SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE CARGA DE EXPLOSIVO EN BARRENOS

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema y procedimiento de carga de explosivo en barrenos, que consiste en inyectar el explosivo a través del hueco longitudinal de un conjunto de perforación de estructura tubular, justo después de haber alcanzado la profundidad de perforación designada. Esta inyección del explosivo se realiza de manera progresiva a medida que se retira del conjunto de perforación. El sistema de la invención permite así superar las ineficiencias que se derivan de separar en el tiempo la acción de perforación del proceso de inserción del explosivo en los barrenos. Permite además realizar esta labor sin intervención humana, dando paso a una operación en modo remota o robotizada.

Sector de la técnica

El sector y el ámbito de la técnica en el que se encuadra la invención es en los sistemas y los dispositivos para la carga de explosivos en barrenos aplicados a la minería y/o obras civiles que requieren el arranque de grandes volúmenes de roca mediante perforación y voladura con el explosivo. La invención es aplicable a perforaciones verticales, horizontales y también a perforaciones con diferentes inclinaciones que son propias de la minería subterránea.

Problema técnico a resolver y antecedentes de la invención

En la minería actual y en algunas obras civiles una gran parte de la producción requiere del arranque de roca mediante perforación y voladura con explosivos. Esta técnica, usada desde hace más de un siglo, consiste en la realización de orificios con una broca/conjunto de perforación en la roca denominados barrenos para, en un intervalo de tiempo que va desde minutos a días, rellenar esos barrenos con el explosivo. La voladura será disparada asimismo en un intervalo de minutos a meses posteriormente.

En el intervalo de tiempo desde que se perfora un barreno hasta que es cargado de explosivo, se producen derrumbes parciales o atascos por piedras sueltas en los barrenos, lo cual afecta negativamente al diseño original de carga explosiva en cada barreno. Para intentar evitar este problema referido en el párrafo precedente, actualmente se requiere de mediciones de longitud de los barrenos antes de la fase de carga de explosivos, para así tener tiempo de trasladar perforadoras (al lugar previamente perforado) que realicen la reprofundización de barrenos cortos y/o atascados o bien realizar nuevos barrenos para compensar las longitudes pérdidas. Esto supone la necesidad de utilizar más perforadoras de las estrictamente necesarias para la producción de roca a volar, con el inconveniente añadido de que estos equipos son caros.

Al hilo de lo dicho en el párrafo precedente, cabe señalar que aun considerando los nuevos barrenos y/o la reprofundización de los realizados previamente, puede ocurrir que en el mismo momento de extraer la broca del interior de los barrenos se produzcan derrumbes en su interior, con lo cual se mantiene el problema del atasco o acortamiento de los barrenos, y por tanto la imposibilidad de colocar la carga de explosivo correctamente en el fondo del barreno que estaba previsto. Dichos derrumbes podrían producirse por ejemplo debido a que una de las capas del terreno fuera un material como arena u otro material de características similares.

También se producen derrumbes en los macizos rocosos fragmentados por las voladuras de un banco superior, en terrenos con agua dinámica (brota del suelo), en terrenos arenosos como se ha referido anteriormente, suelos y roca descompuesta, terrenos blandos saturados de agua, macizos rocosos con capas intermedias débiles y/o arenosas, antiguas pilas o stock de mineral que ha quedado endurecido con el tiempo, Incluidas pilas de lixiviación in-situ de mineral, etc.

En caso de no realizar las mediciones y procesos de subsanación indicados, se produce una fragmentación defectuosa de la roca, dando lugar a pérdidas de mineral (en minería subterránea), ineficiencias en la producción (túneles) o aparición de repiés en los bancos de voladura (en minería a cielo abierto), entre otras. Las mediciones de barrenos suponen además una exposición del personal a las condiciones más duras y peligrosas de la mina al tener personal a pie de obra trabajando entre maquinaria pesada.

Como medida habitual para no tener que reperforar barrenos cortos, es muy habitual la perforación excesiva, añadiendo longitud real a los barrenos respecto a la indicada por diseño. Esto se hace con el convencimiento de compensar posibles derrumbes parciales de los barrenos con la longitud extra perforada. En el caso de que en el momento de insertar los explosivos la longitud real sea superior a la diseñada, se indica a los operarios de voladura que deben rellenarlos hasta la cota de diseño mediante tierra o detritos de perforación. Este es un trabajo laborioso, que requiere esfuerzo físico y que pocas veces se realiza en realidad. Como consecuencia de no hacerlo, se malgasta una longitud de perforación innecesaria así como una cantidad de explosivo importante que no realiza ninguna labor útil al quedar enterrado por debajo del nivel de diseño.

En las aplicaciones de túneles y galerías a grandes profundidades y/o en zonas donde las rocas están sometidas a grandes esfuerzos compresivos se producen los denominados “estallidos de roca”. Estos son la rotura violenta e impredecible de la roca, desprendiendo fragmentos de rocas afiladas que en ocasiones han causado heridos y muertos durante el proceso de carga de los explosivos en el frente del túnel a volar. Este sistema de la invención permite eliminar la exposición de personas a este escenario de peligro, simplificando además el proceso de perforación-carga de explosivos-disparo

Descripción de la invención

Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes en los apartados anteriores, la invención propone un sistema y procedimiento de carga de explosivo en barrenos; donde el sistema de carga soluciona de manera integral las situaciones y problemas descritos en el apartado de los antecedentes, a la vez que permite superar las ineficiencias que se derivan de separar en el tiempo la acción de perforación del proceso de inserción de explosivos en los barrenos.

Consiste básicamente en inyectar el explosivo a través de las barras de perforación (de estructura tubular) justo después de haber alcanzado la profundidad de perforación designada. Esta inyección del explosivo se realiza de manera progresiva a la retirada de un conjunto de perforación.

El sistema de carga comprende al menos una perforadora que incluye al menos el conjunto de perforación formado por una barra de perforación, una cabeza de rotación y una boca de perforación (broca), que están acoplados sucesivamente estos tres elementos uno a continuación de otro. La cabeza de rotación incluye un primer conducto longitudinal que comunica con un segundo conducto longitudinal de la barra de perforación, y este segundo conducto longitudinal comunica con un tercer conducto longitudinal de la boca de perforación que comunica con el exterior a través de unos orificios radiales.

El sistema de carga comprende además unos medios de bombeo para bombear el explosivo dentro del barreno a través de los tres conductos longitudinales alineados del conjunto de perforación cuando la barra y la boca están dentro del barreno; donde el explosivo se introduce inicialmente a través de una toma de la cabeza de rotación que comunica con el primer conducto longitudinal de dicha cabeza; y donde el explosivo sale finalmente a través de los orificios radiales de la boca de perforación hasta alcanzar el espacio interior del barreno que está por debajo de dicha boca de perforación.

La toma de explosivo puede ser radial y también longitudinal a la cabeza de rotación. Depende de cómo sea mejor para que el producto entre a través de la barra de perforación que se une a la boca de perforación (tricono o martillo de perforación de fondo en su caso) mediante un acopamiento roscado.

Cabe señalar que la barra de perforación sólo tiene un único conducto longitudinal interno. La boca de perforación tiene vahos orificios radiales o conductos de evacuación de aire y agua, que son los que se usarán para depositar el explosivo en el barreno (una vez enfriada la boca de perforación)

Durante el bombeo, un suministro principal del explosivo que sale bombeado por los orificios radiales de la boca, se realiza simultáneamente durante la extracción del conjunto de perforación.

En cambio, un suministro final de explosivo que está por dentro de los tres conductos longitudinales del conjunto de perforación, es impulsado y arrastrado mediante un fluido que se introduce bombeado a través de la toma de la cabeza, habiendo interrumpido previa y directamente el bombeo del explosivo. Es esta una fase final mediante la cual se cargan los últimos kilos de explosivo destinados al barreno y de manera inmediata se procede a limpiar con agua. Al ser explosivo resistente al agua, no hay problema en que se mezclen agua y explosivo. Cabe señalar que durante esta operación del suministro final del explosivo se limpian los tres conductos longitudinales del conjunto de perforación, así como la toma de la cabeza de rotación y los varios orificios radiales de la boca.

La velocidad de extracción del conjunto de perforación durante el suministro principal del explosivo, es una velocidad de extracción seleccionada entre: una velocidad de extracción sustancialmente sincronizada con la velocidad de relleno del suministro principal del explosivo dentro del barreno por debajo de la boca; y una velocidad de extracción que no está sincronizada con la velocidad de relleno del suministro principal del explosivo.

El suministro final del explosivo se realiza cuando al menos un tramo de la barra y la boca de perforación están dentro del barreno.

El sistema de carga comprende un circuito de conductos tubulares conectado a una la toma de la cabeza de rotación; donde dicho circuito está configurado para seleccionar la introducción directa del explosivo, o de un fluido seleccionado entre un fluido liquido y un fluido gaseoso que impulsa el suministro final del explosivo dentro del barreno; y donde la formación del explosivo se realiza en un conducto común del circuito que desemboca en la toma de la cabeza de rotación.

El circuito de conductos tubulares comprende el conducto común en el que convergen un primer conducto de alimentación de matriz oxidante con una primera válvula de paso y obturación; un segundo conducto de alimentación de sensibilizante con una segunda válvula de paso y obturación; y un tercer conducto de alimentación de agua/aire con una tercera válvula de paso y obturación; donde la mezcla del sensibilizante y la matriz oxidante en el conducto común genera el explosivo que es bombeado dentro del barreno a través de los tres conductos longitudinales del conjunto de perforación: primero el suministro principal del explosivo; y después el suministro final del explosivo arrastrado e impulsada por el fluido.

En una primera realización, el sistema de bombeo está configurado para suministrar el explosivo desde un único depósito, y en una segunda realización, el sistema de bombeo está configurado para suministrar por separado los vahos componentes del explosivo desde respectivos depósitos. En una realización de la invención el sistema de bombeo está integrado directamente en la perforadora, mientras que en otra realización, el sistema de bombeo es independiente y está soportado en un vehículo.

El sistema de bombeo independiente soportado por el vehículo está configurado para poder suministrar el explosivo a varias perforadoras simultáneamente: bien suministrando la mezcla de explosivo a las perforadoras, o bien suministrando los varios componentes del explosivo por separado a las perforadoras; donde dicho suministro puede ser directo, o un suministro indirecto en el que las perforadoras incluyen depósitos para alojar dichos componentes del explosivo.

Al hilo de lo dicho en el párrafo precedente, si se deposita el explosivo o los componentes del explosivo en una tolva en el conjunto de perforación (perforadora), éste deberá contar además con un módulo de bombeo propio, sin usar por tanto el módulo de bombeo de un camión.

El segundo conducto longitudinal de la barra incluye un estrechamiento con una sección de paso menor a la sección de paso crítico del explosivo. Dicho estrechamiento es un mecanismo de seguridad adicional para evitar que una barra de perforación quede llena de producto explosivo 4 y pueda detonar accidentalmente. Para ello se adapta el estrechamiento en la conexión del conjunto boca de perforación y barra de perforación, de forma que el explosivo no pueda detonar en la barra al ser el diámetro de ese estrechamiento menor que el diámetro crítico del explosivo. Ese diámetro o mayores son los que necesita la reacción explosiva para ser sostenida. Por ejemplo, en el caso de las emulsiones explosivas a usar, este diámetro crítico es de 38 mm.

El procedimiento de carga de explosivo que se lleva a cabo mediante el sistema descrito comprende las siguientes fases:

- Perforar el barreno con el conjunto de perforación que incluye la cabeza de rotación, la barra de perforación y la boca de perforación.

- Introducir el explosivo dentro de al menos un tramo del barreno mediante bombeo por debajo de la boca a través de los tres conductos longitudinales alineados del conjunto de perforación fluyendo el explosivo a través de los orificios radiales de la boca del conjunto de perforación; donde durante el bombeo, la barra y la boca del conjunto de perforación se mantienen dentro del barreno con movilidad de retroceso simultánea.

La fase de bombeo e introducción del explosivo dentro del barreno a través de los tres conductos longitudinales del conjunto de perforación, comprende las siguientes subfases:

- Bombear un suministro principal del explosivo que rellena la mayor parte del barreno que está por debajo de la boca.

- Bombear el suministro final del explosivo que está por dentro de los tres conductos longitudinales del conjunto de perforación; donde dicho suministro final del explosivo es impulsado y arrastrado mediante el fluido seleccionado entre el fluido líquido y el fluido gaseoso.

Este sistema de la invención funciona para explosivos a granel tipo emulsiones explosivas y sus mezclas con anfo (mezcla de nitrato de amonio y combustible derivado del petróleo), explosivos tipo hidrogeles y sus mezclas con anfo y con otras mezclas explosivas a granel que puedan fluir de manera adecuada a través de los orificios del sistema de perforación compuesto por la cabeza de rotación, las barras de perforación, acopladores, amortiguadores y la boca de perforación.

En resumen pues, con el sistema de la invención se permite la operación telerremota o robotizada de la carga de explosivos, consiguiendo evitar en su totalidad la necesidad de volver a perforar barrenos cortos o atascados, así como la necesidad de medir los barrenos por personal a pie. También se evita la técnica de perforar en exceso a una profundidad mayor de la prevista, para compensar posibles derrumbes posteriores, ahorrando con ello en costes de perforación y explosivo malgastados por este motivo. Por añadidura, esta técnica de la invención elimina o minimiza la exposición de personal a pie sobre un banco de voladura al sol, al polvo, al frió y al esfuerzo físico, lo cual redunda en una mejora sustancial de sus condiciones de trabajo dentro de una cabina climatizada.

Además, este sistema de la invención permite la futura operación vía control remoto o automatización robótica de las operaciones de perforación y voladura sin necesidad presencial de personas en la zona. En el caso de voladuras subterráneas en túnel o en cámaras subterráneas, se evita el riesgo de accidentes durante el proceso de carga del explosivo debido a caída de rocas del frente de voladura o por estallidos de roca y se consigue maximizar la productividad de la maquinaria y los equipos mineros. A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompaña una señe de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

Breve descripción de las figuras

Figura 1.- Muestra una vista en alzado del sistema de carga de explosivo en barrenos, objeto de la invención. También es objeto de la invención del procedimiento de carga.

Figura 2.- Muestra una vista en alzado de dos perforadoras verticales asociadas a respectivos módulos de bombeo con abastecimiento del explosivo desde un camión; donde las perforadoras verticales se encargan de realizar los barrenos; y donde tanto el camión como las dos perforadoras verticales incluyen varios depósitos con los componentes necesarios para preparar el explosivo.

Figura 3.- Representa una vista en alzado de una perforadora con bombeo del explosivo desde un camión.

Figura 4.- Representa una vista en alzado de una perforadora sustentada en un carro, con bombeo desde un camión. La perforadora está situada en una posición para realizar un barreno vertical.

Figura 5.- Muestra una vista similar a lo mostrado en la figura 4, donde la perforadora está situada en una posición para realizar un barreno horizontal.

Figura 6.- Muestra una vista esquemática de la aplicación de la invención.

Descripción de un ejemplo de realización de la invención

Considerando la numeración adoptada en las figuras, el sistema de carga de explosivo 4 en barrenos 5 comprende al menos una perforadora 1 que incluye al menos un conjunto de perforación 2 formado por una barra 2b de perforación, una cabeza 2a de rotación y una boca 2c de perforación que están acoplados sucesivamente estos tres elementos uno a continuación de otro; donde la cabeza 2a de rotación incluye un primer conducto longitudinal que comunica con un segundo conducto longitudinal de la barra de perforación, y este segundo conducto longitudinal comunica con un tercer conducto longitudinal de la boca 2c de perforación que comunica con el exterior a través de unos orificios radiales 3.

Considerando que en el mismo momento que la boca 2c de perforación se extrae del barreno 5 se pueden producir derrumbes de material que acorten la longitud de éste o den lugar a su colapso, se propone un sistema que inserta el explosivo 4 antes de extraer la boca 2c de perforación, es decir que el explosivo 4 se inserta/aplica durante el proceso de extracción de la dicha boca 2c de perforación que obviamente se extrae junto con el resto de elementos del conjunto de perforación 2.

El sistema consiste en la integración de la maquinaria de bombeo de explosivos a granel con las perforadoras 1 , de manera que el explosivo 4 pueda cargarse en el barreno 5 a través de la cabeza 2a de rotación, la barra 2b de peroración y la boca 2c de perforación insertada en el fondo del barreno 5.

En una primera opción, esta integración se realiza montando los sistemas de almacenaje y bombeo de explosivo en la propia perforadora 1. (Figuras 1).

En una segunda opción la integración se realiza conectando un camión 6 o remolque a la perforadora 1. Este camión 6 o remolque mecanizado alimenta/suministra de reactivos (matriz oxidante y sensibilizantes) a la perforadora 1 mediante unas mangueras 7 de bombeo a tal fin. (Figuras 2 y 3): bien directamente (figura 3) o bien suministra los reactivos a un módulo 8 incorporado en la perforadora 1; donde dicho módulo 8 incluye los depósitos de dichos reactivos y el correspondiente sistema para su bombeo para rellenar uno o vahos barrenos (figura 2).

En la modalidad de depósitos integrados en la perforadora 1 , nos encontramos una serie de depósitos con los productos necesarios para la fabricación del explosivo 4 como son: la matriz oxidante de la emulsión, el nitrato amónico, o la matriz oxidante del hidrogel, el nitrito sódico (como agente gasificante) y/u otros componentes que, juntos, dan lugar a la formación del explosivo 4 dentro del barreno 5 pasados unos minutos de reacción.

Al hilo de lo dicho en el párrafo anterior, otra opción para convertir en explosivo 4 la mezcla de oxidantes (matriz oxidante) y comburentes (mezcla del sensibilizante) consiste en inyectar aire u otro gas en la mezcla, de tal forma que se generen unas microburbujas que sensibilicen el producto, haciéndolo sensible a la detonación. Este aire u otro gas se puede inyectar por una o vahas de las boquillas u orificios radiales 3 de la cabeza perforadora (ya sea thcono o boca 2c de perforación), o bien mediante un accesorio inyector adicional que descienda hasta el fondo del barreno 5 una vez alcanzada la profundidad de perforación diseñada. Además del equipo/maquinaria de bombeo del explosivo 4, también se integran unos mecanismos electrónicos y físicos de seguridad y sus mangueras 7. Una serie de conexiones y válvulas conectarán el circuito o los circuitos de productos para fabricación del explosivo 4 con los circuitos de agua y aire comprimido que usan habitualmente las perforadoras 1 para el barrido de detritos de perforación.

Estos circuitos (líneas) de aire y agua se conectan a los circuitos (líneas) existentes en la cabeza 2a de rotación o martillo de perforación (Figura 1). Esta modalidad permite a un número pequeño de camiones 6 atender a un número superior de perforadoras 1, ya que básicamente tendrá que hacer labores continuas de transporte de un depósito/almacén de materias primas a los depósitos de diferentes perforadoras 1 (Figura 2).

Como se muestra en la figura 1 , el sistema de carga de explosivo 4 comprende un circuito 9 de conductos tubulares conectado a una toma 17 radial de la cabeza 2a de rotación, donde dicho circuito 9 incluye un conducto común 10 que desemboca en la cabeza 2a de rotación, un primer conducto 11 que conecta con el conducto común 10, y a través del cual se suministra la matriz oxidante; un segundo conducto 12 que conecta el conducto común 10, y a través del cual se suministra el sensibilizante; y un tercer conducto 13 que conecta también con el conducto común 10, y a través del cual se suministra un fluido que puede ser agua o aire, o una mezcla de aire y agua.

Tanto el primer 11, como el segundo 12 y el tercer 13 conductos del circuito 9 incluyen, respectivamente, unas válvulas de apertura y cierre: primera 14, segunda 15 y tercera 16.

Cabe señalar que el circuito 9 de conductos tubulares, en principio, es imprescindible en tanto en cuanto hace explosiva (con una sección de paso de unos 20 mm.) la mezcla líquida que baja por la barra y que sale por los orificios radiales 3 de la boca 2c de perforación.

No obstante, en algunos países hay explosivos que ya vienen sensibilizados desde fábrica (es decir, no hay que añadir productos químicos como en el circuito 9). La tendencia de la industria es a la sensibilización in-situ (con circuito 9). El bombeo puede ser con la bomba propia del camión de explosivo o con un módulo de bombeo a bordo de la perforadora Cuando se procede a inyectar el explosivo 4 dentro del barreno 5, la primera válvula 14 y la segunda válvula 15 se mantienen abiertas mientras que la tercera válvula 16 se mantiene cerrada. En esta situación el explosivo 4 se forma en el conducto común 10 del circuito 9 al mezclarse la matriz oxidante y el sensibilizante que obviamente han sido bombeados desde unos depósitos integrados en la propia perforadora 1 o en el camión 6; donde dicho explosivo 4 recorrerá el interior del conjunto de perforación 2 hasta salir por los orificios radiales 3 de la boca 2c de perforación.

Así pues, esa mezcla (matriz oxidante y sensibilizante) se inyecta a través de la toma 17 radial de la cabeza 2a de rotación y barra 2b de perforación y sale por los varios orificios radiales 3 de la boca 2c de perforación, rellenándose así el barreno 5 con el producto que se convertirá en explosivo 4 pasados unos minutos (sensibilización química) o tras la inyección de aire (sensibilización por burbujas de aire/gas). Cabe señalar que algunas formulaciones de aditivos/ sensibilizantes permiten re-convertir en inerte el explosivo 4 si no se ha detonado tras un periodo de tiempo calculado previamente.

En cambio, cuando se procede a la limpieza del conjunto de perforación 2, la tercera válvula 16 del tercer conducto 13 se mantiene abierta, y las válvulas, primera 14 y segunda 15 se mantienen cerradas, con lo cual el caudal de fluido suministrado a través del tercer conducto 13 alcanza el conducto común 10 y los espacios interiores del conjunto de perforación 2.

En la modalidad de depósito y unidad de bombeo acoplados a la perforadora 1 (figura 2), el camión 6 hace las funciones de transporte de los componentes desde el almacen/polvorín a una o vahas perforadoras 1 simultáneamente.

En la opción alternativa de acoplamiento de camión 6 explosivo o remolque de explosivo, ambos con los sistemas de almacenaje, bombeo y segundad, éstos se sitúan detrás o próximos a la perforadora 1. Ambos están conectados mediante una o más mangueras 7 de transferencia de productos (agua, matriz explosiva, sensibilizantes, nitrato amónico) así como otros sistemas para suministrar detonadores/boosters y/u otros. En esta modalidad, la perforadora 1 no necesita incorporar sistemas propios de almacenaje y bombeo de productos relacionados con la voladura, sino que se apoya en los sistemas de los propios camiones 6 a granel (Figura 3). En la modalidad de perforadora sin unidad de almacenaje y bombeo incorporados, el bombeo de producto se realizaría mediante el camión 6 acoplado a la perforadora 1. Una vez terminado de perforar cada barreno 5, se procede al bombeo de explosivo 4 y al posterior movimiento de ambos (perforadora 1 y camión 6) hasta la posición del siguiente barreno 5.

En las perforadoras 1 verticales, es necesario el enfriamiento previo de los elementos por los que discurren los componentes que forman el explosivo 4. Dichos elementos cuentan con sensores o medios para medir directa o indirectamente su temperatura. Para enfriar dichos elementos (los aceros de perforación y mecanismos de accionamiento) a una temperatura adecuada que sea segura y para no dañar el explosivo 4 (o matriz que se convertirá en explosivo 4 tras la reacción de sensibilización), debe inyectarse agua en el circuito de aire de barrido a través del tercer conducto 13. Esto podría hacerse en el último/últimos metros de la perforación del barreno 5 o después de perforado, de tal forma que el conjunto de perforación 2 formado por el tricono o boca 2c de perforación, barra 2b y cabeza 2a de rotación baje hasta los 80 grados centígrados o menos. Cuando se perfora en zonas con agua y los barrenos 5 están inundados, este mecanismo no será necesario ya que el enfriamiento de la boca 2c de perforación se realiza por la propia agua del terreno.

Cuando la perforadora 1 ha alcanzado la profundidad exacta determinada para cada barreno 5, antes de extraer la boca 2c y las barras 2b de perforación, se abre la tercera válvula 16 que conecta el conducto común 10 del explosivo a través de la línea o tercer conducto 13 de aire/agua de barrido. Esto da entrada al explosivo 4 al circuito de aire/agua de barrido de detritus situados dentro de la/s barra/s y en el útil de perforación (sean del tipo tricono o boca) y comienza a llenar el barreno 5 desde su cota inferior.

Al tiempo que se bombea más explosivo 4 se comienza a extraer el conjunto de perforación 2 al ritmo adecuado, de forma que no se produzca una extracción demasiado rápida que pueda dar lugar a discontinuidades en la columna explosiva (en caso de barrenos inundados de agua), ni muy lenta que pueda dar lugar a producto explosivo adhiriéndose a una gran longitud de las barras ensuciándolo y/o creando turbulencia y mezcla de explosivo con agua. La velocidad adecuada de bombeo de producto explosivo y/o retracción irá acompasada de manera que se igualen la velocidad de subida (llenado) a lo largo del barreno 5 con la velocidad de extracción de la boca de perforación 2c (tricono o boca) y demás elementos del conjunto de perforación 2.

Al ser indicado el uso de emulsiones/hidrogeles a granel gasificadas (aquellos que se vuelven explosivos tras una reacción química que genera burbujas de gas) o sensibilizadas con inyección de aire u otro gas, el/los producto/s desencadenantes de la gasificación se inyectan en el último emplazamiento posible, siendo el ideal que se inyecten en la toma 17 radial de la cabeza 2a de rotación para su mezcla con la emulsión matriz (Figura 1) y así permitir su sensibilización para poder detonar. También podría realizarse la sensibilización mediante un tubo externo o manguera que descendiera hasta el fondo del barreno 5 y que inyectara los productos químicos de sensibilización o el aire a presión de manera paralela al bombeo de producto a sensibilizar con retirada paulatina del elemento de perforación.

Dicho tubo externo discurre en paralelo a la barra 2b; donde el extremo inferior de dicho tubo externo por donde fluyen los productos se sitúa justamente por encima de la boca 2c de perforación en proximidad a la misma; y donde dicho tubo externo está conectado al sistema de inyección, sensibilización y limpieza formado por el circuito 9 de conductos tubulares

Esta inyección comienza cuando la boca 2c de perforación está situada a la máxima profundidad de diseño de cada barreno 5. El sistema de bombeo proporciona el caudal y la presión suficientes para rellenar el barreno 5 al ritmo adecuado (igual a la velocidad de retracción de la barra 2b y boca 2c de perforación). Cuando está casi terminado de llenar cada barreno 5, los restos de producto que queda dentro de la barra 2b de perforación es expulsado de la misma con la ayuda del aire de barrido conforme se extraen los últimos metros de la sarta de perforación (conjunto de boca 2c de perforación, barras 2b y cabeza 2a de rotación) y/o con agua para garantizar una buena limpieza de todo el producto adherido dentro de la barra 2b y la boca de perforación 2c, y demás útiles. En esta situación se calcula el producto necesario a bombear dentro de la barra 2b para dejar el explosivo 4 a su altura de llenado diseñada para cada barreno 5.

Tal como ya se ha referido anteriormente, en la figura 1 se muestra la conexión de la línea de suministro de explosivo liquido a la línea existente en las perforadoras para el suministro de aire y agua de barrido de los barrenos 5. Las diversas válvulas permiten bombear en cada momento adecuado. La línea o segundo circuito 12 de sensibilizante del explosivo está situada en el emplazamiento más cercano a la cabeza 2a de rotación y con la menor longitud a la primera válvula 14 de paso de la matriz oxidante (emulsión o hidrogel) para no tener ninguna longitud de línea con mezcla de matriz y sensibilizante. Asimismo el agua y aire de barrido posterior se llevan o arrastran cualquier resto de producto en el conducto común 10.

Por ejemplo: para un banco de 15 m. de altura, en el que se deben perforar barrenos 5 de 17 m. y dejarse 7 m. de retacado antes de gasificar (columna de explosivo de 17-7 = 10 m.), con un diámetro de barreno de 311 mm. y una densidad de explosivo 4 de 1 ,15 g/cm3, debe bombearse 874 kg. de explosivo a través del interior de la barra 2b de perforación. Para ello se bombea el explosivo 4 conforme este es introducido en el barreno 5, igualando la velocidad de extracción de la boca 2c de perforación para asegurar una columna uniforme de producto. Por ejemplo, si la barra asciende a 50 m/min (0,83m/s), y por cada metro corresponden 87 kg. de producto, por cada segundo deben salir por los orificios del tricono (boca 2c de perforación) 72,5 kg. Esto se puede lograr mediante bombeo de producto explosivo 4 junto con la presión hidrostática del propio producto. Los últimos kilos de explosivo 4 que salen de la barra 2b, para que ésta quede libre, son desalojados del interior de la misma mediante el aire comprimido y/o agua de barrido inyectados en la cabeza 2a de rotación. En el caso de usarse explosivo 4 sólido tipo ANFO, basta con el aire comprimido para lograr el caudal y, en este caso, al ser solo de aplicación a barrenos 5 secos, no es necesario igualar la velocidad de retracción del útil o conjunto de perforación 2 con la de bombeo/impulsión de producto.

Dado que el proceso de formación del explosivo 4 con sensibilización química tras la mezcla de componentes tarda unos 15-20 minutos, las barras 2b ni la boca 2c de perforación nunca tienen producto realmente explosivo en su interior. Por esto es necesario el proceso de detención de bombeo y limpieza final con aire/agua al final del llenado de cada barreno 5. Por este proceso, una vez bombeada la casi totalidad de producto (explosivo) necesario en el barreno 5, los últimos kilos son introducidos mediante el soplado/limpiado de producto antes de terminar de extraer la boca 2c de perforación del barreno 5. Este producto termina de caer sobre la columna explosiva dentro del barreno 5 para no manchar ni derramar producto sobre el banco de voladura. De esta forma, tanto la cabeza 2a como la barra 2b y la boca 2c de perforación quedarían limpias y listas para perforar el siguiente barreno 5. Aunque en este sistema se pudieran utilizar explosivos 4 sensibilizados previamente a su carga en los barrenos 5, dicho sistema está pensado para incrementar la seguridad. Para ello preferentemente se emplean explosivos 4 sensibilizados in-situ con sensibilización diferida en el tiempo: aquellos que adquieren la capacidad de detonar por mezcla de aire o productos químicos (gasificación) una vez depositados en el barreno 5 tras un proceso de sensibilización con nitrito sódico, N20, N30 u otros. Idealmente se usarán explosivos 100% emulsión (sin porcentaje de perlas de nitrato amónico) por su fluidez y control del proceso de sensibilización, aunque en función de los diámetros de evacuación de aire de los útiles de perforación se puede permitir también el uso de mezclas ANFO/Emulsión o ANFO/hidrogel de hasta un 70% emulsión.

Como mecanismo de seguridad adicional para evitar que una barra 2b de perforación quede llena de producto explosivo 4 y pueda detonar accidentalmente, se puede adaptar un estrechamiento 18 en la conexión del conjunto boca 2c de perforación y barra 2b de perforación u otro emplazamiento dentro de la barra 2b, de forma que el explosivo 4 no pueda detonar en la barra 2b al ser el diámetro de ese estrechamiento menor que el diámetro crítico del explosivo 4. Ese diámetro o mayores son los que necesita la reacción explosiva para ser sostenida. Por ejemplo, en el caso de las emulsiones explosivas a usar, este diámetro crítico es de 38 mm (figura 1).

El estrechamiento 18 está integrado en la barra 2b de perforación, ubicado en una zona lo más próxima posible a la boca 2c de perforación. Este casquillo/estrechamiento 18 tiene como finalidad tener un diámetro menor al diámetro crítico del explosivo (38 mm. en muchos casos de explosivos líquidos a granel) y debe tener al menos 10 cm. de longitud (la distancia de detonación por simpatía de muchos explosivos).

Dicho estrechamiento 18 es un elemento de seguridad que se puede poner cerca de la boca 2c de perforación. Físicamente el explosivo deja de detonar por debajo de un diámetro crítico. Ese es su cometido.

Por debajo de cierto diámetro, el explosivo no detona. Este se llama diámetro crítico. Por ello debe incorporarse el estrechamiento 18 por debajo del diámetro crítico como medida intrínseca de segundad. Cuanto más cerca está de la boca 2c de perforación (que se calienta bastante), mejor. El estrechamiento 18 es sólo una sección de paso menor, de unos 10 cm. de longitud que tiene un diámetro menor que el diámetro crítico de la emulsión explosiva. Tiene sentido colocar uno después de añadir a la emulsión matriz (no explosiva) los sensibilizantes químicos que la vuelven explosiva. Y tiene sentido colocar otro justo en la fuente de calor que puede ser la boca 2c de perforación.

Los orificios radiales 3 de la boca 2c de perforación deben ser los estándares que actualmente presentan las bocas de perforación para que el aire comprimido limpie el barreno 5 de detritos de perforación.

Posterior a la carga del barreno 5 con el explosivo 4 (o productos que se convierten en explosivo pasados unos minutos de la carga) se procederá a cargar el detonador con el multiplicador (también llamado booster) que desencadenará la detonación en el momento programado y con la energía necesaria para que se inicie la reacción explosiva. Esto puede hacerse mediante un mecanismo que sitúe el primer (así se denomina al conjunto booster con el detonador insertado) en el centro del barreno 5 y lo deje caer en su interior. Para posicionar el booster en el fondo del barreno 5 pero levantado unos centímetros del fondo de dicho barreno (normalmente 1 m.), se deja caer el primer amarrado a un peso no metálico mediante una cuerda/cable de la longitud requerida de separación del fondo del barreno 5.

El manejo y manipulación en automático o modo remoto de los boosters y detonadores se hace preferiblemente con sistemas neumáticos de transporte y/o por gravedad, de manera que no se puedan producir esfuerzos mecánicos sobre los detonadores que pudieran dar lugar a su detonación.

Aunque es preferible usar detonadores sin cables (tipo wireless), en el caso de usar detonadores con cables, el sistema incorpora un portabobinas para sujetar la bobina de cables que se irá desenrollando conforme descienda el conjunto detonador/booster.

Este concepto de la invención se puede aplicar para el campo de las voladuras subterráneas, tanto para las voladuras de avance de túnel (barrenos horizontales) como para voladuras en abanico o anillo en las cuales los barrenos 5 pueden ser perforados en una amplitud angular de 360° en el plano vertical. En las figuras 4 y 5 se muestra el concepto de integración de bombeo de explosivo 4 a través de carros con perforadoras 1 de 360°.

En el caso de barrenos 5 horizontales para voladuras de túnel, la ventaja de este sistema de la invención radica, una vez más, en evitar la necesidad de limpieza de los barrenos 5 una vez perforados, puesto que la boca 2c de perforación, una vez perforado cada barreno 5, rellena en retirada con explosivo 4 sin necesidad de maniobras o herramientas adicionales.