3. Tecnica De Perforación Top Hammer

Técnica Básica de Perforación

Top Hammer

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Perforación Top Hammer El método original

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Perforación Top Hammer

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Mecánica de la rotura / quebradura de la roca





Cuando una herramienta de perforación se carga contra la roca, se generan esfuerzos en la zona de contacto. La forma en que la roca reacciona a estos esfuerzos depende del tipo de roca y de la carga (método de perforación)

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Quebradura de la Roca perforación por percusión



Los botones de carburo cementado de la broca de perforación cargan la roca cada vez que el pistón en del martillo golpea.



La rotura de la roca por perforación por percusión se puede dividir en cuatro fases: − − − −

Deformación elástica Trituración de la roca Formación de grietas Chipping

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Quebradura de la Roca perforación por percusión Fuerza de onda de choque 

La rotura de la roca por perforación por percusión se puede dividir en cuatro fases: − − − −

Deformación elástica Trituración de la roca Formación de grietas Chipping

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Quebradura de la Roca perforación por percusión



La rotura de la roca por perforación por percusión se puede dividir en cuatro fases: − − − −

Deformación elástica Trituración de la roca Formación de grietas Chipping

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Carga

Quebradura de la Roca perforación por percusión



La rotura de la roca por perforación por percusión se puede dividir en cuatro fases: − − − −

Deformación elástica Trituración de la roca Formación de grietas Chipping

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Load

Quebradura de la Roca perforación por percusión



La rotura de la roca por perforación por percusión se puede dividir en cuatro fases: − − − −

Deformación elástica Trituración de la roca Formación de grietas Chipping

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Load

Quebradura de la Roca perforación por percusión



El botón entrará ~1 mm (+/- 0,5) dependiendo del tipo de martillo y del tipo y condiciones de la roca

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Perforación Top Hammer Cuando el pistón impacta al shank adapter se crea una onda de choque, que viaja por la zarta de perforación velocidad de impacto (v) masa (m)

Suministro de energía (W)

Onda de choque

trituración 12 m/s

mxv2 W= 2

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W= energía m = mass (peso del pistón) v = velocidad de impacto

Perforación Top Hammer

Energía

Piston

Shank

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Barra

Bit

Perforación Top Hammer

Velocidad del pistón al impacto ≈ 10 m/s

Energía

Pistón

Onda de choque Shank

L

Barra

2xL

La onda de choque (fuerza compresiva) acelera hasta la velocidad del sonido en el acero = 5140 m/s

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Perforación Top Hammer

Pistón

Onda de choque Shank

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Barra

Perforación Top Hammer

Pistón

Shank

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Barra

Onda de choque

Perforación Top Hammer

La roca se tritura y la broca avanza ~ 1,0 mm

Pistón

Shank

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Barra

Perforación Top Hammer Parte de la energía que no se usa para triturar la roca se se devuelve causando una furza de tensión....

Piston

Shank

Barra

....y parte de ella como fuerza compresiva

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Perforación Top Hammer

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Animación de la onda de choque

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Perforación Top Hammer Velocidad de impacto (v) masa (m)

W= Energía suministrada

mxv2 2

onda de choque

trituración

Tipo de martillo

HLX 5

HL 1000

Peso del pistón (m)

5,45 kg

10,1 kg

Velocidad de impacto (v)

10,5 m/s

10,5 m/s

Fuerza en la broca

300 kN

550 kN

Frecuencia (impacto/s)

60 Hz

40 Hz

Potencia

18 kW

22 kW

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Perforación Top Hammer Un mal contacto entre la broca y la roca causará grandes fuerzas de tracción viajando de vuelta por la sarta de perforación Una fuerza de tracción tenderá a separar los componentes, desenroscando las uniones y causando un severo daño a la sarta de perforación

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Fuerza compresiva

Fuerza de tensión

Perforación Top Hammer

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Perforación Top Hammer

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Perforación Top Hammer

Perforar con una broca muy desgastada o sin rotación causará una gran fuerza de compresión viajando de vuelta por la sarta A diferencia de una fuerza de tensión, la fuerza compresiva pasará a través de las uniones, lo que implica que se transmitirá al martillo y a la máquina perforadora.

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Fuerza compresiva

Fuerza compresiva

Animación de la onda de choque

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Perforación Top Hammer La energía se pierde en lugares en que la sarta de perforación cambia de diámetro, tales como junturas e hilos

Tensión Tension

Compresión Compression

Barras MF Barras y coplas

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~ 4% ~ 6%

Perforación Top Hammer Eficiencia de perforación

¿Cuánta energía, de la proporcionada por el equipo de perforación es usada para perforar? Y ¿cuánta se usa para desgastar y dañar la sarta y el equipo de perforación?

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Eficiencia de perforación

WK

WR

Eficiencia (%) = WR / WK

WK = energía suministrada WR = energía usada En perforación Top Hammer se usa como máximo un 75% de la energía suministrada para perforar, o para triturar la roca

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Eficiencia de perforación

Ejemplo: Un martillo para perforación TH entrega 18 kW

Eficiencia

70%

60%

50%

Perforación

12.6 kW

10.8 kW

9 kW

Desgaste / Daño

5.4 kW

7.2 kW

9 kW

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Eficiencia de perforación

La eficiencia de perforación en TH depende de: Percusión

 Condiciones de la roca  Diseño de la broca de perforación  combinación herramienta - sarta  Hombre & máquina percusión avance rotación barrido

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Avance Rotación Barrido

Eficiencia de perforación percusión Razón de penetración Vida útil del acero

Penetración

Vida del acero

Potencia de percusión

Muy alta:

corta vida útil del acero de perforación

Muy baja: Pobre penetración Bajas presiones son requeridas para: - Collaring, empate - Desacople - Al encontrar roca fracturada y en capas

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Eficiencia de perforación fuerza de avance

Fuerza muy alta • Acero de perforación se dobla • Desviación en el agujero

Fuerza muy baja • Incremento en el desgaste del hilo • Disminución de la vida de servicio

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Eficiencia de perforación rotación Tasa de penetración

Broca pequeña

Broca grande

Velocidad de rotación (flujo)

Muy alta:

- Corta vida de la broca

tasa de penetración Muy baja: -- Baja Riesgo de atascar la sarta Presión de rotación (= torque) es función de la presión de avance; ajustes a la presión de avance tienen influencia sobre la resistencia a la rotación.

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Eficiencia de perforación rotación

Velocidad de rotación (rpm) = 60 x f x b xD f = frecuencia de percusión (Hz) D = diámetro de la broca (mm) b = distancia de indexación (mm) Calculador

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Eficiencia de perforación barrido

Remoción de detritos y refrigeración de herrmamientas Agua, aire o espuma

El espacio entre el agujero y la barra es Importante para la velocidad de flujo • espacio grande = baja velocidad Barrido insuficiente • tasa de penetración reducida • riesgo de atascamiento

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Eficiencia de perforación barrido Barrido por agua: Velocidad de barrido: Minimo 1.0 m/s Presión mínima de agua 3 bar Barrido por aire: Velocidad de barrido: Minimo 15 m/s Barrido mixto aire-agua: Volumen de agua agregado al aire: 2 - 5 l/min

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Eficiencia de perforación

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Eficiencia de perforación

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Eficiencia de perforación A fine-tuned string of drilling tools and proper machine settings will give good drilling efficiency and economy

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