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    SECUENCIAS DE ENCENDIDO Y TIEMPOS DE RETARDO

    1. INTRODUCCION

    El grupo de variables controlables ms desconocidopor tcnicos y operadores es el constituido por lassecuencias de encendido y los tiempos de retardo en-tre las cargas de una voladura. Los esquemas nomina-les de perforacin con una piedra B y espaciamientoS se modifican radicalmente con la secuencia deiniciacin, pasando a otros valores "Be Y Se deno-minados efectivos.

    Las variables indicadas no slo influyen sobre lafragmentacin, sino incluso sobre otros aspectos b-sicos como el desplazamiento y esponjamiento de laroca, sobreexcavacin e intensidad de las vibraciones.As pues, el pequeo sobrecoste que supone emplearsecuencias de iniciacin ms complejas se ve com-pensado sobradamente con las mejoras globales de laeconoma de la operacin.Gran parte de las teoras aqu expuestas son debidasa los especialistas T. N. Hagan y a A. B. Andrews, quedurante mucho tiempo han dedicado sus esfuerzos alestudio de la optimizacin de las voladuras.

    2. SECUENCIAS DE VOLADURASEN BANCO CON UNA FILA

    ""Para unas condiciones constantes de altura de

    banco, consumo especfico de explosivo, tipo deroca y dimetro de los barrenos, si las cargas sedisparan instantneamente, hay una relacin S/Bpara la cual el desplazamiento y la fragmentacinson ptimos. La relacin "S/B en materiales homo-gneos oscila entre 2 y 4 (Langefors, 1966), pero de-bido a que el volumen excavado por barreno empiezaa decrecer cuando "S > 3B, los valores ptimos de"S/B se encuentran prximos a 2,4.Si el espaciamiento es menor de ,,2,4 B, al actuarlas cargas al unsono, las grietas radiales entre barre-nos se intersectan antes de que el resto alcance elfrente libre, crendose un plano de corte definido porlos barrenos a travs del cual los gases escapan pre-

    maturamente a la atmsfera. Se produce entonces unempuje simultneo de la roca por delante de las cargascon una fuerte componente horizontal, quedando lafragmentacin afectada negativamente, no slo por-que se interrumpe la propagacin de las grietas por lainfiltracin de los gases, sino porqu1e adems las coli-siones de las rocas proyectadas casi desaparecen y larotura por cizallamiento slo se produce al nivel delpiso y en los laterales AB y CD. Fig. 27.1.

    MOVIMIENTOEN MASA DE LA RO CA DE FI CI EN TE MEN TEFRAGM

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    cin las cargas dan lugar a unas caras libres adiciona-les que hacen que cada barreno disponga de dos fren-es de salida JK y KL, Fig. 27.2, resultando una piedraefectiva Be menor que la piedra nominal B.

    J "/;;l/S/"

    :~"V o L .1Figura 27.2. Piedra efectiva B, en una voladura secuen-ciada de una fila (Hagan, 1975).La fragmentacin es mayor que en las voladurasinstantneas, pues se aprovecha mejor la energa de

    los gases en el cizallamiento vertical de la roca y pro-longacin de las grietas, y la reflexin de la onda dechoque tiene lugar en una superficie ms amplia.Cuando el intervalo de retardo entre barrenos adya-centes es grande, para que cada carga fragmente y

    desplace su parte de piedra correspondiente, el espa-ciamiento ptimo So es igual a 2,79 Bo.Fig. 27.3.FRENTE

    i7i"iii"1, - - - - nn - n n

    '--""--" ' B'ROCA PROYECTADA7 ,

    ,~o/

    POR LA CARGA X ' ' ~,rfO.68, "\/' ~ fO,4'-5-0

    0,4

    0,3

    0,2

    0,1 0,2

    0,6 1,0 1,4 1,8 2,2 2,6 SIBo 3,0

    Figura 27.4. Variacin de las relaciones de la piedra con elespaciamiento entre barrenos.388

    --tacin empeora, elevndose los costes de excava-cin, Fig. 27.4.Si se mantiene S = 2,79 B y B excede a Bo, Fig.27.5, el ngulo del crter abierto es menor de 138y el '-./barreno con retardo nmero 1 romper hacia elfrente BD, que se encuentra ms prximo que el DC,resultando una fragmentacin en la seccin central '-./X deficiente. Por esta razn, el espaciamiento de-ber ser menor de 2,79 B. Si, por el contrario, B sehace menor que Bo y S = 2,79 B, el barreno 1 ' 'romper por igual hacia los frentes DCy BDYel ngulodel crter semantendr en 138,la frag mentacin serms fina de lo que se precisa y al ser la malla mscerrada aumentarn los costes de perforacin y vola- '--/dura.

    B~, 1I /", BoB 8,

    "" L[ /-"V/

    D~~~~m .~-- E ' /1 "PO PROYECTADA ' :

    x ( "R LACARGA' "---"

    Figura 27.5. Voladura de microrretardo con piedra yespa- 'ciamiento mayores que el ptimo (Hagan, 1975).'Cuando B es considerablemente menor que Bo,

    y S se incrementa por encima de 2,79 B, en unesfuerzo por compensar la pequea piedra relativa, elespaciamiento llega a ser tan grande que la roca entre '---los barrenos no es ni desplazada ni fragmentada ade-cuadamente.A pesar de esto, en la prctica operativa los valores '--..ms comunes de S oscilan entre 1,1 y 1,4 B, con

    un valor medio de 1,25 B. Parece, pues, lgico pen-sar que las dimensiones de las piedras que se utilizan '---son mayores que las tericamente ptimas.

    '---

    '-'-'--'-

    Foto 27.1. Voladurade una filasecuenciada en un banco de20 m de altura. '-3. SECUENCIAS DE VOLADURASEN BANCO CON FILAS MUL TIPLES "-Salvo en aquellas formaciones rocosas donde las '-

    '-

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    voladuras de una fila producen una gran sobreexcava-cin con efectos positivos sobre los costes de arran-que, las pegas de filas mltiples mejoran la fragmenta-cin.

    3.1. Voladuras con un frente libre

    Los criterios que deben seguirse en este tipo devoladuras son:- Cada carga debe disponer de una cara libre en elmomento de detonar. .- La relacin 8.18.debe estar comprendida entre 3y 8, Ypreferiblemente entre 4 y 7.- Los barrenos deben estar dispuestos al tresbo-Iillo, con un alto grado de equilibrio v/w ~ 1.

    .D.E.F

    [J,j LJ..J~ " "W 02 0 1~ 4 D E H 4~5 B 5'" 6eyc. CUADRADO EN"V",--,- ri..!.J..JJe. CUADRADO"v1"

    ,r;- 1,1,1

    ~~.2 .' .0 ~.2 E4 3 3 4~~ 6-' C '-s~ ~10. 9"~ D ~~ ~oB 1 F"'g. CUADRADO"V2"

    Las filas con el mismo retardo deben formar unngulo 8 entre 900y 160, Ypreferiblemente entre1200 y 140.Los ngulos ~ yy, que forma la direccin prin-cipal del movimiento de la roca con los nuevosfrentes libres, deben ser lo mayor posible para evi-tar las roturas por desgarre en los taludes.En la Fig. 27.6 se indican las diferentes secuenciasde encendido disponibles en voladuras mltiples con

    esquemas cuadrados y al tresbolillo.Eneste grupo de secuencias se observa losiguiente:

    - En los esquemas Cuadrados en lnea (a) en "V (b)yAl Tresbolillo en V (d), algunos barrenos dispo-nen de caras libres muy limitadas. En el ltimo quese cita las cargas C, D, G YH tienen solamente elvrtice de la "v.. del cuele como frente libre msprximo.

    GLJ L.LJ! -~ .. . .c.. . o Q.. .R B . .

    b. AL TRESBOLlLLO EN LlNEA

    i,I,1A

    V !43223 J CiDfl.~,,"I,~1,1-1

    d. AL TRESBOLILLO EN"v"

    f. AL TRESBOLILLO "V1"

    [Lj w::J~~I o~~. : .~l~' c Q.

    h. AL TRESBOLlLLO"V2"

    Figura 27.6. Secuencias de encendido con ..8 = S" (Hagan, 1975).389

    1,1, i 1,1,1. . . . o . . . .A. . . . 1 . . . .. . . . 2 . . . .a. CUADRADO EN LINEA

    . . . .

    . 2 . .

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    Lassecuencias Cuadrado V2 (g) y Al Tresbo-lillo V2" (h) presentan un alto grado de des-equilibrio y un valor S./B." demasiado grande.El esquema Cuadrado V1" (e), y sobre todo eldispuesto Al Tresbolillo V1", tienen valores deS.lB." y v/w" aceptables.El esquema Cuadrado V1" (e), y sobre todo eldispuesto Al Tresbolillo V1", tienen valores deS.IB." y v/w" aceptables.La secuencia Al Tresbolillo en Lnea (b) propor-ciona el mayor desplazamiento de la roca volada.

    Las voladuras con espaciamientos mayores que laiedra S> B" son generalmente ms favorables, y sea observado que:

    El esquema Rectangular V1" mejora incre-mentando S/B" desde 1 a 1,8, siendo S.lB. yv/w ptimos para S/B = 1,3 a 1,7 B, con unvalor medio de 1,5 B.En la secuencia Al Tresbolillo V1, el rendi-miento aumenta al mantener una relacin S/Bentre 1,1 Y 1,3.En los esquemas Rectangulares y Al TresbolilloV y V2, no pueden mejorarse los resultadosni aumentando ni disminuyendo la relacin S/Bcon respecto a 1,Las secuencias Cuadradas y Al Tresbolillo enV1 dejan permetros de excavacin bastanteestables, Fig. 27.7.

    C---~-- :e,'B BJ ,,_/ -----~ --...I 5/2 5 Is. ~~B'. 2,25 s' SoIB. ~ lB" 2,25 S') / B-Sv/w ~ 1,5- S'/IB"O,75-S').~ B-S/S.

    "-

    "-

    \......

    '---

    '---

    '--Foto 27.2. Voladura en banco con secuencia de encendidoen V1.

    '--Por ltimo, para conseguir en cada voladura unos

    frentes en condiciones aceptables se actuar: '-- Aumentando los ngulos ~ y y.- Incrementando las superficies de los frentes efecti-vos en los barrenos perimetrales.- Disminuyendo los valores de B. en los barrenosde contorno.

    ',-

    "-3.2. Voladura con dos frentes '-La voladura con dos frentes libres, Fig. 27.8, es laconfiguracin geomtrica ms frecuente en minera. '-

    I , i LJ.J1, i FRENTE

    gura 27.7. Clculo de relaciones geomtricas en esque-mas RectangularesV1 y Al Tresbolillo V1.

    Las normas generales para aumentar el desplaza-iento de la roca en todos los esquemas indicadosDisminuir S..Aumentar el ngulo 6, eIncrementar el nmero de barrenos con un frenteefectivo adecuado.

    'I, FRENTE Ij'l ~. . . . ., , , , ,, , , \ , \\ \ \ , , ,\ , , , \ ,, \ \ \ \ '\ \, \ \ \ \ \,\ ~ ~ '\ ~ ~ --::\

    , , , , \ //\5 \4 "3 "2 \1 'J' /, ' \ ' " \ /\ " , \ \ ", ~ '. , '. ..\ , , , \ ,\ \ \ \ ' ,, \ \ , \ " ., , , , \ ,, , , , \ ," \ \ \ \ \\ , .. . , .

    b - AL TRESloLlLLO EN"V"

    ~\'o\\~,...

    \\ \ \ '.

    '-

    "-

    "-

    Figura 27.8, Voladura con dos frentes libres. '-

    J '-'-

    q '-'-

    " " " " " " " .0, \ ' " "'. " " , ",2,. " , ', , , ,, , , " ' , ," " ," 'e, " 'e, '" 'e, 'e, '8.---- w'.

    "' " ' , " ' '\ " , '----- 5. ', 'Z '-?, ',5, ' ' ,, '8f---- ' " ,, , , , " '. ----. ' '., '8 '. ' '..8, ., ., ..I I ' ' , , " " ,5 , " " ". " ' ,',9 ' " ", , ' , ,, " " , , 'S." B" 4S' 10 , , " , , 'SoIB."(B'. 4S')/BS . . .. '. '. . . '...B."BS/S. v/w "2.S7(B', 2.S') Q- CUADRADO EN "v"

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    os planos de los taludes forman entre s ngulos quescilan entre 90 y 150.En general, todas las cargas disponen de una ade-uada cara libre, por lo que los desplazamientos sue-n ser bastante grandes.Al contrario que en las voladuras con un frente libre,s barrenos pueden ser perforados en aquellas posi-iones que proporcionen valores ptimos de SeIBe yv/w. Esto se consigue con un cierto desfase o des-lazamiento lateral de las filas de barrenos, Fig. 27.9.

    ."- [", i /~: :~~-~~::::-~_._~~~'~"-~~"-,,',_" ~! I I -'-, '-" 4 '--e -", -"- .,,~~---L..' '-- 5 '--, '-" '." "~-e 1-/"

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    ~II

    2 :'-, ~--+----.-.':," ~~ "4'" '~-----_.--- '"

    5:,\ .--.--6~ '~11

    '--j1

    : : : ~~/ ~4/ 1,/ )5/i/ 1/ ~6111

    '-

    FRENTE HORIZONTAL'-' ~

    FRENTEHORIZONTAL

    ---

    o o---?-~

    ~ '-o L-.

    ~(a)

    '--NQDE DETONADORDE MICRORRETARDOI! 511 '---j1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13. .~/ ~/ ~ ~ ~//~ /,/ ~15V/V/:>/-- ~ ~ ~:::::=::-~// /::'4 ~16 ~18// --~ --- ~ ~/ ~/ // 1~-v ~/---~

    ,

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    '--

    (b) '--Figura 27-11. Voladuras en banco horizontal (a) sobreexca vacin importante (b) sobreexcavacin pequea.(Hagan, 1982)

    Figura 27.12. Empleo de cargas seccionadas yexplosoressecuenciales en voladura de bancos verticales con barrenosde gran dimetro (Hagan, 1982).

    Influencia del tiempo deretardo en la fragmentaciny desplazamiento

    Los tiempos de retardo, de acuerdo con Lang y Fa-reau deben permitir la sucesin de los siguientes

    '-- Propagacin de las ondas de compresin y trac-cin desde el barreno hasta el frente libre (aproxi- '-

    madamente 0,58 ms/m).- Reajuste del campo inicial de tensiones, debido a la

    presencia de grietas radiales primarias y al efecto '-de la reflexin de la onda de choque en el frentelibre. El tiempo de reajuste se puede estimar entre10 y 20 ms despus de la iniciacin, dependiendo 'de los tipos de roca y explosivos.

    - Aceleracin de la roca fragmentada por accin delos gases, hasta una velocidad que asegure un des- 'plazamiento horizontal adecuado. El movimientoes ms fcil cuanto mayor es el tiempo de retardo, yse estima entre 30 y 50 ms despus de la iniciacin. '-

    En lo referente al tiempo de retardo entre barrenos,se ha comprobado que la interaccin de las ondas dechoque primarias no contribuyen de manera significa-tiva a la fragmentacin de la roca. As, en una voladuraen banco de una fila con barrenos secuenciados, lafragmentacin depende bsicamente del desarrollototal de las grietas generadas alrededor de sada ba-rreno antes de que el contiguo detone.

    Bergmann, tras una serie de pruebas experimenta-les, recomienda un desfase de 3 a 6 ms por metro depiedra. Estos valores coinciden con los indicados porLangefors, que estaban basados en observacionescualitativas de voladuras en campo, Fig. 27.13. An-drews establece un lmite inferior de 3 ms/m de pie-dra y otro superior de 16,6 ms/m, siendo ste ltimoadecuado en rocas masivas y poco fracturadas, y

    '-

    '-

    '-

    '-

    '-

    II 24 .46 .!6a .I1 a

    1/1'10 .1I12,. .I 10I1

    N2 DETONADOREN N2 DETONADOR ENCARGA INFERIOR CARGA SUPERIORFRENTE

    7 3 Om., 1 512 8 4 2 6 ID 1425 21 17 15 19 23 2827 22 18 16 20 24 - 3025 21 'l 350ms, ; 19 23 28. . . .

    r307 22 18 16 20 2425 21 I 7DOm.. 5 19 23 2812 . . . r302 18 16 20 24etc.

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    65 o ESQUEMA CUADRADO, B~33cm., S~33cm.1:::> ESQUEMA RECTANGULAR l, B~28cm., S~39cmO ESQUEMA RE

    /,177'001I//,/ / /'I//'I //'/ /'/ / /'I / /'/ / /'I //',. /'/'2

    10 20 30 40 50 60TIEMPO TRANSCURRIDOANTES DE MOVERSE EL TERRENO (ms.)

    Figura 27.15. Tiempo transcurrido antes de comenzar elmovimiento del techo del banco con barrenos de 229 a381 mm.

    Si el tiempo de retardo para conseguir el despeguede la piedra es menor que el tiempo para el cual seproduce el movimiento del techo del banco, podrncolocarse los accesorios de iniciacin en superficie.

    Pero en aquellos casos donde las longitudes de reta-cado para conseguir una buena fragmentacin de laroca son menores, y sucede lo contrario con los tiem-pos, los accesorios de retardo deben introducirsedentro de los barrenos o utilizar un sistema mixto paraevitar la posibilidad de fallos.

    393

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    La aportacin de Winzer en este campo tambinpone de manifiesto que los decalajes entre cargas de-ben ser superiores a 3,3 ms/m, llegando incluso hasta12 ms/m.Por otro lado, Konya y Walter (1990) prqponen los

    valores de la Tabla 27.1 para calcular los tiempos deretardo entre barrenos, conocindose el espaciamientoentre stos, para diferentes tipos de rocas.

    TABLA 27.1

    Finalmente, Fadeev et al proponen la siguiente ecua-in para calcular el tiempo de retardo entre barrenos:

    TRB = 2 ( ~~) 1/2siendo:

    Tiempo de retardo entre barrenos (ms/m depiedra)Densidad de la roca (tlm3)Consumo especfico de explosivo (kg/m3)p =rE=Puede as establecerse la primera regla de diseoara el Tiempo de Retardo entre Barrenos "TRB:

    TRB = 4 - 8 ms/m de piedraara justificar el retardo entre filas, es interesante re-urrir al anlisis que realiza Andrews sobre los dossquemas de voladura de la Fig. 27.16.En el diseo a) el tiempo de retardo entre filas es

    igual al que existe entre barrenos de una misma4ila. Laoladura progresa teniendo un frente efectivo con unaireccin que forma 45 con relacin al original.Los barrenos dentro de una mi~ma fila se diparanimultneamente por lo que resulta un gran confina-iento lateral y una pobre fragmentacin, a pesar deue "Se/Be es igual a 2.En la voladura b) el retardo entre filas es el dobleel que existe entre barrenos de una fila y el frenteorma un ngulo de 26,56 con respecto al original.La fragmentacin obtenida es buena y se producedems un menor nivel de vibraciones. La relacin

    es igual a 5, por lo que el frente efectivo tendrna confiquracin escalonada y cada carga dispondre das caras libres.As pues la segunda regla de dseo para el Tiempoe Retardo entre Filas "TRF es: .

    TRF = 2 - 3 TRB

    394

    \.

    \.-;-;-i' I ! f'l'i \

    a.\

    \

    ,fjlb

    Figura 27.16. Comparacin de dos esquemas de voladuramltiple con distintas secuencias de encendido. \

    El tiempo de retardo puede emplearse, adems,como herramienta de control sobre el desplazamientode la roca, su perfil y su esponjamiento. Si el tiempo deretardo entre filas es grande, el material de la primerafila no acta como pantalla y no ejerce un efecto deconfinamiento sobre el resto de la voladura, Fig. 27.17(a). Por el contrario, si el tiempo de retardo es pequeose introduce en las filas traseras una componente ver-tical de desplazamiento cada vez mayor, obtenindoseun perfil ms recogido. Fig. 27.17 (b).

    .olee

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    No obstante, con esta secuencia de disparo puedeque el esponjamiento conseguido no sea ptimo y pro-voque un aumento del tiempo de carga.

    5.2. Influencia del tiempo deretardo en las proyeccionesy sobreexcavacinCuando se disparan voladuras de varias filas de ba-

    rrenos, el tiempo de retardo entre stas debe permitirel movimiento horizontal de la roca fragmentada, evi-tando as los siguientes problemas, Fig. 27.18:

    PROYECCIONES~1'"'~'C",/..,

    \\/ \1/rl/ \ I \!\'~f

    l,/ I /// / / /

    nJ!I~'rJ~J, ~~-REPIE --/

    Figura 27.18. Efectos negativos en una voladura mltiplecon pequeo retardo entre filas.

    - El aumento de la componente vertical de despla-zamiento conforme progresa el nmero de filashacia el interior, y, consecuentemente, el riesgo deproyecciones.

    - Presencia de repis al ir aumentando el confina-miento y resistencia al corte en la cota del piso porefecto de una mayor dimensin de la piedra a dichonivel.

    - Problemas de sobreexcavacin en las ltimas filas,al actuar las cargas de explosivo con efecto crter.

    Segn los trabajos de investigacin realizados porlos laboratorios Martn Marietta, en ~oladuras de 10filas de barrenos, para anular la componente verticaldel movimiento es necesario disponer de hasta 60ms/m de retardo entre filas efectivas. No obstante, lostiempos demasiado grandes pueden dar origen a ondaarea, cortes e incluso proyecciones si la piedJ.{3.esultapequea en las primeras filas. En la Fig. 27.19 se de-duce, a partir de estudios con cmara ultrarrpida, eltiempo mnimo de retardo entre filas efectivas que serequiere para eliminar las proyecciones incontroladasen una voladura.

    Konya y Walter indican los resultados previsibles delas vola9uras para los diferentes tiempos de retardoentre filas, que se recogen en la Tabla 27.2, expresadosen funcin del valor de la piedra.

    6. Vl-ADURAS SUBTERRANEAS ENTUNELES y GALERIASCuando se utilizan cueles de barrenqs paralelos, las

    primeras cargas detonadas son las que se encuentran

    42'Oi; 35el>'a.E 28"CIIE~ 21.ooa:

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    barrenos se proyecta lateralmente hacia el pequeovolumen de hueco disponible. En barrenos con unalongitud de ms de 3 m el tiempo necesario para quelos trozos de roca sean completamente expulsados delas zonas de cuele es considerable, y normalmentesuperior a los 100 ms. Por consiguiente, el tiempo deretardo entre barrenos consecutivos debe exceder de100 ms si se quiere evitar la sinterizacin y apelmaza-miento de la roca en la zona del cuele Fig. 27.21 Yhacerque cada carga disponga despus de un frente libre ~efectivo.

    INTERVALO DE RETARDO CORRECTO"'~ ,---I$,

    oUDaavo ~ ZONA DEL CUELE VACIA'---

    INTERVALO DE RETARDO INCORRECTO""B""'""~"E,I~," ,--

    ZONADEL CUELE LLENA

    ~j(,L_-

    Figura 27.21. Efecto del tiempo de retardo de los barrenosdel cuele sobre el rendimiento de la voladura en tnel.

    Esto ha sido demostrado en la prctica mediantevoladuras experimentales segn se ve en la Tabla 27.3y Fig. 27.22.Estos estudios demuestran que los intervalos muy

    pequeos dan mejor fragmentacin, pero reducen elavance de la pega y aumentan el desplazamiento de la

    BIBLlOGRAFIA- ANDREWS,A. B.: DesignCriteria for Sequential Blas-ting. SEE, 1981.- BAUER, A., et al.: Drilling and Blasting in Open Pits and"Quarries. Part 2.'- BERGMANN, O. R.,et al.: Model Rock Blasting MeasuresEffects of Delays and Hole Patterns on RO,ckFragmenta-tion. E/MJ, june 1974. 't "- E. 1.DU PONT DE NEMOURS & CO. (INC.): Facts AboutDelay Blasting From Du Pont Research.- FADEEV, A.B. et al.: Seismic Control of MineQuarry Blas-ting in the USSR. 6 th. I.S.R.M. Congress. Montreal. Cana-d.1987.- HAGAN, T. N.: Initiation Sequence - Vital Element ofOpen Pit Blast Design. 16th U.S. Symposium on RockMechanics, 1975.Good Delay Timing-Prerrequisite of Efficient BenchBlasting. Proc. A.I.M.M., september 1977.- HAGAN, T. N.: Controlling Blast-Induced Cracking AroundLarge Caverns. I.S.R.M. Symposium. Aachen. 1982.- KONYA, C.J. and WALTER, E.J.: Surface Mine Design.Prentice Hall, 1990.- LANG, L. C., and FAVREAU, R. F.: A Modern Approachto Open Pit Blast Design and Analysis, 74th AnnualMeeting C.I. M.M., 1972.

    -L