Pernos En Mineria

TIPOS DE PERNOS DE ANCLAJE “PERNOS CON RESINA O CEMENTO”

PONENTES:

OSCAR NINAJA R.  NEBEL CERNA A.  ROLAND CRUZ M.

PERNOS DE ANCLAJE I. INTRODUCCIÓN En toda explotación minera, el sostenimiento de las labores es un trabajo adicional de alto costo que reduce la velocidad de avance y/o producción pero que a la vez es un proceso esencial para proteger de accidentes al personal y al equipo. Existen varios métodos de refuerzo de la roca, pero el perno es el más efectivo, rápido de instalar y de bajo costo. Se conocen varios sistemas de pernos de anclaje desarrollados a través de los años por grupos de investigación y empresas fabricantes para su aplicación en la estabilización de excavaciones subterráneas y superficiales.

PERNOS DE ANCLAJE ANCLAJE PUNTUAL

ANCLAJE REPARTIDO

ANCLAJE REPARTIDO POR ADHERENCIA (Perno Pasivo)

ANCLAJE REPARTIDO POR FRICCIÓN (Perno Activo)

BARRA HELICOIDAL CON INYECCIÓN DE CEMENTO O RESINA

SPLIT – SET SWELLEX

GENERALIDADES Los sistemas de reforzamiento con pernos de roca minimizan las deformaciones inducidas por el peso muerto de la roca aflojada, así como también aquellas inducidas por la redistribución de los esfuerzos en la roca circundante a la excavación. En general, el principio de su funcionamiento es estabilizar los bloques rocosos y/o las deformaciones de la superficie de la excavación, restringiendo los desplazamientos relativos de los bloques de roca adyacentes.

El efecto cuña.

 El efecto viga.

 El efecto columna

TIPOS DE PERNOS : Actualmente hay disponibles diferentes tipos de pernos de roca. Varios tipos de pernos muestran solo diferencias menores en su diseño y son básicamente variedades de un mismo concepto. Según las técnicas de anclaje que se utilizan, podemos agruparlos de la siguiente manera: Perno de fricción SPLIT SET Swellex pernos anclados mecánicamente pernos de varillas cementados o con resina.

PERNOS ANCLADOS CON RESINA O CEMENTO

 Consiste en una varilla de fierro o acero, con un extremo biselado, que es confinado dentro del taladro por medio de cemento (en cartuchos o inyectados), resina (en cartuchos) o resina y cemento.  El anclaje entre la varilla y la roca es proporcionado a lo largo de la longitud completa del elemento de refuerzo, por tres mecanismos: adhesión química, fricción y fijación, siendo los dos últimos mecanismos los de mayor importancia, puesto que la eficacia de estos pernos está en función de la adherencia entre el fierro y la roca proporcionada por el cementante, que a su vez cumple una función de protección contra la corrosión, aumentando la vida útil del perno.

 Modelo de resina

 Cuando se usa resina, sea ésta de fraguado rápido (menos de 30 segundos) o fraguado lento (2 a 4 minutos), el perno trabaja a carga completa en más o menos 5 minutos, permitiendo así pretensar el perno e instalarlo en presencia de filtraciones de agua. La resina viene en cartuchos con el catalizador separado de la resina y por efecto de la rotación del perno al momento de introducir al taladro, éstos se mezclan generando el fraguado.

 Tipos de cartuchos de resina.

 PERNOS HELICOIDALES: consiste en una barilla de fierro acerado con rosca a lo largo de toda la barilla con tuerca y una plancha de anclaje.

 Dentro de este tipo de pernos, los de mayor utilización en el país son: la varilla de fierro corrugado, generalmente de 20 mm de diámetro y la barra helicoidal de 22 mm de diámetro, con longitudes variables (de 5' a 12').

PARTES DEL PERNO DE ANCLAJE

Instalación de un perno de varilla de fierro corrugado usando cartuchos de cemento, cartuchos de resina o ambos..

 También se pueden instalar las varillas combinando la resina de fraguado rápido con el cemento (en cartuchos o inyectado). En este caso, la resina va al fondo del taladro y el resto es llenado con lechada de cemento o cartuchos de cemento. Una de las razones para emplear este sistema es disminuir los costos.

SPLIT SET

El perno split set es un tipo de sostenimiento metálico considerado TEMPORAL que trabajan por fricción (resistencia al deslizamiento) a lo largo de toda la longitud del taladro. El split set, consiste de un tubo ranurado a lo largo de su longitud, uno de los extremos es ahusado y el otro lleva un anillo soldado para mantener la platina.

SPLIT SET

•Al ser introducido el perno a presión dentro de un taladro de menor diámetro, se genera una presión radial a lo largo de toda su longitud contra las paredes del taladro, cerrando parcialmente la ranura durante este proceso. •La fricción en el contacto con la superficie del taladro y la superficie externa del tubo ranurado constituye el anclaje, el cual se opondrá al movimiento o separación de la roca circundante al perno, logrando así indirectamente una tensión de carga. SPLIT SET

PERNOS DE ANCLAJE CON INYECCION DE LECHADA

En este tipo de pernos se caracteriza principalmente por que se inyecta una mezcla de arena fina – cemento – agua hasta aproximadamente la mitad de la longitud del barreno. Utilizándose para esta una tapón con el propósito de bloquear la lechada. Como existe presencia de aire se coloca un tubo de plástico con el propósito de permitir la salida del aire mientras se inserta dentro dl barreno una varilla de acero corrugado y luego de haber producido su fraguado queda estabilizado y adherido fijamente en su lugar. La presencia de H20 que se encuentra en el mortero se puede eliminar tubos largo y conforme el tubo penetre al mortero se va ubicando en las paredes del taladro.

PERNOS DE ANCLAJE CON INYECCION DE LECHADA

PERNOS DE ANCLAJE CON INYECCION DE LECHADA

 Cartuchos De Cemento

 Instalación de un perno de varilla con inyección de cemento.

PERNO DE ANCLAJE SWELLEX

Desde su introducción hace 25 años, el sistema de anclaje Swellex ha obtenido un amplio reconocimiento en la industria minera y de tunelería. Swellex es un perno de anclaje hecho de un tubo soldado doblado sobre sí y sellado en un extremo. Se expande utilizando un flujo de agua de alta presión entregado por una bomba especial. El perno se expande al interior de un tiro, y el proceso de instalación es fácil y muy similar al de otros pernos de anclaje. Esto hace de Swellex algo accesible para todos los operadores.

Formas incorrectas y correctas de instalación de los pernos.

DETERMINACIÓN DEL NÚMERO, UBICACIÓN E INCLINACIÓN DEL PERNO DE ANCLAJE  El número de pernos de anclaje depende del tamaño de la roca a asegurarse y del grado de peligro de caída de la misma. Como guía para áreas normales que necesiten pernos de anclaje, podemos decir que pueden estar espaciados cada 1.20 m de distancia.  Los pernos de anclaje deben instalarse en una posición tal que le permita p asar por la fractura o fracturas y la roca madre, permitiendo de esta manera que la chaveta quede fija en la roca firme. Los pernos de anclaje son de diferentes diámetros (3/4”, ½”, 1”) y vienen en largos de 4’, 6’ y 8’. La plancha del perno de anclaje, en lo posible, debe ser perpendicular al perno de anclaje y esto y a debe ser considerado el momento que se elija el lugar donde se colocará el perno.  La inclinación d e los pernos de anclaje es muy importante para su efectividad. En lo posible el perno debe ser colocado perpendicular a la fractura o fracturas y a la cara de la roca. (Fig. 7).

 Los pernos de anclaje deben ser colocados aproximadamente Cada 1.20 m.  El perno de anclaje debe cruzar las fracturas  La plancha de acero debe estar, en lo posible, perpendicular al perno.  Los pernos deben estar perpendicular a las fracturas

Fig. 7 Instalación de los pernos de anclaje

ÁNGULO Y UBICACIÓN DE LOS ELEMENTOS PARA SOSTENIMIENTO Los ángulos de un perno con la superficie de la roca deben tener 90 grados con un máximo de inclinación de 10 grados de la vertical y la platina debe colocarse completamente sobre la superficie de la roca. Ejemplos buenos ( B y D ), ejemplos no aplicables ( A, C y E ).

ÁNGULO DE LA INSTALACIÓN Todos los elementos de sostenimiento debe tener un ángulo de la instalación de 90 grados con un máximo de inclinación de 10 grados.

El empernado es un tipo de sostenimiento activo, los pernos simulan grapas haciendo que la roca fija se conecte a una roca suelta.

 Se instala aprovechando el tiempo de autosostenimiento.  El espaciamiento entre pernos varía según al volumen de bloques por sostener.  La dirección de los pernos se determina de acuerdo al rumbo de las estructuras, previo un plano estructural, dibujados en cortes ó secciones.  la longitud del perno debe sobrepasar “el campo” afectado por la voladura.

Fig.: 26

PERNO (a) INSTALACION

(b) EXPANSION

(c ) CONTRACCION

DIÁMETRO DE LA PERFORACIÓN El diámetro de perforación de los taladros para alojar los pernos es un parámetro muy importante. La utilización de un diámetro de perforación inadecuado puede producir importantes variaciones en la rigidez del perno particularmente implica un gasto innecesario de mortero (cemento o resina) y la posibilidad de una mezclado de la resina inadecuada.

 Con cartuchos o lechada de cemento; Diámetro de la perforación = diámetro de la barra + 10 a 20 mm  Con cartuchos de resina; Diámetro de la perforación = diámetro de la barra + 10 a 15 mm  Con lechada de cemento; Diámetro de la perforación = diámetro de la barra + 10 a 26 mm

DIÁMETRO DE LA PERFORACIÓN

GRAFICOS DE TORQUE Y AJUSTE DE LA TUERCA  Platina De Apoyo;  Acero A36, 6 mm x 5 x 5”, Tipo cúpula, hueco de 9/16 ”  T = 6 mm (1/4”), X = 127 mm (5”)

TUERCAS: 3/4” x 1 1/8” Cuadrada

Ventajas: Rápida acción después de haber sido instalado. Si una resina de rápido fraguado se usa como adherente, el perno puede ser permanentemente pensionado, en las instalaciones permanentes el perno debe tener alta resistencia a la corrosión.

Desventajas: Dificultad con los cartuchos de resina en ambientes subterráneos que pueden afectar su uso, en determinados casos su manipulación representa un riesgo.

SOSTENIMIENTO EN LABORES MINERAS SUBTERRANEAS PARAMETROS DIAMETRO: 39 milímetros. LONGITUD: 5 pies (1.50 metros). RESISTENCIA: De 1 a 1.5 Toneladas / pie de longitud,

dependiendo principalmente del diámetro del taladro y del tipo de la roca. TIPO DE ROCA: REGULAR a MALA, en roca intensamente fracturada y débil no es recomendable su uso. INTALACIÓN: Requiere una máquina jackleg o un jumbo. Una presión de aire de 60 a 80 psi. DIAMETRO DE PERFORACIÓN DEL TALADRO: Es crucial para su

eficacia. Es recomendable para los split set de 39 mm. un diámetro de perforación de 35 a 38 mm. Son susceptibles a la corrosión en presencia de agua, a menos que sean galvanizados.

DISTRIBUCION DE PERNOS

COLOCACION EN TIPO DE ROCA

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

La lechada de cemento como con el mortero de resina, las resistencias a la compresión y tensión de estos dos materiales son aproximadamente similares pero las resistencias de corte y adherencia del mortero de resina son superiores a las de la lechada de cemento.



La grava mas usada es la andesita de grano fino de alta dureza que se encuentra en abundancia en la mayoría de las operaciones mineras del país.



Además de la adherencia, las siguientes propiedades del mortero de resina son superiores a las de la lechada de cemento: resistencia a la corrosión ácida o alcalina, resistencia a las vibraciones, que permite eficiente penetración en los espacios más pequeños entre partículas de grava.



La resina se consolida mejor en los espacios pequeños de la roca o grava.



Con el objeto de facilitar la aplicación de la grava y de los componentes de la resina en el taladro, es factible el desarrollo de un inyector integral de grava y resina para permitir simplificar la operación de instalación del perno.

GRACIAS