Equipos de Perforacion
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EQUIPOS DE PERFORACIÓN EN MINERIA DE RAJO Y SUBTERRANEA
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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.
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. 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
CARACTERÍSTICAS JACK LEG STOPPER
PESO 25-28 Kg. + unidad de empuje 14-21 Kg 40 Kg
LARGO BARRAS MÁX 2.4 mt 2.4 mt
CONSUMO DE AIRE A 6 bar 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
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 US / IMP MÉTRICO
Diámetro del cilindro 3.125" 79.4mm
Carrera del pistón 2.875" 73.25mm
Carrera útil del pistón 2.625" 66.7mm
Frecuencia de impacto 2250.0bpm 2250.0g/m
Longitud de la perforadora 27.0" 686.0mm
Peso de la perforadora 72.75lbs 33.0kg
Peso de la pierna 33.00lbs 15.0kg
Carrera de la pierna de avance 50.00" 1270.0mm
Diámetro interior del cilindro de avance 2.625" 67.0mm
Consumo de aire (620 kPa/90 psi) 170.0 cfm 4.9 m3
Tamaño de barrena (estándar) 7/8" x 4 1/4" 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 de chimenea (mt)
Diámetro perforación piloto
(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
La Estación de Trabajo podrá estar ubicada en superficie o interior de la mina.
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 52-
R, 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
DM 45 5 7/8'' - 9''
149 mm - 229 mm
45,000 lb
20,400 kg
DML-SP 6'' - 9 7/8''
152 mm - 251 mm
54,000 lb
24,500 kg
DML
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
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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.
EQUIPOS DE PERFORACIÓN EN MINERIA DE RAJO Y SUBTERRANEA
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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
EQUIPOS DE PERFORACIÓN EN MINERIA DE RAJO Y SUBTERRANEA
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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 ; 15 – 17
Carrera del pistón ( mm ) ; 35 – 95
Frecuencia de golpeo ( golpes/ min ) ; 1500 – 3400
Velocidad de rotación ( r/ min) ; 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 ) ; 7,5 – 25
Potencia de impacto ( KW) ; 6 – 20
Frecuencia de golpeo ( golpe/min ) ; 2000- 5000
Velocidad de rotación ( r/min ) ; 0 – 500
Par máximo ( Nm ) ; 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.
Soldadura lateral aportada para dar
mayor resistencia al desgaste. Para
terrenos fracturados y abrasivos.
BOTON LATERAL RETRACTIL
Se utiliza para proteger el desgaste
del gauge en terrenos no
consolidados y poco abrasivos.
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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CONCLUSIÓN
De lo que pudimos advertir con la ayuda de este informe sobre los equipos
de perforación en minería subterránea y cielo abierto, es que las características de
los diferentes equipos que nos facilitan a una mejor selección, varían según la
labor que les corresponda, ya que estos equipos van cambiando según: tamaño,
diámetro de perforación, largo de barras, tipos de cabezal, energía, adaptabilidad
en el terreno, velocidad de desplazamiento, facilidad de operación y
mantenimiento, además de los costos de adquisición.
Es por ello que debemos analizar y estudiar el yacimiento considerando su
mineralización, ubicación geográfica, años de vida de la mina y método de
explotación para poder determinar si el equipo cumple con las expectativas
exigidas.
El desarrollo paralelo de equipos más potentes y aceros más resistentes y
eficientes tienen la finalidad de satisfacer las altas exigencias de los usuarios.
Todos estos avances tecnológicos por mínimos que parezcan, apuntan a
satisfacer la creciente necesidad que tienen las empresas de maximizar
rendimientos y minimizar tiempos de perforación para una mayor rentabilidad de la
mina y mayores beneficios.