PERFORACION
PERFORACION 1. OBJ BJET ETIIVOS VOS:
Mostrar de manera sistemática periodo a periodo las necesidades en el área de perforación. El Plan de Perforación está basados en datos
simulados de una mina a cielo abierto. Elab Elabor orar ar la plan planifific icaci ación ón de la perfo perfora raci ción ón de tala taladro dross de vola voladu dura, ra,
utilizando todas las herramientas que se disponen en este trabajo. Seleccionar una máquina perforadora que esté de acuerdo al requerimiento de la producción proramada en las operaciones de voladura, utilizando los parámetros necesarios de selección.
2. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN:: !a perforación es la primera operación unitaria en el proceso de e"plotación, cu#o objetivo principal es realizar taladros de diámetro # profundidad de acuerdo al dise$o # parámetros que están sujetos a un mejoramiento continuo # a una dinámica de cambios. !a perforación, conlleva a un ran impacto en la productividad # econom%a de una empresa minera, por este motivo si el proceso de voladura produce un pobre resultado entonces el caru%o es más dif%cil # su productividad se ve reducida. !a perf perfora oraci ción ón de los los tala taladro dross de vola voladur dura a se efect efect&a &a de acuer acuerdo do con con las las necesidades de e"tracción del mineral # desbroce, dentro de un prorama de planeamiento establecido.
3. PLAN PLAN DE PERF PERFORA ORACI CION ON:: !as operaciones de perforación se realizan por medio de máquinas perforadoras rotativas montadas sobre orua'
1
PERFORACION
CUADRO N° 1 EQUIPO DE PERFORACION PERFOR ACION Y PROGRAMACION PROGRAMACION DE TALADROS NUMERO DE EQUIPOS (
MODELO )M! * SP
MARCA
DESCRIPCION
+!+S
PE/0/+)/+ )M!1SP
-P-
+2) /+/3 /+/3
+4 E567PS *-+/+-E/7S7-+S )iámetro de perforación son de 8 89: de pulada !a lonitud de taladro es de ;;.< ;;.< m =>. de banco ? sobreperf.4
1 DISP DIS PARO UNID. PERF.
TURNO 1 TURNO 2 TURNO 3 TURNO 4
TAL/DISP
PERF-10
12
12
12
9
45
PERF-11
12
12
12
8
44
total
24
24
24
17
89
@4 P/A/+M+-72 EL TIEMPO RESTANTE SERA APROVECHADO PARA EL CARGIO DE TALADRAS PARA LA VOLADURA Y EL TRASLADO DE LA MAQUINARIA PERFORADORA
3.1 ESPECIFICACIONES PARA PARA EL ÁREA ÁRE A DE PERFORACIÓN:
!a perforación se efect&a en forma vertical. Piso nivelado, parejo # limpio de piedras u otros materiales. !as paredes de los bancos deben estar sin
bolones inestables. El área de trabajo debe aislarse para resuardar los pozos perforados. !os pozos a perforar deben estar bien identificados. +l área marcada solo podrá inresar el jefe de turno, as% como los supervisores de perforación # voladura # personal de esa área.
2
PERFORACION
+tlas -opco @lasthole )rill DML-SP
3.2 MALLA DE PERFORACION: !a malla de perforación es la forma en la que se distribu#en los taladros de perforación considerando la relación del burden # el espaciamiento. Para una
voladura de bancos
se puede aplicar diferentes trazos para la
perforación tales como' mallas cuadras, rectanulares # trianulares. El área de planeamiento determina las mallas a utilizarse de acuerdo al tipo de material # dureza de la roca, a continuación el área de toporaf%a replantea en campo dichas mallas. Perforaremos taladros de producción. Para el dise$o de mallas se toman en consideración el tipo de material, la dureza # ubicación del pro#ecto. El dise$o de las mallas es de forma cuadrada # tenemos' 3
PERFORACION
CUADRO N° 2 MALLA DE PERFORACION - PRODUCCION TIPO DE ROCA MALLA ALTURA DEL BANCO DIÁMETRO DEL TR$CONO BURDEN ESPACIAMIENTO SOBRE PERFORACIÓN
!"# cuadrada ;B m 8 89:C <.< m <.< m ;.D( m
Para el dise$o de la malla de perforación de desmonte es de similar caracter%stica.
3.3 PARAMETROS DE PERFORACION: a4 E!-7)+) )E /+-7F2 =rpm4' En principio, conceptualmente la velocidad de rotación es inversamente proporcional a la resistencia a compresión de la roca. Sin embaro, ha# que tener en cuenta que la velocidad de rotación también var%a en función de la marcha en la que se esté trabajando. Por eso, es mejor tener en cuenta el par motor, que para su cálculo #a se introducen las variables de la presión de la bomba hidráulica, la marcha, # la velocidad de rotación. Es requerido para mover el inserto de corte a la siuiente posición de rotura del inserto, mientras este cambio de posición sea más rápido la velocidad de penetración será ma#or.
TERRENO DURO % BAJO &RPM' TERRENO SUAVE % ALTO &RPM'
4
PERFORACION
El ratio o de penetración se incrementa proporcionalmente con el incremento de las /PM mediante un óptimo peso sobre la broca.
CUADRO N° 3 RANGO RPM
2+' la velocidad de rotación var%a de GH a
+lto /PM puede resultar en un incremento de velocidad de penetración. +lto /PM puede resultar en una disminución de la vida del cojinete. +lto /PM puede resultar en una disminución de la vida de la estructura de
corte. b4 P6!! )I2' 5
PERFORACION
Produce la rotura de la roca, los dientes de la broca deben de crear suficiente fuerza de compresión para producir la falla de la roca. !a fuerza de empuje que es necesario aplicar aumenta directamente con la dureza de la roca, # debe alcanzar una manitud suficiente para sobrepasar su resistencia a la compresión. Por otra parte, esta fuerza no puede e"ceder un determinado valor l%mite, para evitar da$os prematuros en la cabeza de perforación. En formaciones rocosas duras o mu# duras, una fuerza e"cesiva conduce a la incrustación de la cabeza # consecuente destrucción, lo que sinifica el término de la vida &til de la herramienta. -uando la roca tiene baja resistencia a la compresión =6-S4 menor será el Pull )oJn necesario para producir la falla de la roca. + una alta resistencia a la compresión =6-S4 ma#or será Pul% )oJn necesario para producir la falla de la roca.
El «empuje mínimo», por debajo del cual una roca no es perforada, puede estimarse con la siuiente ecuación'
E( % 2)*+ , RC , D )ónde' Em K Empuje m%nimo =libras4. /- K /esistencia a compresión de la roca =MPa4. ) K )iámetro del tricono =pul4. El «empuje máximo», por encima del que se produce el enterramiento del tricono, se considera que vale el doble del valor anterior.
EM % 2 , E( El «empuje límite» que soporta un tricono es función del tama$o de sus cojinetes, que, asu vez, depende del diámetro del tricono'
6
EL% )1 ,
PERFORACION
D
2
)ónde' E! K Empuje l%mite del tricono =libras4. ) K )iámetro =pul4.
CUADRO N° VALORES L$MITES PARA TRICONOS DE DIFERENTES DIÁMETROS.
.
CUADRO N° + CALCULO DE PULL DO/N PARA 0 0) !4
7
PERFORACION
MATERIAL
RC &M#'
DIAMETRO
EMPUJE MINIMO
EMPUJE MA5IMO
M72E/+!
;LB. Mpa
8.:8H pul
G(
:H(:< libras
)ESM2E
;LB. Mpa
8.:8H pul
G(
:H(:< libras
7 7/8 !
5"""" #$
c4 P/ES7F2 )E +7/E' Es requerida para brindar un suficiente volumen # presión de aire optimizar la vida de la broca. !a broca necesita como m%nimo GB PS7 presión, para as% arantizar que los cojinetes puedan ser refrierados # lubricados. -uando la perforación se efect&a con menos aire que el necesario para limpiar con efectividad el barreno, se producen los siuientes efectos neativos' * )isminución de la velocidad de penetración. * +umento del empuje necesario para perforar. * 7ncremento de las aver%as de la perforadora, debido al ma#or par necesario para hacer irar el tr%cono. * aumento del desaste en el estabilizador, en la barra # en el tr%cono.
d4 E!-7)+) )E @+//7)' Es la rapidez con que el aire sale del taladro. !as pérdidas de los compresores por efecto de la alta elevación # temperaturas altas, causan una disminución en la velocidad de barrido.
8
PERFORACION
V6789# 6 8## 6 # P#";8!# es la velocidad con que cada part%cula quiere caer al fondo del taladro.
V6789# 6 S#9# 6 7< D6;"9;!< es la diferencia neta entre la velocidad de barrido # la velocidad de ca%da de la part%cula. V =
183.35 x Q 2
D −d
2
)ónde' K elocidad de barrido =pies9min4 ) K )iámetro de la broca =puladas4 d K diámetro del tubo =puladas4 5 K olumen de aire del compresor =cfm4
CUADRO N° = CÁLCULO DE VELOCIDAD DE BARRIDO DIAMETRO DE LA BROCA
0.)0+ !4
DIAMETRO DEL TUBO
=.2+ !4
VOLUMEN DE AIRE DEL COMPRESOR
12. 8>(
VELOCIDAD DE BARRIDO
?+)+.=3 96<(9@
El caudal de aire necesario se calcula mediante la e"presión.
( D − d ) 2
Qa= Ab x Va=Va x
2
1.27
)ónde' 9
PERFORACION
5a K -audal de aire =mD9min4 +b K +rea de la corona circular entre la barra # la pared del barreno =m(4 a K elocidad ascensional m%nima =m9min4 ) K )iámetro del barreno =m4 d K )imetro de la barra =m4 tra fórmula para determinación apro"imada del caudal es' Qa=224 x D
3/ 2
)ónde' 5a K caudal de aire =mD9min4 ) K )iámetro del barreno =m4
e4 723E--7F2 )E +A6+ +! +!+)/'
/equerida para suprimir el polvo # empatar el pozoN sin embaro la broca se debe operar sin aua, debido a que da$a los rociamientos # fractura los rodillos. Si areamos demasiada aua cortamos la vida de la broca hasta un tercio de su vida &til, el dise$o de la broca es para perforar sin aua.
f4 E!-7)+) )E PE2E/+-7F2' !a velocidad de penetración depende de muchos factores e"ternos como caracter%sticas eolóicas, propiedades f%sicas de las rocas, distribución de las tenciones, estructura entre otros. !a velocidad de penetración se e"presa en metros por hora =m9h4 o pies por hora =ft9h4. 10
PERFORACION
MODIFICADA DE BAUER
VP% =1- 2) 74 RC ,
E D
,
Nr 300
)onde' P Kvelocidad de penetración =ft9h4 /-K resistencia a la compresión =m lb9pulO( 4 E9)KEmpuje unitario = m lb9pul de diamtro4 2rK velocidad de rotación =r9min4
FORMULA DE PRAILLET: VP=
63.9 x W
xR
0.9
D x C x C
)ónde' PK elocidad de penetración =m9h4. I K ptimo peso sobre la broca =4. / K elocidad /otación =/PM4. - K /esistencia de comprensión roca =Mpa4. ) K )iámetro de la broca =mm4, Esta fórmula tiene una ma#or fiabilidad en todos los ranos de resistencias de las rocas, # permite calcular en una operación en marcha el valor de /-.
CUADRO N° 0 CÁLCULO DE VELOCIDAD DE PENTRACION MATERIAL
RC %M&'(
DIAMETRO
RPM
PULL DO)N
MINERAL
190. Mpa
7.875 pulg
60 RPM
50000 l!"a#
$E%MON&E
190. Mpa
7.875 pulg
60 RPM
50000 l!"a#
11
VELOCIDAD DE PENETRACIO N
2*.25 &+,-/0' 2".29 /0
PERFORACION
MODIFICAD A DE AUER FORMULA DE PRAILLET
3.' DIÁMETRO DE PERFORACIÓN !a 0iura siuiente refleja cómo la velocidad de penetración opten ida con empuje # velocidad de rotación constante es proporcional al inverso del diámetro de perforación al cuadrado.
ariación de la velocidad de penetración con el diámetro
. ELECCIÓN DE EQUIPO DE PERFORACION: .1 CRITERIOS DE SELECCIÓN DE PERFORADORAS 6na vez determinado el diámetro de perforación a utilizar, que depende de'
Producción requerida. ama$o # n&mero de equipos de cara # transporte +ltura de banco. !imitaciones ambientales del entorno # -ostes de operación. 12
PERFORACION
eniendo en cuenta las propiedades eomecánicas de la roca a perforar, se determinarán' * * *
!as caracter%sticas de la perforadora. El tipo de tr%cono. El varillaje # los accesorios.
El dise$o adecuado de una perforadora requiere la consideración de la potencia de rotación necesaria para hacer irar el tr%cono # el medio adecuado de evacuación del detritus.
.1 POTENCIA DE ROTACIÓN !a potencia de rotación requerida es iual al producto del par necesario para hacer irar el tr%cono por la velocidad de rotación. HPr=
Nr x Tr
5.250
)ónde' >P K Potencia de rotación =>P4. 2 K elocidad de rotación =r9min4 K Par de rotación =lb*pies4. El par de rotación aumenta con el empuje sobre el tr%cono # la profundidad del barreno. 2ormalmente, las perforadoras se dise$an con una capacidad de par comprendida entre ;B # (B libras9pie por libra de empuje. -uando no se conoce el par necesario, la potencia de rotación se puede calcular a partir de la siuiente e"presión'
P* % , N* , )onde' >P K Potencia de rotación =>P4. 13
D
2 .5
,
E
2 .5
PERFORACION
2 K elocidad de rotación =r9min4 ) K )iámetro de perforación =pul4 E K Empuje =miles de libras por pulada de diámetro* Q K -onstante de la formación =-6+)/ 2R 84
CUADR N° 0 ROCA M! #@# B#@#
RESISTENCIA A COMRESION &MP#' **
−5
14.10
**
M697 #@#
;8.H
M697
H<.B
D!"#
(;B.B
(! !"#
CONSTANTE
G8<.B
−5
12.10
−5
10.10
8.10
−5
−5
6.10
4.10
−5
-omparación de las potencias de rotación # empuje para diversos tipos de roca. 14
PERFORACION
.2 EMPUJE NECESARIO !a potencia necesaria para el empuje es peque$a comparada con la de rotación. +demás, el empuje sobre el tr%cono, como se ha visto anteriormente, depende del diámetro # de la resistencia a compresión de la roca. !a capacidad de empuje de la máquina se recomienda que sea un DB ma#or que el empuje má"imo de trabajo. 6na vez conocido este parámetro de dise$o, se tendrá definido el peso de la máquina, #a que el empuje suele ser el HB del peso en trabajo, disponiendo de un ;B a un ;H de reserva para aseurar la estabilidad del equipo durante la operación # los desplazamientos.
Empuje sobre la boca en función del diámetro # del tipo de roca =; ip K G,GG: Qn4.
.3 COMPRESOR !os compresores que se utilizan en la actualidad son básicamente de dos tipos' de paletas # de tornillo. El rano de capacidades va desde los 8 a los 8B m T9min apro"imadamente. anto el tama$o de estos equipos como el tipo son opcionales en la ma#or%a de los casos. 15
PERFORACION
. TIPO DE TRICONO 6no de los aspectos más importantes de la perforación rotativa es la elección adecuada del tr%cono, #a que en caso contrario se tendrá' * elocidad de penetración menor que la óptima. * /educida duración del tr%cono #, por lo tanto, un coste por metro perforado ma#or.
+. EQUIPOS DE PERFORACION:
PERFORADORA DML-SP A;#< C787 El )M!*SP de +tlas -opco es un equipo de perforación rotativa montado sobre oruas con accionamiento hidráulico, dise$ado espec%ficamente para barrenos de voladura para producción con profundidades de hasta ;:,D m =
CARACTER$STICAS Y VENTAJAS Puede perforar hasta ;:,D m =
•
de perforación en todos los barrenos !a elevación o descenso de la torre se puede realizar en menos de un
•
minuto •
!a fijación de la torre se efect&a de forma remota desde el interior de la cabina del operador
•
El )M!*SP se puede confiurar para perforación rotativa a baja presión o para perforación con martillo en fondo a alta presión 16
PERFORACION
CUADRO N° ) CARACTERISTICAS
Especificaciones técnicas Series de productos
Mid*rane drillin ris
Método de perforación
/otativa # martillo en fondo 1 Sinle Pass
>ole diameter
;H( * (H; mm
Empuje hidráulico
(GB 2
racción hidráulica
(GB 2
Peso sobre la broca
(GHBB
Profundidad en una pasada
;H.( m
Profundidad en una pasada, opción
;:.D m
Profundidad má"ima de barreno
;H.( m
Peso estimado
G; * GH t
)iámetro del barreno
;H( * (H; mm
Profundidad de barreno má"ima, opción
;:.D m
17
18
PERFORACION
19
PERFORACION
PERFORACION
=. ACCESORISO DE PERFORACION: SARTA DE PERFORACION !a sarta de perforación está formada por el acoplamiento de rotación, las barras, el estabilizador # el tricono.
Este es un %tem mu# sinificativo en cuanto a costos se refiere, #a que ésta se encuentran incluidas las brocas, barras, estabilizadores, dentro de esto las brocas o triconos son los más importantes #a que representan el costo sinificativo dentro de lo que es accesorios de perforación.
BARRAS O BARRETONES !os barretones o barras como se les llama, sirven para transmitir el empuje sobre la broca # para canalizar por su interior el aire comprimido necesario para la limpieza del barreno # para el enfriamiento de los cojinetes. Están constituidos de acero con un espesor de ; pulada. En el pro#ecto 07M*62+ P62 se usan barretones de ;H.( m de lonitud, con un espesor de ; U # diámetros de < V W. 20
PERFORACION
CUADRO N°? CARACTERISTICAS DE LAS BARRAS MARCA LONGITUD DIAMETRO PARED VIDA UTIL RECORRIDO 87<;7 !6<;7 6@ (9@#
HB pies*;H.( m < ;9G U* ;HLmm ; pul DHBBB. m DBBBB. m X D,:<<.BB
'%()* ( 0.13
BROCAS O TRICONOS &BITS' !a broca o tricono es el elemento principal en la operación de perforación, por medio de él se van e"cavando los taladros, asimismo se utilizan brocas reconstruidas procedentes )el e"tranjero. !as brocas contienen conos iratorios con insertos de carburo de tunsteno de formas bal%sticas. Este tricono tiene un tama$o de 8 89:U de diámetro, con un peso de DD., valorizado en 6SX G,:L;.BB
CONDICIONES PARA LA SELECCIÓN DE LA BROCA. Aeneralmente se considera las siuientes condiciones'
ipo roca !onitud de diámetro de taladro Equipo de perforación Problema de vibración # lanzamiento. elocidad de perforación -ostos TIPOS DE TRICONOS
21
PERFORACION
E"isten dos tipos de tr%conos' *)e insertos *)e dientes. !os triconos de dientes tienen la ventaja de su bajo costo, pues valen la quinta parte que uno de insertos. Sin embaro, las ventajas de los de insertos son' * Mantienen la velocidad de penetración durante la vida del tr%cono. * /equieren menos empuje para conseuir una velocidad de penetración. * Precisan menos par, # as% disminu#en las tensiones sobre los motores de rotación.
@. 72SE/S
@. )7E2ES
22
PERFORACION
/educen las vibraciones, produciendo menos fatias en la perforadora # en el varillaje. * )isminu#e el desaste sobre el estabilizador # la barra porque los insertos de carburo mantienen el diámetro del tr%cono mejor que los de dientes. * Producen menos pérdidas de tiempo por cambio de bocas # menores da$os a las roscas.
23
PERFORACION
CUADRO N° 1 CARACTERISTICAS DE LA BROCA BROCA
;"987@987
DIAMETRO
8.:8H pul
MARCA
@>
PRECIO
X G,:L;.BB
6SX9m G.:B8GDBLG
VIDA DE LA BROCA
;B;8.D: m
VIDA DE LA BROCA 24
PERFORACION
CUADRO N° 11 CÁLCULO DE NUMERO DE BROCAS UNID. PERFORADORA
(; 6">(6<
(; 6">#7
N° N° B"78#<#7 B"78#<(6<
PE/0*;B
8HH<.; m
LB<8D.( m
LB
:
PE/0*;;
8HH<.; m
LB<8D.( m
LB
:
;H;;(.( m
;:;DG<.G m
;:B
;<
total
ESTABILIHADORES O REAMERS El propósito de los estabilizadores es mantener la concentricidad de la rotación de la broca en su propio eje. Esto minimiza sus movimientos laterales # dirie la ener%a # fuerzas que accionan sobre la broca en la dirección a"ial del barreno, esto induce menor desaste de la broca # un barreno más vertical que permite una retracción de la sarta de barrenación # un carado de e"plosivos =aentes de voladura4 más uniforme.
CUADRO N° 12 CARACTERISTICAS DEL ESTABILIHADOR 25
PERFORACION
FABRICANTES
TIESSEN
TIPO
+!E+S
DIAMETRO
8 89: P6!A
VIDA UTIL
;HBBB. m
RECORRIDO
;;BBB. m
PRECIO
X H,:(H.BB
6SX9m X B.HD
0. CONTROL DE TIEMPOS: Estudio de tiempos de operaciones en perforación primaria'
CICLO DE LA OPERACION
26
7EMPS P/)6-7S'
7nstalación de perforadora =desplaz.. de una taladro a otro4 2ivelación =bajar atos4 Perforación propiamente dicha /ecobro de taladros erificación de profundidad Subir atos iempo total del ciclo de perforación 9taladro
7EMPS 7MP/)6-7S'
-ambio de uardia =entrada # salida4 /efrierio Servicio =enrase4 !impieza de perforadora = final uardia4 Mantenimiento de ener%a otal del tiempo improductivo 9uardia
7EMP )E M+2E27M7E2 3 /EP+/+-7F2
PERFORACION
H minutos D minutos DG minutos D minutos ( minutos ( minutos GL minutos
;BB minutos (B M726S
). DISPONIBILIDAD Y UTILIHACION DE EQUIPOS DE PERFORACION: El estudio de tiempos e perforación # la perforabilidad de los diferentes tipos de rocas, permite hallar la capacidad productiva de los equipos de perforación, as% como la optimización del uso de estos equipos # la elaboración de un prorama de requerimiento a corto, mediano # laro plazo. Se entiende que la )isponibilidad # la 6tilización son responsabilidad para las áreas de Mantenimiento # peraciones mina.
8.; )7SP27@7!7)+)' -orresponde al porcentaje de tiempo en que el equipo está disponible para operar # realizar la función para la que está dise$ada, en relación con el tiempo total. Esta disponibilidad se e"presa como un porcentaje de disponibilidad.
27
DISP=
PERFORACION
TT − MP− MNP TT
)ónde' M2P K Mantenimiento no proramado MP K Mantenimiento proramado K iempo total 8.( 67!7Y+-7F2' 6tilización o 6so 2eto de la )isponibilidad. Es el uso neto del equipo respecto de la disponibilidad, 2os muestra cuánto provecho obtiene operaciones del esfuerzo de mantenimiento por entrear los equipos disponibles. UT =
TNOP TT − MP − MNP
)ónde' 2P K iempo neto operativo M2P K Mantenimiento no proramado MP K Mantenimiento proramado K iempo tota
28
