Dispositivo de presión de gas direccional.

Un dispositivo de presión de gas direccional (1) que comprende un cuerpo (2) que tiene aberturas en cada extremo del mismo,

un miembro de cierre (7, 7') para cada extremo del mismo, caracterizado por un miembro de unión (5) que se extiende a través del cuerpo (2), estando los miembros de cierre (7, 7') fijados al miembro de unión (5), en el que los miembros de cierre (7, 7') están adaptados para aumentar su tamaño tras el desprendimiento de gas de un material con carga pirotécnica contenido en el cuerpo.

DISPOSITIVO DE PRESIÓN DE GAS DIRECCIONAL Campo de la Invención

La presente invención se refiere a dispositivos de presión de gas direccional, tópicamente para su uso en la rotura de roca y hormigón, y en particular a un dispositivo de presión de gas direccional que no requiere rellenado con arena u otros materiales selladores. La presente invención también se refiere a un

procedimiento de rotura de roca de un frente (un frente de mina o un frente de cantera) usando un dispositivo de presión de gas direccional de la invención.

Antecedentes de la Invención

Se usan ampliamente explosivos detonantes para romper la roca durante la explotación de canteras y minas y en demolición. Mientras que los explosivos son eficaces, no son particularmente eficientes en cuanto a su uso de energía, son peligrosos y, por lo tanto, están sujetos a regulación específica relativa a su uso, almacenamiento y transporte. Cuando se usan explosivos para demolición, es necesario despejar un área grande alrededor del sitio debido a la distancia de las partículas tanto grandes como pequeñas que se dispersan por el material explosivo. Cuando se utilizan explosivos en minas subterráneas, toda la mina debe estar despejada de personal durante la voladura. Adicionalmente, es necesario permitir que pase un cierto periodo de tiempo tras la voladura debido a la posibilidad de desprendimientos, y si la voladura se produce bajo tierra, la existencia de gases peligrosos.

Los explosivos detonantes tienen velocidades de detonación en el orden de 6 a 9 metros por segundo lo que induce una onda expansiva en la roca, rompiéndola así. En determinadas

circunstancias, los explosivos pueden limitar la profundidad de la roca que puede retirarse durante un episodio de voladura. Esto se debe a que si la carga se coloca demasiado profundamente más allá de la superficie de la roca, pueden producirse fracturas posteriores, haciendo la mina o cantera inseguras. En aplicaciones de este tipo se considera generalmente que las cargas de explosivos detonantes no deben colocarse más de 1,2 m más allá del frente de la roca.

Una alternativa a partir la roca con explosivos es el sistema de presión de gas direccional. En este sistema se perfora un orificio en una roca y se inserta en el mismo un dispositivo de presión de gas direccional. El agujero se rellena con arena u otro material sellador. Cuando se enciende el dispositivo, en lugar de explotar, se inicia una reacción química que desprende un gran volumen de gas. La presión dentro del agujero se acumula y se alivia por la división de la roca. La velocidad de detonación de las cargas pirotécnicas usadas en los dispositivos de presión de gas direccional es del orden de 4 a 6 metros por segundo. Estos dispositivos no crean una onda expansiva. Por lo tanto, es posible situar dichos dispositivos más lejos de la superficie de la roca, permitiendo así eliminar una mayor cantidad de material del frente durante un episodio de voladura.

El sistema de presión de gas direccional es más eficiente que las cargas explosivas en cuanto a la cantidad de energía liberada para partir una roca o demoler un edificio. Por ejemplo, cuando se utiliza el sistema de presión de gas direccional en comparación con una carga explosiva, se produce significativamente menos polvo. Esto tiene dos ventajas. En primer lugar, es posible trabajar más cerca de la roca que se rompe con el sistema de presión de gas direccional que es donde se usan cargas explosivas. En el caso de una mina subterránea, generalmente toda la mina se despejaría mientras tiene lugar la voladura, mientras que si se utiliza el sistema de presión de gas direccional, el trabajo puede continuar mucho más cerca de la zona en la que se rompe la roca.

Otra ventaja del sistema de presión de gas direccional es que las cargas son intrínsecamente mucho más seguras que los explosivos. Su clasificación y normas relativas a su uso reflejan esto. Una ventaja adicional de este sistema es que crea mucho menos ruido que los explosivos detonantes y no causan emisiones problemáticas de gases tóxicos.

Como se ha mencionado anteriormente, el dispositivo de presión de gas direccional se inserta en una perforación y el diámetro se rellena con arena u otro material sellador adecuado. El rellenado con arena es económico en cuando a materiales, pero requiere trabajo y una fuente de arena donde la roca se está rompiendo. Además, la arena sólo puede usarse cuando la dirección de la perforación está inclinada por encima de la horizontal, de lo contrario la arena podría salirse de la perforación, en cuyo caso la roca no se romperá y el dispositivo de presión de gas direccional no será seguro. Además, la consistencia de la arena usada en la contención es critica. Por ejemplo, si la arena está demasiado seca o demasiado húmeda puede producirse un "reventón". También se producirá un reventón si los granos de arena son demasiado grandes o de forma inconsistente.

Pueden usarse otros materiales de relleno, pero estos pueden ser costosos. Por ejemplo, pueden usarse rellenos basados en resina, pero incluso con dichos materiales de relleno sigue permaneciendo el problema de que cuando el agujero se encuentra por debajo de la horizontal es difícil estar seguro de que el agujero se llena adecuadamente sin bolsas de aire, por ejemplo. Al usar resinas a veces el aceite o agua residual de la máquina de perforación puede tener un efecto adverso sobre la resina y posteriormente causar "reventones".

La solicitud de patente de Reino Unido publicada con el número 2341917 describe un dispositivo de presión de gas direccional del tipo que se ha descrito anteriormente.

La solicitud de patente internacional número WO 26/63369 describe un recipiente para un dispositivo pirotécnico. Esta invención se refiere a cerrar el recipiente de un dispositivo pirotécnico de manera que el dispositivo pueda estar sujeto a reglas menos estrictas cuando se transporta que es el caso de otras disposiciones de cierre.

Por lo tanto, seria conveniente proporcionar un dispositivo de presión de gas direccional cuya operación no requiere rellenado.

Se describe un cartucho de ruptura de roca en el documento US 28/47455. En el dispositivo descrito la carga se aloja en un tubo que está cerrado en un extremo por un capuchón. La parte central del tubo se llena con material de contención (tal como arena) y el otro extremo se cierra mediante un par de cuñas. Cuando el dispositivo se inserta en una perforación en la roca que se va a romper, una de las cuñas se empuja más hasta el tubo, asegurando asi el dispositivo en la perforación. El dispositivo puede usarse sin el relleno intermedio, en cuyo caso el dispositivo se mantiene en el agujero por las cuñas que se ven obligadas a separarse por la presión del gas dentro del dispositivo.

Mientras que el dispositivo que se ha mencionado anteriormente no requiere rellenado, su uso puede estar limitado a presiones de gas relativamente bajas. Esto se debe a que el dispositivo depende de la presión del gas que se va a contener por las cuñas. Si fallan las cuñas, es probable que el aumento de presión del gas despida el dispositivo fuera del agujero.

La minería típicamente consiste en romper el material que se extraerá en un frente, cargando dicho material en un medio de transporte y entregando el material a una planta de procesamiento. Como se ha mencionado anteriormente, se pueden usar explosivos para romper el material del frente, pero el uso de explosivos típicamente requiere despejar la mina. La voladura generalmente se

realizarla mientras que los mineros no están presentes, por ejemplo antes de que los mineros empiecen a trabajar cada mañana o entre turnos. Sin embargo, esto significa que debe romperse una cantidad relativamente grande de material del frente para proporcionar suficiente trabajo para que los mineros muevan durante su turno. Además, existe el peligro de que personal no autorizado pueda estar presente durante la voladura.

Por lo tanto, seria deseable poder extraer material sin usar explosivos.

Algunas extracciones tienen lugar sin voladura, por ejemplo, usando máquinas. La solicitud de patente N° CA 26288 describe una máquina que usa múltiples cuchillas para cortar el material de un frente. Sin embargo, dichas máquinas no pueden usarse en todas las situaciones, requieren la instalación de railes y otras infraestructuras y son muy costosas.

Cuando se usa voladura, sin embargo, es posible automatizar el proceso de voladura en cierta medida. Por ejemplo, la solicitud de patente N° WO97/2168 describe un vehículo adaptado para perforar agujeros en un frente de material e insertar cargas explosivas.

Será deseable proporcionar un procedimiento... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de presión de gas direccional (1) que

comprende un cuerpo (2) que tiene aberturas en cada extremo del mismo, un miembro de cierre (7, 7') para cada extremo del mismo,

caracterizado por un miembro de unión (5) que se extiende a través del cuerpo (2), estando los miembros de cierre (7, 7') fijados al

miembro de unión (5), en el que los miembros de cierre (7, 7') están adaptados para aumentar su tamaño tras el desprendimiento de gas de un material con carga pirotécnica contenido en el cuerpo.

2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cuerpo (2) incluye un tubo interno (3).

3. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el

que cada miembro de cierre (7, 7') incluye un capuchón de

protección adaptado para ajustarse a la abertura en el extremo del cuerpo (2).

4. Un dispositivo de acuerdo con cualquier reivindicación

anterior, en el que:

el capuchón de protección se monta de forma deslizable en el tirante (5) ; y/o

el capuchón de protección incluye un collar (12, 12') adaptado para extenderse hasta el cuerpo (2) entre la pared externa del tubo interno (3) y la pared interna del cuerpo (2).

5. Un dispositivo de acuerdo con cualquier reivindicación

anterior, en el que:

(1,1') están conectadas entre sí.

6. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, en el que las cuñas (1, 1') se montan de forma deslizable en el tirante

(5).

mediante roscas de tornillo.

8. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, en el que

el buje (11, 11') tiene una superficie inclinada contra la cual

pueden deslizarse las cuñas (1, 1').

9. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en el

que las cuñas (1,1') se forman a partir de un único elemento, estando las cuñas individuales definidas por líneas de

debilitamiento introducidas en el elemento durante la fabricación del mismo.

1. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que:

el tirante (5), las cuñas (1, 1') y el buje (11, 11') se forman a partir de un material duro; y/o

los capuchones de protección se forman de un material duro.

11. Un dispositivo de acuerdo con cualquier reivindicación

anterior, en el que al menos uno de los miembros de cierre (7, 7') se fija de forma desmontable al miembro de unión.

12. Un dispositivo de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el tirante (5) y uno de los miembros de cierre (7, 7') se forman como un único componente.

13. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente un iniciador, y en el que se hace que se desprenda gas del material de carga pirotécnica tras el inicio de dicho iniciador.

14. Un procedimiento de minería que comprende las etapas de:

i) realizar orificios en un área limitada de un frente de explotación;

ii) insertar dispositivos de presión de gas direccional como se ha indicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 en cada uno de los orificios;

iii) hacer que el material de carga pirotécnica contenido en los dispositivos desprenda gas; y

iv) repetir las etapas i a iii, y durante este tiempo recoger el material separado del frente de explotación.

15. Un procedimiento de minería de acuerdo con la reivindicación 14, en el que los orificios se perforan en una dirección sustancialmente normal al plano del frente de explotación.