EQUIPOS DE PERFORACIÓN EN MINERIA DE RAJO Y SUBTERRANEA 2010
INTRODUCCIÓN Como bien sabemos, la minería es la base de nuestra tecnología, gracias a ella hemos podido progresar en la ciencia y adquirir implementos tecnológicos de punta. Sin embargo el hombre viene aprovechando esta riqueza que la tierra nos da desde muchísimos años, y a medida que ha avanzado el tiempo; conseguir esta riqueza se ha vuelto más difícil de adquirir, debido ha que cada vez aparecen yacimientos con mineralización de baja ley y más profundos en ubicaciones geográficas mas adversas que dificultan su extracción. Por ello se debió implementar tecnología también en la minería para aumentar los ritmos de producción y lograr el tratamiento necesario para obtener como resultado un producto final lo más cercano al 100% de pureza. Con esto comenzaron a aparecer nuevos equipos como palas, cargadores frontales, chancadoras, molinos, harneros, perforadoras, etc., de alta precisión, rendimiento y mayor facilidad de manejo de estos equipos, adecuándose a los sistemas de explotación y tonelajes a remover, según la necesidad de la mina.
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SISTEMAS DE PERFORACIÓN PERFORACION MANUAL Se realiza mediante el empleo de un barreno usado con la finalidad de facilitar su extracción y rotación. El barreno es sostenido por el ayudante, mientras que el otro golpea con una comba, luego se hace girar un cierto ángulo para proseguir con el proceso de perforación. Este proceso también lo realiza una sola persona, dentro de la minería artesanal.
PERFORACION NEUMATICA Se realiza mediante el empleo de una perforadora convencional; usando como energía el aire comprimido, para realizar huecos de diámetro pequeño con los barrenos integrales que poseen una punta de bisel (cincel); que se encarga de triturar la roca al interior del taladro en cada golpe que la perforadora da al barreno; y mediante el giro automático hace que la roca sea rota en un circulo que corresponde a su diámetro; produciéndose así un taladro.
PERFORACIÓN ELÉCTRICA Se realiza empleando energía eléctrica, que un generador lo provee y para ello se emplea una perforadora con un barreno helicoidal, que puede realizar taladros de hasta 90 cm de longitud, siendo el problema principal el sostenimiento de la perforadora para mantenerla fija en la posición de la perforación. p erforación.
PERFORACIÓN HIDRAULICA Se realiza mediante el empleo de equipos altamente sofisticados, robotizados, de gran capacidad de avance y performance. Utiliza la energía hidráulica para la trasmisión, control de fuerzas y movimientos en la perforación. perforación. Además, cuenta con un tablero de control computarizado, equipado con un software de perforación donde se grafica el trazo de perforación requerido. La gran ventaja de estos equipos es su gran precisión y paralelismo en la perforación. Por su gran rendimiento, es requerido por la gran minería.
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SISTEMAS DE PERFORACIÓN PERFORACION MANUAL Se realiza mediante el empleo de un barreno usado con la finalidad de facilitar su extracción y rotación. El barreno es sostenido por el ayudante, mientras que el otro golpea con una comba, luego se hace girar un cierto ángulo para proseguir con el proceso de perforación. Este proceso también lo realiza una sola persona, dentro de la minería artesanal.
PERFORACION NEUMATICA Se realiza mediante el empleo de una perforadora convencional; usando como energía el aire comprimido, para realizar huecos de diámetro pequeño con los barrenos integrales que poseen una punta de bisel (cincel); que se encarga de triturar la roca al interior del taladro en cada golpe que la perforadora da al barreno; y mediante el giro automático hace que la roca sea rota en un circulo que corresponde a su diámetro; produciéndose así un taladro.
PERFORACIÓN ELÉCTRICA Se realiza empleando energía eléctrica, que un generador lo provee y para ello se emplea una perforadora con un barreno helicoidal, que puede realizar taladros de hasta 90 cm de longitud, siendo el problema principal el sostenimiento de la perforadora para mantenerla fija en la posición de la perforación. p erforación.
PERFORACIÓN HIDRAULICA Se realiza mediante el empleo de equipos altamente sofisticados, robotizados, de gran capacidad de avance y performance. Utiliza la energía hidráulica para la trasmisión, control de fuerzas y movimientos en la perforación. perforación. Además, cuenta con un tablero de control computarizado, equipado con un software de perforación donde se grafica el trazo de perforación requerido. La gran ventaja de estos equipos es su gran precisión y paralelismo en la perforación. Por su gran rendimiento, es requerido por la gran minería.
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EQUIPOS DE PRODUCCIÓN PERFORACIONES CON PERFORADORAS NEUMÁTICAS O LIVIANAS Se realizan mediante el empleo de una perforadora convencional; usando como energía el aire comprimido, para realizar huecos de diámetro pequeño con los barrenos integrales que poseen una punta de bisel (cincel); que se encarga de triturar la roca al interior de la perforación en cada golpe que la perforadora da al barreno; y mediante el giro automático hace que la roca sea rota en un circulo que corresponde a su diámetro; produciéndose así una perforación. Estos equipos cuentan con tres partes principales: Unidad de empuje, Perforadora y los Aceros de perforación. Unidad de empuje está compuesta por un pistón Neumático de 14 a 21 Kilogramos, el cual va unido a la perforadora por una rótula (o fija en el caso de las perforadoras tipo Stopper), lo que permite dar el ángulo entre la dirección de perforación y el empuje mismo.
Perforadora: Neumática de roto percusión, compuesta internamente por un pistón que realiza su viaje de ida y vuelta permitiendo que se efectúe el trabajo de percusión sobre una pieza llamada culatín, el pistón es alimentado por aire comprimido, la rotación se realiza al retornar el culatín y guiarse por un tornillo helicoidal que permite que este enfrente la próxima carrera rotado respecto a la carrera anterior. Externamente posee un freno físico (pieza del equipo) que evita el desplazamiento de la perforadora respecto a la barra y así evitar que el equipo rebote o que la barra se desprenda. Consta además de los respectivos controles
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de suministro de aire, lubricante y agua, y la canalización de la energía para cada efecto de rotación, percusión y empuje. Sus características principales son: - Área del cilindro. - Largo de la Carrera. - Presión del aire (6 Bar considerando pérdidas de 1 bar en la red la cual debería entregar 7 bares). - Peso del pistón. - Peso del equipo. - Rango y compatibilidad de aceros de perforación.
Perforadoras Jack Leg
CARACTER STICAS
JACK LEG
STOPPER
25-28 Kg. + unidad de empuje 14-21 Kg
40 Kg
2.4 mt
2.4 mt
63-97 l/s
75 l/s
FRECUENCIA DE IMPACTOS
39-56 Hz
51 Hz
CARRERA
45-65 mm
45 mm
DIÁMETRO DEL PISTÓN
70-90 mm
75 mm
PESO LARGO BARRAS MÁX CONSUMO DE AIRE A 6 bar
Aceros: Los aceros utilizados son del tipo Integral, lo cual nos indica que el bit va inserto en la barra (una sola pieza), en algunos casos se recurre a un bit especial para hacer agujeros de mayor diámetro para rainuras tipo WHC. La variedad típica de las barras es de 0.8-1.6-2.4 y 3.2 metros (80-120 US$), los cuales duran aproximadamente 190-400 metros barrenados, con afilado cada 70 metros.
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Datos Operacionales: Lo interesante es saber cuál es el rendimiento de una de estas perforadoras, el cual se mide por la tarea que desarrolla por unidad de tiempo (metros barrenados por hora), el cual oscila entre los 10 mb/hr a los 15 mb/hr, dependiendo exclusivamente de las características de la labor. Ligado a esto está el costo de operación el cual está en el orden de los 1.4 US$/mb. Una máquina de este tipo tiene una vida útil aproximada de 3 a 4 años. Otro aspecto interesante es que el aprovechamiento de la energía va desde el 8% al 12%, lo cual es bastante malo y se debe a que se utiliza el Aire comprimido como suministro energético el cual no es eficiente. Existen 3 tipos de perforadoras neumáticas o livianas: 1.- Jack Leg: Perforadora con barra de avance que puede ser usada para realizar perforaciones horizontales e inclinadas, se usa mayormente para la construcción de galerías, subniveles, rampas; utiliza una barra de avance para sostener la perforadora y proporcionar comodidad de manipulación al perforista.
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2.- Jack Hammer: Perforadoras usadas para la construcción de piques, realizando la perforación vertical o inclinada hacia abajo; el avance se da mediante el peso propio de la perforadora.
3.- Stopper: Perforadora que se emplea para la construcción de chimeneas y perfora en labores de explotación (perforación vertical hacia arriba). Está constituido por un equipo perforador adosado a la barra de avance que hace una unidad sólida y compacta.
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CARACTERISTICAS
Alta velocidad de penetración Alta torsión Controles de operación convenientes Botón de retracción de la pierna de avance Regulación automática de la presión del agua Válvula de agua de acero inoxidable, operado por aire Lubricación positiva y expulsión frontal
(Intercambiabilidad de partes con las perforadoras CANUN 260B de Piso. Stopper y de Cantera)
ESPECIFICACIONES Diámetro del cilindro Carrera del pistón Carrera útil del pistón Frecuencia de impacto Longitud de la perforadora Peso de la perforadora Peso de la pierna Carrera de la pierna de avance Diámetro interior del cilindro de avance Consumo de aire (620 kPa/90 psi) Tamaño de barrena (estándar)
US / IMP 3.125" 2.875" 2.625" 2250.0bpm 27.0" 72.75lbs 33.00lbs 50.00" 2.625" 170.0 cfm 7/8" x 4 1/4"
MÉTRICO 79.4mm 73.25mm 66.7mm 2250.0g/m 686.0mm 33.0kg 15.0kg 1270.0mm 67.0mm 4.9 m3 22mm x 108mm
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SISTEMAS DE MONTAJE PARA APLICACIONES SUBTERRÁNEAS Los equipos de perforación que más se utilizan en labores de interior son los siguientes:
Jumbos para excavación de túneles y galerías, explotaciones por corte y relleno, por cámaras y pilares. Perforadoras de barrenos largos en abanico en método de cámaras por sub-niveles. Perforadoras de barrenos largos para sistemas de cráteres invertidos y cámaras por banqueo.
JUMBOS Los jumbos son equipos de laboreo minero utilizados en galerías y labores de avance (horizontal).
Avance de túneles y galerías.
Bulonaje y perforación transversal.
Banqueo con barrenos horizontales.
Minería por corte y relleno.
Los componentes básicos de estos equipos son: Mecanismo de traslación, sistema de accionamiento, los brazos, las deslizaderas y los martillos.
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CARACTERISTICAS
Radio de giro interno: 3 a 5m
Radio de giro externo: 5 a 10m
Diámetros de perforación: 38-48 mm
Largo barra: 3-5.5 m
Capacidad de vencer pendientes: 5-10-15-25%
Velocidad de desplazamiento: 12-16 km/hr
Montado sobre orugas o ruedas.
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SIMBA
Jumbo radial (simba)
Utilizado principalmente en minería subterránea
Son equipos que funcionan con energía eléctrica y aceite hidráulico
Montados sobre ruedas
Rendimiento en condiciones optimas es de 6000 a 8000mts mensuales barrenados
Radios de giro interno y externo y capacidad de giro en 90 grados
Largo máximo de barras según método de explotación.
Inclinación respecto el plano vertical entre 0 y 30 grados
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PERFORACIÓN DE CHIMENEAS Método Raise Borer. Consiste principalmente en la utilización de una máquina electrohidráulica en la cual la rotación se logra a través de un motor eléctrico y el empuje del equipo se realiza a través de bombas hidráulicas que accionan cilindros hidráulicos. Básicamente la operación consiste en perforar, descendiendo, un tiro piloto desde una superficie superior, donde se instala el equipo, hasta un nivel inferior. Posteriormente se conecta en el nivel inferior el escariador el cual actúa en ascenso, excavando por corte y cizalle, la chimenea, al diámetro deseado. Es decir el método será aplicable para excavaciones en interior de la mina entre dos galerías o desde superficie a una galería ubicada al interior de la mina.
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Relación entre el diámetro de perforación piloto y diámetro de escariado Existirá una relación entre los diámetros de perforación que será determinante para la elección del material de perforación, en la excavación. En la práctica se ha determinado que hasta 2,5 metros de diámetro final de excavación, utilizar un diámetro de perforación del piloto de 12 ¼ pulgadas es adecuado. Para diámetros finales de excavación de 2,7 mts a 3,5 mts se utiliza perforación con tricono de 13 ¾" de diámetro. Sobre 3,5 mts de diámetro final de excavación y hasta 6,0 mts de diámetro se utiliza normalmente, perforación con tricono de 15". En la tabla a continuación se indica los diámetros de chimeneas más frecuentes y los diámetros de perforación piloto utilizados.
Tabla N° 1: Relaciones de diámetros de trabajo. Diámetro Diámetro de perforación piloto chimenea (mt) (plg) 1,50 12 ¼ 1,80 12 ¼ 2,10 12 ¼ 2,50 12 ¼ 2,70 13 ¾ 3,00 13 ¾ 3,50 13 ¾ 4,00 15 4,50 15 5,00 15 6,00 15
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DESCRIPCIÓN DE UN EQUIPO RAISE BORER Los siguientes son los componentes principales que forman un equipo Raise Borer · Motor Eléctrico · Conjunto de Reductores · Sistema de Empuje electrohidráulico. · Conjunto Eléctrico · Columna de perforación. · Escariador o Cabezal.
Estación de Trabajo mina.
La Estación de Trabajo podrá estar ubicada en superficie o interior de la
Para estaciones en superficie se requiere una plataforma de unos 100 m2 de superficie donde se ubicará la losa de concreto donde se anclará el equipo Raise Borer. Los diferentes modelos de equipo Raise Borer definen alturas mínimas de operación y área de trabajo en interior mina.
Aplicaciones del Método El método es aplicable con gran éxito en las siguientes actividades mineras: · Chimeneas de Ventilación: · Chimeneas de Traspaso de Mineral: · Chimeneas de Cara Libre: · Chimeneas de Servicio y Acceso
Ventajas del Método
Alta seguridad del personal y buenas condiciones de trabajo. Productividad más elevada y con los métodos convencionales de arranque con explosivo. Perfil liso de las paredes con pérdidas por fricción del aire mínimas en los circuitos de ventilación. Sobre excavación inexistente. Rendimiento del avance elevado. Posibilidad de realizar excavaciones inclinadas, aunque es más adecuado para chimeneas verticales.
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Desventajas del Método. Inversión muy elevada y coste de excavación por metro lineal alto. Poca flexibilidad al ser las dimensiones y formas de las chimeneas fijas y no ser posible cambiar de dirección. Dificultades en rocas en malas condiciones. Requiere personal especializado. Actualmente actúan en el mundo los siguientes subsistemas de Raise Borer:
Raise Boring estándar. Raise Boring reversible. Raise Boring para huecos ciegos.
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BLIND HOLE Descripción del Método. Consiste en la utilización de una máquina electro-hidráulica para la excavación de chimeneas en forma ascendente. En esta metodología el equipo se instala en el nivel inferior y la operación consiste en perforar el tiro guía 60 centímetros adelantados al escariador, que va excavando a sección completa, posteriormente, en forma solidaria. El material excavado cae por gravedad al nivel de la máquina y será guiado por un colector para prevenir riesgos. El empuje se obtiene de los sistemas hidráulicos de bombas de alta presión y la rotación de un motor eléctrico de 250 HP, para el caso del equipo Robbins 52R, que va con la transmisión inmediatamente bajo el escariador. En el caso del equipo Master Drilling RD-2000, se utilizan motores hidráulicos para el empuje y rotación. Para alcanzar la altura de excavación se adicionan en el cuerpo de la máquina, a nivel de piso barras especiales, estabilizadas, que permiten ir avanzando en altura con el desarrollo de la chimenea. La autonomía del método es de hasta 100 metros de altura. Los equipos disponibles en Chile son para diámetros de 0,7 y 1,5 mts.
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Estación de Trabajo Se ubica en la galería base y sus dimensiones serán de acuerdo al tipo de equipo. Equipo RD 2000 para 0,7 mt de diámetro Altura de Operación: 4,2 mt Base: 3 x 3 mt. Equipo Robbins 52-R para 1,5 mt Altura de Operación: 6,2 mts Base: 3 x 3 mts La base de concreto será en hormigón simple tipo H-25, debiéndose asegurar la perfecta adherencia a la roca del piso.
Rendimientos Los rendimientos netos alcanzados son: Equipo RD-2000: 6,0 mts por día Equipo 52-R: 7,3 mts por día En ambos casos se ha considerado una operación de 16 horas por día.
Aplicaciones del Método · Chimeneas Pilotos Zanjas Excavadas en los diferentes proyectos en Mina El Teniente en 0,7 mts diámetro. · Pilotos de Drenaje o Servicios Excavados en 0,7 mts de diámetro, en forma ascendente, y con la finalidad de traspasar servicios como aire o cables de energía eléctrica. · Chimeneas de Traspaso Intermedio. Excavadas en 1,5 mt de diámetro y que permiten el traspaso de mineral de un nivel a otro en distancias cortas. · Chimeneas para Cara Libre o Slot.
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Excavadas en 1,5 mt de diámetro y actúan como cara libre para la excavación del nivel de hundimiento. · Construcción de Sistemas de Buzones Construidos en Mina El Teniente y que consisten en dos chimeneas en Y, desarrolladas desde la base, que se utilizan como sistemas de traspaso y carga de material. Corresponden a los llamados Play-Feeder. En general este método ha sido aplicado con mucho éxito en los diferentes proyectos en Mina El Teniente, por su alta productividad y seguridad en las operaciones.
Ventajas del Método · Método altamente seguro para el personal de operaciones ya que todo el manejo de la excavación se realiza a través de un panel de control fuera de la línea de caída de la roca. · El personal no está en contacto con el frente a excavar por lo que ante cualquier evento que se produzca en el macizo rocoso. · No hay riesgos por uso de explosivos · Rapidez y productividad. Los rendimientos que se alcanzan no son comparables con otros métodos tradicionales de construcción de chimeneas. · Método no contaminante por gases de explosivos. · Excelente calidad de terminación de las chimeneas. Se obtienen paredes lisas
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MINERIA CIELO ABIERTO DTH
Usado principalmente en minería cielo abierto
Usado principalmente en el área de producción
Diámetro de perforación entre 50 y 210mm.
Montado sobre orugas
Velocidad de traslado entre 1 y 3.8 km/hr
Capacidad de trabajar en zonas irregulares y vencer pendientes
Barrido del barreno(agua o aire)
Poseen martillo en fondo
Este método de perforación está indicado para rocas duras y diámetros superiores a los 150 mm.
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PERFORACION ROTATIVA La perforación Rotopercutiva predominó aproximadamente hasta los años 1950, la apertura de grandes explotaciones de carbón a cielo abierto en Estados Unidos fomentó la creación de nuevos equipos utilizando la Perforación Rotativa, que hasta entonces era solamente aplicado sobre rocas muy blandas. Otros factores como la aparición en el mercado del ANFO y la reciente utilización de forma generalizada, en la minería, de las bocas denominadas triconos favorecieron ha que este sistema se desarrollara tomando la fuerza que hoy se conoce como una nueva alternativa de perforación. Este sistema resulta ser muy versátil, abarcando una amplia gama de rocas, desde las muy blandas hasta las muy duras. Las perforadoras rotativas están constituidas esencialmente por una fuente de energía, una batería de barras o tubos, individuales o conectadas en serie, que transmiten el peso, la rotación y el aire de barrido a una boca con dientes (tricono) de acero o insertos de carburo de tungsteno que actúa sobre la roca. Los diámetros de los barrenos varían entre las 2"y las 171 / l" (50 a 444 mm), siendo el rango de aplicación más frecuente en minería a cielo abierto de 6" a 121 /4"(152 a 311 mm). Diámetros mayores están limitados a minas con una elevada producción, y por debajo de 6" casi no se emplean debido a los problemas de duración de los triconos a causa del reducido tamaño de los cojinetes. La mayoría de las grandes perforadoras van montadas sobre orugas planas, aunque existen sobre neumáticos y se usan cuando las condiciones del terreno lo permite, pero se debe señalar que el montaje sobre orugas esta capacitado para soportar mayores cargas y transmitir menor presión al suelo en el desplazamiento, su desventaja radica en las pequeñas velocidades de desplazamiento. Durante la perforación, estas unidades se apoyan sobre 3 ó 4 gatos hidráulicos que además de soportar el peso sirven para nivelar la máquina. La fuente de energía para ambos casos son los motores diesel o eléctricos. Si se deseara comprender la distribución de la potencia instalada en estas unidades para las diferentes operaciones y mecanismos, expresada en porcentaje, entonces se dispondría de la siguiente manera Movimiento de elevación y traslación: 18% ; Rotación: 18%; Empuje 3%; Nivelación 2%; Captación de polvo 3%; Barrido y limpieza del detritus con aire comprimido 53%; Equipos auxiliares 3%.
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La imagen muestra el equipo Pit Viper 351.
Los equipos eléctricos suelen tener entre un 10 a un 15% más bajos los costos de mantención que los de accionamiento diesel. Éstos últimos, son elegidos cuando alrededor de las explotaciones no se dispone de adecuada infraestructura de suministro eléctrico o cuando la máquina va montada sobre camión. Durante la operación del equipo se ponen en funcionamiento los siguientes sistemas o mecanismos, que trabajan en conjunto y que son dirigidos desde la cabina de comando, a través de controles e instrumentos requeridos en las maniobras de la unidad durante la perforación: -Sistema de Rotación: permite girar las barras y va montado generalmente sobre un bastidor que se desliza a lo largo del mástil de la perforadora. -Sistemas de empuje y elevación: el peso de las barras no es suficiente para obtener la carga precisa, la fuerza restante es proporcionada casi exclusivamente a través de energía hidráulica. Las velocidades de elevación de la sarta suelen ser de 18 a 21 metros por minuto, no recomendándose valores superiores por problemas de vibraciones. -Mástil y Cambiador de Barras: Los mástiles suelen ser abatibles mediante cilindros hidráulicos o tubos telescópicos, ya que para efectuar los traslados importantes es preciso bajar el centro de gravedad de la máquina. Los tiempos de elevación del mástil oscilan entre 2 y 5 minutos. Aun cuando es recomendable que se seleccione una máquina que permita perforar los barrenos con una sola barra, hay que prever la necesidad de abrir barrenos de mayor longitud, lo cual obliga a que el mástil lleve un sistema porta barras, así como un mecanismo de accionamiento de las mismas para su colocación o desacoplamiento.
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-Sistema de evacuación del detritus: El aire comprimido cumple las siguientes funciones: Enfriar y lubricar los cojinetes del tricono; Limpiar el fondo del barreno y Elevar el detrito con una velocidad ascensional adecuada. El aire circula por un tubo desde el compresor al mástil y desde éste, por manguera flexible protegida, a la cabeza de rotación, de donde pasa al interior de la barra de perforación que lo conduce hasta la boca, saliendo entre los conos para producir la remoción del detritus elevándolos hasta la superficie.
La imagen muestra el equipo de perforación rotativa Pit Viper 271, con su torre o mástil reclinado mientras se dirige a su lugar de operación.
En la imagen se visualiza el gran montaje del equipo Pit Viper 351, diseñado para soportar los movimientos y vibraciones generados durante la perforación. Los gatos hidráulicos ayudan a la estabilidad durante la operación.
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El PV-351 puede operar con 125.000 libras (56.700 kg) de carga bits. -Dimensiones con torre arriba: Longitud 16,4m Altura 31,6m Ancho 8,1 m -Dimensiones con torre abajo: Altura 29,9m Ancho 8,5 m -Velocidad de avance: 0,6 - 0,8 m/s -Profundidad máxima: 41,1 m. -Peso varía entre: 175 ton -188 ton -Diámetro de perforación: 270 mm - 406 mm A continuación un resumen con equipos similares: EQUIPO
DIAMETROS DE PERFORACION
PESO DEL EQUIPO
DM25-SP
4'' - 7'' 102 mm - 178 mm
25,000 lb 11,300 kg
DM30
5'' - 6 3/4'' 127 mm -171 mm
30,000 lb 13,600 kg
T4BH
5 5/8'' - 9 7/8'' 143 mm - 251 mm
30,000 lb 13,600 kg
5 7/8'' - 9'' 149 mm - 229 mm
45,000 lb 20,400 kg
6'' - 9 7/8'' 152 mm - 251 mm
54,000 lb 24,500 kg
5 7/8'' - 10 5/8'' 149 mm - 270 mm
60,000 lb 27,200 kg
PIT VIPER 235
6'' - 9 7/8'' 152 mm - 251 mm
65,000 lb 29,500 kg
Pit Viper 275
6 3/4'' - 10 5/8'' 171 mm - 270 mm
75,000 lb 34,000 kg
DM 45
DML-SP DML
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GEOTECNIA Es la rama de la ingeniería civil e ingeniería geológica que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la tierra. La perforación en esta área del conocimiento usa diversos métodos de perforación y adquirir un equipo para cada uno resulta antieconómico, por esta razón, se han diseñado los equipos de perforación Mustang para satisfacer diferentes necesidades de perforación. Por su versatilidad se les llama: MUSTANG: “Una plataforma de multiusos “ Desarrollada para perforaciones con martillo en fondo (DTH) y martillo en cabeza, método Symmetrix, Odex, barrena helicoidal, triconos, trialetas, en sondeos de micropilotes, anclajes, refuerzo de terreno y trabajos de geotecnia en general.
La imagen corresponde al modelo Mustang 5 La línea de modelo Mustang ha desarrollado 4 modelos: Mustang 4 Mustang 5 Mustang 9 Mustang 13 Cada uno de ellos con las características anteriormente señaladas.
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Los parámetros técnicos de la perforadora Mustang 5aP-4J son las siguientes:
• Diámetros de perforación: (100-350) mm.
• Profundidad de perforación: Hasta 250 m en condiciones óptimas
• Unidad generadora de Potencia: DEUTZ BF4M1013C tier 2) / 150HP.
• Capacidad empuje /tiro: 49 kN
• Orugas: del tipo pendular con +/ - 10º de inclinación y con tejas de 400 mm.
• Cabestrante: Con accionamiento hidráulico BW1500
• Bastidor: De 6,5 m. con motor hidráulico y recorrido de avance libre de 4,2 m.
• Sujetador de Varillas y Mordaza: Con apertura libre hasta 360 mm.
• Panel de mandos: De brazo móvil, compacto y centrado.
• Bomba de Espuma: 30 l/min. hasta 25 bar
• Bomba de Barrido: 140 l/min. hasta 47 bar
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MARTILLOS DE PERFORACIÓN Los diferentes martillos de perforación que son utilizados por los equipos de perforadores en las faenas mineras, tanto en rajo como subterránea alcanzando de pequeños a grandes diámetros, aumentando los rendimientos y tiempos de perforación. Utilizados tanto para la perforación de agujeros en la lechada, agujeros para la instalación de pernos, como la tronadura tal para ello presenciamos algunos ejemplos de martillos.
PERFORACION ROTOPERCUTIVA INTRODUCCION.La perforación rotopercutiva es el sistema mas clásico de perforación de barrenos y su aparición en el tiempo coincide con el desarrollo industrial del siglo XIX. Las primeras maquinas prototipos de Singer (1838) y Couch (1848) utilizaban vapor para su accionamiento. Pero fue con la aplicación posterior del aire comprimido como fuente de energía, en la ejecución del túnel de Mont Cenis en 1861, cuando este sistema evoluciono y paso a usarse de forma extensiva. El principio de perforación de estos equipos se basa en el impacto de una pieza de acero ( pistón) que golpea a un útil que a su vez transmite energía al fondo del barreno por medio de un elemento final ( boca).Los equipos rotopercutivos se clasifican en dos grandes grupos, según donde se encuentre colocado el martillo: Martillo en cabeza. En estas perforadoras dos de las acciones básicas, rotación y percusión, se producen fuera del barreno, transmitiéndose a través de una espiga y del varillaje hasta la boca de perforación. Los martillos pueden ser de accionamiento neumático o hidráulico. Martillo en fondo. La percusión se realiza directamente sobre la boca de de perforación, mientras que la rotación se efectúa en el exterior del barreno. El accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente, mientras que la rotación puede ser neumática o hidráulica
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Las ventajas principales que presenta la rotación rotopercutiva son:
Es aplicable a todo tipo de roca, desde blandas a duras. La gama de diámetros de perforación es amplia. Los equipos son versátiles, pues se adaptan bien a diferentes trabajos y tienen una gran movilidad. Necesitan un solo hombre para su operación. El mantenimiento es fácil y rápido. El precio de adquisición no es elevado.
En virtud de esas ventajas y características, los tipos de obras donde se utilizan son:
En obras publicas subterráneas, túneles, cavernas de centrales hidráulicas, depósitos de residuos, etc..., y de superficies, carreteras, autopistas, excavaciones industriales, etc. En minas subterráneas y en explotaciones a cielo abierto de tamaño medio y pequeño.
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FUNDAMENTOS DE LA PERFORACION ROTOPERCUTIVA.La perforación rotopercutiva se basa en la combinación de las siguientes acciones: Percusión. Los impactos producidos por golpeo del pistón originan unas ondas de choque que se transmiten a la boca a través del varillaje (en el martillo en cabeza) o directamente sobre ella (en el martillo en fondo). Rotación. Con este movimiento se hace girar la boca para que los impactos se produzcan sobre la roca en distintas posiciones. Empuje. Para mantener en contacto el útil de perforación con la roca se ejerce un empuje sobre la sarta de perforación. Barrido. El fluido de barrido permite extraer el detrito del fondo del barreno
PERFORACION CON MARTILLO EN CABEZA. Este sistema de perforación se puede calificar como el mas clásico o convencional, y aunque su empleo por accionamiento neumático se vio limitado por martillos en fondos y equipos rotativos, la aparición de los martillos hidráulicos en la década del los setenta hizo resurgir de nuevo este método complementándolo y ampliándolo en su campo de aplicación 1.- PERFORADORAS NEUMATICAS.Un martillo accionado por aire comprimido consta básicamente de:
Un cilindro cerrado con una tapa delantera que dispone de una abertura axial donde va colocado el elemento porta barrenas, así como un dispositiva retenedor de las varillas de perforación. El pistón que con su movimiento alternativo golpea el vástago o culata a través de la cual se transmite la onda de choque a la varilla. La válvula que regula el paso del aire comprimido en volumen fijado y de forma alternativa a la parte anterior y posterior del pistón. Un mecanismo de rotación, bien de barra estriada o de rotación independiente. El sistema de barrido que consiste en un tubo que permite el paso hasta el interior del varillaje.
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CARACTERISTICAS MEDIAS DE MARTILLOS NEUMATICOS
Relación diam Pistón / diam. Barreno Carrera del pistón ( mm ) Frecuencia de golpeo ( golpes/ min ) Velocidad de rotación ( r/ min)
;
15 – 17 ; 35 – 95 ; 1500 – 3400 ; 40 – 400
Diámetro del cilindro, longitud de la carrera del pistón, conjuntos de válvulas de distribución.
VENTAJAS DE PERFORADORAS NEUMATICAS.
Gran simplicidad. Fiabilidad y bajo mantenimiento. Facilidad de reparación. Precios de adquisición bajos, y posibilidad de utilización de antiguas instalaciones de aire comprimido en explotaciones subterráneas.
2.- PERFORADORAS HIDRAULICAS.A finales de los años sesenta y comienzo de los setenta, tuvo lugar un gran avance tecnológico en la perforación de roca con el desarrollo de los martillos hidráulicos. Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos que una neumática. La diferencia más importantes entre ambos sistemas estriba en que en lugar de usar aire comprimido, generado por un compresor accionado por un motor diesel o eléctrico, para el gobierno del motor de rotación y para producir el movimiento alternativo del pistón, un motor actúa sobre un grupos de bombas que suministran un caudal de aceite que acciona aquellos componentes.
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CARACTERÍSTICAS MEDIAS DE MARTILLOS HIDRAÚLICOS
Presión de trabajo ( MPa ) Potencia de impacto ( KW) Frecuencia de golpeo ( golpe/min ) Velocidad de rotación ( r/min ) Par máximo ( Nm )
; ; ; ; ;
7,5 – 25 6 – 20 2000- 5000 0 – 500 100 – 1800
Las razones que las perforadoras hidráulicas supone una mejora tecnológica sobre la neumática son las siguientes:
Menor consumo de energía. Menores costos de accesorios de perforación. Mayor capacidad de perforación. Mejores condiciones ambientales. Mayor elasticidad de operación. Mayor facilidad para la automatización.
Desventajas que presenta son:
Mayor inversión inicial. Reparaciones más complejas y costosas.
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ACEROS DE PERFORACIÓN El vertiginoso desarrollo potencial de los equipos para perforación de roca orientado a la industria minera, ha ido aparejado con una constante innovación en los aceros para perforación, cuya vital función es encargarse de taladrar las rocas, mediante la transmisión de las ondas de impacto que son producidas por una perforadora hidráulica o neumática, siendo su principal aplicación la perforación para producción minera, desarrollo y sondajes. Estos componentes deben ser capaces de soportar el fuerte desgaste al que son sometidos en la acción de perforar la roca. Aleaciones de aceros cada vez más resistentes, variaciones en el diseño y componentes, incorporación de metales de mayor dureza, son algunos de los avances efectuados en este campo, cuyo objetivo es obtener mayor vida útil, mayor velocidad de penetración y menor costo por metro perforado. La perforación por percusión y rotación es la más empleada en la minería y construcción en Chile en términos de metros, lo que ha llevado a una constante evolución de nuevas tecnologías en las máquinas perforadoras hidráulicas, que fueron introducidas en la década de los setenta. Esto hizo necesario disponer de aceros capaces de soportar y transmitir una onda de impacto mucho más poderosa a la roca, obligó a desarrollar nuevas técnicas e incorporar metales más duros y resistentes a la abrasión y al desgaste, como el carburo de tungsteno, empleado como metal de ataque en las brocas. Desde entonces, el mejoramiento ha sido continuo. VELOCIDAD DE PENETRACIÓN Actualmente las brocas de botones son las más usadas en perforación por percusión y rotación, pues con ellas se logra mayor velocidad de penetración, lo que es una de las preocupaciones más importantes de los usuarios, ya que cualquier avance que se obtenga en este sentido, involucra un enorme ahorro de energía, horas hombre de trabajo, materiales y uso de equipos. El tipo de botón más usado en las brocas, es el esférico. Sin embargo, existen otras alternativas, como los botones tipo balísticos o los parabólicos que tienen sus campos de aplicación bien definidos. Las brocas con botones esféricos son para rocas duras y semiduras, donde tienen una aceptable velocidad de penetración; los balísticos están más orientados a rocas blandas, mientras que los parabólicos apuntan a un rango de durezas intermedias.
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A la par con esto, también se ha trabajado mucho con la ubicación de los botones, su tamaño y diámetro; lo que va de la mano con la dureza y lo abrasiva de la roca que se requiere perforar MEJORANDO EL DISEÑO Tal como se señaló, el diseño de la broca también constituye una variable a tener en cuenta para la obtención de un resultado más favorable. En el caso de la cabeza de enfrentamiento, las hay de forma convexa, plana y cóncava; cada una presenta características particulares. La de más veloz penetración, que es generalmente lo que privilegia el usuario, es la cabeza de tipo convexa. Sin embargo, presenta el inconveniente que si encuentra una debilidad en el camino de perforación, como una grieta o un bolsón de roca más blanda, tiene una gran facilidad para desviarse. Con ello, se corre el riesgo de quedar atascado y producir más desgaste en las otras piezas móviles que están en contacto con el material. La cabeza de forma plana es muy eficiente para usos generales, ya que es rápida y tiene pocas posibilidades de desviación, manteniendo de mejor forma la rectitud del tiro. También existen variadas formas de broca en lo que se refiere a la estructura de su cuerpo: estándar, más alargadas, retráctiles (que tienen la posibilidad de cortar hacia atrás, cuando hay riesgo de desviaciones y atascamientos), etc. Otro elemento que se ha ido mejorando en el diseño de las brocas, para lograr una mayor eficiencia y economía en la perforación, lo conforman los canales de barrido. En el pasado lo más habitual era que se dispusiera de un solo canal de barrido, lo que no era suficiente, porque se producía mucho desgaste de los botones periféricos. Por ello, se fueron aumentando los canales de barridos frontales, se puso un barrido lateral; en definitiva, se fueron elaborando diversas alternativas, pensando en cada tipo de terreno.
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TIPOS DE CARA ROCA
TIPO DE CARA
BENEFICIO
Semidura Homogénea
Cóncavo
Excelente Soplado. Reduce las desviaciones.
Semidura Dura
Cara Plana
Apto para terrenos Fracturados.
Muy Dura
Domo
Máxima protección a Botones periféricos.
Muy Dura y Abrasiva
Domo Doble Calibre
Máxima protección a Botones periféricos.
PROTECCIÓN EXTERIOR STANDARD
WELDING Diseño Básico para terreno normal y condiciones de operación normales.
BOTON LATERAL
Se utiliza para proteger el desgaste del gauge en terrenos no consolidados y poco abrasivos.
Soldadura lateral aportada para dar mayor resistencia al desgaste. Para terrenos fracturados y abrasivos.
RETRACTIL Tiene insertos adicionales en la zona trasera del gauge. Estos insertos permiten ir cortando los trozos de roca que se generan cuando hay terrenos fracturados, también protegen contra el
desgaste.
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DESGASTE DE LAS PIEZAS En cuanto a la vida útil de estas piezas, va a depender mucho de factores como la clase de rocas a atacar, la frecuencia de afilado de las brocas, los hábitos operacionales y las condiciones de uso. En todo caso, en el caso de la minería del cobre nacional, una broca de 45 mm, que es la más común para el desarrollo de túneles, tiene una vida útil promedio de unos 300 m; una broca de 64 mm rinde unos 400 m; y la de 76 mm, aproximadamente 550 m. Eso en el macizo andino chileno, pero si esto lo llevamos a roca blanda, como la caliza (cemento) o el caliche (salitre) en el norte del país, una broca puede durar 2.000 m sin ningún problema. Sin embargo el grueso de las minas de cobre en Chile está en la Cordillera de Los Andes, por lo que presentan un comportamiento similar. No obstante, también hay que considerar otras variables, por ejemplo, la misma broca de 45 mm, en una mina de oro, puede durar 80 -120 m. Ello porque normalmente el oro se encuentra en zonas con alto contenido de cuarzo, que es uno de los elementos más abrasivos que existen en la naturaleza.
BARRAS Si bien el mayor desarrollo se ha dado en las brocas, también los otros elementos que conforman los aceros de perforación presentan importantes optimizaciones. En una perforación neumática o hidráulica el empleo de aceros seccionales es lo más común. La primera pieza que va directamente acoplada dentro de la perforadora es la culata o culatín, pieza que tiene la misión de recibir el impacto de la perforadora y transmitirlo a lo largo de la barra. La onda de impacto viaja a aproximadamente a 5.000 m por segundo. Cuando se trabaja con más de una barra, éstas se unen con coplas separadas o se usan barras con coplas incorporadas. En estos puntos es importante lograr la menor disipación de energía posible. En las uniones de los aceros se produce un desgaste muy significativo cuando no hay un fuerte empuje y la onda de impacto no pasa directamente a la roca, sino que se va disipando en esos puntos. Por ello en el pasado, como los sistemas no eran tan poderosos como ahora, se producía mucho desgaste por calentamiento. Hoy en día eso es menos frecuente, además, los fabricantes someten a las barras a modernos tratamientos térmicos para darles mayor
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resistencia, especialmente a los puntos de unión, ya que deben soportar tremendas tensiones de: impactos, torsión, flexión, fricción y abrasión. Es así que para hacerlas más resistentes se han agregado a su fabricación, entre otros elementos, cromo, níquel y molibdeno, mejorando además su dureza y flexibilidad. La forma de las barras también ha experimentado cambios, ya que si en un comienzo eran redondas, actualmente hay también hexagonales, diseño que les permite ser más fuertes y mantener mejor la rectitud del tiro. Finalmente, el barrido o limpieza del hoyo mediante la inyección de agua o soplado de aire, es otro agente importante en esta actividad. En minería subterránea, por razones ambientales se usa sólo barrido por agua, para evitar la contaminación que se produciría al evacuar el detritus por barrido por aire.
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ALGUNOS VALORES MINERA TAMBILLOS
Bit T 38 x 2 ½’’ (SIMBA) $ 85.000 c/u
Bit Jumbo 41 mm $ 40.000 c/u Barras Simba 1,60 mt $150.000 c/u Jumbo $ 320.000.000 Simba $ 400.000.000 Perforadora Cop 3060 $40.000.000
EMPRESA TERRA SERVICE
Martillo Digger DTH US$ 10.000
PROYECTO DELTA
Barra baja calidad 180000, bit 80000
Mediana calidad barra entre 200000 - 250000, bit 100000
Vida útil barra 3000 - 6000 mts, bit 500-800 mts
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