WO2023235996A1 - Tacos de pozos de tronaduras basado en resinas de formaldehido, sistema y método de carga - Google Patents

Tacos de pozos de tronaduras basado en resinas de formaldehido, sistema y método de carga Download PDF

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WO2023235996A1
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Marcos Antonio Morales Herrera
Claudio Humberto MOYA SAEZ
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Oxiquim S.A.
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for forming plugs or plugs to plug blast hole spaces, through the in situ formation of rigid foam blocks produced from two-component mixtures of resins with catalysts, where the resins are formaldehyde-based such as phenol-formaldehyde (PF) resins, urea-formaldehyde (UF) resins, melamine-formaldehyde (MF) resins, melamine urea formaldehyde (MUF) resins, phenol resorcinol-formaldehyde (PRF) resins ), formaldehyde-based resins modified with lignin or tannins, and their derivatives
  • formaldehyde-based such as phenol-formaldehyde (PF) resins, urea-formaldehyde (UF) resins, melamine-formaldehyde (MF) resins, melamine urea formaldehyde (MUF) resins, phenol
  • blasting is a very important part of extractive activities since its results affect the economic and operational costs of the post-extraction stages.
  • Blasting is the operation whose purpose is to extract the mineral from the rock mass, taking advantage in the best possible way of the energy released by the explosive placed in the wells made in the drilling and blasting stages.
  • it is of special interest to maximize rock fragmentation and its respective logistical, economic and energy savings effects on subsequent operational processes, such as grinding the material, and minimize negative effects.
  • To maximize fragmentation it is necessary to manage different variables in the production process, such as the type of explosive, density of the explosive, load factor, mesh design, and/or frequency of detonations among other variables.
  • the blasting process a large emission of noise and raising of particulate matter is produced, which can affect surrounding communities and workers present in their operations, and exceeding the limits of noise and particulate matter established in the environmental standard, the Mining companies face serious environmental sanctions.
  • the detonation wells present in a sector that is intended to be blasted can have different depths, generally up to 30 meters (in the open sky) and diameters that can reach an average of 45.72 centimeters (18 inches) depending on the thunderclap design.
  • Wells can have water or mud at the bottom.
  • the pits are loaded with the appropriate explosive and subsequently sealed with material to contain the gases released during detonation. This seal is called a plug and is commonly constructed with the material left over from drilling the well (detritus).
  • the present invention is directed to a two-component mixture or composition of catalysts and formaldehyde-based resins, a method and system for forming blasthole plugs and use of the composition to carry out the plug formation method, improving the results of the technology that is currently known and used.
  • the stages to carry out blasting begin with the drilling of the wells, and depending on the type of mineral and the area or sector of the mine, the diameter and depth of the wells will depend.
  • the dimensions of the wells can vary from 5 to 20 meters deep by 15 to 80 cm in diameter. Depending on the depth of the well, there may be water or mud.
  • detonators are installed at the bottom of each well and loaded with the explosive.
  • a block or cutting is added to the explosive, which corresponds to a filling of detritus that can be of the order of 2 to 4 meters high and whose purpose is to improve the fragmentation rates.
  • This filling can be done manually with operators and a shovel or with a hopper truck that fills each well with debris.
  • the detonation stage is carried out, which is generally done through an electronic system.
  • the objective of the construction of precut wells is to minimize pressures in the wells in order to generate cracks between adjacent wells of the precut line and thus also reduce pressures in the production wells. This is one of the reasons that at the time of blasting the noise is much higher in precutting wells than in production wells.
  • the filling time with explosives and debris in conventional wells can range between 3 to 10 minutes, therefore the process in a site can range between 1 hour (fewer number of wells 20 x shorter time 3 minutes) and 25 hours (greater number of wells 150 x greater time 10 minutes) depending on the number of wells.
  • detritus cutting
  • the resin of the invention is added to form the blasting block.
  • the cutting inserted in the well has the purpose of avoiding contact of the resin of the plug of the present invention with the explosive.
  • the invention of the present application provides the formation of a blasting block, in a very efficient and rapid manner, and has the advantage of reducing the filling time of the wells, which does not exceed 1 minute for each well. Obviously this stage will depend on the volume and size of the block to be filled. Therefore, in a normal site the filling time would not exceed 2.5 hours if a site with a maximum of 150 wells is considered, compared to 25 hours of work in the case of conventional wells. Depending on the depth of the well, there may be water or mud, which does not affect the efficiency of the formation of the block of the invention.
  • the plug is produced in situ, through the chemical reaction of formaldehyde-based resins with a catalyst to which an expansion agent is optionally added.
  • the mixture of resin and catalyst can be applied on aqueous or muddy surfaces, depending on the depth of the well, without affecting the properties of the formed plug.
  • the detonation block produced in situ makes it possible to contain the energy of the explosion and maximize its transfer to the rock, obtaining greater fragmentation of it, and in turn reducing the unwanted environmental effects of noise emission and particulate matter, which could affect the site workers and the communities surrounding the mining operation.
  • the good practice manuals for reactive soils recommend using explosives in soils with a temperature no higher than 55°C, to avoid reactions between oxidizing substances such as ammonium nitrate present in the explosives and the iron-based reactive materials present in the floors.
  • Open pit mining uses blocks of detritus, material obtained from drilling, which is available and very easy to manipulate. This plug seals the well, but generates low gas retention since it does not present internal cohesion, ending up by ejecting a large part of the detritus through the collar of the well (opening on the surface). In this way, it is not possible to efficiently take advantage of the pressure of the gases released by the detonation, and consequently, the fragmentation of the rock is not optimal, also producing unwanted environmental effects such as a large emission of particulate matter that affects both the workers at the site itself, as well as the populations surrounding mining sectors. In addition to the above, the high environmental impact caused by noise is very common, both at the site itself and in nearby communities.
  • the Stempac ® plugging plug (Dyno Nobel) which is inserted with an insertion tool into the blast hole. It is a device composed of a casing filled with aggregates, which is compressed with an insertion tool so that its position in the hole is maintained.
  • WO2018/102058 discloses a plug to cover a blast hole, or retaining plug, which comprises a device formed by two elongated wedge-shaped elements manufactured from a plastic material, which is positioned inside the well, so that at the moment of detonation both wedge-shaped elements exert diametrically opposite forces against the wall of the blast shot to lock the plug in place.
  • a retaining block for blasting wells is disclosed in document CL201701076, which comprises a separation disc and a weight, which is integrated into the separation disk located inside a blasting well.
  • the separation disc allows the explosive to be kept separate from the loading block or plug of aggregate, gravel or debris to seal the blast hole.
  • This type of mechanical devices generally made based on highly hard polymeric materials, have appropriate shapes for reflection and refraction of the shock wave produced by detonation, but they are inefficient because they are complex to install correctly and often the pressure of the gases ends up ejecting or breaking them.
  • aluminosilicate geopolymeric composition which comprises as reagents: water; a chemical activator consisting of an alkali metal salt, an alkali metal base and mixtures thereof; and a cementitious reactive material comprising: a thermally activated aluminosilicate mineral; a calcium aluminate cement; and a calcium sulfate.
  • WO9514208 discloses a device that comprises two bags arranged one inside the other and, in turn, both are inside a container, which is located near a well, and the inner bag comprises a compound of isocyanate and the other contains a mixture of polyol resin and freon. Breaking the inner bag allows the reaction of isocyanate with the polyol and freon resin of the outer bag, forming a rigid foam, contained in the external container, which becomes the foam plug in the drilling well.
  • document ES8800739 presents a similar mechanism for the formation of a perforation plug that forms a platform at a desired level to support the explosives that allows the formation of foams when polymerized methylene diisocyanate is mixed with polyol.
  • document NL6901503 12 discloses the formation of foams using non-polymeric compounds such as anionic, cationic and nonionic soaps and surfactants and saponins and proteins, or inorganic foam-forming agents such as colloidal aluminum oxide and aliphatic carboxylic or phosphoric acids.
  • Another technology related to the technical field of the invention refers to the formation of gels by reacting a chemical agent with the water present in the wells, forming plugs or barriers.
  • document EP3132205 discloses the formation of a polyachlamide gel with the water present in the well, useful as a barrier material for loading explosives in blasting wells.
  • document RU2753652 which describes a foamed silica gel formed from sodium silicate, “nanosyl-30” silica, an ABSC foaming agent, orthophosphoric acid, iron chloride and water.
  • the formed gel plug is useful as a low-density plug in wells or boreholes when crushing rock mass during the extraction of solid minerals.
  • document W02014201514 discloses the formation of a column of a gel of a superabsorbent polymer as an elongated gelified body that has at least 25:1 of its own weight in water that allows increasing the efficiency of an explosion. reducing detonation pressure.
  • the gel-forming agent is not specifically disclosed, noting that the described embodiments use superabsorbent polymers (SAP) or any similar reagent that has the ability to absorb in an equal or greater amount than 25:1 its own weight in demineralized water.
  • document CL201503059 points to the formation of a potassium polyacrylate gel, useful as a barrier material for loading explosives and/or as a debris plug.
  • a potassium polyacrylate gel useful as a barrier material for loading explosives and/or as a debris plug.
  • These types of technology although they form rigid foams or water-absorbing gels, which may or may not be generated in situ, have the disadvantage of forming inefficient plugs, since the hardness of the product obtained is not sufficient to allow adequate retention of particulate matter nor the reduction in noise emissions resulting from the blasting operation.
  • document WO9932534 refers to a binder product as an adhesive in the manufacture of wood products, fiberglass products and paper laminates, comprising a phenol-formaldehyde or modified melamine-formaldehyde resin, based on the solids of the resin, a cyclic urea prepolymer.
  • Document CN107556514 discloses the formation of rigid foams based on melamine formaldehyde, which are used for the manufacture of melamine-formaldehyde foam boards modified with polytetrahydrofuran for flame retardant heat preservation.
  • document CN106832762 discloses a method of preparing a rigid foam of low-density fire-retardant melamine-formaldehyde resin to be used as thermal insulation materials. The method requires molding and oven drying stages to obtain the rigid foam.
  • Document CN104448189 discloses a process for producing rigid polyurethane foams modified with phenolic resin useful as thermal insulators and water resistant, widely used as thermal insulation material in district heating pipes, petrochemical pipes, refrigeration equipment and air-conditioned buses.
  • Document FR2248296 also discloses an insulating material formed from a rigid foam made up of a thermoplastic styrene polymer and a curable resin based on a melamine/formaldehyde condensate.
  • the density of the rigid foams plays a fundamental role in the results obtained in the present invention, since it has been found that low densities of the rigid foams achieve better effects than rigid foams based on polyurethane that have densities in a greater range. .
  • Figure 1 shows photographs of the experimental results in the laboratory of the two-component resin/catalyst mixture, where the following resins were tested in polycarbonate tubes: (1) PHENOLIC resin: PF phenol formaldehyde, in molar ratio 1.6; (2) PUR: Polyurethane Resin; (3) pMDI: Polymethyldiisocyanate (Durapro®); (4) pMDI-LS: Low reactivity polymethyldiisocyanate (Durapro®); (5): PRF: Formaldehyde Resin / (Resorcinol + Phenol) in a molar ratio of 0.8 to 1.0; (6) MUF-1: Formaldehyde Resin / (Melanin + Urea) in a molar ratio of 1.2 to 1.8 (low viscosity); (7) MUF-2: Formaldehyde Resin / (Melanin + Urea) in a molar ratio of 1.2 to 1.8 (high viscosity).
  • Figure 2 Evolution of the surface temperature as a function of time measured in the formation of rigid foam of PHENOLIC Resin: PF phenol formaldehyde, in molar ratio 1.6; PUR: Pilourethane Resin; pMDI: Polymethyldiisocyanate (Durapro®); pMDI-LS: Low reactivity Plymethyldiisocyanate (Durapro®); PRF: Formaldehyde Resin / (Resorcinol + Phenol) in a molar ratio of 0.8 to 1.0; MUF-1: Formaldehyde Resin / (Melanin + Urea) in a molar ratio of 1.2 to 1.8 (low viscosity); MUF-2: Formaldehyde Resin / (Melanin + Urea) in a molar ratio of 1.2 to 1.8 (high viscosity).
  • PHENOLIC Resin PF phenol formaldehyde, in molar ratio 1.6
  • Figure 3 represents a diagram of the configuration and design of the blast holes in comparison with a conventional plug scheme according to the parameters of table 3.
  • FIG. 4 Loading flowchart of blasting wells with the resin-catalyst mixture of the present invention.
  • Figure 5 Surface exothermicity graph during foam formation of the present invention, measured over time (seconds), at an ambient temperature of 20°C.
  • Figure 6 Photographic sequences of blasting at time 0, 30 and 50 milliseconds. Upper: conventional blasting with a block of debris; Lower: blasting with phenolic resin plugs of the present invention.
  • the present invention corresponds to a method of producing plugs of rigid polymeric materials in wells previously loaded with explosive, where these plugs are produced in situ, through the chemical reaction of resins based on formaldehyde, a catalyst agent and additives that give them different properties of density, hardness, pH, etc. to the material to be used.
  • the resins are of the phenol-formaldehyde (PF) type, phenol-resorcinol-formaldehyde (PRF), melanin-urea-formaldehyde (MUF) and/or lignin formaldehyde.
  • the method for in situ formation consists of filling the detonation well at a certain height with the reactive agents, carrying out the reaction at the time of mixing, which gives the advantage that this method requires a very short time for the formation of the block.
  • the block formed in situ allows containing the energy of the explosion and maximizing the transfer of this energy to the rock, which translates into greater fragmentation of the rock, considerably reducing the operational costs of the productive stages after extraction.
  • the plugs obtained by the method of the present invention have the additional advantage of reducing the unwanted environmental effects of noise emission and particulate matter, which could affect the workers at the site and the communities surrounding the mining operation.
  • the system that allows the method of application of the rigid foam-forming agents consists of a mixer-applicator capable of handling highly corrosive substances and mixing the reagents homogeneously, in the necessary and optimal concentrations to form the materials that will serve as blocks of foam. blasting
  • the construction method of the blasting plugs obtained by means of the present invention has surprisingly made it possible to increase the fragmentation of the rock by at least 25% and reduce the reduction by at least 50%. of air pressure in the monitoring systems, the decibels of the detonation and particulate matter, compared to the methods normally used in such mining operations.
  • phenol-formaldehyde-based resins can be produced in such a way that their temperature and setting time (hardening process) is determined by the different physicochemical parameters that characterize them, such as the amount of total solids, the pH , the molar ratio between formalin/phenol and/or urea, melamine, resorcinol, the size of the polymer and the alkalinity.
  • this resin is mixed with additives capable of generating a gas during the setting process, a highly porous material (foam) can be obtained, which can present different characteristics of elasticity, hardness, toughness, plasticity. These characteristics, apart from depending on the internal composition of the resin used, can be a reflection of the quantity and speed of the reaction at the time of setting, which is dictated by the type, concentration and amount of catalyst added to the mixture. reactive.
  • additives can be added to the formaldehyde-based resin, such as foaming agents, surfactants, fillers, buffers, or any other additive compatible with the setting characteristics necessary for the application. Therefore, by controlling the composition of a formaldehyde-based resin mixed with specific additives, which form a specially designed catalyst, materials with characteristics suitable for use as plugs in mining wells are obtained.
  • the material that constitutes the blasting block of the present invention is formed from a two-component composition or mixture that comprises a formaldehyde-based resin and a suitable catalyst for said resin.
  • the resins used as block-forming material are synthesized based on formaldehyde and another co-monomer capable of forming a stable co-polymer with formaldehyde and with characteristics suitable for the desired use.
  • Said comonomers can be chosen from (but not limited to) phenol, urea, melamine, resorcinol, etc.
  • blocks of semi-polymehzed materials such as pMDI (Polymethyldiisocyanate), or any petroleum-based material capable of reacting with formaldehyde, can be used.
  • renewable materials such as tannins, lignin, or any other lignocellulosic material capable of copolymerizing with formaldehyde can be used.
  • copolymers mentioned can also be used as mixtures.
  • Formaldehyde-based polymers can be used in different molar ratios, with sizes and degrees of polymerization, viscosities, pH conditions and amount of total solids suitable for use as material for the block.
  • the aforementioned resin compositions may contain other types of substances that incorporate desired characteristics to the material that will be used as a block, such as (without limitation):
  • Rheological modifiers that provide fluidity characteristics or particular rheology, for example, acrylic polymers or prepolymers, urethanes, carbohydrates, lignocellulosic materials, etc.
  • these buffers can be inorganic or organic.
  • Gasifying agents such as pentane, hexane, dichloromethane or any other additive that generates gas during the setting reaction of the material to be used as a block.
  • Expanding agents such as, for example, carbonated or polycarbonated salts, organic solvents miscible with phenolic, melamine resin (MUF) or PRF with a chain not exceeding 6 carbons.
  • the resins described above are reacted with a catalyst, depending on the type of resin to be used.
  • the catalysts are chosen taking into account the type of resin, so acidic, basic or catalysts based on a cross-linking agent can be used to generate a material suitable for use as a block.
  • the acid catalysts may be selected from (without limitation) mineral acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, or mixtures thereof.
  • the catalysts can also be selected from organic acids such as formic acid, lactic acid, derived benzenesulfonic acids, citric acid, acetic acid, or mixtures thereof. As mentioned, acids can be used in mixtures in proportions suitable for the setting reaction of the resin to be used.
  • the basic catalysts may be selected from (but not limited to) mineral bases such as potassium hydroxide, barium hydroxide, sodium hydroxide, calcium hydroxide, or mixtures thereof.
  • the catalysts can also be chosen from organic bases such as diethylamine, triethylamine, ethanolamine or mixtures thereof.
  • acids can be used in mixtures in proportions suitable for the setting reaction of the resin to be used.
  • Catalysts based on cross-linking or hardening agents can be selected from (without being limited to) pMDI, erythritol and its derivatives, polyols, acrylic resins, polyvinyl alcohols, formaldehyde, succinic derivatives, alkaline formaldehydes such as Resorplus®, glycidol derivatives and epoxides. or mixtures thereof or any bi- or multi-functional compound capable of hardening the aforementioned resin.
  • pMDI erythritol and its derivatives
  • polyols acrylic resins
  • polyvinyl alcohols formaldehyde
  • succinic derivatives alkaline formaldehydes
  • alkaline formaldehydes such as Resorplus®
  • glycidol derivatives and epoxides. or mixtures thereof or any bi- or multi-functional compound capable of hardening the aforementioned resin can be used synergistically with one or more of the acid
  • the weight/weight ratio of the bi-component resin mixture with respect to the catalyst is in the range of 9:1 to 1:9; preferably between 3:1 to 1:3. Depending on the type of system and catalyst used, it can even be from 2:1 to 1:2, in order to generate a rigid foam material with a hardness between 1 to 10 N/mm 2 .
  • the two-component composition or mixture of the present invention is constituted by a phenol-formaldehyde (PF) resin or a melanin-urea-formaldehyde (MUF) resin, in a proportion of the resin components of 50+/ -20% by weight, which means a ratio of 30 to 70% of one component and 70 to 30% of the second resin component.
  • PF phenol-formaldehyde
  • MAF melanin-urea-formaldehyde
  • This resin mixture is reacted in situ, that is, in the same blast hole with the catalyst, preferably in a proportion of 50+/-20% based on the weight of the total mixture, and additives in the required proportions.
  • Plugs were built on a laboratory scale, in order to demonstrate the physicochemical and mechanical properties of the two-component mixture of resin and catalyst of the present invention compared to plugs produced with components used in the state of the art.
  • PUR Polyurethane Resin (comparative); pMDI: Polymethyldiisocyanate (Durapro®) (comparative); pMDI-LS: Low reactivity Plymethyldiisocyanate (Durapro®) (comparative);
  • PRF Formaldehyde Resin / (Resorcinol + Phenol) in a molar ratio of 0.8 to 1.0 (invention)
  • MUF-1 Formaldehyde Resin / (Melamine + Urea) in a molar ratio of 1.2 to 1.8 (low viscosity) (invention)
  • MUF-2 Formaldehyde Resin / (Melamine + Urea) in a molar ratio of 1.2 to 1.8 (high viscosity) (invention)
  • Table No. 1 describes the two-component resin-catalyst mixtures of the present invention and foams produced with commercial resins for comparison and Table 2 shows the compositions of the catalysts used.
  • Table 1 Composition of foams produced with resins and catalysts according to the present invention in comparison with other commercial foams.
  • Table 2 catalysts used for the formation of the two-component mixture of table 1.
  • the expansion parameters and volume change of the resins formed allow establishing control for the formation of the block, in order to extrapolate it to a blast hole and not exceed the limits of the volume that the well can contain when forming the block.
  • the setting time of the two-component mixture of the present invention represents a time considerably shorter than the formation of rigid foams formed with the other resins tested.
  • Example 1 The physicochemical properties of the experimental formulas at the laboratory level of Example 1 were optimized, in order to generate stable compounds to be used in field blasting with explosive material, to verify the feasibility and possible scalability of the prototype.
  • a test of the invention was carried out to evaluate the method of forming a blasting block based on a formaldehyde resin and a catalyst of the invention, which when applied in-situ, that is, on the ground, react and generate rigid foam. .
  • the test included its comparison with conventional tacos.
  • the formaldehyde resin - catalyst mixture is loaded directly into the wells in the required quantity, according to the diameter and depth of the well, this is of the order of 2 to 100 kg, considering an expansion volume of 3 to 5 times the volume. loaded with the mixture.
  • the time it takes to load the well is around 30 seconds to 5 minutes, depending on the loading volume, and the foam formation time is on the order of 3 to 10 minutes, also depending on the loading volume.
  • Cutting refers to the ground material obtained from drilling the mineral during the manufacturing of the well, used as the only constituent for a conventional plug.
  • the wells with plugs of the present invention present in their design a cutting in a proportionally minimal fraction.
  • Table 4 shows the parameters of the drilling and blasting design of the wells.
  • Figure 3 represents a diagram of the configuration and design of the blasting wells according to the parameters defined in the previous table.
  • Figure 4 shows a flow chart of the preferred embodiment of the application method of the two-component resin-catalyst mixture of the present invention, which is mounted on a truck to provide mobility to the system.
  • the application system comprises a first tank containing the resin and a second tank containing the catalyst.
  • the ponds have a volume of approximately 1 cubic meter.
  • a first flow originates from the first pond thanks to a first pump.
  • the first pump may be a screw or centrifugal pump, being driven, for example, by a motor that is powered by a generator.
  • the first tank may also comprise an internal mechanical stirrer, for homogenization and recirculation of the resin, and may also include a heater to maintain the necessary temperature in low ambient temperature conditions.
  • the second pond may also include such features (not shown in Figure 4).
  • a second flow originates from the second pond, thanks to a second pump.
  • the second pump may be a pneumatic pump, driven, for example, by a compressor that is also powered by the generator.
  • Both flows are standardized in a predetermined ratio (resin-catalyst) that can be from 3:1 to 1:3.
  • the first flow and the second flow are directed, passing through various valves, to a mixer, for example, a static mixer, achieving homogenization of the catalyst and the resin. Once the mixture is made, it is deposited directly into the blasting pit.
  • Figure 4 also shows that the preferred embodiment of the application method has various valves, which allow or deny the passage of flows. Both the first flow and the second flow can be redirected to their corresponding tanks using, for example, relief valves in the event that the pressures are high enough and/or the other valves are closed.
  • the compressor is additionally used to provide air flow when stopping the system or ending the application of the mixture. Said air flow allows the cleaning of the pipes, and particularly to prevent remains of the homogenized and solidified mixture from depositing in the static mixer.
  • the first, second and air flow can be regulated manually, thanks to the reading of various mass flow meters, or automatically, using a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the amount of resin-catalyst mixture to be loaded into the blasting wells is calculated according to the diameter and height of the well, considering an expansion of 3 to 5 times the foaming volume.
  • the loading time of a well is approximately 30 seconds to 1 minute and with a foaming time of the order of 40 to 60 seconds.
  • the mixer used in the test corresponds to a static mixer 30 cm long, 1 inch wide (2.54 cm) with a flow design ranging from 1 to 200 L/minute.
  • the procedure carried out to carry out the formation of the block and subsequent detonation and blasting with the rigid foam of the present invention includes the following steps
  • air pressure measurements and inspection with an aerial camera are carried out to determine the dust emission and height of the smoke columns.
  • the total setting reaction time of the rigid foam of the present invention ranged from 1 to 3 minutes, that is, the time in which the rigid foam reached final hardness. Therefore, the reaction comes to an end very quickly, which provides highly efficient productivity in the loading of blocks and explosives in the blasting zone.
  • the density of the foam obtained was of the order of 0.25 g/m and its rigidity was of the order of 2 N/mm 2 . These values obtained from the foam improved the performance of the blasting, allowing a greater amount of noise and energy expansion to be retained at the time of detonation, and also allowed obtaining greater fragmentation of the rock, with respect to traditional wells.
  • Retention time is also known as explosive velocity, and is the speed at which the shock wave front travels through a detonating explosive.
  • Figure 6 shows photographs that were taken at the same comparative times when making a thunderclap machine with and without studs of the invention. Both Upper photographs (conventional blasting) and lower ones (blasting with the block with the resin of the present invention), were captured with a drone during the task at times 0, 30 and 50 milliseconds.
  • blasting in the blocks of the invention produced a blasted area with greater fragmentation, compared to a conventional blasting block, where the percentages of decrease in rock size ranged between 30-50% with respect to conventional blasting.
  • the reduction in air pressure was also measured, which is mathematically correlated using software with the sound intensity during blasting, producing a decrease between 50 and 90% in decibels compared to conventional blasting.
  • Table 5 Field measurements to determine noise reduction in blasting with plugs loaded with the two-component mixture of the present invention (PF + catalyst) compared to plugs loaded with debris in conventional blasting.

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Abstract

Método para formar tacos de pozos de tronadura de minería que comprende cargar un pozo de tronadura con una mezcla bicomponente de resina-catalizador donde la mezcla bicomponente produce una espuma rígida in situ, y una vez fraguado la mezcla bicomponente se procede a la detonación, sistema para formar tacos de pozos de tronadura de minería para llevar a cabo dicho método, mezcla utilizada como taco de tronadura en pozos de minería que comprende la mezcla bicomponente de resina- catalizador donde las resinas son a base de formaldehído y método para cargar y detonar un pozo de tronadura de minería utilizando la mezcla bicomponente.

Description

TACOS DE POZOS DE TRONADURAS BASADO EN RESINAS DE FORMALDEHIDO, SISTEMA Y MÉTODO DE CARGA
CAMPO DE APLICACIÓN
La presente invención se relaciona con un método y un sistema para formar tacos o tapones para obstruir los espacios de pozos para tronadura, mediante la formación ¡n situ de bloques de espumas rígidos producidos a partir mezclas bicomponentes de resinas con catalizadores, donde las resinas son a base de formaldehído tales como resinas de fenol-formaldehído (PF), resinas de urea-formaldehído (UF), resinas de melamina-formaldehído (MF), resinas de melamina urea formaldehído (MUF), resinas de fenol resorcinol-formaldehído (PRF), resinas en base de formaldehído modificadas con lignina o taninos, y sus derivados
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la industria de la minería, las tronaduras son una parte muy importante de las actividades extractivas puesto que sus resultados inciden en los costos económicos y operacionales de las etapas posteriores a la extracción.
La tronadura es la operación que tiene por finalidad extraer el mineral desde el macizo rocoso, aprovechando de la mejor manera posible la energía liberada por el explosivo colocado en los pozos realizados en las etapas de perforación y tronadura. Durante el proceso de tronadura es de especial interés logar maximizar la fragmentación de la roca y sus respectivos efectos logísticos, económicos y ahorros de energía en los procesos operacionales posteriores, tal como la molienda del material y minimizar los efectos negativos. Para lograr maximizar la fragmentación, es necesario manejar diferentes variables en el proceso productivo, como por ejemplo el tipo de explosivo, densidad del explosivo, factor de carga, diseño de malla, y/o frecuencia de las detonaciones entre otras variables. Producto del proceso de tronadura, se produce una gran emisión de ruido y levantamiento de material particulado, los que pueden afectar a comunidades aledañas y a trabajadores presentes en sus operaciones, y de sobrepasar los límites de ruido y material particulado establecido en la norma ambiental, las compañías mineras se enfrentan a graves sanciones ambientales.
Los pozos de detonación presentes en un sector que se desee tronar pueden tener distintas profundidades, generalmente hasta 30 metros (en cielo abierto) y diámetros que pueden llegar en promedio a 45,72 centímetros (18 pulgadas) dependiendo del diseño de la tronadora. Los pozos puedes tener en el fondo agua o barro. Los pozos son cargados con el explosivo adecuado y posteriormente sellados con material para contener los gases liberados durante la detonación. A este sellado se le denomina taco y se construye comúnmente con el material que sobra de la perforación del pozo (detritus). El proceso descrito se realiza de esta manera debido a la facilidad de construcción (manualmente con palas o maquinaria liviana) y a la buena disponibilidad del material, el que genera una especie de tapón por el peso de la columna del taco, que puede llegar a ser la mitad de la altura lineal del pozo. Sin embargo, este diseño es poco eficiente en contener la energía producida por el explosivo, lo que se traduce en emisión de ruido y levantamiento de material particulado.
Para mejorar los resultados en la etapa de tronadura, se han incorporado diversas tecnologías relacionadas con el desarrollo de distintos tipos de explosivos y su ubicación al interior del pozo de detonación, así como también, ingeniería y diseño de accesorios y dispositivos que hacen las veces de un taco o tapón de los pozos de tronadura, que tienen el propósito de confinar las cargas explosivas para así poder aprovechar la liberación de energía en la fragmentación y desplazamiento de la roca, permitiendo una mayor eficiencia al momento de la tronadura, y así maximizar la fragmentación de la roca al momento de realizar la tronadura. De esta manera se busca alcanzar efectos beneficiosos en términos logísticos y ahorros de energía en los procesos operacionales posteriores a la tronadura.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención está dirigida a una mezcla o composición bicomponente de catalizadores y resinas en base de formaldehído, método y sistema para formar tacos de pozos de tronadura y uso de la composición para llevar a cabo el método de formación de tacos, mejorando los resultados de la tecnología que se conoce y utiliza actualmente.
Las etapas para llevar a cabo la tronadura se inician desde la perforación de los pozos, y dependiendo del tipo de mineral y del área o sector de la mina dependerá el diámetro y la profundidad de los pozos. Las dimensiones de los pozos pueden variar desde los 5 a 20 metros de profundidad por 15 a 80 cm de diámetro. Dependiendo de la profundidad del pozo existe la posibilidad que haya agua o barro.
Convencionalmente, en el proceso de tronadura a cielo abierto, una vez configurado el pozo, se instalan los detonadores al fondo de cada pozo y se carga con el explosivo. Sobre el explosivo se agrega un taco o cutting que corresponde a un relleno de detritus que puede ser del orden de 2 a 4 metros de altura y cuya finalidad es mejorar los índices de fragmentación. Este llenado puede ser realizado manualmente con operarios y pala o con un camión tolva que rellena con detritus cada pozo. Finalmente se realiza la etapa de detonación que generalmente se hace a través de un sistema electrónico.
En la faena minera, habitualmente para realizar la tronadura se construyen entre 20 a 50 pozos en la zona de precorte asociados a la ruptura de la pared y en las zonas de pozos de producción (banco) se construyen entre 30 y 150 pozos asociados a la ruptura de todo el mineral a procesar en la mina.
El objetivo de la construcción los pozos de precorte es minimizar las presiones en los pozos de manera de generar grietas entre pozos adyacentes de la línea del precorte y así también disminuir presiones en los pozos de producción. Esta es una de las razones de que al momento de la tronadura el ruido es mucho mayor en los pozos de precorte que en los pozos de producción.
En un proceso de tronadura, el tiempo de llenado con explosivos y detritus en los pozos convencionales puede oscilar entre 3 a 10 minutos, por tanto el proceso en una faena puede oscilar entre 1 hora (menor número de pozos 20 x menor tiempo 3 minutos) y 25 horas (mayor número de pozos 150 x mayor tiempo 10 minutos) dependiendo de la cantidad de pozos.
En la presente invención, una vez instalado el detonador, y realizado el llenado del explosivo se agrega detritus (cutting) en una cantidad mínima que no supera los 50 cm de altura y posterior a este cutting se agrega la resina de la invención para formar el taco de tronadura. El cutting insertado en el pozo, tiene la finalidad de evitar el contacto de la resina del taco de la presente invención con el explosivo.
La invención de la presente solicitud proporciona la formación de un taco de tronadura, de manera muy eficiente y rápida, y tiene la ventaja de disminuir el tiempo de llenado de los pozos, el cual no supera 1 minuto por cada pozo. Obviamente esta etapa dependerá del volumen y tamaño del taco a rellenar. Por tanto, en una faena normal el tiempo de llenado no superaría las 2,5 horas si se considera una faena con un máximo de 150 pozos comparado con 25 horas de trabajo en el caso de los pozos convencionales. Dependiendo de la profundidad del pozo cabe la posibilidad que exista agua o barro, lo que no afecta la eficiencia de la formación del taco de la invención. En la presente invención, el taco se produce in situ, mediante la reacción química de las resinas en base de formaldehído con un catalizador al que opcionalmente se le agrega un agente de expansión. La mezcla de resina y catalizador pueden ser aplicadas sobre una superficies acuosas o barrosas, dependiendo de la profundidad del pozo, sin afectar las propiedades del taco formado. El taco de detonación producido in situ permite contener la energía de la explosión y maximizar su transferencia hacia la roca, obteniendo una mayor fragmentación de ésta, y a su vez disminuyendo los efectos ambientales no deseados de emisión de ruido y material particulado, que pudieran afectar a los trabajadores de la faena y las comunidades aledañas a la operación minera.
Por otra parte, las reacciones químicas con resinas que forman espumas rígidas son en general altamente exotérmicas, lo que dificulta su uso en operaciones mineras, por lo que no pueden ser usadas en estas faenas ya que los cables de detonación tienen una especificación máxima de temperatura asociada generalmente a temperaturas no superiores a 55 - 60° Celsius. Por lo tanto, la reacción exotérmica de generación de espuma rígida no puede exceder los 50° Celsius como rango de seguridad, de modo de no interferir en una correcta detonación de los explosivos. Si los cables se dañan, por el exceso de temperatura u otro efecto de la reacción, se produce el grave problema de la “no detonación del explosivo” con el consecuente daño operacional y búsqueda de los explosivos no detonados que constituyen un peligro puesto que los explosivos no deben permanecer en aquellos sitios donde no detonaron, y deben ser extraídos de la faena, lo que además involucra gastos operacionales adicionales y excesivos.
Adicionalmente, los manuales de buenas prácticas para suelos reactivos recomiendan utilizar explosivos en suelos con temperatura no mayor a 55°C, para evitar reacciones entre sustancias oxidantes como el nitrato de amonio presente en los explosivos y los materiales reactivos a base de hierro presentes en los suelos.
La formación de tacos llevada a cabo in situ con las resinas de formaldehído de la presente invención, produce una reacción exotérmica de baja energía, lo que representa ventajas en la operación minera.
ESTADO DEL ARTE
La minería a cielo abierto utiliza tacos de detritus, material obtenido de la perforación, el que se encuentra disponible y es muy fácil de manipular. Este taco sella el pozo, pero genera una baja retención de los gases puesto que no presenta cohesión interna, terminando por eyectar gran parte del detritus por el collar del pozo (abertura en la superficie). De esta manera no se logra aprovechar eficientemente la presión de los gases liberados por la detonación, y en consecuencia, la fragmentación de la roca no es la óptima, produciéndose además efectos ambientales no deseados como es una gran emisión de material particulado que afecta tanto a los trabajadores de la faena propiamente tal, como también a las poblaciones aledañas a sectores mineros. Sumado a lo anterior, es muy común el alto impacto ambiental que causa el ruido, tanto en la misma faena como en las comunidades cercanas.
Para solucionar estos problemas, se han diseñado diferentes sistemas para la contención de los gases de la tronadura.
Por ejemplo el tapón de taqueado Stempac ® (Dyno Nobel) que se inserta con una herramienta de inserción en el pozo de tronadura. Es un dispositivo compuesto por un revestimiento relleno de áridos, que se comprime con una herramienta de inserción de manera que se mantenga su posición en el barreno.
El documento WO2018/102058 divulga un tapón para tapar un pozo de tronadura, o tapón retenedor, que comprende un dispositivo formado por dos elementos en forma de cuña alargada fabricados a partir de un material plástico, que se posiciona en el interior del pozo, de manera que al momento de la detonación ambos elementos en forma de cuña ejercen fuerzas diametralmente opuestas contra la pared del tiro de tronadura para bloquear el tapón en su lugar.
Otro ejemplo de un taco retenedor para pozos de tronadura, se divulga en el documento CL201701076, que comprende un disco de separación y un peso, que se integra al disco de separación ubicado al interior de un pozo de tronadura. El disco de separación permite mantener separado el explosivo del taco de carga o tapón de árido, gravilla o detrito para sellar el pozo de tronadura.
Este tipo de dispositivos mecánicos, elaborados generalmente en base a materiales poliméñcos de alta dureza, presentan formas apropiadas para reflexión y refracción de la onda de choque producida por la detonación, pero son poco eficientes debido a que son complejos de instalar correctamente y muchas veces la presión de los gases termina eyectándolos o rompiéndolos.
Otra tecnología que se ha desarrollado se relaciona con la formación de composiciones cementosas para formar tacos de pozos de tronadura, con el objetivo de evitar disipar la energía producida por la explosión. Por ejemplo, el documento US201 1259228 describe una composición geopolimérica de aluminosilicate, que comprende como reactivos: agua; un activador químico que consiste de una sal de metal alcalino, una base de metal alcalino y sus mezclas; y un material reactivo cementoso que comprende: un mineral de aluminosilicate térmicamente activado; un cemento de aluminate de calcio; y un sulfato de calcio.
Este tipo de productos cementosos generan tacos de buena cohesión y alta dureza con buena retención de gases. Sin embargo el uso de estos materiales en una zona de tronadura es poco viable, puesto que requiere una gran cantidad de material y maquinaria pesada para la formación del producto, lo que es poco viable desde el punto de vista logístico en la faena minera, debido a los tiempos de traslado de una gran cantidad de material hacia la zona de tronadura.
Otra tecnología utilizada para formar tacos, o tapones de perforación, está constituida por un sistema de contenedores que incluyen diferentes constituyentes y que pueden formar un tapón in situ. Por ejemplo, el documento WO9514208 divulga un dispositivo que comprende dos bolsas dispuestas una al interior de la otra y a su vez, ambas se encuentran al interior de un contenedor, el cual se localiza cercano a un pozo, y la bolsa interior comprende un compuesto de isocianato y la otra contiene una mezcla de resina de poliol y freón. Al romperse la bolsa interior permite la reacción de isocianato con la resina de poliol y freón de la bolsa exterior, formando una espuma rígida, contenida en el contenedor externo, que se transforma en el tapón de espuma en el pozo de perforación. Por otra parte, el documento ES8800739 presenta un mecanismo similar de formación de un tapón obturador de perforaciones que forma una plataforma a un nivel deseado para soportar los explosivos que permite la formación de espumas al mezclarse diisocianato de metileno polimerizado con poliol.
Otro ejemplo que cumple con la condición de formar in situ un tapón de espuma rígida en un pozo de tronadura se describe en el documento CN108341919, que divulga la formación de una espuma constituida al hacer reaccionar dos componentes poliméricos (poliisocianato y poliéter poliol) y la adición de grafito expandióle y un agente espumante, para llenar un pozo.
El documento US6553887 también divulga formulaciones de espuma que tienen la capacidad de contener y suprimir las explosiones, de manera de reprimir tanto la onda expansiva, como los aerosoles que contienen agentes químicos y biológicos resultantes de la activación de artefactos explosivos. Este documento divulga específicamente una formulación que comprende un tensioactivo (alquil éter sulfates, alfa-olefina sulfonates y alquil sulfosuccinatos), un estabilizador de espuma (alcohol graso de cadena larga), un polialquilenglicol (éter monometílico de polipropilenglicol con un peso molecular de 425) y agua.
Por otra parte, el documento NL6901503 12 divulga la formación de espumas mediante compuestos no poliméricos como jabones aniónicos, catiónicos y no iónicos y sustancias tensioactivas y saponinas y proteínas, o agentes formadores de espuma inorgánica como óxido de aluminio coloidal y ácidos carboxílicos o fosfóricos alifáticos o sus sales, o productos de sulfonación de aceites minerales y alcoholes y extractos de castaño de indias y el documento DE213902414 que divulga una espuma constituida por un humectante sintético aniónico, un alcohol graso, agua, un coadyuvante solubilizante del alcohol, una agente dispersión de un material sintético filmógeno, preferentemente un copolímero de acetato o propionato de vinilo con un maleato de dialquilo o etileno, o un copolímero SB, donde el objetivo es evitar la formación de polvo y la ignición en las operaciones de tronadura.
Otra tecnología relacionada con el campo técnico de la invención se refiere a la formación de geles al hacer reaccionar un agente químico con el agua presente en los pozos, formando tapones o barreras. Por ejemplo, el documento EP3132205 divulga la formación de un gel de poliachlamida con el agua presente en el pozo, útil como material de barrera para la carga de explosivos en los pozos de tronadura. Otro ejemplo es el documento RU2753652 que describe un gel de sílice espumado formado a partir de silicato de sodio, sílice “nanosil-30”, un agente espumante ABSC, ácido ortofosfórico, cloruro de hierro y agua. El tapón de gel formado es útil como un tapón de baja densidad en pozos o perforaciones al triturar masa rocosa durante la extracción de minerales sólidos.
Por otra parte, el documento W02014201514 (CL201503656) divulga la formación de una columna de un gel de un polímero superabsorbente como un cuerpo alargado gelif icado que tiene al menos 25:1 de su propio peso en agua que permite aumentar la eficiencia de una explosión reduciendo la presión de detonación. En este documento, no se divulga de manera específica el agente formador de gel, señalando que las realizaciones descritas usan polímeros superabsorbentes (SAP, del inglés - Super Absorbent Polymers) o cualquier reactivo similar que tenga la capacidad de absorber en una cantidad igual o mayor que 25:1 su propio peso en agua desmineralizada.
Por último, el documento CL201503059 apunta a la formación de un gel de poliacrilato de potasio, útil como material de barrera para la carga de explosivos y/o como tapón de detritus. Estos tipos de tecnología, si bien forman espumas rígidas o geles absorbentes de agua, los que pueden o no generarse in situ, presentan la desventaja de formar tapones poco eficientes, ya que la dureza del producto obtenido no es suficiente para permitir una adecuada retención de material particulado ni la disminución de la emisión de ruido producto de la operación de tronadura.
En el estado del arte, se conocen las resinas de fenol-formaldehído, melanina formaldehído, urea-formaldehido, que combinadas entre sí forman espumas rígidas. Sin embargo, las aplicaciones de los productos obtenidos con estas resinas resuelven problemas técnicos completamente diferentes al planteado en la presente invención.
Por ejemplo, el documento WO9932534 se refiere a un producto ligante como adhesivo en la fabricación de productos de madera, productos de fibra de vidrio y laminados de papel, que comprende una resina de fenol-formaldehido o melamina-formaldehido modificada, basado en los sólidos de la resina, de un prepolímero de urea cíclica.
El documento CN107556514 divulga la formación de espumas rígidas a base de melamina formaldehido, las que se utilizan para la fabricación de tableros de espuma de melamina-formaldehido modificado con politetrahidrofurano para la conservación del calor retardante de llama.
Por otra parte, el documento CN106832762 divulga un método de preparación de una espuma rígida de resina de melamina-formaldehido ignífuga de baja densidad para ser usadas como materiales de aislamiento térmico. El método requiere de etapas de moldeo y secado en horno para obtener la espuma rígida.
El documento CN104448189 divulga un proceso para producir espumas de poliuretano rígidas modificadas con resina fenólica útiles como aislantes térmicos y resistentes al agua, usadas ampliamente como material de aislamiento térmico en tuberías de calefacción urbana, tuberías petroquímicas, equipos de refrigeración y autobuses con aire acondicionado. El documento FR2248296 también divulga un material aislante formado a partir de una espuma rígida constituida por un polímero de estireno termoplástico y una resina curable a base de un condensado de melamina/formaldehído.
Estas resinas también se han utilizado en la fabricación de materiales de construcción como por ejemplo en el documento CN105838025 que divulga un método de preparación de una espuma rígida de poliuretano (PIR) modificada con resina de melamina formaldehído. Como se puede apreciar del estado del arte, existen diversas aplicaciones de resinas de formaldehído, en particular resinas de fenol-formaldehído, melanina formaldehído, urea-formaldehido, combinadas entre sí que forman espumas rígidas, sin embargo, ninguno de estos documentos divulga espumas con las propiedades de la presente invención, y tampoco sugieren su aplicación en otra área como es el de las tronaduras en minería.
Adicionalmente, en el caso de las espumas rígidas a base de poliuretano, presentan la desventaja de que dichos materiales son tóxicos, presentan una alta temperatura de reacción, incompatible con explosivos industriales, además de un alto precio, lo que los hace inviables para uso como tacos de tronadura.
Si bien, la mayoría de estos documentos divulgan la formación de espumas rígidas, ninguno de ellos se enfoca al campo de la minería para formar tacos de pozos de tronadura in situ que contengan la energía de la explosión y maximicen esta transferencia de energía hacia la roca, proporcionando una mayor fragmentación, y a su vez disminuyendo los efectos ambientales no deseados de emisión de ruido y material particulado.
La densidad de las espumas rígidas, juega un papel fundamental en los resultados obtenidos en la presente invención, ya que se ha encontrado que bajas densidades de las espumas rígidas alcanzan mejores efectos que las espumas rígidas en base a poliuretano que tienen densidades en un rango mayor.
Las ventajas de tener densidades bajas, disminuye el volumen de material que hay que mover hacia la faena minera, de tal forma que las espumas rígidas de la presente invención que tienen una densidad de 0,2-0, 3 kg/m3, permiten mover cerca de 1/5 del volumen de material necesario para cumplir con los requerimientos, respecto de las técnicas convencionales, lo que tiene un impacto ventajoso en los gastos operacionales y log ísticos. Por otra parte, el uso de espumas de la presente invención, con densidades en el orden de 0, 2 a 0,3 kg/m3, han evidenciado una mayor disipación de la onda sonora, por lo tanto disminución en los decibeles como también disminución en emisión de polvo durante la tronadura.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1 : muestra fotografías de los resultados experimentales en laboratorio de los mezcla bicomponente resina / catalizador, donde se probaron las siguientes resinas en tubos de policarbonato: (1 ) Resina FENOLICA: PF fenol formaldehído, en relación molar 1 ,6; (2) PUR: Resina Poliuretánica; (3) pMDI: Polimetildiisocianato (Durapro®); (4) pMDI-LS: Polimetildiisocianato de baja reactividad (Durapro®); (5): PRF : Resina Formaldehido / (Resorcinol + Fenol) en una relación molar de 0,8 a 1 ,0; (6) MUF-1 : Resina Formaldehido / (Melanina + Urea) en una relación molar de 1 ,2 a 1 ,8 (de baja viscosidad); (7) MUF-2: Resina Formaldehido / (Melanina + Urea) en una relación molar de 1 ,2 a 1 ,8 (de alta viscosidad).
Figura 2: Evolución de la temperatura de la superficie en función del tiempo medida en la formación de espuma rígida de Resina FENOLICA: PF fenol formaldehido, en relación molar 1 ,6; PUR: Resina Pilouretanica; pMDI: Polimetildiisocianato (Durapro®); pMDI-LS: Plimetildiisocianato de baja reactividad (Durapro®); PRF: Resina Formaldehido / (Resorcinol + Fenol) en una relación molar de 0,8 a 1 ,0; MUF-1 : Resina Formaldehido / (Melanina + Urea) en una relación molar de 1 ,2 a 1 ,8 (de baja viscosidad); MUF-2: Resina Formaldehido / (Melanina + Urea) en una relación molar de 1 ,2 a 1 ,8 (de alta viscosidad).
Figura 3: representa un esquema de la configuración y diseño de los pozos de tronadura en comparación con un esquema de taco convencional de acuerdo a los parámetros de la tabla 3.
Figura 4: Flujograma de carga de pozos de tronadura con la mezcla de resina- catalizador de la presente invención.
Figura 5: gráfico de exotermicidad de la superficie durante la formación de espuma de la presente invención, medida en el tiempo (segundos), a temperatura ambiente de 20°C.
Figura 6: Secuencias fotográficas de tronadura a tiempo 0, 30 y 50 milisegundos. Superiores: tronadura convencional con taco de detritus; Inferiores: tronadura con tacos de resina fenólica de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención corresponde a un método de producción de tacos de materiales poliméricos rígidos en pozos previamente cargados con explosivo, donde estos tacos se producen in situ, mediante la reacción química de resinas a base de formaldehido, un agente catalizador y aditivos que le confieren distintas propiedades de densidad, dureza, pH, etc. al material a utilizar. Las resinas son del tipo fenol-formaldeído (PF), fenol-resorcinol-formaldehído (PRF), melanina-urea-formaldehído (MUF) y/o lignina formaldehido.
El problema técnico, que soluciona la invención en estudio, ha sido abordado de diferentes formas en el estado del arte. Sin embargo, en el arte previo no se divulga la solución planteada en la presente invención, relacionada con un método para formar tacos in situ a partir de resinas a base de formaldehido.
El método para la formación in situ, consiste en llenar el pozo de detonación a una determinada altura con los agentes reactivos, llevándose a cabo la reacción al momento de la mezcla, lo que otorga la ventaja que este método requiere de un tiempo muy corto para la formación del taco. El taco formado in situ permite contener la energía de la explosión y maximizar la transferencia de esta energía hacia la roca, lo que se traduce en una mayor fragmentación de la roca disminuyendo considerablemente los costos operacionales de las etapas productivas posteriores a la extracción. Adicionalmente, los tacos obtenidos mediante el método de la presente invención, presenta la ventaja adicional de disminuir los efectos ambientales no deseados de emisión de ruido y material particulado, que pudieran afectar a los trabajadores de la faena y las comunidades aledañas a la operación minera.
El sistema que permite el método de aplicación de los agentes formadores de espuma rígida consiste en un mezclador-aplicador capaz de manipular sustancias altamente corrosivas y mezclar los reactivos de manera homogénea, en las concentraciones necesarias y óptimas para formar los materiales que servirán de tacos de tronadura.
El método de construcción de los tacos de tronadura obtenidos mediante la presente invención, utilizando materiales poliméhcos derivados del formaldehido y compuestos fenólicos, ha permitido sorprendentemente aumentar en al menos un 25% la fragmentación de la roca y disminuir en al menos un 50% la reducción de presión de aire en los sistemas de monitoreo, los decibeles de la detonación y material particulado, en comparación con los métodos que se utilizan normalmente en dichas faenas mineras.
Es conocido que las resinas a base de fenol-formaldehido pueden ser producidas de manera tal, que su temperatura y tiempo de fraguado (proceso de endurecimiento) sea determinado por los distintos parámetros fisicoquímicos que la caracterizan, tales como cantidad de sólidos totales, el pH, la relación molar entre formalina/fenol y/o urea, melamina, resorcinol, el tamaño del polímero y la alcalinidad. Si esta resina se mezcla con aditivos capaces de generar un gas durante el proceso de fraguado, se puede obtener un material de alta porosidad (espuma), el cual puede presentar distintas características de elasticidad, dureza, tenacidad, plasticidad. Estas características, aparte de depender de la composición interna de la resina utilizada, pueden ser un reflejo de la cantidad y la velocidad de la reacción al momento de fraguar, lo que va dictaminado por el tipo, concentración y cantidad de catalizador agregado a la mezcla reactiva.
Además, a la resina a base de formaldehido, se pueden agregar otros aditivos, como pueden ser agentes espumantes, tensoactivos, rellenos, tampones, o cualquier otro aditivo compatible con las características de fraguado necesarias para la aplicación. Por lo tanto, al controlar la composición de una resina a base de formaldehido mezclada con aditivos específicos, que forman un catalizador especialmente diseñado, se obtienen materiales con características adecuadas para el uso como taco en pozos de minería.
El material que constituye el taco de tronadura de la presente invención se forma a partir de una composición o mezcla bi-componente que comprende una resina a base de formaldehido y un catalizador adecuado para dicha resina.
Las resinas utilizadas como material formador del taco son sintetizadas a base de formaldehido y otro co-monómero capaz de formar un co-polímero estable con el formaldehido y de características adecuadas al uso deseado. Dichos co-monómeros pueden ser elegidos de (sin limitarse a) fenol, urea, melamina, resorcinol, etc. Además, se pueden utilizar bloques de materiales semi polimehzados como pMDI (Polimetildiisocianato), o cualquier material a base de petróleo capaz de reaccionar con el formaldehido. Además, se puede utilizar materiales renovables como taninos, lignina, o cualquier otro material lignocelulósico capaz de copolimerizar con el formaldehido.
Los copolímeros mencionados, pueden ser utilizados también como mezclas. Los polímeros a base de formaldehido, pueden ser utilizados en distintas relaciones molares, con tamaños y grados de polimerización, viscosidades, condiciones de pH y cantidad de sólidos totales adecuadas para el uso como material para el taco.
Las composiciones de resinas mencionadas pueden contener otro tipo de sustancias que le incorporen características deseadas al material que se utilizará como taco, como puede ser (sin limitarse):
- Modificadores reológicos que brinden características de fluidez o reología particular, por ejemplo, polímeros o prepolímeros acrílicos, uretánicos, carbohidratos, materiales lignocelulósicos, etc.
- Tensoactivos que brinden al material características antiespumantes o espumantes. - Tampones o reguladores de pH adecuado para el fraguado del material, dichos tampones pueden ser de tipo inorgánico u orgánico.
- Agentes gasificantes, como pentano, hexano, diclorometano o cualquier otro aditivo que genere gas durante la reacción de fraguado del material a utilizar como taco.
- Agentes expansores como por ejemplo, sales carbonatadas o policarbonatadas, solventes orgánicos miscibles con la resina fenólica, melamínica (MUF) o PRF de cadena no superior a 6 carbonos.
Las resinas descritas anteriormente se hacen reaccionar con un catalizador, dependiendo del tipo de resina a utilizar.
Los catalizadores son escogidos tomando en cuenta el tipo de resina, por lo que se pueden utilizar catalizadores ácidos, básicos o a base de un agente reticulante que le permita generar un material adecuado para uso como taco.
Los catalizadores ácidos pueden ser seleccionados de (sin limitarse) ácidos minerales tales como ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, o mezclas de los mismos. Los catalizadores también pueden ser seleccionados de ácidos orgánicos tales como, ácido fórmico, ácido láctico, ácidos derivados benzensulfónicos, ácido cítrico, ácido acético, o mezclas de los mismos. Como se mencionó los ácidos pueden ser utilizados en mezclas en proporciones adecuadas para la reacción de fraguado de la resina a utilizar.
Los catalizadores básicos pueden ser seleccionados de (sin limitarse a) bases minerales tales como hidróxido de potasio, hidróxido de bario, hidróxido de sodio, hidróxido de calcio, o mezclas de los mismos. Los catalizadores también pueden ser elegidos de bases orgánicas como dietilamina, trietilamina, etanolamina o mezclas de los mismos. Como se mencionó los ácidos pueden ser utilizados en mezclas en proporciones adecuadas para la reacción de fraguado de la resina a utilizar.
Los catalizadores a base de agentes reticulantes o endurecedores, pueden ser seleccionados de (sin limitarse a) pMDI, eritritol y sus derivados, polioles, resinas acrílicas, polivinil alcoholes, formaldehido, derivados succínicos, formaldehídos alcalinos tal como Resorplus®, derivados glicidol y epóxidos o mezclas de los mismos o cualquier compuesto bi o multi funcional capaz de endurecer la resina mencionada. Cada uno de estos componentes o sus mezclas pueden ser utilizados de manera sinérgica con uno o más de los catalizadores ácidos o básicos mencionados en los párrafos anteriores. Los catalizadores pueden estar constituidos por uno o más de los agentes mencionados anteriormente.
La relación peso/peso de la mezcla bi-componente de resina respecto del catalizador (resina/catalizador) está en el rango de 9:1 a 1 :9; de preferencia entre 3:1 a 1 :3. Dependiendo del tipo de sistema y catalizador utilizado puede ser incluso de 2:1 a 1 :2, de forma tal de generar un material de espuma rígida con una dureza entre 1 a 10 N/mm2 .
En particular la composición o mezcla bi-componente de la presente invención está constituido por una resina de fenol-formaldehído (PF) o una resina de melanina-urea- formaldehído (MUF), en una proporción de los componentes de resina de 50+/-20% en peso, lo que significa una proporción de 30 a 70% de un componente y de 70 a 30% del segundo componente de resina. Esta mezcla de resina se hace reaccionar in situ, es decir, en el mismo pozo de tronadura con el catalizador, de preferencia en una proporción 50+/-20% referida al peso de la mezcla total, y aditivos en las proporciones requeridas.
EJEMPLOS
Ejemplo 1 :
Se construyeron tacos a escala de laboratorio, con el fin de demostrar las propiedades fisicoquímicas y mecánicas de la mezcla bicomponente de resina y catalizador de la presente invención comparado con tacos producidos con componentes utilizados en el estado del arte.
Se probaron tacos formados con las siguientes resinas:
PF: Resina fenol formaldehido, en relación molar 1 ,6 (invención).
PUR: Resina Poliuretanica (comparativo); pMDI: Polimetildiisocianato (Durapro®) (comparativo); pMDI-LS: Plimetildiisocianato de baja reactividad (Durapro®) (comparativo);
PRF: Resina Formaldehido / (Resorcinol + Fenol) en una relación molar de 0,8 a 1 ,0 (invención)
MUF-1 : Resina Formaldehido / (Melamina + Urea) en una relación molar de 1 ,2 a 1 ,8 (de baja viscosidad) (invención)
MUF-2: Resina Formaldehido / (Melamina + Urea) en una relación molar de 1 ,2 a 1 ,8 (de alta viscosidad) (invención) La tabla Ne1 describe las mezclas bicomponentes de resina-catalizador de la presente invención y espumas producidas con resinas comerciales como comparación y la tabla 2 muestra las composiciones de los catalizadores utilizados.
Tabla 1 : Composición de espumas producidas con resinas y catalizadores de acuerdo con la presente invención en comparación con otras espumas comerciales.
Figure imgf000016_0001
Tabla 2: catalizadores utilizados para la formación de la mezcla bicomponente de la tabla 1 .
Figure imgf000016_0002
Las pruebas se llevaron a cabo en tubos de policarbonato transparente de 40 cm de largo y 10cm de diámetro. Estos tubos se llenaron con gravilla a una altura de 22 cm, y sobre la gravilla se vertió 300 g de mezcla de resina-catalizador, tal como se muestra en la Figura 1 .
Se realizaron mediciones para registrar el grado de difusión de la mezcla bicomponentedentro de la gravilla, tiempo de fraguado, grado de expansión y la temperatura máxima alcanzada por la mezcla en la superficie y fondo. La Tabla Ns3 muestra un resumen de los resultados promedio obtenidos de las varias pruebas de laboratorio. La numeración 1 a 7 de las columnas se correlaciona con numeración de la fotografía de la Figura 1 .
Tabla N93 Resume resumen de los resultados obtenidos de las pruebas de laboratorio.
Figure imgf000017_0001
Como es posible apreciar de los resultados expuestos en la tabla 3, los parámetros de expansión y cambio de volumen de las resinas formadas permiten establecer un control para la formación del taco, de manera de extrapolarlo a un pozo de tronadura y no sobrepasar los límites del volumen que pueda contener el pozo al formar el taco.
También es posible apreciar que el tiempo de fraguado de la mezcla bicomponente de la presente invención representa un tiempo considerablemente inferior a la formación de espumas rígidas formadas con las otras resinas probadas.
Al hacer reaccionar las resinas y catalizadores para la formación del taco, se midió la evolución de la temperatura en función del tiempo, tal como se muestra en la figura Ne2, donde se pudo constatar que las temperaturas de fondo se mantuvieron constantes a excepción de la mezcla pMDI (comparativo), la cual alcanzó más de 100°C. Por lo tanto es posible establecer que las composiciones de la presente invención tienen la ventaja de mantener una temperatura igual o inferior a los 40eC lo que es una ventaja en la operación de detonación, puesto que los cables de detonación tienen límites y estándares de segundad los cuales no pueden operar a temperatura mayores de 55° dado que sobre esa temperatura los cables pueden presentar fallas, podiendo inhibir una correcta detonación, con todos los problemas asociados al llamado tiro quedado lo que implica situaciones de riesgo en la mina al quedar explosivos latentes. Por lo tanto, temperaturas exotérmicas inferiores a 40° Celsius es una condición muy deseable. Ejemplo 2:
Se optimizaron las propiedades fisicoquímicas de las fórmulas experimentales a nivel de laboratorio del Ejemplo 1 , de tal forma de generar compuestos estables para ser utilizados en tronaduras en terreno con material explosivo, para verificar la factibilidad y posible escalabilidad del prototipo.
Se realizó una prueba de la invención para evaluar el método de formación de un taco de tronadura basado en una resina de formaldehído y un catalizador de la invención, que al ser aplicados in-situ , es decir en terreno, reaccionan y generan la espuma rígida. La prueba incluyó su comparación con tacos convencionales.
La mezcla de resina de formaldehído - catalizador se carga directamente en los pozos en la cantidad requerida, de acuerdo al diámetro y profundidad del pozo, esto es del orden de 2 a 100 kg, considerando un volumen de expansión de 3 a 5 veces el volumen cargado de la mezcla. El tiempo que demora la carga del pozo es de alrededor de 30 segundos a 5 minutos, dependiendo del volumen de carga, y el tiempo de formación de la espuma es del orden de 3 a 10 minutos, también dependiendo del volumen de carga.
Para el ejemplo en terreno, se consideraron pozos con tacos a base de la mezcla bicomponente de resina Fenólica-catalizador de la presente invención y pozos convencionales con cutting. Cutting se refiere al material molido obtenido de la perforación del mineral durante la fabricación del pozo, utilizado como único constituyente para un taco convencional. Los pozos con tacos de la presente invención presentan en su diseño un cutting en una fracción proporcionalmente mínima.
Se mantuvo constante el diseño de perforación, configuración de carga y detonación. En la tabla 4 se encuentran los parámetros del diseño de perforación y tronadura de los pozos.
Tabla 4: Parámetros del diseño de perforación y tronadura
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000019_0001
La figura 3 representa un esquema de la configuración y diseño de los pozos de tronadura de acuerdo a los parámetros definidos en la tabla anterior.
La figura 4 muestra un flujograma de la modalidad preferida del método de aplicación de la mezcla bicomponente de resina-catalizador de la presente invención, el que se monta en un camión para dotar de movilidad al sistema.
El sistema de aplicación comprende un primer estanque que contiene la resina y un segundo estanque que contiene el catalizador. En la modalidad preferida, los estanques tienen un volumen aproximado de 1 metro cúbico.
Un primer flujo se origina desde el primer estanque gracias a una primera bomba. La primera bomba puede ser una bomba de tornillo o centrífuga, siendo accionada, por ejemplo, por un motor que se alimenta de un generador. El primer estanque también puede comprender un agitador mecánico interno, para la homogeneización y recirculación de la resina, además, puede incluir un calefactor para mantener la temperatura necesaria en condiciones de baja temperatura ambiente. Alternativamente, el segundo estanque también puede incluir dichas características (no mostrado en la figura 4).
Un segundo flujo se origina desde el segundo estanque, gracias a una segunda bomba. La segunda bomba puede ser una bomba neumática, accionada, por ejemplo, por un compresor que también se alimenta del generador.
Ambos flujos están estandarizados en una relación (resina- catalizador) predeterminada que puede ser desde 3:1 hasta 1 :3.
Como se aprecia en la figura 4, el primer flujo y el segundo flujo se dirigen, pasando por diversas válvulas, hasta un mezclador, por ejemplo, un mezclador estático, logrando la homogeneización del catalizador y la resina. Una vez realizada la mezcla, la misma es depositada directamente en el pozo de tronadura. La figura 4 también muestra que la modalidad preferida del método de aplicación presenta diversas válvulas, las que permiten o niegan el paso de los flujos. Tanto el primer flujo como el segundo flujo pueden ser redireccionados a sus estanques correspondientes mediante, por ejemplo, válvulas de alivio en el caso de que las presiones sean lo suficientemente altas y/o las demás válvulas estén cerradas.
El compresor adicionalmente es utilizado para proporcionar un flujo de aire al momento de detener el sistema o finalizar la aplicación de la mezcla. Dicho flujo de aire permite la limpieza de las cañerías, y particularmente para evitar que se depositen restos de la mezcla homogeneizada y solidificada en el mezclador estático.
El primer, segundo y flujo de aire se pueden regular de forma manual, gracias la lectura de diversos medidores de flujo másico, o de manera automática, mediante un controlador lógico programadle (PLC).
La cantidad de mezcla de resina-catalizador a cargar en los pozos de tronadura se calcula de acuerdo al diámetro y altura del pozo considerando una expansión de 3 a 5 veces el volumen de formación de espuma. El tiempo de carga de un pozo es de aproximadamente es de 30 segundos a 1 minuto y con un tiempo de formación de espuma del orden de 40 a 60 segundos.
El mezclador utilizado en la prueba corresponde a un static mixer de 30 cm de longitud, de 1 pulgada de ancho (2,54 cm) con un diseño de caudal que oscila de 1 a 200 L/minuto.
El procedimiento efectuado para llevar a cabo la formación del taco y posterior detonación y tronadura con la espuma rígida de la presente invención comprende los siguientes pasos
- cargar el explosivo al fondo de cada uno de los pozos, 28,7 Kg de ANEO (del inglés: Ammonium Nitrate - Fuel Oil)
- cargar con una capa detritus o piedra (1 -2 Kg de material equivalente a 0,5 m) para sellar y evitar el contacto de la espuma de la invención con el explosivo,
- cargar 3,5 Kg la espuma de invención de acuerdo al método descrito anteriormente, en un tiempo de 30 segundos a 1 minuto.
- fraguado de la espuma de la invención, que dura entre 1 a 3 minutos.
- terminada la operación de llenado de los pozos se evacúa la zona y se procede a la de detonación de los mismos. Para su comparación, los pozos convencionales se cargaron con 2 metros de detritus y sin la espuma de la presente invención. El tiempo de carga de dichos pozos convencionales fue en promedio de 5 minutos.
Después de la detonación se realizan mediciones de presión de aire e inspección con cámara aérea para determinar la emisión de polvo y altura de las columnas de humo.
El tiempo de reacción de fraguado total de la espuma rígida de la presente invención osciló entre 1 a 3 minutos, esto es, el tiempo en que la espuma rígida alcanzó la dureza final. Por tanto, la reacción llega a su término de manera muy rápida lo cual otorga una productividad altamente eficiente en la carga de los tacos y de explosivos en la zona de tronadura.
La densidad de la espuma obtenida fue del orden de 0,25 g/m y la rigidez de la misma fue del orden de 2 N/mm2. Dichos valores obtenidos de la espuma mejoraron el rendimiento de las tronaduras, permitiendo retener una mayor cantidad de ruido y de expansión de energía al momento de la detonación, y también permitieron obtener una fragmentación mayor de la roca, con respecto a los pozos tradicionales.
La prueba realizada en terreno, mostró un máximo de exotermicidad a los 6,5 segundos, siendo la temperatura máxima alcanzada en la superficie de la espuma de 40,6eC, tal como se muestra en la Figura Ne5, proporcionando seguridad y la ventaja de mantener los cables en buen estado y no ser dañados por efecto de la temperatura.
Mediante imágenes de grabación en cámara lenta, a una velocidad de 240 cuadros por segundo, fue posible obtener el tiempo de retención y altura de eyección de la detonación. El tiempo de retención también es conocido como velocidad explosiva, y es la velocidad a la que el frente de onda de choque viaja a través de un explosivo en detonación.
Las imágenes de grabación demostraron que la prueba llevada a cabo en terreno permitió la contención de los gases en los pozos con tacos formados con la resina fenólica de la presente invención con un retardo de la eyección de 50 milisegundos con respecto al punto de inicio de la detonación marcado por un sistema electrónico en el pozo convencional que no presenta espuma, y una disminución de la altura de la eyección de 15 metros de los tacos convencionales a 5 metros en los tacos de la invención.
En la Figura 6 se presentan fotografías que fueron tomadas en los mismos tiempos comparativos al realizar una tronadora con y sin tacos de la invención. Tanto las fotografías superiores (tronadura convencional) como inferiores (tronadora con el taco con la resina de la presente invención), fueron captadas con un dron durante la faena a los tiempos 0, 30 y 50 milisegundos.
Además de la altura medida en ambos casos se observa claramente la densidad del humo y polvo que se refleja en las fotografías superiores al momento de tronar en comparación con las fotografías inferiores donde se aprecia una menor densidad del humo incluso hay sectores de tronado donde no hay eyección de polvo en los pozos.
Por otra parte, la tronadura en los tacos de la invención produjo una zona tronada con mayor fragmentación, comparado con un taco de tronadura convencional, donde los porcentajes de disminución de tamaño de roca oscilaron entre 30-50% respecto de la tronadura convencional.
También se midió la reducción de presión de aire la que se correlaciona matemáticamente mediante un software con la intensidad sonora durante la tronadura, produciéndose una disminución entre 50 y 90% de los decibeles con respecto a una tronadura convencional.
Para determinar el comportamiento de los explosivos y la medición de decibeles se consideraron dos tronaduras convencionales, con la misma configuración de diseños de pozos definidos en este ejemplo. Así mismo se realizaron 3 tronaduras con los tacos de la invención, en las mismas condiciones para comparar con el comportamiento de ruidos de los tacos convencionales. La tabla Ne5 entrega un resumen de las mediciones realizadas.
Tabla 5: Mediciones en terreno para determinación de reducción de ruido en tronaduras con tacos cargados con la mezcla bicomponente de la presente invención (PF + catalizador) en comparación con tacos cargados con detritus en tronaduras convencionales
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Claims

REMNDÍCACÍO ES
1. Método para formar tacos de pozos de tronadora de minería CARACTERIZADO porque comprende las etapas de:
- cargar un pozo de tronadora con una mezcla bicomponente de resina-catalizador sobre un explosivo separado por una capa de detritus, donde la mezcla bicomponente se produce ¡n sito en el pozo formando una espuma;
-permitir el fraguado de la espuma formando una espuma rígida. una vez fraguado la mezcla bicomponente se procede a la detonación.
2. Método para formar tacos de pozos de tronadura de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque las resinas de la mezcla bicomponente son resinas a base de formaldehído.
3. Método para formar tacos de pozos de tronadura de acuerdo con la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque las resinas a base de formaldehído se seleccionan de resinas de fenol-formaldehído (PF), resinas de urea-formaldehído (UF), resinas de melamina-formaldehído (MF), resinas de melamina urea formaldehído (MUF), resinas de fenol-resorcinol formaldehído (PRF), resinas en base de formaldehído modificadas con lignina o taninos, y sus derivados.
4. Método para formar tacos de pozos de tronadura de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los catalizadores de la mezcla bicomponente se seleccionan de catalizadores ácidos, básicos o a base de un agente reticulante.
5. Método para formar tacos de pozos de tronadura de acuerdo con la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque los catalizadores ácidos se seleccionan de ácidos minerales tales como ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, o mezclas de los mismos, ácidos orgánicos tales como, ácido fórmico, ácido láctico, ácidos derivados benzensulfónicos, ácido cítrico, ácido acético, o mezclas de los mismos.
6. Método para formar tacos de pozos de tronadura de acuerdo con la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque los catalizadores básicos se seleccionan de bases minerales tales como hidróxido de potasio, hidróxido de bario, hidróxido de sodio, hidróxido de calcio, o mezclas de los mismos y bases orgánicas como dietilamina, trietilamina, etanolamina o mezclas de los mismos.
7. Método para formar tacos de pozos de tronadora de acuerdo con la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque los catalizadores a base de agentes reticulantes o endurecedores se seleccionan de Polimetildiisocianato (pMDI), eritritol y sus derivados, polioles, resinas acrílicas, polivinil alcoholes, formaldehido, derivados succínicos, formaldehídos alcalinos tal como Resorplus®, derivados de glicidol y epóxidos, o mezclas de los mismos.
8. Método para formar tacos de pozos de tronadora de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque las proporciones en peso entre resina a catalizador se encuentra en el rango de 9:1 a 1 :9; de preferencia 3:1 a 1 :3, mas preferentemente 2:1 a 1 :2.
9. Método para formar tacos de pozos de tronadora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores CARACTERIZADO porque el método también comprende aplicar opcionalmente otros aditivos tales como modificadores reológicos, tensoactivos, tampones o reguladores de pH, agentes gasificantes, agentes expansores.
10. Sistema para formar tacos de pozos de tronadora de minería para llevar a cabo el método de la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el sistema permite la formación ¡n sito de bloques de espumas rígidos mediante una mezcla bicomponente de resina-catalizador, que comprende:
- un primer estanque que contiene la resina;
- un segundo estanque que contiene el catalizador,
-un mezclador-aplicador para homogenización y aplicación de la mezcla bicomponente, -bombas y válvulas que permiten la carga del taco en el pozo de tronadora.
-un sistema de monitoreo.
11 . Mezcla para ser usada como taco de tronadora en pozos de minería CARACTERIZADA porque comprende una mezcla bicomponente de resina-catalizador donde las resinas son a base de formaldehido.
12. La mezcla de acuerdo con la reivindicación 11 , CARACTERIZADO porque las resinas a base de formaldehido se seleccionan de resinas de fenol-formaldehído (PF), resinas de urea-formaldehído (UF), resinas de melamina-formaldehído (MF), resinas de melamina urea formaldehido (MUF), resinas de fenol-resorcinol formaldehido (PRF), resinas en base de formaldehido modificadas con lignina o taninos, y sus derivados.
13. La mezcla de acuerdo con la reivindicación 11 , CARACTERIZADO porque los catalizadores de la mezcla bicomponente se seleccionan de catalizadores ácidos, básicos o a base de un agente reticulante.
14. La mezcla de acuerdo con la reivindicación 13, CARACTERIZADO porque los catalizadores ácidos se seleccionan de ácidos minerales tales como ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, o mezclas de los mismos, ácidos orgánicos tales como, ácido fórmico, ácido láctico, ácidos derivados benzensulfónicos, ácido cítrico, ácido acético, o mezclas de los mismos.
15. La mezcla de acuerdo con la reivindicación 13, CARACTERIZADO porque los catalizadores básicos se seleccionan de bases minerales tales como hidróxido de potasio, hidróxido de bario, hidróxido de sodio, hidróxido de calcio, o mezclas de los mismos y bases orgánicas como dietilamina, trietilamina, etanolamina o mezclas de los mismos.
16. La mezcla de acuerdo con la reivindicación 13, CARACTERIZADO porque los catalizadores a base de agentes reticulantes o endurecedores se seleccionan de Polimetildiisocianato (pMDI), eritritol y sus derivados, polioles, resinas acrílicas, polivinil alcoholes, formaldehido, derivados succínicos, formaldehídos alcalinos tal como Resorplus®, derivados de g licidol y epóxidos, o mezclas de los mismos.
17. La mezcla de acuerdo con la reivindicación 11 , CARACTERIZADO porque las proporciones en peso entre resina a catalizador se encuentra en el rango de 9:1 a 1 :9; de preferencia 3:1 a 1 :3, más preferentemente 2:1 a 1 :2.
18. La mezcla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 1 a 17 CARACTERIZADO porque la mezcla también comprende aplicar opcionalmente otros aditivos tales como modificadores reológicos, tensoactivos, tampones o reguladores de pH, agentes gasificantes, agentes expansores.
19. Uso de una mezcla bicomponente de resina-catalizador de acuerdo con las reivindicaciones 11 a 18 CARACTERIZADO porque es para formar un taco de tronadura en pozos de minería para disminuir el tiempo de carga de un taco, aumentar la fragmentación de roca, disminuir el ruido de las tronaduras y contener material particulado producto de la detonación.
20. Método para cargar y detonar un pozo de tronadura de minería CARACTERIZADO porque comprende las etapas de: - instalar un explosivo en el pozo de tronadora,
- agregar una capa de detritus sobre el explosivo,
- cargar una mezcla bicomponente de resina-catalizador sobre la capa de detritus
- permitir el fraguado de la espuma formada,
- detonar el explosivo, donde la capa de detritus actúa como medio de separación entre el explosivo y la mezcla bicomponente, evitando que la mezcla difunda hasta el explosivo, y donde la mezcla bicomponente forma in situ una espuma rígida generando un volumen de expansión de 3 a 5 veces el volumen cargado de la mezcla.
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