ES2924358T3

ES2924358T3 - Método y sistema de voladura

Info

Publication number: ES2924358T3
Application number: ES18770173T
Authority: ES
Inventors: Allen Park
Original assignee: PWS Systems Pty Ltd
Current assignee: PWS Systems Pty Ltd
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: BR112019019738A2; CA3057165C; EP3601942B1; ZA201906952B; US11060832B2; EP3601942A1; US20200033107A1; AU2018238199B2; EP3601942A4; PL3601942T3; AU2018238199A1; CA3057165A1; WO2018170556A1; CL2019002691A1; AU2017100633A4; AU2017100633B4

Abstract

Se describe un dispositivo de bloqueo por encima del suelo que incluye un cuerpo configurado, en uso, para cubrir un extremo abierto de un agujero de voladura cargado con explosivos hasta la superficie o dentro de los 300 mm de la superficie. El cuerpo tiene un hueco que contiene un tallo de gel de polímero superabsorbente y se coloca en uso para permitir que el tallo de gel de polímero superabsorbente esté en contacto con los explosivos en el barreno. El cuerpo puede incluir una base y una parte superior que se extiende hacia arriba desde la base. El vacío puede extenderse a través del cuerpo hasta una abertura en la base. Alternativamente, el vacío puede estar encerrado por el cuerpo. El cuerpo puede fabricarse con un material rígido o con un material flexible capaz de inflarse con un fluido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y sistema de voladura

Campo técnico

La presente divulgación se refiere a un método y sistema de voladura, en particular a un método para la empaquetadura sobre el suelo. La presente divulgación también se refiere a un método de empaquetadura y una disposición de empaquetadura sobre el suelo para suprimir el ruido y el polvo generados durante un evento de voladura. El documento EP 0109067 A1 describe un dispositivo de empaquetadura sobre el suelo.

Antecedentes

El siguiente análisis sobre los antecedentes de la divulgación pretende facilitar la comprensión de la invención. Sin embargo, se ha de entender que el análisis no es un reconocimiento o admisión de que cualquiera de los materiales a los que se hace referencia haya sido publicado, conocido o forme parte del conocimiento general común en el momento de la fecha de prioridad de la solicitud.

El uso controlado de explosivos para romper rocas para la excavación se utiliza en muchas industrias, incluidas, entre otras, las operaciones de perforación y minería, las canteras y la obra civil. Por lo general, se perforan varios agujeros en la roca de acuerdo con un patrón de agujeros de voladura preparado previamente, que luego se llenan con explosivos. Luego, los explosivos se detonan, lo que hace que la roca se fracture y se rompa.

La energía de un explosivo se imparte a la roca circundante en un proceso de dos etapas. Primero se libera una onda de choque (u onda de presión) 3-5 ms después de la detonación. La onda de choque viaja a -5000 m/s y genera fracturas iniciales en el suelo que rodea el barreno. Aproximadamente 25 ms después de la detonación, se genera una gran cantidad de gas en expansión. El gas en expansión viaja a través de las grietas generadas por la onda de presión para desalojar aún más la roca circundante.

Se pueden depositar dispositivos de empaquetadura o agregados clasificados por tamaños en el barreno por encima de la carga explosiva para contener la onda de presión generada durante la detonación, dirigir la voladura y, a su vez, suprimir el ruido y el polvo. Las profundidades de extracción son aproximadamente 20 veces el diámetro del taladro o 300 mm por debajo de la parte superior de la roca con sobrecarga, cuando la profundidad de la sobrecarga es aproximadamente 20 veces el diámetro del taladro.

Aunque las estimaciones iniciales de la cantidad y calidad de los explosivos requeridos son relativamente sencillas, los operadores deben calcular la altura de la empaquetadura agregada adecuada para la cantidad y el tipo de explosivo en el agujero para la máxima contención de la energía explosiva. La cantidad, y por lo tanto la altura, del material de empaquetadura agregado que se necesita para contener la energía explosiva está estrictamente limitada por la profundidad del taladro. Resulta ventajoso tener la altura de empaquetadura más corta posible, ya que aquellas zonas en las que no existen explosivos son un área que crea rocas de tamaño excesivo. Las rocas de tamaño excesivo crean numerosos problemas de procesamiento aguas abajo.

Idealmente, la empaquetadura agregada contendrá los gases generados por la detonación. Sin embargo, la onda de presión imparte impulso a los agregados a medida que viaja a través del material de empaquetadura, desestabilizándolo y reduciendo en gran medida su capacidad para contener los gases. Por lo tanto, la energía se pierde en la explosión a través del camino de menor resistencia y no se aplica al suelo circundante.

Depositar agregados en múltiples barrenos requiere mucho tiempo y es peligroso porque se requieren grandes volúmenes de agregados. Además, si el detonador no se dispara, se emplea un período de tiempo considerable en retirar el agregado para recuperar el detonador defectuoso o los explosivos contaminados.

Algunas de las realizaciones descritas en la presente memoria pretenden abordar al menos algunos de los problemas identificados en la presente memoria.

Compendio

El inventor ha encontrado que un dispositivo de empaquetadura sobre el suelo tal como se describe en la presente memoria refleja una onda de presión generada por la detonación de explosivos dentro del barreno, con lo que se aumenta la eficiencia del explosivo en el barreno durante la voladura y se suprime el ruido y el polvo generado durante un evento de voladura. También se puede reducir la incidencia o el alcance de la formación de estrías.

El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo comprende un cuerpo configurado, en uso, para cubrir un extremo abierto de un barreno cargado con explosivos hasta la superficie o dentro de un margen de 300 mm con respecto a la superficie, teniendo el cuerpo un hueco que contiene una empaquetadura de gel de polímero superabsorbente en su interior, y en donde el cuerpo se posiciona en uso para permitir que la empaquetadura de gel de polímero superabsorbente esté en contacto con los explosivos.

Varias realizaciones de la divulgación también proporcionan un método de empaquetadura sobre el suelo para suprimir el ruido y el polvo generado durante un evento de voladura. Dicho método comprende cubrir un extremo abierto de un barreno cargado con explosivo hasta la superficie con el dispositivo de empaquetadura sobre el suelo tal como se describe en la presente memoria, y posicionar el mismo para permitir que la empaquetadura de gel de polímero superabsorbente esté en contacto con los explosivos.

La presente descripción también proporciona un método y sistema de voladura, en particular un método y sistema para contener un evento de voladura bajo la superficie.

En un aspecto de la divulgación se proporciona un método de voladura que comprende: cargar un barreno con explosivos hasta la superficie o dentro de un margen de 300 mm con respecto a la superficie; cubrir un extremo abierto del barreno con un dispositivo de empaquetadura sobre el suelo tal como se describe en la presente memoria, posicionándose dicho dispositivo para permitir que la empaquetadura de gel de polímero superabsorbente esté en contacto con los explosivos; y detonar los explosivos.

Otro aspecto de la divulgación se refiere a una disposición de barreno, comprendiendo dicha disposición un barreno cargado con explosivos hasta la superficie o dentro de un margen de 300 mm con respecto a la superficie, un dispositivo de empaquetadura sobre el suelo tal como se describe en la presente memoria que cubre un extremo abierto de dicho barreno, estando posicionado dicho dispositivo para permitir que la empaquetadura de gel de polímero superabsorbente esté en contacto con los explosivos.

En una realización del dispositivo de empaquetadura sobre el suelo, el cuerpo comprende una base y una parte superior que se extiende hacia arriba desde la base. Generalmente, la base define un área de sección transversal mayor que un área de sección transversal definida por la parte superior. En uso, la base del cuerpo cubre el extremo abierto del barreno.

En algunas realizaciones, las áreas de sección transversal respectivas de la base y la parte superior son constantes a lo largo del eje longitudinal del cuerpo. En una realización particular, la base puede ser un cilindro y la parte superior puede ser una columna cilíndrica. Alternativamente, la base puede ser un poliedro y la parte superior puede ser una columna poliédrica.

En otras realizaciones, el cuerpo puede ser un poliedro tal como un cubo, un prisma rectangular, una pirámide cuadrada, un tetraedro, un cono, un cilindro, un casquete esférico, un hemisferio, una cúpula, un cono truncado o un segmento esférico.

En algunas de estas últimas realizaciones, el área de la sección transversal definida por el cuerpo puede disminuir desde la base hasta la parte superior a lo largo del eje longitudinal del cuerpo. Los ejemplos ilustrativos de estas realizaciones particulares pueden incluir, entre otros, pirámides cuadradas, tetraedros, conos, cúpulas y hemisferios.

En general, el hueco puede ajustarse sustancialmente al contorno o los contornos respectivos de la parte superior del cuerpo. Por ejemplo, el hueco puede comprender un taladro cilíndrico que se extiende a través de la parte superior y la base del cuerpo, en donde la parte superior comprende una columna cilíndrica y la base comprende un cilindro. Alternativamente, el hueco puede comprender un taladro poliédrico que se extiende a través de la parte superior y la base del cuerpo, en donde la parte superior comprende una columna poliédrica y la base comprende un poliedro.

En realizaciones alternativas, el hueco puede adaptarse sustancialmente al contorno o los contornos del cuerpo. Por ejemplo, el hueco de un cuerpo en forma de pirámide puede tener forma de pirámide. El hueco de un cuerpo en forma de cúpula puede tener forma de cúpula.

El hueco puede extenderse a través del cuerpo hasta una abertura en la base. Alternativamente, el hueco puede estar encerrado por el cuerpo.

En algunas realizaciones, el cuerpo se puede fabricar a partir de un material rígido.

En realizaciones alternativas, el cuerpo puede fabricarse a partir de un material flexible capaz de inflarse con un fluido, como un fluido acuoso o el gel de polímero superabsorbente.

En uso, el hueco se llena con el gel de polímero superabsorbente, formando así la empaquetadura de gel superabsorbente. Por consiguiente, la forma y el volumen del hueco definen la forma y el volumen de la empaquetadura de gel de polímero superabsorbente dentro del cuerpo.

En una realización, el gel de polímero superabsorbente puede comprender un fluido acuoso, un polímero superabsorbente y, opcionalmente, un agente densificante.

El polímero superabsorbente puede ser un polímero hidrófilo reticulado seleccionado entre un grupo que comprende ácido poliacrílico y derivados de ácido poliacrílico, y copolímeros de los mismos, ácido polimetacrílico y derivados de ácido polimetacrílico, y copolímeros de los mismos, polietilenglicol y derivados de polietilenglicol y copolímeros de los mismos, polímeros y copolímeros de poliacrilamida, alcohol polivinílico, derivados de alcohol polivinílico, y copolímeros de los mismos, o combinaciones de los mismos. Alternativamente, el polímero superabsorbente puede consistir en polímeros naturales reticulados seleccionados de un grupo que comprende polisacáridos, quitina, polipéptido, alginato o celulosa. Los ejemplos de polímeros naturales reticulados incluyen, pero no se limitan a, goma de xantana, goma de guar reticulada, almidones reticulados, carboximetilcelulosa.

En una realización particular, el fluido acuoso puede ser agua salobre con un total de sólidos disueltos entre 100 y 5000 mg/L. En otra realización particular, el fluido acuoso puede ser agua salina con un total de sólidos disueltos superior a 5000 mg/L.

El gel de polímero superabsorbente puede tener un peso específico >1,0, en particular >2,0. El gel de polímero superabsorbente puede comprender el agente densificante en una cantidad suficiente para conferir al gel de polímero superabsorbente un peso específico deseado. El agente densificante puede ser una sal inorgánica soluble en agua tal como cloruro de sodio o un material inorgánico insoluble en agua.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirán e ilustrarán varias realizaciones de la divulgación, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a las figuras adjuntas, en las que:

las Figuras 1 a-1 f ilustran varias realizaciones de un dispositivo de empaquetadura sobre el suelo tal como se describe en la divulgación;

las Figuras 2a-2d ilustran varias realizaciones alternativas de un dispositivo de empaquetadura sobre el suelo tal como se describe en la divulgación;

la Figura 3 es una vista en sección transversal de una disposición de barreno convencional con una empaquetadura agregada que se muestra en comparación con una disposición de barreno de acuerdo con una realización descrita en la divulgación;

la Figura 4 es una vista en sección transversal de una disposición de barreno que emplea el dispositivo de empaquetadura sobre el suelo de acuerdo con varias realizaciones descritas en la divulgación; y la Figura 5 es una representación gráfica de la relación entre la altura de la empaquetadura de gel de polímero superabsorbente en una realización del dispositivo de empaquetadura sobre el suelo descrito en la presente memoria y el daño por explosión resultante.

Descripción de realizaciones

La presente divulgación se refiere a un dispositivo de empaquetadura sobre el suelo y a métodos para desplegar dicho dispositivo para contener un evento de voladura bajo la superficie.

Términos generales

A lo largo de esta especificación, a menos que se indique específicamente lo contrario o que el contexto requiera lo contrario, se considerará que la referencia a una sola etapa, composición de la materia, grupo de etapas o grupo de composiciones de la materia abarca una y una pluralidad (es decir, una o más) de dichas etapas, composiciones de materia, grupos de etapas o grupos de composiciones de materia. Tal como se usa en la presente memoria, las formas singulares “un”, “una”, “el” y “la” incluyen formas plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Por ejemplo, la referencia a "un" incluye tanto uno como dos o más; la referencia a "una" incluye tanto una como dos o más; la referencia a "el" incluye tanto uno como dos o más, etc.

Cada ejemplo de la presente divulgación descrita en la presente memoria debe aplicarse mutatis mutandis a todos y cada uno de los demás ejemplos a menos que se indique específicamente lo contrario. El alcance de la presente divulgación no debe verse limitado por los ejemplos específicos descritos en la presente memoria, que están previstos solamente con fines de ejemplificación. Los productos, composiciones y métodos funcionalmente equivalentes se encuentran claramente dentro del alcance de la divulgación, tal como se describe en la presente memoria.

La expresión "y/o", por ejemplo "X y/o Y" se entenderá que significa "X e Y" o "X o Y" y se considerará que proporciona apoyo explícito para ambos significados o para cualquiera de los dos significados.

A lo largo de esta memoria descriptiva, se entenderá que la palabra "comprender", o variaciones tales como "comprendiendo" o "que comprende", implica la inclusión de un elemento, número entero o etapa, o grupo de elementos, números enteros o etapas, especificados, pero no la exclusión de cualquier otro elemento, número entero o etapa, o grupo de elementos, números enteros o etapas.

Salvo que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos que se utilizan en la presente memoria tienen el mismo significado que entiende normalmente un experto en la técnica a la que pertenece esta invención. Aunque en la práctica o las pruebas de la presente invención se pueden usar métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la presente memoria, más abajo se describen métodos y materiales adecuados. En caso de conflicto, prevalecerá la presente memoria descriptiva, incluyendo las definiciones. Además, los materiales, métodos y ejemplos son sólo ilustrativos y no pretenden ser limitativos.

Cabe señalar que cuando en la presente memoria se indica un intervalo de valores, se entenderá claramente que este intervalo abarca los límites superior e inferior del intervalo, y todos los valores entre estos límites.

El término 'aproximadamente', tal como se usa en toda la memoria descriptiva, significa aproximadamente o casi y, en el contexto de un valor o intervalo numérico establecido en la presente memoria, pretende abarcar variaciones de un ±10 % o menos, un ±5% o menos, un ±1% o menos, o un ±0,1% o menos del valor o intervalo numérico o mencionado o reivindicado.

Términos específicos

El término 'barreno', tal como se utiliza en la presente memoria, se refiere a un agujero taladrado con una profundidad y un diámetro predeterminados que contiene explosivos. En general, en una operación a cielo abierto o subterránea se puede taladrar una pluralidad de barrenos, como una fila o un conjunto ordenado de barrenos, de acuerdo con un patrón de perforación para un sitio de voladura sobre la base de parámetros como la carga de roca, incluyendo el tipo y la densidad de la roca, el espacio entre barrenos, la profundidad y el diámetro de barreno para un explosivo predeterminado y, cuando se requiera, la orientación y los ángulos de barreno. El patrón de perforación puede ser diseñado por un ingeniero de perforación y voladura de acuerdo con modelos y protocolos bien establecidos apropiados para la voladura con la forma deseada.

El término 'empaquetadura' se refiere a una masa y un volumen predeterminados de un material de empaquetadura capaz de amortiguar y/o contener al menos parcialmente los gases y las fuerzas liberadas por la detonación de explosivos en un barreno. La masa y el volumen predeterminados del material de empaquetadura pueden calcularse mediante técnicas convencionales bien conocidas por los expertos en la materia y dependen de la profundidad y el diámetro del barreno, la orientación del barreno y el ángulo de orientación con respecto a la vertical, y la cantidad y naturaleza de los explosivos cargados en el barreno.

La expresión 'polímero superabsorbente' se refiere a un material polimérico que es capaz de absorber al menos 25 veces su propio peso en fluido acuoso y es capaz de retener el fluido acuoso absorbido a presión moderada. El fluido acuoso absorbido se introduce en la estructura molecular del polímero superabsorbente en lugar de estar contenido en poros de los que el fluido podría ser eliminado por compresión. Algunos polímeros superabsorbentes pueden absorber hasta 1000 veces su peso en fluido acuoso.

La expresión 'peso específico', tal como se utiliza en la presente memoria con referencia a una sustancia sólida, es la relación entre el peso de un volumen determinado de material y el peso de un volumen igual de agua (a 20 °C). La expresión "distribución de peso específico", tal como se usa en la presente memoria con referencia a un material en forma de partículas, se refiere a una lista de valores o una función matemática que define la cantidad relativa, generalmente en masa, de partículas presentes según el peso específico.

Dispositivo de empaquetadura sobre el suelo

Un aspecto de la presente divulgación se refiere a un dispositivo de empaquetadura sobre el suelo para contener un evento de voladura subterránea.

Con referencia a las Figuras 1 a-1 f, en ellas se muestran varias realizaciones de un dispositivo 10 de empaquetadura sobre el suelo para contener un evento de voladura subterránea.

El dispositivo 10 de empaquetadura sobre el suelo comprende un cuerpo 12. El cuerpo 12 incluye una base 14 y una parte superior 16 que se extiende hacia arriba desde la base 14. En uso, la base 14 del cuerpo 12 cubre un extremo abierto 102 de un barreno 104 cargado con explosivos 106 hasta la superficie 108, como se muestra en las Figuras 3 y 4.

El cuerpo 12 también está provisto de un hueco 18 que contiene una empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente, en donde el cuerpo 12 se posiciona en uso para permitir que la empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente esté en contacto con los explosivos 106. Se apreciará que, en las realizaciones en las que una parte superior de los explosivos 106 se encuentra marginalmente por debajo de la superficie 108, la empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente puede extenderse dentro del barreno 104 hasta una profundidad suficiente para que esté en contacto con los explosivos 106.

Se apreciará que la base 14 tendrá un diámetro mayor que el diámetro del extremo abierto 102 del barreno 104 para asegurar que el extremo abierto 102 quede completamente cubierto por la base 14 del cuerpo 12. Además, el área de la sección transversal de la base 14 es mayor que el área de la sección transversal de la parte superior 16 para garantizar que el dispositivo 10 tenga un centro de gravedad más bajo y se asiente de manera estable sobre el extremo abierto 102 del barreno 104 en la superficie 108.

El cuerpo 12 puede adoptar cualquier forma adecuada. Por ejemplo, el cuerpo 12 puede ser un solo poliedro como un cubo, prisma rectangular, pirámide cuadrada como en la Figura 1a, cono como en la Figura 1b, tetraedro como en la Figura 1c, cilindro, casquete esférico, hemisferio, cúpula tal como en la Figura 1d, cono truncado o segmento esférico.

Se apreciará que, en algunas de estas realizaciones, un área de sección transversal definida por el cuerpo 12 puede disminuir desde la base 14 hasta la parte superior 16 a lo largo de un eje longitudinal 22 del cuerpo 12. Los ejemplos ilustrativos de estas realizaciones particulares pueden incluir, entre otros, pirámides cuadradas, tetraedros, conos, cúpulas y hemisferios. El área de la sección transversal puede disminuir de forma continua, como se muestra en las Figuras 1a-1d, o escalonadamente desde la base 14 hasta la parte superior 16 a lo largo del eje longitudinal 22 del cuerpo 12.

Alternativamente, la base 14 puede comprender un primer poliedro y la parte superior 16 puede comprender un segundo poliedro, como se muestra en las Figuras 1e y 1f. Los poliedros primero y segundo pueden ser iguales, como se muestra en la Figura 1f, o diferentes, como se muestra en la Figura 1e. Por ejemplo, en la Figura 1e, la base 14 es un prisma rectangular y la parte superior 16 es una columna rectangular. En la Figura 1f, la base 14 es un cilindro y la parte superior 16 es una columna cilíndrica. En estas realizaciones, las áreas de sección transversal respectivas de la base 14 y la parte superior 16 son constantes a lo largo del eje longitudinal 22 del cuerpo.

El término 'hueco' se refiere a un espacio interior definido en el cuerpo 12. El hueco 18 puede extenderse a lo largo del eje longitudinal 22 del cuerpo 12 hasta una abertura 24 en la base 14, lo que permite que la empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente entre en contacto con los explosivos 106 cargados en el barreno 104.

Alternativamente, el hueco 18 puede estar encerrado por el cuerpo 12. En estas realizaciones particulares, el cuerpo 12 puede funcionar como una funda 12' para la empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente.

El hueco 18 puede adaptarse sustancialmente a uno o más contornos del cuerpo 12 o a uno o más contornos de la parte superior del cuerpo 12. En consecuencia, en la mayoría de las realizaciones, la forma y el tamaño del cuerpo 12 pueden determinar la forma y el tamaño del hueco 18 del mismo.

Por ejemplo, como se muestra en la Figura 1f, el hueco 18 puede comprender un taladro cilíndrico que se extiende a lo largo del eje longitudinal 22 de la parte superior 16 cilíndrica y la base 14 cilíndrica.

Sin embargo se apreciará que, en algunas realizaciones, el hueco 18 puede no adaptarse a la forma y el tamaño de la parte superior 16 o el cuerpo 12. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 1e, el hueco 18 puede comprender un taladro cilíndrico que se extiende a lo largo del eje longitudinal 22 de la parte superior 16 rectangular y la base 14 prismática rectangular.

En otras realizaciones, el cuerpo 12 puede ser un cuerpo en forma de tubo o una carcasa tubular hueca en donde el hueco 18 está definido por un taladro del cuerpo en forma de tubo o la carcasa tubular hueca.

El cuerpo 12 se puede fabricar a partir de un material rígido. Los ejemplos adecuados de materiales rígidos incluyen, entre otros, materiales poliméricos (plásticos), en particular material polimérico de alta densidad como polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno (PE) en particular polietileno de baja densidad (LDPE), cloruro de polivinilo (PVC), polipropileno (PP), etc.

Alternativamente, el cuerpo 12 puede fabricarse a partir de un material flexible capaz de inflarse con un fluido, como un fluido acuoso o el gel de polímero superabsorbente. La fabricación del cuerpo 12 a partir de un material flexible se prefiere particularmente para realizaciones en las que el cuerpo 12 encierra el hueco 18 y el cuerpo 12 funciona como una funda 12' para la empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente.

En uso, el hueco 18 se llena con el gel de polímero superabsorbente, formando así la empaquetadura 20 de gel superabsorbente. Por consiguiente, la forma y el volumen del hueco 18 definen la forma y el volumen de la empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente dentro del cuerpo 12.

En las Figuras 2a-2d se ilustran varias realizaciones alternativas del dispositivo 10 de empaquetadura sobre el suelo. En estas realizaciones particulares, dicho cuerpo 12 se fabrica a partir de una membrana semipermeable flexible, en donde el cuerpo 12 se configura, en uso, para que sea una estera 30 cuando el hueco 18 se llena con la empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente. La estera 30 tiene un grosor (es decir, una profundidad) que es menor que su anchura lateral. La estera 30 puede adoptar cualquier forma adecuada. Por ejemplo, la estera 30 puede ser rectangular, hexagonal, cilíndrica o triangular, como se muestra en las Figuras 2a-2d.

En uso, la estera 30 puede disponerse para cubrir el extremo abierto 102 del barreno 104 de modo que esté en contacto con el explosivo 106 cargado en la superficie 108. En algunas realizaciones en las que el explosivo 106 se carga dentro de un margen de 300 mm con respecto a la superficie 108, se puede colocar gel de polímero superabsorbente adicional en el fondo del agujero en contacto con el explosivo 106 para unir el contacto entre el explosivo 106 y la estera 30.

En otras realizaciones, una pluralidad de esteras 30 se pueden apilar y posicionar para cubrir el extremo abierto 102 del barreno 104. La pluralidad de esteras 30 proporciona una empaquetadura acumulativa 20' de gel de polímero superabsorbente que tiene una altura efectiva que comprende las profundidades combinadas de las esteras 30 apiladas.

El inventor prevé que estas realizaciones particulares del dispositivo 10 de empaquetadura sobre el suelo pueden ser particularmente eficaces para mitigar la voladura por explosión de minas terrestres. En esta aplicación particular, la estera 30 puede colocarse encima de la mina terrestre, antes de la detonación, para contener la voladura.

El gel de polímero superabsorbente utilizado en dicho dispositivo 10 puede comprender un polímero superabsorbente, un fluido acuoso y, opcionalmente, un agente densificante.

El fluido acuoso puede ser agua, agua desionizada, agua ultrapura, agua destilada, agua municipal, agua subterránea, agua de producción o agua de proceso, agua residual, agua salobre o agua salina.

El gel de polímero superabsorbente puede tener un peso específico >1,0, en particular >2,0. El gel de polímero superabsorbente puede comprender el agente densificante en una cantidad suficiente para conferir al gel de polímero superabsorbente un peso específico deseado.

El agente densificante puede ser una sal inorgánica soluble en agua tal como cloruro de sodio o un material inorgánico insoluble en agua.

El material inorgánico insoluble en agua puede ser un material que contiene Al y/o que contiene Si incluyendo, entre otros, arcilla, materiales arcillosos, sílice, silicatos, alúmina, aluminatos, aluminosilicatos, arena, tierra, detritos, tierra de diatomeas, zeolitas, bentonita, caolín, hidrotalcita o combinaciones de los mismos, etc., un material refractario que incluye, entre otros, óxidos de hierro, óxidos de aluminio, óxido de magnesio, óxido de zinc, óxidos de cerio, óxidos de titanio, óxidos de circonio, etc., sales inorgánicas insolubles en agua como sulfato de bario, carbonato de calcio (por ejemplo, en la forma de dolerita), o combinaciones de los mismos.

El gel de polímero superabsorbente se puede preparar combinando el polímero superabsorbente, el fluido acuoso y, opcionalmente, el agente densificante mediante cualquier mezclador adecuado.

El agente densificante, en particular el material inorgánico insoluble en agua, puede incorporarse alternativamente en el gel de polímero superabsorbente dispersando el agente densificante en el gel de polímero superabsorbente. El material inorgánico insoluble en agua puede tener un diámetro medio de partícula de 1 micrómetro o mayor. El material inorgánico soluble en agua se incorpora a la red de gel de polímero superabsorbente.

Se apreciará que el volumen, la masa, la densidad específica y otras cualidades del gel de polímero superabsorbente se seleccionarán y corresponderán a las requeridas para empaquetar el barreno 104 y dependerán de la profundidad y el diámetro del barreno, la orientación del barreno y ángulo de orientación desde la vertical, y la cantidad y naturaleza de los explosivos cargados en el barreno.

Preparación del dispositivo de empaquetadura sobre el suelo

El dispositivo 10 de empaquetadura sobre el suelo se puede preparar llenando el hueco 18 definido por el cuerpo 12 con gel de polímero superabsorbente, habiendo sido preparado ya el gel de polímero superabsorbente tal como se ha descrito más arriba, para producir la empaquetadura 20.

En realizaciones en las que el cuerpo 12 comprende un cuerpo rígido 12, el cuerpo 12 funciona como un molde o alojamiento para la empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente.

Alternativamente, el cuerpo 12 puede fabricarse a partir de un material flexible capaz de inflarse con un fluido, como un fluido acuoso o el gel de polímero superabsorbente. La fabricación del cuerpo 12 a partir de un material flexible es particularmente preferible para las realizaciones en las que el cuerpo 12 encierra el hueco 18 y el cuerpo 12 funciona como una funda para la empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente.

En estas realizaciones particulares, el dispositivo 10 de empaquetadura sobre el suelo puede prepararse llenando el hueco 18 del cuerpo flexible 12 con gel de polímero superabsorbente en una cantidad suficiente para inflar el cuerpo flexible 12 hasta su forma y tamaño predeterminados.

Alternativamente, el cuerpo flexible 12 se puede cargar previamente con una cantidad predeterminada de precursor de gel de polímero superabsorbente, en donde dicho precursor es un material en forma de partículas, sólido o líquido. A continuación, el hueco 18 puede llenarse con un líquido acuoso que reacciona con dicho precursor para producir el gel de polímero superabsorbente. El volumen de líquido acuoso utilizado puede ser menor que el volumen del hueco 18, ya que se prevé que dicho precursor se expanda a medida que absorbe el líquido acuoso para producir el gel de polímero superabsorbente y ocupe un volumen mayor en el cuerpo 12 que el volumen de líquido acuoso. Generalmente, el precursor de gel de polímero superabsorbente comprende un gel de polímero superabsorbente y, opcionalmente, un agente densificante.

Se apreciará que el hueco 18 del cuerpo 12 puede llenarse con el gel de polímero superabsorbente o el líquido acuoso mediante cualquier técnica convencional adecuada, incluyendo, entre otras, colocación, vertido, bombeo o inyección.

El hueco 18 del cuerpo 12 se puede llenar con el gel de polímero superabsorbente o el líquido acuoso tal como se describe más arriba con el dispositivo de empaquetadura 10 sobre el suelo in situ, en otras palabras, después de posicionar la base 14 del cuerpo 12 sobre el extremo abierto 102 del barreno 104.

Alternativamente, el hueco 18 del cuerpo 12 se puede llenar con el gel de polímero superabsorbente o el líquido acuoso (para preparar el gel de polímero superabsorbente tal como se ha descrito más arriba), antes de posicionar la base 14 del cuerpo 12 sobre el extremo abierto 102 del barreno 104.

Método de empaquetadura sobre el suelo

La divulgación también se refiere a un método de empaquetadura sobre el suelo que proporciona varias ventajas que incluyen, entre otras, la supresión del ruido y el polvo generados durante un evento de voladura, una empaquetadura altamente estable que no puede convertirse en un proyectil mortal, sin que se requiera un período de preparación o instalación prolongado: la empaquetadura tal como se describe en la presente memoria se puede desplegar muy rápidamente sin retrasar la voladura, la capacidad de recuperar explosivos o detonadores defectuosos y la necesidad de perforar menos barrenos.

A continuación se describirán varias realizaciones de los métodos de empaquetadura y voladura sobre el suelo con referencia a las Figuras 2 y 3, en las que la disposición del barreno tal como se describe en la presente memoria se comparará con una disposición de barreno convencional con materiales de empaquetadura de agregados convencionales ubicados en el fondo del agujero.

En la Figura 3 se muestra una disposición 200 de barreno convencional con materiales de empaquetadura convencionales ubicados en el fondo del agujero. Dicha disposición 200 de barreno incluye un barreno 202 con una profundidad total H¹y un diámetro D¹. El barreno 202 se carga con una cantidad predeterminada de explosivos 106 hasta una profundidad H^exseguida de una empaquetadura 204 de agregados convencional, tal como grava clasificada por tamaño, cargada hasta la superficie 108 que tiene una profundidad H^Agg. Generalmente, en la profundidad de empaquetadura H^Aggdel barreno 202 cargado convencionalmente hay una propensión a que se produzca roca de tamaño excesivo. La roca de tamaño excesivo requiere un procesamiento y un riesgo adicionales para triturar la roca a un tamaño manejable para el acarreo y el transporte y da como resultado un aumento de la mano de obra, el tiempo de procesamiento y el consumo de energía.

En la Figura 3 también se muestra una disposición 100 de barreno según la presente divulgación. Dicha disposición de barreno 100 incluye un barreno 102 con una profundidad total H^1Ay un extremo abierto 104 que tiene un diámetro D¹correspondiente al diámetro D¹del barreno 102. El barreno 102 se carga hasta la superficie 108 con explosivos 106 (es decir, una profundidad de H^ex1= H^1A=H^ex).

En esta realización particular, el dispositivo 10 de empaquetadura sobre el suelo comprende un cuerpo tubular 12 que tiene un diámetro >D¹y una altura H^{a g s}lleno de una empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente también con una altura H^{a g s}. El cuerpo tubular 12 se puede posicionar para cubrir el extremo abierto 104 del barreno 102 de modo que la base 14 del cuerpo tubular 12 se asiente sobre la superficie 108 en alineación longitudinal con un borde del barreno 102.

El cuerpo tubular 12 puede llenarse previamente con una empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente o el cuerpo tubular 12 puede llenarse con gel de polímero superabsorbente después de posicionar el cuerpo tubular 12 sobre el extremo abierto 104 del barreno 102 para producir la empaquetadura 20. En cualquiera de las dos realizaciones, la empaquetadura 20 de gel de polímero superabsorbente, bajo la acción de la gravedad, puede encontrarse encima y en contacto con el explosivo 108.

Con referencia a la Figura 4, en ella se muestra una realización alternativa de una disposición 100 de barrenos y un dispositivo 10 de empaquetadura sobre el suelo. Dicha disposición de barreno 100 incluye un barreno 102 de profundidad total H^1Ay un extremo abierto 104 que tiene un diámetro D¹correspondiente al diámetro D¹del barreno 102. El barreno 102 se carga con explosivos 106 hasta la superficie 108 o a no más de 300 mm de la superficie 108 (es decir, una profundidad de H^ex1= H^1A=H^ex).

El dispositivo 10 de empaquetadura sobre el suelo en esta realización incluye un cuerpo 12 que tiene una base cilindrica 14 y una parte superior cilindrica 16 en forma de columna que se extiende hacia arriba desde la base cilindrica 14. El cuerpo 12 tiene un hueco cilindrico 18 que se extiende a lo largo del eje longitudinal 22 del cuerpo de modo que el cuerpo 12 tiene aberturas 24 respectivas en los extremos opuestos 26 del mismo. El hueco cilindrico 18 puede adaptarse a un contorno del cuerpo 12 de modo que el diámetro D¹del hueco cilindrico 18 en la parte superior cilindrica 16 en forma de columna sea menor que el diámetro D²del hueco cilindrico 18 en la base cilindrica 14.

La base cilindrica 14 se puede posicionar para cubrir el extremo abierto 104 de la empaquetadura 102 de modo que la base cilindrica 14 del cuerpo tubular 12 se asiente sobre la superficie 106, con lo que el hueco cilindrico 18 de la parte superior cilindrica 16 en forma de columna está alineado longitudinalmente con el barreno 102.

El cuerpo 12 puede llenarse a través de su abertura superior 24 con gel de polimero superabsorbente después de posicionar la base cilindrica sobre el extremo abierto 104 del barreno 102. En esta realización particular se puede proporcionar un exceso de gel de polimero superabsorbente para que una parte del gel de polimero superabsorbente se introduzca en el barreno 104 y entre en contacto con el explosivo 108.

Ejemplo

La invención se ilustra con más detalle mediante el siguiente ejemplo. El ejemplo se proporciona sólo con fines ilustrativos. No ha de ser interpretado en modo alguno como limitativo del alcance o el contenido de la invención.

Para simular las condiciones del suelo de una voladura de roca dura se utilizaron tres columnas de hormigón de 100 MPa con unas dimensiones de 315 mm de altura y 140 mm de diámetro. En el centro de cada columna se perforó un agujero de 8 mm para acomodar la carga explosiva. Se utilizaron cápsulas detonadoras #8 para proporcionar la energia explosiva. Sobre los barrenos se aplicó una empaquetadura de gel de polimero superabsorbente de 2,0 SG. La empaquetadura estaba contenida dentro de una longitud de tubería de PVC estándar de 20 mm. Alrededor de las columnas de empaquetadura sobre el suelo se dispuso una pequeña cantidad de empaquetadura de gel PWS para mantenerlas en posición vertical.

Los bloques se configuraron de la siguiente manera:

1. Profundidad 67 mm, 1x detonador #8 (67 mm), 120 mm de empaquetadura de gel PWS 2.0 SG (12,6 cc, 25,2 g) sobre el suelo.

2. Profundidad 67 mm, 1x detonador #8 (67 mm), 80 mm de empaquetadura de gel PWS 2.0 SG (25,1 cc, 50.3 g) sobre el suelo.

3. Profundidad 67 mm, 1x detonador #8 (67 mm), 40 mm de empaquetadura de gel PWS 2.0 SG (37,7 cc, 75.4 g) sobre el suelo.

Los bloques se detonaron simultáneamente y los resultados se registraron en una cámara de alta velocidad, configurada a 720p y 120 fotogramas por segundo.

Para proporcionar un punto de equilibrio de referencia, se retiró por perforación otro bloque de hormigón idéntico de 170 mm, cargado con un detonador #8 y se permitió su disparo sin empaquetadura.

El grado de destrucción del bloque de hormigón (medido por el cambio en la altura del bloque de hormigón después de la detonación) correlacionado con la altura de la empaquetadura y la relación de empaquetadura se muestra en la Tabla.

Tabla

Resultados y análisis

El bloque de referencia no sufrió daños aparentes y salió disparado por los aires. Cada uno de los tres bloques en los que se utilizó empaquetadura de gel PWS sufrió daños considerables en correlación directa con la altura de la empaquetadura aplicada.

Los expertos en la materia apreciarán que se pueden realizar numerosas variaciones y/o modificaciones a las realizaciones arriba descritas, sin apartarse del alcance general amplio de la presente divulgación. Las presentes realizaciones tienen, por lo tanto, que ser consideradas en todos los sentidos como ilustrativas y no restrictivas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo (10) de empaquetadura sobre el suelo que comprende un cuerpo (12) configurado, en uso, para cubrir un extremo abierto de un barreno cargado con explosivos hasta la superficie o dentro de un margen de 300 mm con respecto a la superficie, caracterizado por que el cuerpo tiene un hueco (18) que contiene una empaquetadura (20) de gel de polímero superabsorbente en su interior, y en donde el cuerpo se posiciona en uso para permitir que la empaquetadura de gel de polímero superabsorbente esté en contacto con los explosivos (106).

2. El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo según la reivindicación 1, en el que el cuerpo comprende una base (14) y una parte superior (16) que se extiende hacia arriba desde la base, preferiblemente en el que la base define un área de sección transversal mayor que un área de sección transversal definida por la parte superior.

3. El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo según la reivindicación 2, en el que las áreas de sección transversal respectivas de la base y la parte superior son constantes a lo largo de un eje longitudinal del cuerpo, preferiblemente en el que la base es un cilindro y la parte superior es una columna cilíndrica.

4. El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo según la reivindicación 2, en el que el cuerpo es un poliedro regular seleccionado entre un grupo que comprende un cubo, un prisma rectangular, una pirámide cuadrada, un tetraedro, un cono, un cilindro, un casquete esférico, un hemisferio, un cúpula, un cono truncado o un segmento esférico, preferiblemente en el que el área de sección transversal definida por el cuerpo disminuye desde la base hasta la parte superior a lo largo de un eje longitudinal del cuerpo.

5. El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que:

(i) el hueco se ajusta al contorno o los contornos respectivos de la parte superior del cuerpo; y/o (ii) el hueco se ajusta al contorno o los contornos respectivos del cuerpo; y/o

(iii) el hueco se extiende a través del cuerpo hasta una abertura en la base; y/o

(iv) el hueco está encerrado por el cuerpo.

6. El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el cuerpo está fabricado a partir de un material rígido o el cuerpo está fabricado a partir de un material flexible capaz de inflarse con un fluido, y preferiblemente en el que el cuerpo es una estera.

7. El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la forma y el tamaño del hueco definen la forma y el tamaño de la empaquetadura de gel de polímero superabsorbente dentro del cuerpo.

8. El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el gel de polímero superabsorbente comprende un fluido acuoso, un polímero superabsorbente y, opcionalmente, un agente densificante, preferiblemente en el que el polímero superabsorbente comprende un polímero hidrófilo reticulado seleccionado entre un grupo que comprende ácido poliacrílico y derivados de ácido poliacrílico, y copolímeros de los mismos, ácido polimetacrílico y derivados de ácido polimetacrílico, y copolímeros de los mismos, polietilenglicol y derivados de polietilenglicol y copolímeros de los mismos, polímeros y copolímeros de poliacrilamida, alcohol polivinílico, derivados de alcohol polivinílico, y copolímeros de los mismos, o combinaciones de los mismos, o un polímero natural reticulado seleccionado entre un grupo que comprende polisacáridos, quitina, polipéptido, alginato o celulosa.

9. El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo según la reivindicación 8, en el que el fluido acuoso comprende agua salobre que tiene un total de sólidos disueltos entre 100 y 5000 mg/L o agua salada que tiene un total de sólidos disueltos superior a 5000 mg/L, preferiblemente en el que el gel de polímero superabsorbente tiene un peso específico >1,0, en particular >2,0.

10. El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo según la reivindicación 9, en el que el gel de polímero superabsorbente comprende el agente densificante en una cantidad suficiente para impartir al gel de polímero superabsorbente un peso específico >1,0.

11. El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo según la reivindicación 10, en el que el agente densificante comprende una sal inorgánica soluble en agua o un material inorgánico insoluble en agua.

12. El dispositivo de empaquetadura sobre el suelo según la reivindicación 11, en el que el material inorgánico insoluble en agua se selecciona entre un grupo que comprende un material que contiene Al y/o Si incluyendo, entre otros, arcilla, materiales arcillosos, sílice, silicatos, alúmina, aluminatos, aluminosilicatos, arena, tierra, detritos, tierra de diatomeas, zeolitas, bentonita, caolín, hidrotalcita o combinaciones de los mismos, etc., un material refractario que incluye, entre otros, óxidos de hierro, óxidos de aluminio, óxido de magnesio, óxido de zinc, óxidos de cerio, óxidos de titanio, óxidos de circonio, etc., sales inorgánicas insolubles en agua como sulfato de bario, carbonato de calcio (por ejemplo, en la forma de dolerita), o combinaciones de los mismos.

13. Un método de empaquetadura sobre el suelo para suprimir el ruido, el polvo y/o roca volante generada durante un evento de voladura, comprendiendo dicho método cubrir un extremo abierto de un barreno (104) cargado con explosivo hasta la superficie con un dispositivo (10) de empaquetadura sobre el suelo como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, y posicionar dicho dispositivo para permitir que la empaquetadura de gel de polímero superabsorbente esté en contacto con los explosivos.

14. Un método de voladura que comprende:

cargar un barreno con explosivos hasta la superficie;

cubrir un extremo abierto del barreno con un dispositivo (10) de empaquetadura sobre el suelo como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, siendo posicionado dicho dispositivo para permitir que la empaquetadura de gel de polímero superabsorbente esté en contacto con los explosivos;

y detonar los explosivos.

15. Una disposición de barreno, comprendiendo dicha disposición un barreno cargado con explosivos hasta la superficie, y un dispositivo de empaquetadura sobre el suelo como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en la que dicho dispositivo está posicionado para cubrir un extremo abierto del barreno y permitir que la empaquetadura de gel de polímero superabsorbente esté en contacto con los explosivos.