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PERFORACION Y VOLADURACapitulo I.- Las perforaciones en la actividades mineras DOCENTE: ARMANDO HUMBERTO BOHORQUEZ HUARACajamarca, 11 de Septiembre de 2012

Actividad MineraFases:1. Prospeccin2. Exploracin3. Desarrollo4. Preparacin5. Explotacin6. Procesamiento7. Comercializacin 8. Cierre de mina

Ciclo de Trabajo - Perforacin Desarrollos y Preparaciones - Voladura (frentes) - Acarreo - Transporte

- Perforacin - VoladuraExplotacin (tajos) - Extraccin - Relleno - Transporte

Definicin de PerforacinPerforacin SubterrneaPerforacin Superficial

Qu es la perforacin?Se entiende como perforacin en minera la accin o acto que, a travs de medios mecnicos, tiene como finalidad construir un agujero. Para que esto se logre debe extraerse todo el material destruido dentro del agujero mediante la utilizacin de aire comprimido o agua. En este punto es donde se produce la diferencia entre lo que es la perforacin de exploracin y la de produccinQu es la perforacin?En el primer caso la materia que se extrae sirve con el propsito de analizar y poder determinar tipos, calidades y cantidades de mineral para la eventual explotacin del yacimiento. La perforacin de produccin, en tanto, tiene por finalidad cargar los agujeros con explosivos y generar la voladura para poder quebrar la roca y as ir avanzando con la explotacin de la mina.Los sistemas de penetracin de la roca que han sidodesarrollados y clasificados por orden de aplicacin son:

en minera y obra pblica laperforacin se realiza actualmente, de una forma casigeneral, utilizando la energa mecnica.La perforacin se basa en principios mecnicos de percusin y rotacin , cuyos efectos de golpe y friccin trituran la roca

PerforacinLos componentes principales de un sistema de perforacinde este tipo son:

perforadorabarrenobrocaFluido de barridoperforadora

la perforadora que es la fuentede energa mecnica.el varillaje o barreno que es el medio detransmisin de esa energa.

la boca o broca que es el til queejerce sobre la roca dicha energa

el fluido de barrido que efecta la limpieza y evacuacin del detrito producidoSeccin del taladro:Espaciadores inertesTaco inerteCordn detonante CeboPartes de un taladro

Accesorios de PerforacinBarrenos 2, 4 6 8

BarretillaSaca barrenosCucharillaAtacador de maderaLlave stilsonAceiteFsforo o chispero

EQUIPOS DE PERFORACIN

1. Manuales De percusin con aire comprimido, para huecos pequeos (25 a 50 mm de dimetro), para trabajo horizontal o al piso (jack leg) o para huecos verticales al techo (stopers).

Actualmente se emplean tres tipos de mquinas perforadoras2. MecanizadasDe percusin y de roto percusin, montadas en chasis sobre ruedas u orugas. Para huecos hasta 150 mm y 20 m de profundidad. Ejemplo los wagondrill, track drill y jumbos neumticos o hidrulicos, que emplean barrenos acoplables con brocas intercambiables

3. Mecanizadas rotatoriasGeneralmente de grandes dimensiones para uso en tajos abiertos, montadas sobre camin o sobre orugas con traslacin propia, con motor rotatorio independiente y perforacion por presin con brocas rotatorias.

DISEO DE UNA MALLALos trabajos perforacin depende de un diseo de malla adecuado:

MALLA DE PERFORACION:

19Por otro lado, los tipos de trabajo, tanto en obras de superficie como subterrneas, pueden clasificarse en los siguientes grupos:Perforacin de banqueo.Perforacin de avance de galeras y tneles.Perforacin de produccin.Perforacin de chimeneas. Perforacin de rocas con recubrimiento.Sostenimiento de rocas.a) Perforacin de banqueo.

Perforaciones verticales o inclinadas utilizadas preferentemente en proyectos a cielo abierto y minera subterrnea (L.B.H.) (long blast hole). Este tipo de perforacin se emplea, en general, para la minera a cielo abierto y para algunos mtodos de explotacin subterrnea, como el hundimiento por subniveles.

b) Perforacin de avance de galeras y tneles.Perforaciones preferentemente horizontales llevadas a cabo en forma manual o mecanizada. Los equipos y mtodos varan segn el sistema de explotacin, pero por lo general, para minera en gran escala subterrnea se utilizan los equipos de perforacin llamados "jumbos", que poseen desde uno a tres o ms brazos de perforacin y permiten realizar las labores de manera rpida y automatizada.

c) Perforacin de produccin.Con este nombre se conoce al conjunto de trabajos de extraccin del mineral que se realiza en las explotaciones mineras. Una perforacin de produccin corresponde a la que se ejecuta para cumplir los programas de produccin que estn previamente establecidos.

d) Perforacin de chimeneas. Raise Boring

Se trata de las labores verticales, que son muy utilizadas en minera subterrnea y en obras civiles. En ellas se emplean mtodos de perforacin especialesJaula trepadora Alimak

e)Perforacin de rocas con recubrimiento.Se utiliza por ejemplo, en perforacin de pozos de captacin de aguas y perforaciones submarinas.

f) Sostenimiento de rocasUtilizado para la colocacin de pernos de anclaje en labores subterrneas principalmente.

Desarrollo de la perforacin en minera

Diferentes Clasificaciones (Segn el mtodo mecnico de perforacin)RotopercutivosMtodos rotativosSon los ms utilizados en casi todos los tipos de roca, tanto si el martillo se sita en cabeza como en el fondo del barreno.Se subdividen a su vez en dos grupos, segn que la penetracin se realice por trituracin (triconos), o por corte (brocas especiales). El primer sistema se aplica en rocas de dureza media a alta y el segundo en rocas blandas.Martillo en fondoMartillo en cabezaEn estas perforadoras dos de las acciones bsicas, rotacin y percusin, se producen fuera del barreno transmitindose a travs de una espiga y varillas hasta la broca de perforacin. Los martillos pueden ser adicionalmente neumticos o hidrulicos.La percusin se realiza directamente sobre la broca de perforacin, mientras que la rotacin se efecta en el exterior del barreno.30Atendiendo a la Resistencia a Compresin de las rocas y al dimetro de perforacin, se pueden delimitar los campos de aplicacin de los diferentes mtodos tal como se refleja en la Fig1.1.

Segn el tipo de trabajo que se realice en minera u obra pblica de superficie los equipos que ms se utilizan y dimetros ms comunes para las voladuras en banco se recogen en la Fig. 1.2.

CLASIFICACION DE LAS ROCASLa perforacin de barrenos se realiza, casi en la totalidad de los casos, en masas rocosas, por lo que es interesante antes de iniciar una obra conocer los diferentes tipos de materiales que se presentan y sus propiedades bsicas.Estas caractersticas de las rocas dependen en gran medida de su origen, por lo que a continuacin se describen brevemente los tres grandes grupos que existen.CLASIFICACION DE LAS ROCAS Rocas gneasSu comportamiento ante la fragmentacin, corte, desgaste y meteorizacin puede ser variado; aunque las rocas gneas sin meteorizar, a efectos de su perforacin, son todas duras y compactas.Si la roca tiene un contenido en SiO2 superior al 62%, geoqumicamente se la denomina cida, entre ese valor y el 52% intermedia, entre 45 y 52% bsica, y finalmente con valores menores del 45% es ultra bsica. En el mismo sentido que las rocas gneas son ms pobres en slice, a la vez son ms ricas en silicatos ferro magnesianos. Las cidas son ms abrasivas y duras que las bsicas; pero stas ltimas son ms densas y resistentes al impacto que las primeras.Rocas metamrficasEstas rocas son intermedias en sus caractersticas fsicas y qumicas, entre las gneas y las sedimentarias, pues presentan asociaciones de minerales que pertenecen a los dos tipos.As se encuentran en ellas minerales, como el cuarzo, los feldespatos, las micas, los anfboles, los piroxenos y los olivinos, esenciales en las rocas gneas, pero no tienen feldespatoides. Como en las rocas sedimentarias, pueden tener calcita, dolomita, slice y hematites; pero no tienen minerales evaporticos.

Rocas sedimentariasLas rocas sedimentarias se forman por la acumulacin de restos o detritus de otras rocas preexistentes, por la precipitacin qumica de minerales solubilizados o por la acumulacin de restos de animales o vegetales.CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOS TIPOS DE ROCA.CalizaFcil de excavar; consumo reducido de explosivos y barrenos. Pueden encontrarse cavernas, a veces de grandes dimensiones, y manantiales de agua importantes. No suelen hallarse gases peligrosos.

CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOS TIPOS DE ROCA.Arenisca Fcil de excavar; consumo de explosivos normalmente menor que en la caliza; mayor consumo de barrenos. No suele presentar discontinuidades ni se encuentran grandes manantiales de agua.

CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOS TIPOS DE ROCA.Pizarra De excavacin fcil; segn su naturaleza y de la inclinacin de los estratos, suele encontrarse poco agua, aunque a veces se presentan manantiales importantes cuando la capa fretica est sobre la excavacin. Las pizarras pueden ir asociadas al yeso y al carbn; en el caso del segundo, puede existir el metano, gas explosivo muy peligroso; puede hallarse tambin el hidrgeno sulfurado, mortal, aunque en pequeas cantidades.

CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOS TIPOS DE ROCA.Rocas granticasGeneralmente fciles de excavar; no se necesita entibar y el revestimiento preciso es, normalmente, pequeo; el consumo medio de los explosivos es ms del doble que en la arenisca normal; el de barrenos, depende de la naturaleza de la roca, que vara entre lmites muy amplios; aunque, normalmente, las condiciones de esta roca son favorables, de vez en cuando pueden encontrarse manantiales de agua con grandes caudales.

CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOS TIPOS DE ROCA.Rocas volcnicasSon costosas de barrenar y precisan importante consumo de explosivos; suelen encontrarse estratos de tobas descompuestas que dan lugar a grandes manantiales, como tambin gases peligrosos, txicos o explosivos.

FACTORES DE INFLUENCIAPropiedades de las rocas que afectan a la perforacinLas principales propiedades fsicas ms importantes de las rocas que influyen en los mecanismos de penetracin y consecuentemente en la eleccin del mtodo de perforacin son:DurezaResistenciaElasticidadPlasticidadAbrasividadTexturaEstructuraCaractersticas de roturadurezaSe entiende por dureza la resistencia de una capa superficial a la penetracin en ella de otro cuerpo ms duro.La dureza de las rocas es el principal tipo de resistencia a superar durante la perforacin, pues cuando se logra la penetracin del til el resto de las acciones se desarrollan fcilmente.

Escala de Mohsdureza

Resistencia Se llama resistencia mecnica de una roca a la propiedad de oponerse a su destruccin bajo una carga exterior, esttica o dinmica.Las rocas oponen una resistencia mxima a la compresin.La resistencia de las rocas depende fundamentalmente de su composicin mineralgica.Resistencia a la compresin simple

Elasticidad La mayora de los minerales constituyentes de las rocas tienen un comportamiento elstico-frgil, que obedece a la Ley de Hooke, y se destruyen cuando las tensiones superan el lmite de elasticidadelasticidad

Plasticidad En algunas rocas, a la destruccin le precede la deformacin plstica.Esta comienza en cuanto las tensiones en la roca superan el lmite de elasticidad.La plasticidad depende de la composicin mineral de las rocas y disminuye con el aumento del contenido de cuarzo, feldespato y otros minerales duros. Las arcillas hmedas y algunas rocas homogneas poseen altas propiedades plsticas.Abrasividad La abrasividad es la capacidad de las rocas para desgastarla superficie de contacto de otro cuerpo ms duro, en el proceso de rozamiento durante el movimiento.Esta propiedad influye mucho en la vida de los tiles de perforacin.Abrasividad.- En la Tabla 1.2 se indican algunos contenidos medios de diferentes tipos de roca.

Textura La textura de una roca se refiere a la estructura de los granos de minerales constituyentes de sta. Se manifiesta a travs del tamao de los granos, la forma, la porosidad, etc. Todos estos aspectos tienen una influencia significativa en el rendimiento de la perforacin.Como los granos tienen forma lenticular, como en un esquisto, la perforacin es ms difcil que cuando son redondos, como en una arenisca.Estructura Las propiedades estructurales de los macizos rocosos, tales como esquistosidad, planos de estratificacin, juntas, diaclasas y fallas, as como el rumbo y el buzamiento de stas afectan a la linealidad de los barrenos, a los rendimientos de perforacin y a la estabilidad de las paredes de los taladros.En la Fig. 1.7 se clasifican los macizos rocosos a partir del espaciamiento entre juntas y la resistencia del material rocoso.

PARAMETROS DE RENDIMIENTOSAlgunos de los parmetros ms importantes son, por ejemplo, la presin sobre la corona, el par de rotacin, la velocidad de rotacin, velocidad de penetracin, y la presin de fluido. Estos parmetros pueden combinarse mediante ecuaciones ms complejas, para obtener otros parmetros como la energa especfica o el d-exponent, que pueden correlacionarse con las propiedades geomecnicas del terreno.

Parmetros de perforacinVelocidad de rotacin (rpm)Fuerza de empujeDimetro de perforacinVelocidad y caudal del aire de barridoDesgaste de los trpanos

Dureza o resistencia de la roca

60Velocidad de RotacinEn principio, conceptualmente la velocidad de rotacin es inversamente proporcional a la resistencia a compresin de la roca. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la velocidad de rotacin tambin vara en funcin de la marcha en la que se est trabajando. Por eso, es mejor tener en cuenta el par motor, que para su clculo ya se introducen las variables de la presin de la bomba hidrulica, la marcha, y la velocidad de rotacin.Fuerza de empuje y dimetro de perforacinLa fuerza de empuje que es necesario aplicar aumenta directamente con la dureza de la roca, y debe alcanzar una magnitud suficiente para sobrepasar su resistencia a la compresin. Por otra parte, esta fuerza no puede exceder un determinado valor lmite, para evitar daos prematuros en la cabeza de perforacin. En formaciones rocosas duras o muy duras, una fuerza excesiva conduce a la incrustacin de la cabeza y consecuente destruccin, lo que significa el trmino de la vida til de la herramienta. Fuerza de empuje y dimetro de perforacinA su vez, a mayor dimetro de perforacin, ms grande es la cabeza de la barrena y por consiguiente mayor la superficie a perforar por lo que ofrecer mayor resistencia. En suma, la fuerza de empuje es funcin de dos variables: la dureza de la roca y el dimetro de perforacin. Velocidad y caudal del aire de barridoVelocidad de rotacin.-Mientras el barrido es perfecto, la velocidad de avance (Va) es linealmente proporcional a la velocidad de rotacin. (Vase figura 3.1).

En la prctica, a medida que Va aumenta, el barrido se torna ineficiente.Velocidad de avance vs. Parmetros de perforacinVelocidad y caudal del aire de barridoFuerza de empuje.-Mientras el barrido es perfecto, la velocidad de avance (Va) aumenta exponencialmente con la fuerza de empuje.En la prctica, a medida que Va aumenta, el barrido se torna deficiente.Velocidad de avance vs. Parmetros de perforacin

Desgaste del tricono La velocidad de avance decrece exponencialmente con el desgate del tricono.

glosarioAtacador Retacado Herramienta empleada para compactar los cartuchos de explosivo y el material inerte de retacadoZona de los barrenos sin carga de explosivo que se rellena con un material inerte, polvo, arena, arcilla, etc.glosarioSobre perforacin Roca sueltaLongitud de barreno perforada por debajo del nivel de arranque proyectado.Fragmentos de roca desprendidos por las grietas o diaclasasglosarioVelocidad de penetracinVelocidad de perforacinRitmo neto de avance durante la perforacin de un barreno.Ritmo medio de perforacin de barrenos incluyendo los tiempos no productivos.

muchas gracias