TIPOS DE PERFORACION Actualmente, en trabajos de minería -tanto a rajo abierto como en minería subterránea- y en obras civiles, la perforación se realiza utilizando energía mecánica, lo que define distintos métodos de perforación y componentes de perforación.
Clasificación de las perforaciones Métodos rotopercutivos son muy utilizados en labores subterráneas y trabajos menores en minería a cielo abierto (precorte), tanto si el martillo se sitúa en la cabeza como en el fondo de la perforación. En este método tiene lugar la acción combinada de percusión, rotación, barrido y empuje. Perforación rotopercutiva corresponde al sistema más clásico de perforación de rocas, utilizado desde el siglo XIX. En este tipo de perforación se emplea la acción combinada de percusión, rotación, empuje y barrido, ya sea en equipos manuales para labores menores (pequeña minería y obras civiles de poca envergadura) o mecanizados( principalmente en minería subterránea de gran escala; ej: minas subterráneas de Codelco) y en obras civiles de gran envergadura, como la construcción de una caverna o túnel carretero.
Las principales ventajas de este método de perforación, en comparación al método rotativo, son:
Es aplicable a todos los tipos de roca, desde las más blandas hasta las más duras.
Permite una amplia gama de diámetros de perforación (desde 1" hasta 8").
En el caso de perforación mecanizada, los equipos tienen gran movilidad (la perforadora puede ser montada en camiones sobre ruedas). Requiere de una persona para operar la perforadora.
Métodos rotativos se subdividen en dos grupos, según si la penetración en la roca se realiza por trituración (triconos) o por corte (brocas especiales). El primer sistema se aplica en rocas de dureza media a alta y el segundo en rocas blandas. En este tipo de perforación no existe la percusión.
SEGÚN EL TIPO DE MAQUINARIA Perforación manual en este tipo de perforación se usan equipos ligeros operados por perforistas. Este método se utiliza en trabajos de pequeña envergadura, donde, principalmente por dimensiones, no es posible usar otras máquinas o no se justifica económicamente su empleo.
Perforación mecanizada en una perforación mecanizada, los equipos van montados sobre estructuras llamadas orugas, desde donde el operador controla en forma cómoda todos los parámetros de perforación.
SEGÚN EL TIPO DE TRABAJO Perforación de banqueo perforaciones verticales o inclinadas utilizadas preferentemente en proyectos a cielo abierto y minería subterránea (L.B.H.). Este tipo de perforación se emplea, en general, para la minería a cielo abierto y para algunos métodos de explotación subterránea, como el hundimiento por subniveles. Perforación de avance de galerías y túneles perforaciones preferentemente horizontales llevadas a cabo en forma manual o mecanizada. Los equipos y métodos varían según el sistema de explotación, pero por lo general, para minería en gran escala subterránea se utilizan los equipos de perforación llamados "jumbos", que poseen desde uno a tres o más brazos de perforación y permiten realizar las labores de manera rápida y automatizada. Perforación de producción con este nombre se conoce al conjunto de trabajos de extracción del mineral que se realiza en las explotaciones mineras. Una perforación de producción corresponde a la que se ejecuta para cumplir los programas de producción que están previamente establecidos. Perforación de chimeneas y piques se trata de las labores verticales, que son muy utilizadas en minería subterránea y en obras civiles. En ellas se emplean métodos de perforación especiales, entre los cuales destacan el Raise Boring y la jaula trepadora Alimak. Perforación con recubrimiento se utiliza por ejemplo, en perforación de pozos de captación de ag uas y perforaciones submarinas.
Perforación con sostenimiento de rocas este tipo de perforación se emplea principalmente en labores subterráneas cuando se requiere colocar pernos de anclaje, y se realiza como método de fortificación para dar así estabilidad al macizo rocoso.
EQUIPOS DE PERFORACIÓN MANUAL Es el sistema de perforación más convencional de perforación, utilizado por lo general para labores puntuales y obras de pequeña escala debido principalmente a la facilidad en la instalación de la perforadora y a los requerimientos mínimos de energía para funcionar (un compresor po rtátil). Esto permite realizar labores de perforación en zonas de difícil acceso sin que sea necesario personal muy experimentado para la operación y mantención de las perforadoras, lo que significa un menor costo por metro perforado. Perforación manual con martillo en cabeza Este sistema de perforación se puede calificar como el más clásico o convencional, y aunque su empleo por accionamiento se vio limitado por los martillos en fondo y equipos rotativos, la aparición de los martillos hidráulicos en la década de los setenta lo ha hecho resurgir, ampliando su campo de aplicación. Perforadoras neumáticas En este tipo de perforadoras, el martillo es accionado por aire comprimido. Los principales componentes de este sistema son:
Cilindro cerrado con una tapa delantera que dispone de una abertura axial donde va colocado el elemento portabarras, así como un dispositivo retenedor de barras de perforación.
El pistón, que con su movimiento alternado golpea el vástago o culata a través de la cual se transmite la onda de choque a las barras. La válvula, que regula el paso de aire comprimido en un volumen determinado y de manera alternativa a la parte anterior y posterior del pistón.
El mecanismo de rotación, ya sea de barra estriada o de rotación independiente. El sistema de barrido, que consiste en un tubo que permite el paso del aire hasta el interior de las barras.
El Sandvik DD311 es un Jumbo de avance compacto y versátil para aplicaciones de perforación frontal, perforación transversal y perforación de barrenos para empernado en minería subterránea. El Jumbo, diseñado para galerías de 3 x 3 metros, viene equipado con el robusto y probado brazo SB40, que ofrece un área de cobertura óptima de la sección transversal de 40 metros cuadrados con sólo una configuración del equipo.
VOLADURA INICIACION ELECTRONICA Rol de la tecnología en las voladuras Tradicionalmente, la primera herramienta usada para estimar y predecir una voladura requerida ha sido el factor de carga (cantidad de explosivo por metro cúbico de material volado) combinado con los años de experiencia y un somero conocimiento de l a geología. Esto generalmente ha proporcionado predicciones confiables con buenos resultados, aunque podemos decir con errores mínimos. Estos errores se pueden encontrar en la perforación, en la calidad de los explosivos, en el esquema de carga de taladros, en el rendimiento real de los explosivos, detonadores pirotécnicos y en la precisión del iniciador. La experiencia demuestra que el error muchas veces llega al 10% o más en las dimensiones en que se miden el desempeño de cada una de estas herramientas y procesos.
Respecto de los errores en la perforación, los investigadores han medido y documentado el inicio y final de perforación del taladro y han demostrado que se tiene una desviación de hasta 10%, tanto en perforaciones subterráneas como superficiales. La calidad del explosivo se mide por su densidad, viscosidad y reología (que son conocidas). El control de calidad, almacenamiento, y transporte debe seguir un modelo o método de control. Los explosiveros a menudo estiman adecuadamente la cantidad de explosivo por taladro. El taco juega un papel importante; la ubicación del cebo y su integridad muchas veces varía y también tiene efecto en la voladura. La velocidad de detonación (VoD) de los explosivos, según los monitoreos efectuados, ha mostrado a veces una variación de hasta 30% más/menos. Existen datos registrados repetidamente de las velocidades de detonación que confirman este argumento. La Figura 1 muestra un carguío variable y la VoD como resultado en una carga de taladro para un diámetro de 140mm (5.5pulg) cargado con emulsión encartuchada y explosivo granular que se espera detone al menos a 3,700 m/s. Hoy en día se requiere un control más preciso desde distintos puntos de vista. Para ello, disponemos de sofisticadas tecnologías que van desde la caracterización del material a ser volado, como la evaluación cuantitativa del producto de la voladura. Un macizo rocoso es naturalmente un material no homogéneo y medio anisotrópico. Sus propiedades físicas y mecánicas varían e influyen en los resultados. Por lo tanto, el uso de herramientas apropiadas para describir cuantitativamente los parámetros relevantes de la roca que será sometida a una detonación de carga energética y dinámica es lo que llama la atención de investigadores de la ingeniería de las voladuras. La perforación también provee la oportunidad de capturar información importante acerca de la roca y su respuesta durante la voladura permite ajustar la distribución de energía durante el carguío de taladros hasta que se logre el resultado esperado. Si bien es cierto que los detonadores pirotécnicos han trabajado satisfactoriamente en el campo de las voladuras, también es cierto que su precisión tiene una variación de 1.5% por cada desviación estándar (SD). Para 3 SD los detonadores cuyo retardo nominal son de 500 ms generaría una variación de 45 ms de retardo. Como una respuesta ante ello se ha desarrollado el detonador electrónico. 2. Detonadores electrónicos En la última década, la introducción y l a validación de los iniciadores electrónicos han eliminado cualquier sentido de la variación en la precisión de los detonadores. Los sistemas electrónicos ahora en el mercado, en el campo demuestran una precisión de +/- 1 ms. Este rango de 1 ms se incrementa sobre los 20,000 ms, una precisión de 0.005%.
Esta precisión es cercanamente perfecta y ha creado una herramienta que puede ser utilizada de modo que anteriormente solo se soñaba. Las ventajas pueden ser: a) El diseño de las voladuras puede ser aplicado con alta precisión y en cualquier circunstancia. b) Soluciones múltiples a problemas de retardado ahora están disponibles y pueden salir los taladros en tiempos planeados. c) Voladuras de pequeña o gran escala pueden ser totalmente amarradas antes que se inicie la voladura. d) El incremento de tiempos, ya sean rápidos o lentos, pueden ser precisados. 3. Sistemas electrónicos Actualmente hay muchos sistemas electrónicos disponibles y comercializados en el mercado, cuyos resultados han sido establecidos y documentados en la práctica de campo, y además han sido documentados en investigaciones y publicaciones recientes. Los detonadores electrónicos actuales han demostrado su capacidad para realizar el proceso con alta precisión.
Los sistemas conocidos y disponibles en el mercado son Austin Powder, Davey Bickford, Dyno Nobel y Orica. Inclusive una empresa local está experimentando la fabricación de detonadores electrónicos propios. Todos hacen la precisión básica y las funciones de programabilidad necesarias para casi todas las aplicaciones de voladura. Cada sistema tiene su propio protocolo y equipo físico. El proceso de funcionamiento de todos estos sistemas es: a) Asignación de una identificación o la dirección en cada detonador (microchip) en la matriz de voladura. b) Pruebas y procesos de comunicación. c) Asignar un tiempo de detonación para cada microchip. d) Energizar el microchip (amarrado). e) Envío de una señal de detonación a cada microchip. Estos pasos son comunes para todos los sistemas actuales de uso regular. 4. Beneficios de la detonación electrónica Para aprovechar el máximo beneficio del uso de los detonadores electrónicos, se requiere el conocimiento del modelo mecánico-acústico, que considera parámetros no tradicionales en el diseño de voladuras como: * Tamaños promedio de los bloques in situ y su distribución o dispersión. * Orientación de las discontinuidades. * Impedancia acústica del material.
Las herramientas principales que disponemos para variar y cotejar resultados de la voladura de acuerdo con el cliente son: • Ajustar el factor de carga. • Ajustar la distribución de cargas. • Ajustar el confinamiento del explosivo. • Atacado reforzado. • Uso de agregado o material chancado. • Uso de la energía variable de los explosivos. • Aluminio. • Nitroparafinas (comsol, NP-SERA). • Explosivos de alta VoD. • Oxigenación. • Densidad variable. • Microesferas. • Tacos intermedios. • Aprovechar la dinámica del proceso de voladura (retardado, dirección, secuencia). • Sistema de iniciación con precisión. • Software para diseño, análisis
VOLADURA EN PIQUES Y CHIMENEAS
