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Perforación de avance de galerías ytúneles con Jumbo.

Rafael Rodríguez

Emilio Adasme.

Alberto Pinto M.

Aire comprimido y Perforación Alberto Montenegro.

martes, 29 de mayo de 2012



RESUMEN.

La siguiente presentación dará a conocer una breve

información de los usos de las galerías y túneles en

minería y obras civiles, para seguir, con una descripción

detallada, sobre los métodos y técnicas, así tambiénmaquinaria y herramientas utilizadas para las labores

de construcción de estos.

De dará énfasis a los tiempos de labores de avance,

estudiados en el curso “aires comprimido y

perforación”, interpolados al proyecto de expansión de

la mina subterránea Chuquicamata de Codelco.



OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

• Aplicar los conocimientos aprendidos en clases.

• Seleccionar el mejor método de perforación

para el avance de una galería o túnel.

• Determinar los tiempos de avance de unaperforación.



OBJETIVOS GENERALES.

• Obtener los conocimientos prácticos para la

realización de un proyecto de perforación de

avance de galería, con todos los detalles y por

menores que esto requiera, como examen finaldel curso de “aire comprimido y perforación” .



Descripción de los procesos.

Túneles y galerías:

Un túnel es una edificación que se desarrolla en el

interior de la corteza terrestre.

Todo proyecto de construcción de un túnel

empieza con un estudio geológico, luego vienen

otros estudios de ingeniería para ver su factibilidadde construcción.




Estudio geológico.Tipos de roca:

1.Rocas Ígneas.

2.Rocas Extrusivas o Lavas.

3.Rocas Intrusivas.4.Rocas hiperbasales.

5.Metamórficas.

6.Rocas sedimentarias. – Sedimentaria clásicas (Clasto = partícula).

– Sedimentarias químicas.

– Sedimentarias orgánicas.

– Rocas metamórficas




Estudio geológico.




Características geotécnicas:Un macizo rocoso está compuesto por fragmentos y

bloques de diferentes tamaños, estructura, composición y

propiedades mecánicas:

1.Propiedades elásticas.

2.Comportamiento plástico o viscoelastico.

3.Estado de los esfuerzos ( originales, modificados por la excavación)

4.Consolidación, compactación y competencia.

5.Otras propiedades físicas. – Densidad.

– Gravedad específica.

– Porosidad.

– Permeabilidad.




Características geotécnicas:Material

Specific

Gravity Material

Specific

Gravity

Andesite 2.5 - 2.8 Iron Ore 4.5 - 5.3

Basalt/Traprock 2.8 - 3.0 Lead Ore

(Galena) 7.5

Coal - Anthracite 1.3 Limestone 2.3 - 2.7

Coal - Bituminous 1.1 - 1.4 Marble 2.4 - 2.7

Copper Ore 2 Mica, schist 2.5 - 2.9

Diabase 2.6 - 3.0 Quartzite 2.6 - 2.8

Diorite 2.8 - 3.0 Rhyolite 2.4 - 2.6

Dolomite 2.8 - 2.9 Rock Salt 2.5 - 2.6

Earth (dry) 1.6 - 1.8 Sandstone 2.2 - 2.8

Earth (wet) 2 Shale 2.4 - 2.8

Gneiss 2.6 - 2.9 Slate 2.7 - 2.8

Granite

2.6 - 2.7

Talc

2.6 - 2.8

Gypsum 2.3 - 2.8




Problemas relacionados a la excavación en roca.Los medios necesarios para realizar una excavación varían con la naturaleza

del terreno, que desde este punto de vista, se pueden clasificar en:

•Terrenos sueltos.

•

Terrenos flojos.•Terrenos duros.

•Terrenos de tránsito.

•Roca blanda.

•Roca dura.

•Roca muy dura.




Características y peligros de algunas tipos de rocas.

• Caliza: Fácil 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.

• Arenisca: Fácil 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.

•

Pizarras: De excavación fácil; según su naturaleza y de la inclinación delos estratos, suele encontrarse poco agua, aunque a veces se presentan

manantiales importantes cuando la capa freática está sobre la excavación.

Las pizarras pueden ir asociadas al yeso y al carbón; en el caso del

segundo, puede existir el metano, gas explosivo muy peligroso; puede

hallarse también el hidrógeno sulfurado, mortal, aunque en pequeñas

cantidades.




Características y peligros de algunas tipos de rocas.

• Rocas graníticas: Generalmente fáciles de excavar; no se necesita entibar

y el revestimiento preciso es, normalmente, pequeño; el consumo medio de

los explosivos es más del doble que en la arenisca normal; el de barrenos,

depende de la naturaleza de la roca, que varía entre límites muy amplios;aunque, normalmente, las condiciones de esta roca son favorables, de vez

en cuando pueden encontrarse manantiales de agua con grandes

caudales.

• Rocas volcánicas: Las rocas volcánicas son costosas de barrenar y

precisan importante consumo de explosivos; suelen encontrarse estratosde tobas descompuestas que dan lugar a grandes manantiales, como

también gases peligrosos, tóxicos o explosivos.




Condiciones económicas.

• Afectan la inversión.

• Flujo de caja.

• Periodo de retorno.

• Beneficio.




Métodos de excavación de túneles y galerías.

Perforación y voladura, convencional y mecanizada:

Se puede aplicar a rocas con resistencia a la compresión desde 80

MPa hasta las rocas más duras, es de mayor flexibilidad y el más

utilizado en la construcción de túneles.

Excavación mecánica:

• Minadores continuos: Pueden trabajar en materiales con una

resistencia a la compresión menores a 100 Mpa.• Minadores topo o TBM (tunnel Boring Machine): Pueden excavar

materiales que tengan una resistencia a la compresión hasta 250

MPa.




Evolución tecnológica.• Hace tres décadas solo se disponía de máquinas tipo jacklegs, stopers y

jackhammners o martillos neumáticos.

• La idea de mejorar la productividad, mayor avance, mayor seguridad y

menores costos obligaron a desarrollar equipos mecanizados.

• Se desarrollan las perforadoras hidráulicas que reemplazaron a las

neumáticas, para tener mayor velocidad de perforación, menor consumo de

energía, ahorro en el consumo de varillaje de perforación y un ambiente de

trabajo más saludable.

• El desarrollo de los equipos de perforación se dio en etapas bien definidas,

en los 50s aparecieron los jacklegs, en los 60s aparecieron los jumbos

neumáticos, en los 70s los jumbos hidráulicos de primera generación, amediados de los 80s la segunda generación de máquinas más avanzadas y

en los 90s aparecen los jumbos robot de tercera generación, cada vez más

modernos que alcanzan mayor velocidad de perforación.




Equipos.En los últimos dos años, los fabricantes de equipos de perforación jumbo están

disfrutado de un nuevo escenario en el mercado: las ventas, antes

concentradas en la minería, empezaron a ser equilibradas por el aumento de la

demanda del sector de la construcción. Atlas Copco y Sandvik, los dos

principales fabricantes de perforadoras jumbo que actúan en el país.




Accesorios de perforación.Los accesorios de perforación comúnmente usados son las varillas o barrenas

y las bocas de perforación. Además se emplean coplas y otros adaptadores

para el ensamblaje de las piezas. Las barrenas de perforación son

simplemente barras de acero con un conducto interior para el paso del agua de

refrigeración y unas roscas en los extremos donde se acoplan las bocas o los

manguitos. La boca de perforación es la herramienta de corte, quegeneralmente es de metal endurecido (carburo de tungsteno) o widia,

dispuesto en formas diversas: en cruz, en X o botones, con unos diámetros

habitualmente comprendidos entre 45 y 102 milímetros.

La elección de un tipo u otro de boca, así como de sus diámetros, depende del

tipo de maquinaria de perforación, de las características de la roca y del

diámetro de los cartuchos del explosivo a introducir. Generalmente las bocas

de botones son las que proporcionan un mayor rendimiento, al golpear la roca

de forma más homogénea y ser más fácil la evacuación del detritus de roca.

Para tal fin se pueden disponer varias entradas de agua frontales y también

laterales. Para la elección del material de perforación y sus accesorios se

recomiendan el uso de los manuales especializados facilitados por los

fabricantes.




Selección de Jumbos.• Tamaño o sección de túnel:

– Dimensiones operacionales.

– Requerimientos de cobertura.

•

• Frente de perforación: – Dimensiones, ancho por altura.

– Forma del túnel.

•

• Malla de perforación:

– Diámetro de taladro.

– Tipo de arranque.

– Longitud del taladro.

•

• Precisión en la perforación:

– Calidad del túnel requerido.

– Sostenimiento requerido.

•

• Requerimiento de perforación: – Corte transversal.

– Empernado.

– Taladros de inyección.

• Energía y aire: – Eléctrico o diesel.

– Red de agua y aire.




Selección de Jumbos.• Condiciones del ambiente:

– Temperatura.

– Humedad.

– Ventilación.

– Agua.

– Elevación.

•

• Leyes/regulaciones:

– Leyes y regulaciones del país.

– Regularizaciones de la mina u

obra.

– Otras regularizaciones.




Método avance con jumbo.

Variables de operación:

Las variables de operación son inherentes al sistema de perforación utilizado,

los cuales inciden en la eficiencia del proceso:

1.Velocidad de rotación.

2.Fuerza de empuje.

3.Diámetro de perforación.

4.Velocidad y caudal del aire de barrido.

5.Desgaste de los trépanos.




Desarrollo:




Aplicaciones de las perforaciones en producción.

Room and Pi l lar :

• La perforación se realiza según las prácticas habituales en el avance de

túneles y/o galerías.

Shrinkage Stoping :

• Excepcionalmente, se utiliza perforación mecanizada, mediante el uso de:

Drills wagons o jumbos con largos de barras que pueden ir de 1,8 a 2,4

metros.

Sublevel Stoping :

•

En la versión convencional de este método se perforan tiros radiales apartir de los subniveles, esto se raliza con tiros de hasta 30 mts y diámetro

de 2 a 3 pulgadas.

Cut And Fi l l :

• La perforación se realiza según las prácticas habituales en el avance de

túneles y/o galerías.




Aplicaciones de las perforaciones en producción.

Sublevel Caving:

• En primer lugar va una rampa que comunica el acceso a los subniveles,

seguido por galerías de cabecera, emplazadas en la roca yacente, por lo

general orientadas según el rumbo y siguiendo el contorno del cuerpomineralizado. A partir de estas, galerías en todos los subniveles, según las

disposiciones indicadas previamente. Estas galerías, por lo general de gran

sección, constituyen hasta un 20% de la capacidad productiva de la mina.

Block Caving:

• Acá solo se realizan túneles para las labores de extracción. Estas son

galerías paralelas espaciadas entre 15 a 20 metros, incluyendo lascorrespondientes galerías de acceso o cruzados de cabezera.



Cálculos teóricos.

Está en proyecto de evaluación la fase explotación subterránea del yacimiento

de Codelco Chuquicamata. El proyecto presenta todo tipo de galería y túnelesnecesarios para el desarrollo de una mina subterránea.




Túnel de acceso:

Corresponde al diseño de un túnel de bidimensional con sección libre, después

de fortificado, de 9,3 [mts] de ancho y alto de 5,8 [mts]. La pendiente del túnel

es de -8,85% desde el exterior y su longitud de 7.451 [mts], con un inicio en la

elevación 2.485,5 msnm aproximadamente.




Jumbo de perforación del frente de avance:

Para las perforaciones del túnel de acceso se eligió un jumbo de tres

perforadoras, calculando los tiempo de perforación en los diferentes tipos de

terreno con un mismo diámetro, los resultado obtenidos dieron un 25% más

rápido el jumbo elegido.

Jumbo Atlas Copco Rocket Boomer WE3 C

DATOS GENERALES

Serie: AVO 07A 497

Peso: 45.000 Kg.

Longitud: 17.070 mm.

Anchura: 3.010 mm.



Conclusiones. Todo tipo de empresa tiene como finalidad explícita la maximización de las

utilidades, de esto que en empresas del nivel de la minería se invierta una gran

cantidad de recursos en la optimización de las operaciones, minimizando así los

costos de estos. Siguiendo esta premisa, es como las operaciones de perforación

se han desarrollado a un nivel avanzado, incorporando elementos de alta

tecnología, tales como los accesorios de jumbo de hasta 4 brazos, permitiendo que

los planes teóricos de trabajo se puedan cumplir con una mayor eficiencia,

maximizando así los recursos y centrar más las atenciones en lo referente a

seguridad.

Por otro lado, el método de perforación y tronadura es la forma principal de

acometer las grandes excavaciones en roca que se demandan tanto en minería

como en el campo de las obras públicas. Así, la existencia de gran parte de las

infraestructuras de nuestro país está ligada al empleo de explosivos, por

consecuencia, el empleo de perforación: Muchas de las obras como; centrales

hidroeléctricas, túneles de autopista, tren subterráneo, etc. Todo esto se ha podido

realizar de una forma económicamente viable gracias a este método aún más

económico, versátil y productivo. Por otro lado enfocado en la minería, se debe

tener en cuenta que todo tipo de extracción tiene un costo por tonelada y que es

más caro en una labor de desarrollo que en una durante la explotación.

Es así que se debe tener muy bien estudiado previamente el método por el cual se

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