Claves para una óptima voladura

Técnicas eficientes de voladura para áridos

Benjamin Cebrián – Blast Consult S.L. / Luis Mengual – Geomex S.L.18/09/2015

La eficiencia en voladura consiste en conseguir un arranque y fragmentación del macizo rocoso con la mínima cantidad de explosivo y perforación necesaria para el objetivo de la voladura. Esto no debe confundirse con el arranque más barato posible, ya que los resultados de la voladura no se miden solo por volumen arrancado, sino también por calidad de la fragmentación, desplazamiento y minimización de efectos ambientales (vibraciones, onda aérea y proyecciones).

En el caso particular de los áridos, un objetivo específico y especial dentro del apartado de la fragmentación tiene gran importancia económica: el porcentaje de finos producido. Económicamente, un 25% de finos puede suponer la venta de esa cuarta parte de la voladura a (por ejemplo) 1 euro/t en lugar de 6 euros/t. Otros casos muy particulares como las voladuras de escollera, el porcentaje de escollera de tamaño demandado es la clave de rendimiento.

Las tres claves para las voladuras eficientes

Hay tres aspectos fundamentales de las voladuras que determinan la eficiencia y el uso seguro de los explosivos. En un material de tanta potencia como son los explosivos, todo se enfoca al mayor y mejor uso de cada kilojulio de energía para los objetivos de la voladura. Así, deberemos enfocarnos en:

La distribución del explosivo dentro del macizo rocoso
El confinamiento de la energía explosiva
El nivel de energía explosiva

Figura 1. Las tres claves para un uso eficiente del explosivo.

La distribución de la energía tiene que ver con cómo se reparte el explosivo dentro del macizo rocoso. Es un parámetro geométrico muy importante, ya que la energía se distribuye tridimensionalmente, y cualquier desviación se multiplica al cuadrado o al cubo según lo analicemos. Variables fundamentales en este aspecto: Perforación al tresbolillo o cuadrada (independientemente de la secuenciación de tiempos que se use) y porcentaje de barreno cargado respecto a la altura de banco (Hb-Lc/Hb) donde Hb es altura de banco y Lc es la longitud de columna explosiva sin la sobreperforación.

Si el macizo a volar es blando y altamente fisurado, no notaremos los efectos de una mala distribución de energía, porque se compensa con la facilidad de la roca para desprenderse del macizo y fragmentarse. Sin embargo, una roca masiva y/o dura, necesitará una mejor distribución, del 70% o superior, y malla al tresbolillo.

El confinamiento de energía tiene que ver con el camino de mínima resistencia que encuentra el explosivo para liberar las enormes presiones que se generan al convertirse en gas de manera casi instantánea durante la detonación. Los explosivos, como el agua, la electricidad (y las personas generalmente) buscan el camino de mínima resistencia para llegar de un punto a otro. Las variables clave en este caso son la longitud y calidad del retacado, la piedra (B de burden, en inglés) y la esbeltez del macizo rocoso (o índice de rigidez).

Figura 2: Defectos de confinamiento de la energía detectados durante el Plan de Actuación para la Mejora de la Eficiencia de las Voladuras 2014. Cantera de Mahorsa. en Madrid.

El nivel de energía explosiva significa cuántos kilojulios por tonelada estamos aplicando a la roca. No será necesaria mucha energía para un macizo altamente fisurado cuyo número de diaclasas naturales facilita la fragmentación, pero sí en caso de un macizo masivo y duro el cual tengamos que fragmentar intensamente (típico de minería metálica). Las variables clave son los kj/kg de explosivo (según la formulación del explosivo), la piedra (B) y espaciamiento (S) así como el retacado (T).

Dónde fallan las canteras en España

En nuestro país se realizan voladuras eficaces (arrancan y fragmentan), pero la eficiencia (hacerlo sin desperdiciar dinero ni recursos) varía considerablemente. Las explotaciones en España presentan un patrón muy común de errores en cuanto al control de las variables descritas anteriormente. Según los trabajos realizados por Blast Consult a lo largo de 10 años por la geografía española, los errores más habituales son:

Defecto en la distribución de energía:

A) Se sobreperfora habitualmente más de un metro de diseño. Esto supone hasta un 20% del coste de una voladura de 30 a 40 barrenos, quemado inútilmente en crear más vibraciones y destrozar el banco inferior. Si alguien necesita un ejemplo más gráfico, imaginen unos 1.800 euros en un montón de billetes al que se le echa gasolina y una cerilla, por voladura. Una altura de banco precisa (no suelen valer las cintas métricas) mediante estación total o distanciómetro, y un control de la perforación ayudaría a remediar esto.

Figura 3: Clásico frente de cantera habitual con diferencias de cota no apreciables a simple vista. El uso de un perfilometro laser reveló diferencias de hasta 1,5 m. Todos los barrenos habían sido perforados a 19 m pues históricamente ese banco se consideraba de 18 m.

B) Las mallas no son precisas, y, ante la duda y falta de tiempo, se cierra malla siguiendo la filosofía “más vale que sobre que no que falte”. En muchas ocasiones, podría obtenerse exactamente los mismos resultados con la malla de diseño (más abierta), pero cerrar malla asegura resultado. Imaginen ahora otra montonera de billetes ardiendo….

Defectos en confinamiento:

Gases blancos al aire y eyección de retacado a gran altura son signos evidentes de confinamiento insuficiente de la energía

C) Retacados imprecisos llevan a excesos y, sobre todo, a defectos de confinamiento. Eso implica a menudo una cantidad de explosivo que se quema en el aire. Imaginen billetes ardiendo en el aire…

Figura 4: Confinamiento ineficiente por el tipo y la longitud de retacado así como en la cara libre.

D) Piedra (B) de la primera fila irregular: Cuando hay un exceso de piedra se producen bolos en el frente de la pila volada y cuando hay defecto se produce liberación prematura de la energía asociada, proyecciones de largo alcance, onda aérea y defectos en las filas posteriores.

Figura 5: Piedra irregular en primera fila. El defecto de piedra (izquierda) provoca proyecciones y pérdida de energía. El exceso de piedra (derecha) ocasiona bloques grandes.

Defectos en la selección de energía explosiva:

E) Casi siempre se asocia a consumo específico kg/m³, pero esto es válido para un mismo tipo de explosivo y para cuestiones presupuestarias. El detalle viene en la energía de la carga de fondo que, en muchos casos (calizas blandas y/o estratificadas) suele ser excesiva al usar explosivos encartuchados de alta energía que son útiles en casos de mallas mal diseñadas o implementadas, o muy agresivas (grandes piedras y espaciamientos).

Conclusiones prácticas

La eficiencia en voladuras pasa por entender primero y controlar después los parámetros clave del funcionamiento de los explosivos en canteras. Se puede conseguir lo mismo con menos medios si hay una actitud de excelencia y mejora, siendo los resultados medibles y económicamente siempre positivos.
Para hacer buenas voladuras, sin duda, se requiere de mucha experiencia, ya que es poco habitual que las condiciones exactas de una voladura (geología, altura del banco, entorno...) se repitan por largos periodos de tiempo, y habrá que decidir sobre la marcha, que elección es la que defenderá las necesidades de la explotación. Pero que sea muy importante contar con experiencia, no quiere decir que hacer voladuras sea un arte, es más bien una ciencia.
Por esta razón, llega un momento en el que nadie puede pretender ser el mejor haciendo voladuras por el simple hecho de haber hecho muchas, no vale hacer las cosas como siempre, hay que ir un paso más allá. Y para eso, muchas veces hay que empezar mirando hacia atrás.
Será importantísimo que tengamos muy claro antes de proceder a diseñar la voladura, cuál es el la meta que persigue la explotación con la voladura (desplazamiento, fragmentación, protección del entorno, …) ya que en función del objetivo que tenga más peso, variaremos y controlaremos unos parámetros u otros para gestionar la energía del explosivo de la manera que más nos convenga.
Generalmente, en las canteras de caliza, el terreno será cambiante según lo vayamos explotando, y los parámetros y las formas de hacer las cosas que son buenas hoy, no tienen por qué ser las óptimas mañana, por lo que será necesario implantar un proceso de mejora continua.

Figura 6: Evolución de la eficiencia de las voladuras tras implantar un Proceso de Mejora Continua. Cantera de Mahorsa en Madrid.

Antes de proceder a perforar la siguiente voladura, es preciso que estudiemos cada banco, cada frente, de manera que seamos capaces de detectar su evolución, porque sin duda éste ira cambiando, y por lo tanto también deberán hacerlo nuestras decisiones sobre los parámetros que modifican las tres claves para el uso eficiente del explosivo. Cuanto más tardemos en detectar estos cambios, más billetes seguirán ardiendo y nosotros ni siquiera seremos conscientes.
Otro consejo que podemos dar desde Geomex, en base a nuestra experiencia en perforación y voladura, es que las voladuras se perforan desde arriba, pero se planifican también desde abajo, observando el frente, ya que éste nos dará una información muy valiosa para decidir, por ejemplo, cómo distribuir la energía del explosivo en función de las juntas o fracturas que observemos en el macizo, del buzamiento de los estratos, o de las capas de arcilla que estén presentes.
Es también imprescindible registrar por escrito ciertos parámetros durante la perforación, ya que de esta manera contaremos con una información crucial para garantizar el rendimiento eficiente del explosivo. Sabremos antes de hacer el pedido de explosivos dónde podemos necesitar más energía y/o dónde se nos puede escapar, y de esta manera podremos planificar la voladura para garantizar los resultados deseados.
Por último, y no por eso menos importante, es fundamental una correcta y continua comunicación entre el personal implicado en los trabajos de perforación y voladura; perforistas, artilleros, ingenieros y personal de la explotación. Ya que un trabajo conjunto y orquestado entre personal cualificado nos acercará sin duda a conseguir una voladura eficiente.