Uda 01 Introduccion A La Catedra De Perforacion.pdf

La Universidad de la Región de Atacama Cátedra de Perforación Nivel 302

Cátedra de Perforación Introducción a la Perforación

[email protected]

Introducción a la Perforación En la minería y en todos aquellos trabajos de construcción en que se debe extraer rocas, la primera fase de las operaciones a realizar es la perforación de las rocas y que consiste en taladrar las rocas de acuerdo a un sistema predeterminado de

ubicación de cada uno de los taladros, los cuales posteriormente son cargados con una cierta cantidad de explosivos escogidos, calculados previamente, y tronados para el quebrado de la roca.

La perforación se sigue utilizando en el mundo moderno, el empleo de ella impacta el

desarrollo económico de un País, se utiliza preferentemente en la explotación de las minas metálicas y no metálicas (subterráneas y a cielo abierto), existentes en el mundo.

También se aplica en la construcción de proyectos tales como : Construcción de

caminos, grandes carreteras vías de ferrocarriles (por superficies y subterráneos), represas hidroeléctricas, canales para regadío, canales para la navegación, en la excavación de fundaciones de grandes edificios, en la exploración petrolera y minera en la captación de aguas subterráneas en la construcción de muelles, etc.

"Existe una relación intrínseca entre la perforación y la voladura, ya que puede

afirmarse categóricamente que “una buena perforación posibilita una buena voladura, pero una mala perforación asegura una mala voladura”. "

Fuente Perforación y voladura de rocas en minería pág. 5

Cátedra de Perforación Introducción a la Perforación Propósito de la perforación de rocas

[email protected]

Propósito de la perforación

En la práctica minera se requiere perforar huecos cilíndricos en la roca con diferentes objetivos:

• Exploración y reconocimiento de yacimientos o depósitos minerales (cantidad y calidad.) • Estudios geotécnicos (propiedades de la roca.) • Inserción y detonación de cargas explosivas con fines de fragmentación. • Colocación de elementos de refuerzo

Cátedra de Perforación Introducción a la Perforación Métodos de perforación de rocas

[email protected]

Métodos de perforación Para crear un hueco cilíndrico en un sólido en nuestro caso el macizo rocoso es necesario aplicar energía. En un sentido amplio y según el principio físico utilizado para aplicar la energía requerida, un sólido puede

diferentes métodos de perforación

ser perforado recurriendo a

Los sistemas de perforación de rocas que han sido desarrollados y clasificados por orden de aplicación según López Jimeno en su libro Manual de perforación y voladura de rocas, son:

Mecánicos:

Percusión Rotación Rotopercusión Rotoabrasivo

Térmicos:

Soplete o lanza térmica Plasma Fluido Caliente Congelación

Hidráulicos:

Chorro de agua Erosión Cavitación.

Sónicos:

Vibración de alta frecuencia

Químicos:

Micro voladura Disolución

Eléctricos:

Arco eléctrico Inducción Magnética

Sísmicos:

Rayo láser

Nucleares:

Fusión Fisión

A pesar de la enorme variedad de sistemas posibles de perforación de la roca, en

Minería y Obras Civiles la perforación se realiza actualmente, de una forma casi general, utilizando la energía mecánica.

Cátedra de Perforación Introducción a la Perforación Perforación Mecánica

[email protected]

Método de perforación por energía mecánica La perforación se basa en concentrar una cantidad de energía en una pequeña superficie, para vencer la resistencia que ofrece la roca a ser destruida, aprovechando el comportamiento a la deformación de elástico - frágil que ellas

presentan.

Diagrama de deformación elastico-fragil, al romperse una roca utilizando una broca tipo cincel.

En esta curva podemos observar que tiene una pequeña deformación cayendo

rápidamente producto del quiebre de la roca originando rápidamente el diagrama elástico- frágil.

Para perforar con energía mecánica se necesitan varios componentes siendo los

principales

La perforadora que es la fuente de la energía mecánica El varillaje que es medio de transmisión de la energía El bit que es útil que ejerce sobre la roca dicha energía El fluido de barrido que efectúa la limpieza y evacuación del detrito producido Sistema de empuje.

Los principios de la perforación mecánica son:

En general podemos considerar la perforación mecánica combinación de las siguientes acciones:

Percusión Rotación Empuje Barrido

de rocas como una

Percusión: Son impactos que se realizan sobre o al fondo del pozo de perforación que dan lugar a ondas de choque que se transmiten al macizo rocoso.

Rotación El propósito de rotación es hacer rodar la broca para un sitio apropiado para el próximo golpe. Para los bit de botones se recomienda que la periferia del bit sea volteado aproximadamente 10 mm después de cada golpe.

Empuje o Avance El avance es mantener un contacto permanente de la herramienta de perforación en el fondo del agujero de roca, pero avance que se aplique debe permitir que la herramienta de perforación pueda seguir rotando.

Barrido El barrido es una acción que tiene como propósito el transporte del detritus del fondo del agujero de perforación a la superficie. El barrido se realiza tanto con agua, aire o una mezcla aire-agua llamado semi-humedo.

Cátedra de Perforación Introducción a la Perforación Componentes de un Sistema de Perforación

[email protected]

Perforadora (Drill-Rock) Por lo tanto una maquina perforadora debe ser capaz de realizar los principios básicos de la perforación mecánica, pero no necesariamente una maquina debe aplicar todos los principios. Equipo 1: Rotación – Empuje – Barrido Equipo 2: Percusión – Empuje – Barrido Equipo 3: Percusión – Rotación – Empuje – Barrido

Existen 2 tipos de maquinas perforadoras en el mercado de hoy en día, que se

clasifican según su fuente de energía para realizar la operación mecánica.

Perforadoras Neumáticas Perforadoras Hidráulicas

Nota: aunque También existe con menor presencia perforadoras eléctricas

Perforadoras Neumáticas Su funcionamiento de sus componentes es por medio de aire comprimido. El peso de la maquina es alrededor de 20 Kg y la presión de trabajo es de 6 – 8 bar. Su rendimiento es bajo. La operación y traslado de la maquina puede ser efectuada por

los propios perforos o montada sobre una estructura. La vida útil del equipo es de 1 año

Las longitudes de perforación alcanzadas con este sistema no suelen superar los 30 metros, debido a las importantes pérdidas de energía en la transmisión de la onda de choque y a las desviaciones de los barrenos.

López Jimeno pág.. 30

Ventajas a)

Gran simplicidad

b)

Fiabilidad y bajo mantenimiento

c)

Facilidad de reparación

d)

Precios de adquisición bajos

e)

Accesos a lugares de trabajo difíciles

Limitaciones a)

Alto consumo de aire comprimido

b)

Desgaste por onda de choque en sarta

Perforadoras Hidráulicas

Su funcionamiento de sus componentes es por medio de aceites a alta presión. Su rendimiento es elevado 20 -30 metros por un Hora de trabajo. El peso de la maquina es superior a los 170 Kg y la presión de trabajo es de 120 – 250 bar, por lo cual necesita una estructura para su traslado y operación.

Ventajas

a)

Menor consumo de energía, la utilización de energía es muy eficiente, siendo solo necesario 1/3 de la que se consume con los equipos neumáticos.

b)

Menor costo de accesorios de perforación, la forma de la onda de choque es mucho más uniforme en los martillos hidráulicos que en los neumáticos.

c)

En práctica se ha comprobado que la vida útil de la sarta se ha comprobado que la vida útil de la sarta se incrementa en un 20% para perforadoras hidráulicas.

Cátedra de Perforación Introducción a la Perforación Procedimientos de Perforación

[email protected]

Dentro de la amplia variedad de trabajos de perforación y tronadura en la minería se

han desarrollado un gran número de máquinas que dan lugar a dos procedimientos de perforación

Perforación manual Perforación mecanizada

Perforación manual Se lleva a cabo con equipos de perforación ligeros manejados a mano por los perforistas o también llamados perforos. Se utiliza en trabajos de pequeña envergadura donde por las dimensiones del sector no es posible utilizar máquinas de

mayor tamaño o no está justificado económicamente su empleo. La perforación manual se aplica principalmente en la pequeña minería en faenas subterráneas y en algunos casos puntuales en la mediana minería.

Perforación mecanizada. Los equipos de perforación van montados sobre una estructura de tipo mecano llamada chasis. El operador consigue controlar todos los parámetros de la perforación desde una posición cómoda y segura, ya sea sobre el equipo en una

cabina o aun costado del equipo.

Estos equipos de perforación pueden ir montados sobre neumáticos u orugas y ser

autónomos o remolcables, pueden utilizar energía diesel o eléctrica. Pero generalmente son de un tamaño de unos 2 metros de largo hasta unos 15 metros.

Operación de empatar Es una técnica de perforación, rotativa, percutiva, neumática. Consiste en sellar y estabilizar mediante la generación de lodo la parte superior del pozo. El viejo al empezar el pozo, en mina cielo abierto, el primer metro, hay mucho

material quebrado producto de la tronadura, el material fino que echan para mejorar la calidad del piso, el viejo toma el bit y empata el pozo para dejar estabilizado la parte superior del pozo.

Por qué empatar el pozo:

a) Si se cae el material, va a trancar la barra, tranca el martillo b) El empate debe estar bien estabilizado ya que cuando carguen, el material cae en el orificio por lo que la profundidad variara cuando carguen los explosivos, no será lo esperado.

Cátedra de Perforación Introducción a la Perforación Clasificación de los trabajos de Perforación

[email protected]

Clasificación de los trabajos de Perforación Los trabajo de perforación, tanto en faenas a cielo abierto como subterráneas, pueden clasificarse en dos grandes grupos, dependiendo si se relacionan en forma directa con la extracción de la zona mineralizada:

Perforación de Desarrollo Perforación de Producción

Perforación de Desarrollo

Trabajos de perforación que tienen como propósito poder acceder a la zona mineralizada como son rampas, accesos, frontones.

Se pueden considerar los trabajos necesarios para generar la infraestructura para la evacuación del mineral y estéril de la mina como son chimeneas de traspaso (orepass) , niveles de transporte, cruzados etc.

También las perforaciones de servicios, las que no están destinadas directamente a

la extracción del mineral sino a la comodidad y seguridad, como son frontones de drenaje, sub estaciones eléctricas, chimeneas de ventilación.

Perforación de producción.

Este término se utiliza en las explotaciones mineras para aquellas perforaciones que tienen como objetivo la extracción del mineral.

Los equipos y los métodos de perforación varían según el método de explotación, siendo un factor común en los métodos subterráneos el reducido espacio disponible en las galerías de producción.

Por otro lado, los tipos de trabajo, tanto en obras de superficie como subterráneas, pueden clasificarse en los siguientes grupos: •

Perforación de banqueo.

•

Perforación de avance.

•

Perforación de piques y chimeneas.

•

Perforación Radial

•

Perforación Undercut

•

Perforación de Pre-corte

•

Perforación de sondajes.

•

Perforación de rocas con recubrimiento

•

Perforación para el sostenimiento de rocas.

Perforación de banqueo. (Bench)

Este trabajo se refiere a perforación de pozos verticales o inclinados hacia abajo (piso)

Es el mejor método para la voladura de rocas en minería a Cielo Abierto ya que se dispone de un frente libre para la salida y proyección del material y permite una sistematización de las labores. Pero también se utiliza en minería subterránea en métodos como Sub Level Stoping, Bench and Fill, Room and Pillar ( modificado).

Perforación de avance (Drift)

Se refiere a

la perforación de galerías y túneles en minería subterránea. La

perforación se puede llevar a cabo manualmente, pero la tendencia es hacia la mecanización total.

En este trabajo es necesario abrir una rainura, para que el material fragmentado en la tronadura se pueda desplazar. Las labores son por lo general de una sección de 4x4 5x5 o incluso de mayores dimensiones.

Perforación de piques y Chimeneas.

Se refiere a la perforación de galerías verticales o inclinadas en minería subterránea. La perforación se puede llevar a cabo manualmente, pero la tendencia es hacia la mecanización total, en el cual existen una gran variedad de equipos, que generan una galería de diferentes dimensiones.

Estas perforaciones pueden generar una galería de sección transversal cuadrada o circular generalmente de 2x2 o 2,5 x 2,5

Estas

galerías

verticales

pueden

tener

diferentes

propósitos como el transito de personal de un nivel a otro (manway), el envió de material a niveles inferiores (orepass), el envió de mineral hacia la superficie por sistemas de huinches (slucher), también ventilación de la mina (raise), etc.

para la

Perforación Radial.

Se refiere a la perforación de pozos forma de abanico, este tipo de perforación se aplica en el interior de los caserones, y es considerada como una perforación para producción.

Los abanicos pueden ser tanto ascendentes como descendentes, generalmente en forma vertical, tiene como propósito la extracción de una zona vertical del deposito mineral.

Para esta tarea se utilizan equipos especiales, que puedan girar el sistema de

perforación en 360º en la vertical, además la longitud de los tiros alcanza los 25 a 30 metros de longitud.

Perforación de rocas con recubrimiento. La perforación de macizos rocosos sobre los que yacen lechos de materiales sin consolidar o zonas con presencia de agua, obligan a utilizar métodos especiales de perforación que permiten el “entubado” del pozo de perforación.

Esta tecnología se emplea en los trabajos de perforación submarinas, en la

construcción y en algunos casos en la minería. Existen dos versiones en el mercado que son el Sistema OD y el Sistema ODEX

Atlas Copco ofrece el Symmetrix, un sistema de corona recuperable para la perforación con martillo en cabeza, que representa un sistema integral de perforación de la capa de recubrimiento para barrenos de cualquier profundidad o diámetro.

Perforación para el sostenimiento de rocas En faenas subterráneas y algunas a cielo abierto es necesario realizar el sostenimiento (fortificación)

de las rocas mediante pernos o cables, siendo la

perforación la fase previa en tales trabajos.

En el mercado existen una gran variedad de pernos que se pueden utilizar con el fin

de sostener el macizo rocoso.