Tecnología de Iniciación de Explosivos: Sistemas y Componentes para Voladuras Eficientes

Fundamentos de la Iniciación de Explosivos y Sistemas de Voladura

La correcta iniciación de explosivos es crucial en cualquier operación de voladura. La elección del sistema de iniciación depende en gran medida de la sensibilidad del explosivo y de las condiciones operativas.

Sensibilidad de los Explosivos y Métodos de Iniciación

• Si un explosivo es sensible al detonante, puede iniciarse directamente con un detonador o un cordón detonante.
• Si un explosivo es insensible al detonador, se requiere el uso de un multiplicador (también conocido como booster o cebo) para asegurar su iniciación.

Los agentes explosivos se inician mediante una pequeña cantidad de explosivos primarios (APD - explosivos primarios de alta potencia) que pueden estar contenidos en un detonador, un cordón detonante o un multiplicador.

Conexión de Detonadores en Voladuras

La forma en que se conectan los detonadores influye directamente en la secuencia y el rendimiento de la voladura:

• Conexión en Serie: Se utilizan dos cables principales. Uno se conecta al último detonador y el otro al primero. La conexión se realiza de forma consecutiva: del primero al segundo, del segundo al tercero, y así sucesivamente (ej., del 3 al 4, del 4 al 5, etc.).
• Conexión en Paralelo: Se utilizan dos cables principales. El último detonador se conecta directamente a ambas líneas principales, y se realizan puentes desde estas líneas principales a cada detonador individualmente.

Tipos de Cordones Detonantes

El cordón detonante es un elemento fundamental en la iniciación de voladuras, variando su potencia según la aplicación:

• El cordón detonante de 3 gr/m (gramos por metro) es adecuado para explosivos sensibilizados con nitroglicerina.
• El cordón detonante de 12 gr/m es el más versátil y se utiliza para la mayoría de los explosivos.

Mecha Lenta (Mecha de Seguridad)

La mecha lenta, también conocida como mecha de seguridad, es un componente tradicional de iniciación:

• Está compuesta por pólvora negra revestida.
• Transmite el fuego a una velocidad aproximada de 2 minutos por metro lineal.
• Se utiliza específicamente para la iniciación de detonadores ordinarios (detonadores a mecha).

Clasificación de Explosivos Secundarios

Los explosivos secundarios son los más comunes en voladuras y se clasifican en:

• Convencionales: Incluyen gelatinas, pulverulentos y explosivos de seguridad.
• Agentes: Se refieren a los agentes de voladura como ANFO y emulsiones.

Sistemas de Iniciación Específicos

Detonadores a Mecha (Detonadores Ordinarios)

Estos detonadores se inician mediante la mecha lenta. Para su uso seguro y efectivo, es crucial considerar:

• Buena ventilación: Para dispersar los gases de la combustión.
• Evitar humedad, calor, aceites o disolventes: Pueden afectar la integridad y el rendimiento del detonador.
• Aplicar FIFO (First In, First Out): Utilizar primero los detonadores más antiguos para evitar el deterioro por almacenamiento prolongado.
• Buen crimpado: Asegurar una unión firme y hermética entre la mecha y el detonador.
• Velocidad de combustión: Conocer la velocidad de la mecha para calcular los tiempos de retardo.
• Sin retardos: Los detonadores a mecha no incorporan retardos internos.

La mecha detona el explosivo primario del detonador, y este a su vez inicia el explosivo secundario o carga base.

Detonadores Eléctricos

Los detonadores eléctricos son ampliamente utilizados por su precisión y control.

Principio de Funcionamiento

Un detonador eléctrico se inicia cuando una resistencia o cerilla se calienta por el paso de una corriente eléctrica, activando una pasta explosiva sensible.

Tipos y Componentes

Se dividen en instantáneos y temporizados (con retardo). Se diferencian por el portarretardo, que es un casquillo con una pasta pirotécnica que se quema a una velocidad específica, generando el retardo deseado.

Existen detonadores eléctricos sensibles (usados en minas de carbón por su baja energía de iniciación) e insensibles (de mayor seguridad).

Un detonador eléctrico se compone de:

• Una cápsula de aluminio o cobre.
• Una carga formada por un explosivo primario y un explosivo secundario.
• Un portarretardo específico (en el caso de los temporizados).
• Un elemento inflamador eléctrico-pirotécnico (la resistencia o cerilla).

Consideraciones Importantes para Detonadores Eléctricos

Para un uso seguro y eficaz, es vital considerar:

• Clima: Condiciones atmosféricas que puedan afectar el circuito.
• Radiofrecuencias: Posibles interferencias que puedan causar iniciaciones prematuras.
• Corrientes vagabundas: Corrientes eléctricas no deseadas en el terreno.
• Estática: Acumulación de carga electrostática.
• Cálculo de resistencia del circuito total: Esencial para asegurar la energía de iniciación adecuada.

Características Eléctricas

Las características eléctricas clave incluyen:

• Resistencia del puente: La resistencia del elemento inflamador.
• Resistencia de los hilos de conexión: La resistencia de los cables del detonador.
• Resistencia total: La suma de la resistencia del puente y la resistencia de los hilos de conexión.

Tipos de Retardo en Detonadores Eléctricos

Los detonadores con retardo se clasifican en:

• Microretardo: Retardos muy cortos, típicamente de 25 ms (milisegundos).
• Retardo: Retardos más largos, típicamente de 500 ms.

Material de la Cápsula

• La cápsula de aluminio se utiliza en ambientes sin grisú (gas metano).
• La cápsula de cobre se emplea en atmósferas explosivas o con presencia de grisú, debido a su menor riesgo de generar chispas.

Sistemas de Iniciación No Eléctricos

Estos sistemas ofrecen alternativas a la iniciación eléctrica, especialmente en entornos donde las interferencias eléctricas son un riesgo.

Iniciación Tradicional con Cordón Detonante

El cordón detonante es un método de iniciación no eléctrico que transmite una onda de choque a alta velocidad.

Sistema Silencioso (Tubo de Choque)

Este sistema, también conocido como Nonel, utiliza un tubo de choque para transmitir la señal de iniciación.

• La base del detonador no eléctrico es de PETN (pentrita) y una carga primaria de azida de plomo.
• Incorpora un tren de retardo para secuenciar las detonaciones.
• El DIB (Detonator in Borehole) permite una mayor precisión y evita la reversión de la onda de choque.
• Posee un sello antiestático para mayor seguridad.

La onda de choque se transmite por el tubo actuando como un dardo sobre la carga primaria, a una velocidad de aproximadamente 2000 m/s.

Un sistema de iniciación no eléctrico silencioso se compone de:

• Un tubo de señal.
• Un detonador de alta potencia que inicia la carga de fondo.
• Un detonador de baja potencia que va en un conector plástico.
• Las líneas troncales que conectan los detonadores.

Sistemas de Iniciación Electrónicos

Representan la vanguardia en tecnología de voladuras, ofreciendo una precisión y control sin precedentes.

Diferencias y Ventajas Clave

La principal diferencia con otros sistemas es que la pasta pirotécnica del retardo se sustituye por un circuito electrónico. Este circuito se encarga de descargar un condensador en un momento dado, permitiendo una temporización extremadamente precisa.

Se identifican por un código alfanumérico que sirve para programarlos y dispararlos.

Clasificación

Se clasifican por su programación y forma de iniciación:

• Por Programación:
  • Preprogramables
  • Autoprogramables
  • Programables (en campo)
• Por Forma de Iniciación:
  • Local
  • Remoto (inalámbrico o alámbrico)

Componentes y Funcionamiento

Un detonador electrónico típico tiene dos cables que se conectan a un chip electrónico, un elemento de iniciación y la carga base. Se compone de:

• Un tapón.
• Condensadores.
• Carga primaria.
• Inflamador.
• Carga base.

Trabajan en conjunto con una unidad de programación que asigna un tiempo de retardo preciso a cada detonador, y un explosor electrónico que carga, programa, comprueba el circuito y envía la orden de disparo a los detonadores. Un solo explosor puede gestionar hasta 15,000 detonadores.

Beneficios y Consideraciones

Los sistemas electrónicos ofrecen mejoras significativas:

• Mejoran la fragmentación de la roca.
• Permiten cualquier secuenciación de detonación.
• Ofrecen mejoras en el precorte.

Sin embargo, son muy caros y requieren una alta inversión inicial.

Componentes Clave y Accesorios

Multiplicadores (Boosters o Cebos)

Los multiplicadores son esenciales para iniciar explosivos de baja sensibilidad.

• Son cilindros de pentolita (una mezcla de pentrita y TNT), generalmente envueltos en cartón.
• Tienen orificios axiales por donde se pasa el cordón detonante o los detonadores.
• Su peso varía, desde 150 g para diámetros pequeños hasta 500 g o más para diámetros mayores.

Criterios para la Selección de Explosivos

La elección del explosivo adecuado para una voladura depende de múltiples factores:

• Humedad: Resistencia del explosivo al agua.
• Dureza de la roca: Tipo de material a fragmentar.
• Gases: Generación de gases tóxicos o nocivos.
• Diámetro de la roca: Tamaño de la perforación y la carga.
• Costo: Aspecto económico de la operación.
• Condiciones de seguridad: Requisitos de seguridad específicos del sitio.