Perforación y voladura VII semestre Ingeniería de Minas

Perforación y voladura

VII semestre

Ingeniería de Minas

1.0 Métodos de perforación

Los métodos de perforación esta referidos al sistema como

logramos hacer un hoyo o taladro para colocar el

explosivo.

Estos métodos también se refieren a la forma como

seleccionamos y diseñamos el plan de producción de

perforación.

Msc. Carlos Reátegui Ordoñez

Perforación

La perforación en roca esta referida a realizar un hoyo o

taladro con el fin de arrancar material para construir

(carreteras, túneles, cámaras, pozos, etc.) o extraer

materiales y minerales económicos (minería)

Existen muchos métodos de perforación que se han

desarrollado a lo largo de la historia, en el cuadro siguiente

se ven los métodos usados actualmente


Visión General

Métodos de perforación

Métodos convencionales

Rotativos

Escareo (perforación continua)

Triconos

Brocas de corte

sondajes

Rotación Percusión

Martillo en la cabeza (OTH)

Martillo en el fondo (DTH)

Métodos no convencionales

Métodos térmicos

Jet Pearcing

Perforación laser

Perforación con microondas

Métodos Químicos


1.1. Método rotación-percusión

La perforación de rotación y percusión se basa en principio

de golpear (percutir) un cincel (broca), empujando y

girando (rotar), para que se produzca la rotura de la roca

en pequeños fragmentos (detritus) que se van limpiando y

se forma el hoyo.


En la actualidad este trabajo se hace con maquinas que

aceleran el proceso de penetración en la roca.


La transmisión de la energía cinética (Ec) en perforadoras

OTH se hace en forma de onda de choque atraves del

varillaje , cuando la onda de choque llega a la broca se

convierte en trabajo que penetra la roca.

En el caso de perforadoras DTH la transmisión de la

Energía cinética es directa, con lo cual se logra mayor

penetración en rocas duras.


Esta energía cinética de una perforadora RP se puede

calcular con la siguiente fórmula:

Ec= ρm* Ap * Ip

Donde;

ρm Presión de fluido dentro del cilindro (30% a 40%

menor que la presión de trabajo nominal o del

compresor)

Ap Área de la cara del pistón

lp Carrera del pistón

ng frecuencia de impactos

La potencia CINETICA del martillo o perforadora es

Pc = Ec * ng Msc. Carlos Reátegui Ordoñez

La rotación, que se produce después de cada golpe o percusión, tiene la finalidad de girar la broca con el propósito de que esta actúe en distintos puntos en el fondo del barreno.

La velocidad de rotación esta en función al tipo de roca y al tipo de broca que se utiliza.

Ejemplo (brocas de 51mm a 89mm)

cuando la brocas son de tipo pastilla los rpm están entre 80- 150 y se produce un giro de 10- 20°

Cuando son brocas de botones los rpm están entre 40-60 y se produce un giro de 5- 7°


El empuje es necesario para que la broca siempre este en

contacto con la superficie de perforación, la falta o exceso

de empuje produce los siguiente efectos.

Mayor

consumo

Barrenos.

Calentamiento

de barreno.

Mayor Gasto de

brocas

Vibración

Desviación de

taladros


El barrido o soplado de barrenos se hace con el fin de

evacuar los detritus y mantener siempre libre el fondo de

taladro. Este se puede hacer con aire o agua

Si el barrido es incorrecto :

Mayor consumo de energía

Atascos de la barra

Desgaste prematuro varillaje


Para hallar el caudal de barrido se usa las siguientes formulas:

𝒗𝒂 = 𝟗. 𝟓𝟓 ∗ 𝝏𝒓

𝝏𝒓+𝟏 ∗ 𝒅𝒑𝟎.𝟔

𝑸 = 𝒗𝒂 ∗ 𝑫𝟐 +𝒅𝟐

𝟏. 𝟐𝟕

Donde:

va = velocidad ascencional (m/s)

Q = caudal (m3/min)

D = diámetro broca (m)

d = diámetro barreno(m)

dr = densidad de la roca (gr/cm3)

dp= diametro de detrito (mm)


Velocidades de barrido con aire


Caso Practico 1

Calcular la Energía cinética (Ec) y Potencia (Pc) de un

perforadora hidráulica de que tiene las siguientes

características:

Presión de trabajo (ρm) = 200 bar

Carrera del pistón (Ip) = 80 mm

Diámetro del pistón (Øp) = 60 mm

Frecuencia de impacto(Ng)= 80 Hz

Solucion:

Ec= ρm* Ap * Ip

Para solucionar este problema debemos convertir ρm de bar a Kg-f/m², esto porque lp y

Øp los expresamos en m.


Ap = 𝜋𝑟2 = 3.1416 ∗ (60

2)²= 2827 mm²

1 bar = 10 197.16 kg-f/m² entonces 200 bares = 2 039 432.5 kg-f/m²

Remplazamos en Ec.

Ec = (2 039432.5 kg-f/m² * 0.65) * 0.002827 m² * 0.80 m= 2298.50 kgf- m

Hallamos la energía o potencia de impacto (Pi) en KW Si, 1 kgf-m = 0.009806 KW

Ec = Pi = 29,43 KW.

Potencia cinética

Pc = Ec*ng = 2298.5 *80 = 183 880 kgf-m

Si 1 kgf-m = 0.00000272 KW/hr.

Pc= 0.50 KW/hr.


1.2 Método rotativo de perforación

Este método utiliza solo la rotación para romper la roca, para logar esto se necesita que el empuje sea muy considerable.

Empuje

El empuje mínimo (lb.) esta en función a la resistencia a la compresión de la roca (RC en Mpa.) y al diámetro de la broca (D en pulg.).

Em = 28,5 * RC* D

Este gran empuje se puede obtener del peso de la perforadora o un sistema hidráulico capaz de presionar la broca lo suficiente para que escarie la roca.


Sin embargo el empuje no puede ser ilimitado ya que

podemos enterrar la Broca y no permitir que esta gire.

El empuje máximo (lb.) es dos veces el empuje mínimo

Emax = 2 * Em

El empuje limite esta en función al diámetro de la broca

(tricono) y se calcula:

EL= 810 * D²


Empuje límite de diámetros mas usados


Velocidad de rotación

La velocidad de penetración aumenta con la velocidad de

rotación en una proporción algo menor que la unidad hasta

un límite impuesto por la evacuación de los detritus. Es

decir que esta en función a la roca así tenemos que:


Caudal de aire

Los detritus de roca formados por la perforación en los

taladros, deben ser evacuados para evitar que sean

triturados por los elementos cortadores de la broca, para

ello se suministra una circulación de aire adecuada para

evacuar dichos detritus. También se debe suministra agua

para controlar el polvo.


Brocas para perforación rotativa

La perforación se realiza con brocas diseñadas para cada

aplicación. En minería se usa los triconos, que son un

sistema de tres brocas cónicas que actúan (rotan)

independientemente generando mejor penetración en la

roca.

Brocas para

perforación

rotativa


Caso practico 2

Se quiere determinar el empuje mínimo necesario para

perforar una roca de 210 Mpa de resistencia a la

compresión con una perforadora rotativa con broca de 4

pulgadas.

solución:

Em = 28,5 * RC* D

Em = 28,5 * 200* 4

Em = 22, 800 Lb.


Selección del método de perforación

El criterio mas usado para definir el método de perforación

se basa en:

– La Resistencia a la compresión de las rocas

– Diámetro del taladro.

Una aproximación práctica para la selección se ve en el

cuadro siguiente.


Sin embargo la selección también debe considerar las variables:

– Métodos de explotación

– Capacidad de mecanización de las operaciones.

– Técnicas de perforación y voladura

– Costos

– Capacidad de automatización

– Mantenimiento, etc.


Método de explotación vs. método de

perforación


2 Velocidad de penetración

La velocidad de penetración en roca depende de muchos

factores externos como:

Características de perforación

Mecanización de la perforación

Potencia de la perforadora

Longitud y Diámetro del taladro

Habilidad del perforista

Propiedades físicas de las rocas

Distribución de tensiones

Estructura interna de la roca.

Características geológicas


Estos factores hacen que el calculo de la velocidad de

perforación sea complicado.

Todos los fabricantes de perforadora elaboran ábacos para

poder tener una aproximación a la velocidad de

penetración con ciertos supuestos geológicos.

También se han planteado formulas empíricas, estas

generalmente se usan para el diseño y requerimiento de

perforadoras.


Velocidad de perforación para perforadoras


Propiedades geológicas

Propiedades de la perforadora

30 KW

40 KW


La formula empírica para hallar la velocidad de penetración

en perforadoras R-P es:

VP =𝟑𝟏 ∗ (𝑷𝒊

𝑫𝟏.𝟒)

Donde :

Pi potencia impacto en KW

D diámetro de taladro en mm


Ejercicio

Calcular la velocidad de penetración en roca dura y suave de un martillo hidráulico que tiene las siguientes características (considerar que la potencia efectiva de impacto es el 65%):

Presión de trabajo alcanzada (ρm)= 180 bar para roca suave

Presión de trabajo alcanzada (ρm) = 150 bar para roca dura

Carrera del pistón (Ip) = 450 mm

Diámetro del pistón (Øp) = 60 mm

Frecuencia de impacto(Ng) = 102 Hz

Diámetros de la broca = 45 mm a 64 mm

Solucion:

Ec=Pi= ρm* Ap * Ip


Roca suave

Convertimos presión a kgf/m²

= 180 bar * 10 197.16 = 1 835 489.2 kgf/m²

Ap = 𝐴 = 𝜋𝑟2 = 2827 mm² = 0.002827 m²

Remplazamos en Ec.

Ec = (1 835 489.2 kgf/m² * 0.65) * 0.002827m² * 0.450 m

= 1518 kgf.m

Convertimos esta energía cinética por segundo a KW

si, 1 kgf.m = 0.009806 KN.m1518*0.00980 6 = 14.88 KN.m

= 14880 N.m *1/s = 14.88 KW

Ec = Pi = 15 KW.


Roca Dura

Convertimos presión a kg-f/m²= 150 bar * 10 197.16

= 1 529 574 kg-f/m²

Ap = 𝐴 = 𝜋𝑟2 = 2827 mm² = 0.002827 m²

Remplazamos en Ec.

Ec = (1 529 574 kg-f/m² * 0.65) * 0.002827m² * 0.450 m

= 1264 kg-f .m

Convertimos esta energía cinética por segundo a Kw

1 Kkgf-m = 0.009806 KN.m 1264 * 0.009806 =11.41 KN.m

= 11415 N.m * 1/s = 11.42 KW

Ec = Pi = 12 KW


Remplazamos los valores en la formula y construimos la

gráfica para cada diámetro de broca:

VP =𝟑𝟏 ∗ (𝑷𝒊

𝑫𝟏.𝟒)

Roca suave Roca Dura

m/min m/min

45 2.25 1.80

48 2.06 1.65

51 1.89 1.51

54 1.75 1.40

57 1.62 1.30

60 1.51 1.21

63 1.41 1.13

66 1.32 1.05

Velocidad perforacióndiámetro

de la broca

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

2.20

2.40

45 48 51 54 57 60 63 66

ve

loci

da

d p

erf

ora

ció

n e

n m

/m

in.

diametro en mm


Velocidad de penetración en perforadoras

rotativas con tríconos

La formula empírica para hallar la velocidad de perforación

con perforadoras rotativas es

VP =(𝟔𝟑.𝟗 ∗𝑬´ ∗𝑵

𝑹𝑪𝟐∗ 𝑫𝟎.𝟗 )

Donde:

E’ = Empuje en kg

N = la velocidad de rotación en rpm

RC= resistencia a la compresión de la roca en Mpa

D diámetro de la broca en mm


El empuje E se calcula en base a:

𝑬 =(𝑬𝒎 + 𝑬𝒎𝒂𝒙)

𝟐

Donde

Em = 28,5*RC* D

EMax = 2 *Em

E en lb. D en pulg. y RC en Mpa.

Una regla practica cuando las perforadoras utilizan su peso bruto (PB) para

aplicar el empuje ( o pull down):

E = 0.65 PB


Ejercicio

• Determinar la velocidad de penetración de una

perforadora rotativa que usa una broca triconica de 100

mm para las siguientes rocas:

Tipo de roca Resistencia a la

compresión (Mpa)

Velocidad de

rotación (RPM)

Suave 140 100

Media 180 60

Dura 210 40


• Solución

DATOS

diametro 228.6 mm

diametro 9.00 pulgadas

tipo de roca Mpa RPM

suave 140 100

medio 180 60

dura 210 40

determinamos E

tipo de roca Em Emax. E (lb.) E (kg.)

suave 35910 71820 53865 24433

medio 46170 92340 69255 31414

dura 53865 107730 80798 36650

Determinamos Velocidad de Perforación

suave 60.0 m/hr.

medio 28.0 m/hr.

dura 16.0 m/hr.


Sin embargo esta VP es cuando no existe tiempos muertos

y la disponibilidad de la perforadora es 100%, en la

realidad esto no es así, entonces si la disponibilidad es

80% tenemos la velocidad media de perforación:

𝐕𝐌 = 𝟐 𝐕𝐏𝟎.𝟔𝟓

VP VM

suave 60.0 m/hr. 28.63 m/hr

medio 28.0 m/hr. 17.44 m/hr

dura 16.0 m/hr. 12.12 m/hr


2.1 Ciclo de perforación

En perforación subterránea se puede distinguir dos tipos

de tiempos o ciclos:

1. Ciclo especifico de perforación: este es el tiempo

que se demora la perforadora en realizar los taladros

en el frente y se puede definir como:

Ce = T posicionar +T penetrar + T cambio de barras+ T penetrar

Este tiempo de ciclo se usa en producción cuando la perforación

es independiente a las otras labores unitarias.


Ciclo especifico Perforación

Posicionar

Penetrar

Cambiar barra

Penetar


• Video


2. Tiempo de ciclo en labores con un frente: En este tipo

de labor la perforación debe esperar que todas las

operaciones unitarias siguientes sean realizadas para

volver a perforar.

Las labores de este tipo son:

» Túneles

» Galerías

» Rampas

» Cruceros

» Sub niveles


Ciclo de perforación en frentes

Perforación Carga de taladros

Voladura

Ventilación

Acarreo y transporte “desatado de roca”

sostenimiento

Marcar puntos


Ciclo de perforación en Open Pit

Se debe conocer el ciclo de perforación que puede ser

medido en campo u obtenido de datos históricos.

Este incluye el tiempo de traslado/ ubicación, cambio de

barras y penetración /barrido


TIEMPO EFECTIVO DE PERFORACIÓN DURANTE LA

JORNADA DE TRABAJO

n

Tef = (tóa + tńp ) x Σ Li

i=1

n Número de taladros perforados durante el turno.

Li Longitud de taladro de los distintos pozos (i)

Tóa Tiempo en operaciones auxiliares requeridos en 1 metro de taladro

Tńp tiempo neto de perforación en 1 metro de taladro.


3. Perforación en Minería Subterránea

En minería subterránea se usa todos los tipos de

perforadoras que existen, sin embargo están son mas

livianas que en minería superficial.

También se utilizan sistemas constructivos basados en

perforación- voladura y perforación continua.


Perforación

mecanizada para

minería subterránea

FRONTEO

TALADROS

LARGOS

EMPERNADO

RES

BAJO PERFIL

TUNELERIA Msc. Carlos Reátegui Ordoñez

Perforadoras Ligeras

Son aquellas maquinas que tienen un peso tal, que

puede ser operadas por una sola persona,

generalmente usan aire comprimido para funcionar, es

decir son neumáticas.

Son de fácil operación y mantenimiento, permiten

perforar en zonas estrechas o de difícil acceso.

Debido a su bajo requerimiento de energía permiten

una buena relación de costo por metro perforado.


Partes principales de una perforadora

Neumática

Porta barreno

grapa

Válvula reguladora paso de aire mango


Barreno integral


Perforadoras de avance o desarrollo

La necesidad operativa de incrementar las secciones,

velocidad de producción e incremento de diámetros

llevaron a que se mecanice la perforación, es decir, a que

se introduzcan perforadoras montadas sobre vehículos o

sistemas de perforación.

Los sistemas constructivos de perforación involucran

perforadoras diseñadas para construir labores verticales

como piques y chimeneas, y tiene un alto grado de

mecanización.


Perforadoras hidráulicas

La diferencia principal con las neumáticas es que usan una

serie de bombas para introducir un caudal de aceite lograr

el movimiento del pistón y la rotación del varillaje, esto

permite mayor potencia de trabajo.

Existen muchos modelos y están fabricadas de acuerdo al

uso, las partes principales se ven en la siguiente

diapositiva


Partes principales de perforadora hidráulica

Pistón

bo

cin

a

Válvula de fluidos

Sistema de

transmisión

potencia

Sellos

Culata

Motor

hidráulico


La perforación hidráulica supone un avance tecnológico

con respecto a la neumática porque:

o Se logra mayor presión con menor perdida de potencia

en el trabajo, con esto se reduce el consumo de energía

a 1/3 en comparación de los sistemas neumáticos.

o Menor costo de accesorios de perforación (aceros),

debido a que se usan pistones mas largos y de menor

sección, se estima que la vida útil de los aceros se puede

elevar hasta en 20%


o Se incrementa la velocidad de penetración entre 50%

a 100% con respecto a las perforadoras neumáticas

o Mejores condiciones ambientales y de seguridad, se

genera menor ruido debido a que no existe escape

de aire.

o Mayor versatilidad en la perforación debido a que se

puede regular la presión y velocidad de la maquina.

o Mayor facilidad de mecanización de las operaciones

de perforación (cambio automático de varillaje,

perforación con múltiples martillo y un solo operador,

operaciones remotas, etc.)


Características principales Perforadoras.

hidráulicas

• Especificaciones

Presión de Trabajo 75 a 250 bares

Frecuencia de impacto 2000 a 6000 golpes/min

Potencia de impacto 6 a 80 KW

Frecuencia 60 a 180 Hz.


Varillaje de para perforadoras hidráulicas


Sistemas de montaje de perforadoras

Los sistemas de montaje de perforadoras en minería

subterránea están directamente relacionados con los usos

y necesidades de perforación.

Se utilizan vehículos de ruedas, de orugas y sobre ríeles,

plataformas, sky´s y otros montajes especiales.

Se puede clasificar el montaje de la siguiente manera:


Sistema de Montaje de Perforadoras

Móviles

Sobre Ruedas

Neumáticos

Rieles

Sobre Orugas

Fijos

Sobre Plataformas

Montajes Especiales


3.1 Métodos de perforación en minería subterránea

Perforación Subterránea

ENERGIA MECANICA

Rotativos

Escareo (perforación continua)

Raise BORING

BIND HOLE

TBM

Triconos

Taladros largos


Martillo en la cabeza (OTH)

Perf. Neumáticas

Perf. Hdraulicas

Martillo en el fondo (DTH)

Perforadoras hidráulicas


• Perforación horizontal o inclinada

• Perforación vertical hacia arriba

• Perforación vertical hacia abajo

Perforadoras ligeras

• Perforación de frontones y túneles

• Sistemas de perforación de piques y chimeneas (Raise Boring, Blind hole, Alimak)

Perforadoras de avance o desarrollo

• Perforación de tajos horizontales

• Perforadoras de tajos verticales

• Perforadoras radiales

• Perforadoras taladros largos (DTH)

Perforadoras de producción

• Empernadoras

• Perforadoras continuas de túneles

• Perforadoras diamantinas

Perforadoras para trabajos específicos

Clasificación de equipos


JACK HAMMER

JACK LEG

STOPER

Tipos de perforadoras livianas


Jack Hammer

• Utilizada para la perforación vertical o inclinada hacia

abajo.

• Avance mediante el peso propio de la perforadora.

• CONSUMO DE AIRE: 50 – 100 l/s

• DIAMETRO PERFORACION: 22 – 45 mm

• LONGITUDES: 400 – 640 mm


Características principales

• Peso: 17kg a 23 kg

• Frecuencia: 2040 a 2100 golpes por minuto

• Rotación: 130 a 170 rpm

VENTAJAS:

Para rocas duras no muy permeables


Desventajas

Alto nivel sonoro

Desvió de la perforación por la flexibilidad del varillaje


Jackleg

• Perforadora con pata de avance que puede ser usada

para realizar taladros horizontales e inclinados, se usa

mayormente para la construcción de galerías,

subniveles, rampas




Longitud de la perforadora 686.00 mm

Peso de la perforadora 33.00 kg

Carrera del pistón 73.25 mm

Carrera útil del pistón 66.70 mm

Frecuencia de impacto 2250.00 golpes/min

Peso de la Pata 15.00 kg

Carrera de la pata de avance 270.00 mm

Ø interior del cilindro de avance 67.00 mm

Consumo de aire (620 kPa/90 psi) 4.90 m3


• Fácil de usar

• Útil para perforación de tiros cortos

• Rápida mantención

• Bajo precio

• Adaptable a cualquier tipo de roca

• Se adopta a cualquier tipo de terreno

Ventajas:

• Peligro al no controlar bien la válvula de circuito de aire

• No recomendable para tiros largos

• perforación ruidosa, contacto directo con el polvo y agua

• Limitante con la altura de la sección

Desventajas:


Stopper

• Perforadora que se emplea para la construcción de

chimeneas y tajeo en labores de explotación

(perforación vertical hacia arriba).




Diámetro del cilindro 79.40 mm

Carrera del pistón 73.25 mm

Carrera útil del pistón 66.70 mm

Frecuencia de impacto 2250.00 gol/min

Longitud de la perforadora 1549.00 mm

Peso incluyendo la pata de avance 40.80 kg

Diámetro interior del cilindro avance 69.80 mm

Consumo de aire (620 kPa/90 psi) 4.90 m3


JUMBO

RAISE BORING

ALIMAK

BLIND HOLE

Tipos de perforadora avance y desarrollo


JUMBOS

• Son vehículos donde se colocan 1 o mas perforadoras

hidráulicas que pueden ser operadas por una sola

persona en la cabina o a control remoto.

• Estos están diseñados para perforar horizontalmente

tanto en frontones como en tajeo.

• El accionamiento de las bombas hidráulicas de las

perforadoras puede ser mediante energía eléctrica o

generada por un motor diesel.


• Pueden estar montados sobre rieles o sobre ruedas.

• La sección de trabajo va desde los 6 a 210 metros

cuadrados dependiendo de la cantidad de perforadoras

instaladas sobre la unidad móvíl.


Jumbos para trabajos específicos

Jumbos de avance y tajeo horizontal:

Estas maquinas se usan en:

o Desarrollo de galerías, cruceros, rampas.

o Tajos donde se perfora horizontalmente

Se deben diseñar las labores de acuerdo a las

dimensiones y área de cobertura de la máquina


altura

Longitud del Jumbo

Largo del brazo

Longitud del

barreno


Jumbos para túneles:

Son máquinas de mayores dimensiones que están equipadas con

varias perforadoras hidráulicas, además suelen ser articuladas,

con los que se logra mayor movilidad dentro del túnel


Jumbos de bajo perfil

Estas maquinas son de menor altura que los

convencionales y se usan en labores donde no se pueden

excavar secciones mayores a 20 m2


4. Perforadoras de Producción

La perforación de producción esta ligada al método de

explotación del yacimiento. Los equipos y el grado de

mecanización de estos están en función directa al diseño

geométrico de las labores de extracción de los minerales.

En los yacimientos estrechos (vetas), se usan perforadoras

manuales, en los tajos donde el banqueo se hace

perforando horizontalmente se usan Jumbos, en otros

métodos donde las dimensiones del yacimiento lo permiten

se usan perforadoras radiales, rock drill o perforadoras tipo

DTH.


Jumbos radiales

• Son perforadoras que pueden realizar taladros largos

desde un galería en forma radial o paralela, algunas

características básicas

Para galerías pequeñas a medianas diámetros de perforación en el

rango de 48 a 127 mm. Carruseles con capacidad de 17+1 barras

para perforación mecanizada de hasta 32 m.

Para galerías medianas a grandes en el rango de diámetros de

perforación de 89 a 165 mm, adaptado para equipar martillos en fondo

y carrusel con capacidad de 35+1 barras para perforación mecanizada

de hasta 63 m.


Perforadoras para taladros largos

• Son perforadoras montadas sobre orugas generalmente

tipo rock drill (con martillos hidráulicos) o track drill

(martillos neumáticos).

• Estas están diseñadas para perforar horizontal o con

una leve inclinación (menor a 30°) en bancos hacia

abajo.

• Se usan en producción y pueden tener sistema DTH o

OTH


Sistema de perforación


Capacidad de excavación con múltiples

perforadoras


Sistemas constructivos con perforación


Raise Boring

Es un procedimiento constructivo para la ejecución

mecanizada de piques o chimeneas entre dos niveles

dentro de una mina o en un proyecto de ingeniería civil.

El procedimiento, desarrollado en la década de los 50 en

Estados Unidos, consiste básicamente en perforar un

barreno piloto y luego ensanchar la perforación hacia

arriba mediante una cabeza escariadora.


Se perfora con diámetros habituales entre 2 y 3 m, a unas

profundidades de 100 a 200 m, aunque se han llegado a 6

m de diámetro y más de 1000 m de profundidad.

Características de

operación

Rendimientos

• Diámetro piloto desde 121/4 “ a

15”.

• Diámetro chimenea desde

1.5 a 6.0 m.

• Empuje escariado 1920 kN.

• Nominal 12 – 20 m/día.

• Operacional 4 -6 m/turno

(depende de la roca)


Entre las ventajas de este sistema

o Alta seguridad y buenas condiciones de trabajo

o Productividad mayor que con con explosivos (por

ejemplo, método VCR o Alimak),

o El perfil liso de las paredes, la sobre excavación

inexistente

o Posibilidad de realizar excavaciones inclinadas.


En cuanto a los inconvenientes,

o Inversión elevada

o El costo de excavación unitario es alto

o Poca flexibilidad en dimensiones y cambios de

dirección.

o Dificultades en rocas en malas condiciones y la

necesidad de personal especializado.


Sistema ALIMAK

Se emplea, desde 1957, en la perforación de chimeneas

donde no es posible el acceso superior necesitando un

nivel de trabajo en el subsuelo.

Es un método flexible y económico. Consta de los

siguientes elementos:

• jaula

• plataforma de trabajo

• motores de accionamiento

• carril guía y elementos auxiliares.


• La elevación de la plataforma se realiza a través, de un carril guía

curvado empleando motores de aire comprimido, eléctricos o diesel.

• La fijación del carril a la roca se lleva a cabo con pernos de anclaje,

y tanto las tuberías de aire como de agua necesarias para la

perforación, ventilación y el riego se sitúan en el lado interno del

carril guía para su protección.


Las fases en la construcción de la chimenea son las

siguientes:

1. perforación y carga de los barrenos (operación realizada

con perforadora neumática)

2. descenso de la plataforma y voladura (cada vez que hay

una voladura, hay que retirar la plataforma)

3. ventilación y riego

4. elevación de la plataforma y “desatar” el techo


Blind Hole

• Este método consiste en el uso de máquinas

electrohidráulicas para la excavación de chimeneas

mineras en forma ascendente.

• Lo que se hace para la realización de las chimeneas es

perforar el tiro guía y se realiza el ensanchamiento de la

chimenea al diámetro que se necesite.

• 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 unos 250 HP que va con la transmisión

inmediatamente bajo el escariador.

• 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.


El equipo perforador de la maquina contiene

tres elementos principales:

• Set de barras:

Está compuesto por tubos de perforación y estabilizadores, ambos

construidos con acero fundido. Las barras poseen centros huecos que

permiten que un fluido (por lo general agua), sea encaminado desde la

maquina a la broca piloto para remover la roca triturada durante la

operación.

El estabilizador tiene como función disminuir al mínimo la desviación

del orificio piloto y así mantener el diámetro total del orificio piloto.

• Cortador de rocas:

Está compuesto por las unidades de brocas tricónicas. que tienen la

función de cortar la roca mediante compresión la cual es ejercida

desde el set de barras.


• El tricono guía.

– Está compuesto por un conjunto de tres brocas pequeñas que

están unidos en una misma barra cuya función es realizar el

orificio piloto de la perforación

Tricono guía

Cortador de Rocas

Set de barras


• La excavación de chimeneas con equipos Blind Hole se

realiza siguiendo rigurosos procedimientos de trabajo y

como la operación de los equipos se realiza a distancia,

desde un panel de control, lo transforma en un método

altamente seguro, ya que el personal siempre estará

fuera de la línea de excavación.


• Con este método se perfora chimeneas desde 0,5 m

hasta 1.5 m.

Características de

operación

Rendimientos

• Diámetro piloto desde 9 a

97/8 ”.

• Diámetro chimenea

desde 0.6 a 1,5 m.

• Empuje escariado 1285

kN.

• Nominal 7 m/día.

• Operacional 0,49 m/hora

(9 m/día).


Perforadoras Horizontales

Perforadoras Radiales

Perforadoras Taladros Largos.

Tipos de perforadora Producción


Perforadoras Horizontales

En producción los jumbos permiten la mecanización de las

operaciones de perforación y tienen la capacidad de

posesionar perforadoras de avance para perforar barrenos

según las órdenes del operario


Perforadoras radiales

Jumbo Radial

o Pueden tener Perforadoras Neumáticas o Hidráulicas tipo

martillo en la cabeza (OTH) o perforadoras tipo Down the

Hole (DTH)

o Están montadas sobre vehículos o son estacionarios,

tienen carruseles que permiten el cambio de barrenos.

o Rendimiento en condiciones optimas es de 6000 a 8000

mts. mensuales barrenados.


Utilizado principalmente en minería subterránea para

realizar taladros largos en forma radial, generalmente

desde una galería o labor inferior


5 Perforadoras de taladros largos

Este tipo de perforadoras se usan para realizar taladros

verticales hacia abajo y pueden ser del Martillo en la

cabeza OTH o DTH.

La perforadora DTH permite la perforación de barrenos

mucho más largos que las perforadoras con martillo en

cabeza.

Existen perforadoras neúmaticas tipo track drill e

hidráulicas tipo rock drill


Perforadoras con Martillo en Cabeza (OTH)

Perforadora DTH.

Tipos de perforador taladros largos


Perforadoras OTH

• Están montados sobre vehículos de orugas

• Pueden tener martillos neumáticos o hidráulicos

• Perforan diámetros entre 64-102 mm.

• Contienen carruseles para barrenos y logran perforar

hasta 50 m

• Máxima inclinación de trabajo: 30°


Perforadoras DTH

• Se usan en minería subterránea en el área de

producción.

• Diámetro de perforación entre 50 y 210 mm.

• Montado sobre orugas , tienen una 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.


Wagon drill

Diseñada para perforar con martillo de

fondo de 2”, 3” y 4”, en diametro de 2 ¾ “

(70 mm) hasta 5” (127 mm).


Perforadoras para trabajos específicos

Son perforadoras altamente especializadas que sirven para para realizar tareas especificas en construcción.

Veremos 2 tipos:

I. Empernadoras (bulonadoras), que son aquellas que sirven para sostenimiento mediante pernos de anclaje

II. Tuneleras continuas, son maquinas de construcción continua de túneles


Longitudes de bulón de 1,5 a 1,8 metros y

alturas de techo de hasta 2,5 metros.

SISTEMA DE PERFORACION

Lub. air consumo. (at 3 bar): 6 l/s

Water consumption : 1.25 l/s

Weight: 75 kg

Empernadoras


Longitudes de bulón de 1,5 a 3,5 metros y

alturas de techo de hasta 9,5 metros.

SISTEMA DE PERFORACION

• Lub. air consump. (at 3 bar): 6 l/s

• Water consumption: 1.25 l/s

• Weight: 75 kg


Minería continua construcción de túneles

sin perforación y tronadura (TBM)


Tunel Boring Machine (Tbm)

• Aéreas máximas : 70-300 m2 aprox.

• Profundidad :mayores a 25 km

• Diámetro : 1 - 19.5 mts

• trabajo en menor tiempo y de mayor calidad a fin de cuentas

sale mas barato que hacerlo por perforación y voladura

• Producen una pared de los túneles Lisa

-


3 minería superficial y construcción

El tamaño de las perforadoras en minería superficial esta

relacionado al rango del diámetro de taladro que se

pueden perforar, al yacimiento y el sistema de perforación

usado.

Las perforadoras pueden ser:

rotativas

rotativas o DTH

DTH

OTH o martillo en cabeza


Criterios de selección de equipos

Producción Requerida.

Parámetros geométricos del diseño del tajo.

Información geológica y geotécnica


Costo de equipo (incluido costo financiero y de seguros)

Costo de mantenimiento (repuestos, grasas)

Costos de los aceros de perforación (brocas, barras,

acoples, etc.).


En el tipo de energía que usa el martillo de la perforadora

(neumáticas o hidráulica).

Tecnología (adecuación a los sistemas de control en

mina)

Diseño, ergonomía y versatilidad


Criterios Mecánicos : potencia de motor, capacidad de

compresor, tren portante (orugas, ruedas).

Características del martillo y ubicación : rotación,

percusión o ambos, Encima del barreno (drifters) o en el

fondo (down the hole),

Características de las barras y brocas (aceros de

perforación)


Hidráulicas

Neumáticas


Perforadora rotativa


Perforación y voladura VII semestre Ingeniería de Minas

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