación menuda. En el primer caso los taladros requieren cargas concentradas de alto
Espaciadas
impacto y velocidad, mientras que en el segundo se prefiere explosivos lentos, menos trituradores pero más impulsores.
DIACLASAMIENTO EN CAPAS DE ROCA DELGADAS Diaclasas de tensión en la cresta del pliegue Diaclasas oblicuas
Diaclasas longitudinales en dirección al rumbo
Plano de estratificación Diaclasas transversales
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En resumen, la disyunción o fisuramiento por contracción en las rocas ígneas, las grietas de tensión o diaclasamiento y los planos de estratificación en las sedimentarias, así como los planos de contacto o discontinuadas entre formaciones geológicas distintas y especialmente las fallas, tienen definitiva influencia en la fragmentación y desplazamiento del material a volar, por lo que deben ser evaluadas en el mayor detalle posible en el planeamiento del disparo. Otras condiciones geológicas importantes son la excesiva porosidad, presencia de oquedades, geodas, venillas de yeso
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y sal que amortiguan la onda sísmica. La presencia de agua tiene el mismo efecto además de obligar al empleo de explosivos resistentes al agua y en muchos casos efectuar un bombeo previo para drenar los taladros. También en ocasiones el terreno presenta altas temperaturas que pueden causar detonaciones prematuras, así como algunos sulfuros (pirita, marcasita) que en estas condiciones pueden reaccionar con explosivos en base a nitratos, generando SO 2 y calor que descomponen al explosivo.
