95238790 Equipos de Perforacion

EQUIPOS DE PERFORACIÓN EN MINERIA DE RAJO Y SUBTERRANEA

1

2010

INTRODUCCIÓN

Como bien sabemos, la minería es la base de nuestra tecnología, gracias a

ella hemos podido progresar en la ciencia y adquirir implementos tecnológicos de

punta.

Sin embargo el hombre viene aprovechando esta riqueza que la tierra nos

da desde muchísimos años, y a medida que ha avanzado el tiempo; conseguir

esta riqueza se ha vuelto más difícil de adquirir, debido ha que cada vez aparecen

yacimientos con mineralización de baja ley y más profundos en ubicaciones

geográficas mas adversas que dificultan su extracción. Por ello se debió

implementar tecnología también en la minería para aumentar los ritmos de

producción y lograr el tratamiento necesario para obtener como resultado un

producto final lo más cercano al 100% de pureza. Con esto comenzaron a

aparecer nuevos equipos como palas, cargadores frontales, chancadoras,

molinos, harneros, perforadoras, etc., de alta precisión, rendimiento y mayor

facilidad de manejo de estos equipos, adecuándose a los sistemas de explotación

y tonelajes a remover, según la necesidad de la mina.


2

2010

SISTEMAS DE PERFORACIÓN

PERFORACION MANUAL

Se realiza mediante el empleo de un barreno usado con la finalidad de facilitar su

extracción y rotación.

El barreno es sostenido por el ayudante, mientras que el otro golpea con una comba, luego

se hace girar un cierto ángulo para proseguir con el proceso de perforación. Este proceso

también lo realiza una sola persona, dentro de la minería artesanal.

PERFORACION NEUMATICA

Se realiza mediante el empleo de una perforadora convencional; usando como energía el

aire comprimido, para realizar huecos de diámetro pequeño con los barrenos integrales que

poseen una punta de bisel (cincel); que se encarga de triturar la roca al interior del taladro

en cada golpe que la perforadora da al barreno; y mediante el giro automático hace que la

roca sea rota en un circulo que corresponde a su diámetro; produciéndose así un taladro.

PERFORACIÓN ELÉCTRICA

Se realiza empleando energía eléctrica, que un generador lo provee y para ello se emplea

una perforadora con un barreno helicoidal, que puede realizar taladros de hasta 90 cm de

longitud, siendo el problema principal el sostenimiento de la perforadora para mantenerla

fija en la posición de la perforación.

PERFORACIÓN HIDRAULICA

Se realiza mediante el empleo de equipos altamente sofisticados, robotizados, de gran

capacidad de avance y performance. Utiliza la energía hidráulica para la trasmisión,

control de fuerzas y movimientos en la perforación. Además, cuenta con un tablero de

control computarizado, equipado con un software de perforación donde se grafica el trazo

de perforación requerido. La gran ventaja de estos equipos es su gran precisión y

paralelismo en la perforación. Por su gran rendimiento, es requerido por la gran minería.


3

2010

EQUIPOS DE PRODUCCIÓN

PERFORACIONES CON PERFORADORAS NEUMÁTICAS

O LIVIANAS

Se realizan mediante el empleo de una perforadora convencional; usando como energía el aire comprimido, para realizar huecos de diámetro pequeño con los barrenos integrales que poseen una punta de bisel (cincel); que se encarga de triturar la roca al interior de la perforación en cada golpe que la perforadora da al barreno; y mediante el giro automático hace que la roca sea rota en un circulo que corresponde a su diámetro; produciéndose así una perforación.

Estos equipos cuentan con tres partes principales: Unidad de empuje, Perforadora y los Aceros de perforación.

Unidad de empuje está compuesta por un pistón Neumático de 14 a 21

Kilogramos, el cual va unido a la perforadora por una rótula (o fija en el caso de las

perforadoras tipo Stopper), lo que permite dar el ángulo entre la dirección de

perforación y el empuje mismo.

Perforadora: Neumática de roto percusión, compuesta internamente por un pistón

que realiza su viaje de ida y vuelta permitiendo que se efectúe el trabajo de

percusión sobre una pieza llamada culatín, el pistón es alimentado por aire

comprimido, la rotación se realiza al retornar el culatín y guiarse por un tornillo

helicoidal que permite que este enfrente la próxima carrera rotado respecto a la

carrera anterior. Externamente posee un freno físico (pieza del equipo) que evita el

desplazamiento de la perforadora respecto a la barra y así evitar que el equipo

rebote o que la barra se desprenda. Consta además de los respectivos controles


4

2010

de suministro de aire, lubricante y agua, y la canalización de la energía para cada

efecto de rotación, percusión y empuje.

Sus características principales son: - Área del cilindro. - Largo de la Carrera. - Presión del aire (6 Bar considerando pérdidas de 1 bar en la red la cual debería entregar 7 bares). - Peso del pistón. - Peso del equipo. - Rango y compatibilidad de aceros de perforación.

Perforadoras Jack Leg

CARACTERÍSTICAS JACK LEG STOPPER

PESO 25-28 Kg. + unidad de empuje 14-21 Kg 40 Kg

LARGO BARRAS MÁX 2.4 mt 2.4 mt

CONSUMO DE AIRE A 6 bar 63-97 l/s 75 l/s

FRECUENCIA DE IMPACTOS 39-56 Hz 51 Hz

CARRERA 45-65 mm 45 mm

DIÁMETRO DEL PISTÓN 70-90 mm 75 mm

Aceros: Los aceros utilizados son del tipo Integral, lo cual nos indica que el bit va inserto en la barra (una sola pieza), en algunos casos se recurre a un bit especial para hacer agujeros de mayor diámetro para rainuras tipo WHC. La variedad típica de las barras es de 0.8-1.6-2.4 y 3.2 metros (80-120 US$), los cuales duran aproximadamente 190-400 metros barrenados, con afilado cada 70 metros.


5

2010

Datos Operacionales:

Lo interesante es saber cuál es el rendimiento de una de estas

perforadoras, el cual se mide por la tarea que desarrolla por unidad de tiempo

(metros barrenados por hora), el cual oscila entre los 10 mb/hr a los 15 mb/hr,

dependiendo exclusivamente de las características de la labor. Ligado a esto está

el costo de operación el cual está en el orden de los 1.4 US$/mb. Una máquina de

este tipo tiene una vida útil aproximada de 3 a 4 años. Otro aspecto interesante es

que el aprovechamiento de la energía va desde el 8% al 12%, lo cual es bastante

malo y se debe a que se utiliza el Aire comprimido como suministro energético el

cual no es eficiente.

Existen 3 tipos de perforadoras neumáticas o livianas:

1.- Jack Leg: Perforadora con barra de avance que puede ser usada para realizar

perforaciones horizontales e inclinadas, se usa mayormente para la construcción

de galerías, subniveles, rampas; utiliza una barra de avance para sostener la

perforadora y proporcionar comodidad de manipulación al perforista.


6

2010

2.- Jack Hammer: Perforadoras usadas para la construcción de piques,

realizando la perforación vertical o inclinada hacia abajo; el avance se da mediante

el peso propio de la perforadora.

3.- Stopper: Perforadora que se emplea para la construcción de chimeneas y

perfora en labores de explotación (perforación vertical hacia arriba). Está

constituido por un equipo perforador adosado a la barra de avance que hace una

unidad sólida y compacta.


7

2010

CARACTERISTICAS

Alta velocidad de penetración Alta torsión Controles de operación convenientes Botón de retracción de la pierna de avance Regulación automática de la presión del agua Válvula de agua de acero inoxidable, operado por aire Lubricación positiva y expulsión frontal

(Intercambiabilidad de partes con las perforadoras CANUN 260B de Piso. Stopper

y de Cantera)

ESPECIFICACIONES US / IMP MÉTRICO

Diámetro del cilindro 3.125" 79.4mm

Carrera del pistón 2.875" 73.25mm

Carrera útil del pistón 2.625" 66.7mm

Frecuencia de impacto 2250.0bpm 2250.0g/m

Longitud de la perforadora 27.0" 686.0mm

Peso de la perforadora 72.75lbs 33.0kg

Peso de la pierna 33.00lbs 15.0kg

Carrera de la pierna de avance 50.00" 1270.0mm

Diámetro interior del cilindro de avance 2.625" 67.0mm

Consumo de aire (620 kPa/90 psi) 170.0 cfm 4.9 m3

Tamaño de barrena (estándar) 7/8" x 4 1/4" 22mm x 108mm


8

2010

SISTEMAS DE MONTAJE PARA APLICACIONES

SUBTERRÁNEAS

Los equipos de perforación que más se utilizan en labores de interior son los

siguientes:

Jumbos para excavación de túneles y galerías, explotaciones por corte y

relleno, por cámaras y pilares.

Perforadoras de barrenos largos en abanico en método de cámaras por

sub-niveles.

Perforadoras de barrenos largos para sistemas de cráteres invertidos y

cámaras por banqueo.

JUMBOS

Los jumbos son equipos de laboreo minero utilizados en galerías y labores de

avance (horizontal).

Avance de túneles y galerías.

Bulonaje y perforación transversal.

Banqueo con barrenos horizontales.

Minería por corte y relleno.

Los componentes básicos de estos equipos son: Mecanismo de traslación,

sistema de accionamiento, los brazos, las deslizaderas y los martillos.


9

2010

CARACTERISTICAS

Radio de giro interno: 3 a 5m

Radio de giro externo: 5 a 10m

Diámetros de perforación: 38-48 mm

Largo barra: 3-5.5 m

Capacidad de vencer pendientes: 5-10-15-25%

Velocidad de desplazamiento: 12-16 km/hr

Montado sobre orugas o ruedas.


10

2010

SIMBA

Jumbo radial (simba)

Utilizado principalmente en

minería subterránea

Son equipos que funcionan

con energía eléctrica y aceite

hidráulico

Montados sobre ruedas

Rendimiento en condiciones

optimas es de 6000 a

8000mts mensuales

barrenados

Radios de giro interno y

externo y capacidad de giro en 90 grados

Largo máximo de barras según método de explotación.

Inclinación respecto el plano vertical entre 0 y 30 grados


11

2010


12

2010

PERFORACIÓN DE CHIMENEAS

Método Raise Borer.

Consiste principalmente en la utilización de una máquina electrohidráulica en la cual la rotación se logra a través de un motor eléctrico y el empuje del equipo se realiza a través de bombas hidráulicas que accionan cilindros hidráulicos.

Básicamente la operación consiste en perforar, descendiendo, un tiro piloto desde una superficie superior, donde se instala el equipo, hasta un nivel inferior. Posteriormente se conecta en el nivel inferior el escariador el cual actúa en ascenso, excavando por corte y cizalle, la chimenea, al diámetro deseado.

Es decir el método será aplicable para excavaciones en interior de la mina entre dos galerías o desde superficie a una galería ubicada al interior de la mina.


13

2010

Relación entre el diámetro de perforación piloto y diámetro de escariado

Existirá una relación entre los diámetros de perforación que será determinante para la elección del material de perforación, en la excavación.

En la práctica se ha determinado que hasta 2,5 metros de diámetro final de excavación, utilizar un diámetro de perforación del piloto de 12 ¼ pulgadas es adecuado.

Para diámetros finales de excavación de 2,7 mts a 3,5 mts se utiliza perforación con tricono de 13 ¾" de diámetro.

Sobre 3,5 mts de diámetro final de excavación y hasta 6,0 mts de diámetro se utiliza normalmente, perforación con tricono de 15".

En la tabla a continuación se indica los diámetros de chimeneas más frecuentes y los diámetros de perforación piloto utilizados.

Tabla N° 1: Relaciones de diámetros de trabajo.

Diámetro de chimenea (mt)

Diámetro perforación piloto

(plg)

1,50 12 ¼

1,80 12 ¼

2,10 12 ¼

2,50 12 ¼

2,70 13 ¾

3,00 13 ¾

3,50 13 ¾

4,00 15

4,50 15

5,00 15

6,00 15


14

2010

DESCRIPCIÓN DE UN EQUIPO RAISE BORER

Los siguientes son los componentes principales que forman un equipo Raise Borer

· Motor Eléctrico

· Conjunto de Reductores

· Sistema de Empuje electrohidráulico.

· Conjunto Eléctrico

· Columna de perforación.

· Escariador o Cabezal.

Estación de Trabajo

La Estación de Trabajo podrá estar ubicada en superficie o interior de la mina.

Para estaciones en superficie se requiere una plataforma de unos 100 m2 de superficie donde se ubicará la losa de concreto donde se anclará el equipo Raise Borer.

Los diferentes modelos de equipo Raise Borer definen alturas mínimas de operación y área de trabajo en interior mina.

Aplicaciones del Método El método es aplicable con gran éxito en las siguientes actividades mineras: · Chimeneas de Ventilación: · Chimeneas de Traspaso de Mineral: · Chimeneas de Cara Libre: · Chimeneas de Servicio y Acceso

Ventajas del Método

Alta seguridad del personal y buenas condiciones de trabajo.

Productividad más elevada y con los métodos convencionales de arranque con explosivo.

Perfil liso de las paredes con pérdidas por fricción del aire mínimas en los circuitos de ventilación.

Sobre excavación inexistente.

Rendimiento del avance elevado.

Posibilidad de realizar excavaciones inclinadas, aunque es más adecuado para chimeneas verticales.


15

2010

Desventajas del Método.

Inversión muy elevada y coste de excavación por metro lineal alto.

Poca flexibilidad al ser las dimensiones y formas de las chimeneas fijas y no ser posible cambiar de dirección.

Dificultades en rocas en malas condiciones.

Requiere personal especializado.

Actualmente actúan en el mundo los siguientes subsistemas de Raise Borer:

Raise Boring estándar.

Raise Boring reversible.

Raise Boring para huecos ciegos.


16

2010

BLIND HOLE

Descripción del Método.

Consiste en la utilización de una máquina electro-hidráulica para la

excavación de chimeneas en forma ascendente.

En esta metodología el equipo se instala en el nivel inferior y la operación

consiste en perforar el tiro guía 60 centímetros adelantados al escariador, que va

excavando a sección completa, posteriormente, en forma solidaria.

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 250 HP, para el caso del equipo Robbins 52-

R, que va con la transmisión inmediatamente

bajo el escariador.

En el caso del equipo Master Drilling

RD-2000, se utilizan motores hidráulicos para

el empuje y rotación.

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.

La autonomía del método es de hasta

100 metros de altura.

Los equipos disponibles en Chile son

para diámetros de 0,7 y 1,5 mts.


17

2010

Estación de Trabajo

Se ubica en la galería base y sus dimensiones serán de acuerdo al tipo de equipo.

Equipo RD 2000 para 0,7 mt de diámetro

Altura de Operación: 4,2 mt

Base: 3 x 3 mt.

Equipo Robbins 52-R para 1,5 mt

Altura de Operación: 6,2 mts

Base: 3 x 3 mts

La base de concreto será en hormigón simple tipo H-25, debiéndose asegurar la

perfecta adherencia a la roca del piso.

Rendimientos

Los rendimientos netos alcanzados son:

Equipo RD-2000: 6,0 mts por día

Equipo 52-R: 7,3 mts por día

En ambos casos se ha considerado una operación de 16 horas por día.

Aplicaciones del Método

· Chimeneas Pilotos Zanjas

Excavadas en los diferentes proyectos en Mina

El Teniente en 0,7 mts diámetro.

· Pilotos de Drenaje o Servicios

Excavados en 0,7 mts de diámetro, en forma

ascendente, y con la finalidad de traspasar

servicios como aire o cables de energía

eléctrica.

· Chimeneas de Traspaso Intermedio.

Excavadas en 1,5 mt de diámetro y que

permiten el traspaso de mineral de un nivel a

otro en distancias cortas.

· Chimeneas para Cara Libre o Slot.


18

2010

Excavadas en 1,5 mt de diámetro y actúan como cara libre para la excavación del

nivel de hundimiento.

· Construcción de Sistemas de Buzones

Construidos en Mina El Teniente y que consisten en dos chimeneas en Y,

desarrolladas desde la base, que se utilizan como sistemas de traspaso y carga

de material. Corresponden a los llamados Play-Feeder.

En general este método ha sido aplicado con mucho éxito en los diferentes

proyectos en Mina El Teniente, por su alta productividad y seguridad en las

operaciones.

Ventajas del Método

· Método altamente seguro para el personal de operaciones ya que todo el manejo

de la excavación se realiza a través de un panel de control fuera de la línea de

caída de la roca.

· El personal no está en contacto con el frente a excavar por lo que ante cualquier

evento que se produzca en el macizo rocoso.

· No hay riesgos por uso de explosivos

· Rapidez y productividad. Los rendimientos que se alcanzan no son comparables

con otros métodos tradicionales de construcción de chimeneas.

· Método no contaminante por gases de explosivos.

· Excelente calidad de terminación de las chimeneas. Se obtienen paredes lisas


19

2010

MINERIA CIELO ABIERTO

DTH

Usado principalmente en minería cielo abierto

Usado principalmente en el área de producción

Diámetro de perforación entre 50 y 210mm.

Montado sobre orugas

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.


20

2010


21

2010

PERFORACION ROTATIVA

La perforación Rotopercutiva predominó aproximadamente hasta los años

1950, la apertura de grandes explotaciones de carbón a cielo abierto en Estados

Unidos fomentó la creación de nuevos equipos utilizando la Perforación Rotativa,

que hasta entonces era solamente aplicado sobre rocas muy blandas. Otros

factores como la aparición en el mercado del ANFO y la reciente utilización de

forma generalizada, en la minería, de las bocas denominadas triconos

favorecieron ha que este sistema se desarrollara tomando la fuerza que hoy se

conoce como una nueva alternativa de perforación.

Este sistema resulta ser muy versátil, abarcando una amplia gama de

rocas, desde las muy blandas hasta las muy duras. Las perforadoras rotativas

están constituidas esencialmente por una fuente de energía, una batería de barras

o tubos, individuales o conectadas en serie, que transmiten el peso, la rotación y el

aire de barrido a una boca con dientes (tricono) de acero o insertos de carburo de

tungsteno que actúa sobre la roca.

Los diámetros de los barrenos varían entre las 2"y las 171 / l" (50 a 444

mm), siendo el rango de aplicación más frecuente en minería a cielo abierto de 6"

a 121 /4"(152 a 311 mm). Diámetros mayores están limitados a minas con una

elevada producción, y por debajo de 6" casi no se emplean debido a los problemas

de duración de los triconos a causa del reducido tamaño de los cojinetes.

La mayoría de las grandes perforadoras van montadas sobre orugas

planas, aunque existen sobre neumáticos y se usan cuando las condiciones del

terreno lo permite, pero se debe señalar que el montaje sobre orugas esta

capacitado para soportar mayores cargas y transmitir menor presión al suelo en el

desplazamiento, su desventaja radica en las pequeñas velocidades de

desplazamiento.

Durante la perforación, estas unidades se apoyan sobre 3 ó 4 gatos

hidráulicos que además de soportar el peso sirven para nivelar la máquina. La

fuente de energía para ambos casos son los motores diesel o eléctricos.

Si se deseara comprender la distribución de la potencia instalada en estas

unidades para las diferentes operaciones y mecanismos, expresada en porcentaje,

entonces se dispondría de la siguiente manera Movimiento de elevación y

traslación: 18% ; Rotación: 18%; Empuje 3%; Nivelación 2%; Captación de polvo

3%; Barrido y limpieza del detritus con aire comprimido 53%; Equipos auxiliares

3%.


22

2010

La imagen muestra el equipo Pit Viper 351.

Los equipos eléctricos suelen tener entre un 10 a un 15% más bajos los

costos de mantención que los de accionamiento diesel. Éstos últimos, son

elegidos cuando alrededor de las explotaciones no se dispone de adecuada

infraestructura de suministro eléctrico o cuando la máquina va montada sobre

camión.

Durante la operación del equipo se ponen en funcionamiento los siguientes

sistemas o mecanismos, que trabajan en conjunto y que son dirigidos desde la

cabina de comando, a través de controles e instrumentos requeridos en las

maniobras de la unidad durante la perforación:

-Sistema de Rotación: permite girar las barras y va montado generalmente sobre

un bastidor que se desliza a lo largo del mástil de la perforadora.

-Sistemas de empuje y elevación: el peso de las barras no es suficiente para

obtener la carga precisa, la fuerza restante es proporcionada casi exclusivamente

a través de energía hidráulica. Las velocidades de elevación de la sarta suelen ser

de 18 a 21 metros por minuto, no recomendándose valores superiores por

problemas de vibraciones.

-Mástil y Cambiador de Barras: Los mástiles suelen ser abatibles mediante

cilindros hidráulicos o tubos telescópicos, ya que para efectuar los traslados

importantes es preciso bajar el centro de gravedad de la máquina. Los tiempos de

elevación del mástil oscilan entre 2 y 5 minutos. Aun cuando es recomendable que

se seleccione una máquina que permita perforar los barrenos con una sola barra,

hay que prever la necesidad de abrir barrenos de mayor longitud, lo cual obliga a

que el mástil lleve un sistema porta barras, así como un mecanismo de

accionamiento de las mismas para su colocación o desacoplamiento.


23

2010

-Sistema de evacuación del detritus: El aire comprimido cumple las siguientes

funciones: Enfriar y lubricar los cojinetes del tricono; Limpiar el fondo del barreno y

Elevar el detrito con una velocidad ascensional adecuada. El aire circula por un

tubo desde el compresor al mástil y desde éste, por manguera flexible protegida, a

la cabeza de rotación, de donde pasa al interior de la barra de perforación que lo

conduce hasta la boca, saliendo entre los conos para producir la remoción del

detritus elevándolos hasta la superficie.

La imagen muestra el equipo de perforación rotativa Pit Viper 271, con su

torre o mástil reclinado mientras se dirige a su lugar de operación.

En la imagen se visualiza el gran montaje del equipo Pit Viper 351,

diseñado para soportar los movimientos y vibraciones generados durante la

perforación. Los gatos hidráulicos ayudan a la estabilidad durante la operación.


24

2010

El PV-351 puede operar con 125.000 libras (56.700 kg) de carga bits.

-Dimensiones con torre arriba:

Longitud 16,4m

Altura 31,6m

Ancho 8,1 m

-Dimensiones con torre abajo:

Altura 29,9m

Ancho 8,5 m

-Velocidad de avance: 0,6 - 0,8 m/s

-Profundidad máxima: 41,1 m.

-Peso varía entre: 175 ton -188 ton

-Diámetro de perforación: 270 mm - 406 mm

A continuación un resumen con equipos similares:

EQUIPO DIAMETROS DE

PERFORACION PESO DEL EQUIPO

DM25-SP 4'' - 7''

102 mm - 178 mm

25,000 lb

11,300 kg

DM30 5'' - 6 3/4''

127 mm -171 mm

30,000 lb

13,600 kg

T4BH 5 5/8'' - 9 7/8''

143 mm - 251 mm

30,000 lb

13,600 kg

DM 45 5 7/8'' - 9''

149 mm - 229 mm

45,000 lb

20,400 kg

DML-SP 6'' - 9 7/8''

152 mm - 251 mm

54,000 lb

24,500 kg

DML

5 7/8'' - 10 5/8''

149 mm - 270 mm

60,000 lb

27,200 kg

PIT VIPER 235 6'' - 9 7/8''

152 mm - 251 mm

65,000 lb

29,500 kg

Pit Viper 275 6 3/4'' - 10 5/8''

171 mm - 270 mm

75,000 lb

34,000 kg


25

2010

GEOTECNIA

Es la rama de la ingeniería civil e ingeniería geológica que se encarga del

estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales

provenientes de la tierra. La perforación en esta área del conocimiento usa

diversos métodos de perforación y adquirir un equipo para cada uno resulta

antieconómico, por esta razón, se han diseñado los equipos de perforación

Mustang para satisfacer diferentes necesidades de perforación. Por su versatilidad

se les llama:

MUSTANG: “Una plataforma de multiusos “

Desarrollada para perforaciones con martillo en fondo (DTH) y martillo en

cabeza, método Symmetrix, Odex, barrena helicoidal, triconos, trialetas, en

sondeos de micropilotes, anclajes, refuerzo de terreno y trabajos de geotecnia en

general.

La imagen corresponde al modelo Mustang 5

La línea de modelo Mustang ha desarrollado 4 modelos:

Mustang 4

Mustang 5

Mustang 9

Mustang 13

Cada uno de ellos con las características anteriormente señaladas.


26

2010

Los parámetros técnicos de la perforadora Mustang 5aP-4J son las

siguientes:

• Diámetros de perforación: (100-350) mm.

• Profundidad de perforación: Hasta 250 m en condiciones óptimas

• Unidad generadora de Potencia: DEUTZ BF4M1013C tier 2) / 150HP.

• Capacidad empuje /tiro: 49 kN

• Orugas: del tipo pendular con +/- 10º de inclinación y con tejas de 400 mm.

• Cabestrante: Con accionamiento hidráulico BW1500

• Bastidor: De 6,5 m. con motor hidráulico y recorrido de avance libre de 4,2 m.

• Sujetador de Varillas y Mordaza: Con apertura libre hasta 360 mm.

• Panel de mandos: De brazo móvil, compacto y centrado.

• Bomba de Espuma: 30 l/min. hasta 25 bar

• Bomba de Barrido: 140 l/min. hasta 47 bar


27

2010

MARTILLOS DE PERFORACIÓN

Los diferentes martillos de perforación que son utilizados por los equipos de

perforadores en las faenas mineras, tanto en rajo como subterránea alcanzando

de pequeños a grandes diámetros, aumentando los rendimientos y tiempos de

perforación. Utilizados tanto para la perforación de agujeros en la lechada,

agujeros para la instalación de pernos, como la tronadura tal para ello

presenciamos algunos ejemplos de martillos.

PERFORACION ROTOPERCUTIVA

INTRODUCCION.-

La perforación rotopercutiva es el sistema mas clásico de perforación de

barrenos y su aparición en el tiempo coincide con el desarrollo industrial del siglo

XIX. Las primeras maquinas prototipos de Singer (1838) y Couch (1848) utilizaban

vapor para su accionamiento. Pero fue con la aplicación posterior del aire

comprimido como fuente de energía, en la ejecución del túnel de Mont Cenis en

1861, cuando este sistema evoluciono y paso a usarse de forma extensiva.

El principio de perforación de estos equipos se basa en el impacto de una

pieza de acero ( pistón) que golpea a un útil que a su vez transmite energía al

fondo del barreno por medio de un elemento final ( boca).Los equipos

rotopercutivos se clasifican en dos grandes grupos, según donde se encuentre

colocado el martillo:

Martillo en cabeza. En estas perforadoras dos de las acciones básicas, rotación y

percusión, se producen fuera del barreno, transmitiéndose a través de una espiga

y del varillaje hasta la boca de perforación. Los martillos pueden ser de

accionamiento neumático o hidráulico.

Martillo en fondo. La percusión se realiza directamente sobre la boca de de

perforación, mientras que la rotación se efectúa en el exterior del barreno. El

accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente, mientras que la

rotación puede ser neumática o hidráulica


28

2010

Las ventajas principales que presenta la rotación rotopercutiva son:

Es aplicable a todo tipo de roca, desde blandas a duras.

La gama de diámetros de perforación es amplia.

Los equipos son versátiles, pues se adaptan bien a diferentes trabajos y tienen una gran movilidad.

Necesitan un solo hombre para su operación.

El mantenimiento es fácil y rápido.

El precio de adquisición no es elevado.

En virtud de esas ventajas y características, los tipos de obras donde se utilizan

son:

En obras publicas subterráneas, túneles, cavernas de centrales hidráulicas, depósitos de residuos, etc..., y de superficies, carreteras, autopistas, excavaciones industriales, etc.

En minas subterráneas y en explotaciones a cielo abierto de tamaño medio y pequeño.


29

2010

FUNDAMENTOS DE LA PERFORACION ROTOPERCUTIVA.-

La perforación rotopercutiva se basa en la combinación de las siguientes

acciones:

Percusión. Los impactos producidos por golpeo del pistón originan unas ondas

de choque que se transmiten a la boca a través del varillaje (en el martillo en

cabeza) o directamente sobre ella (en el martillo en fondo).

Rotación. Con este movimiento se hace girar la boca para que los impactos se

produzcan sobre la roca en distintas posiciones.

Empuje. Para mantener en contacto el útil de perforación con la roca se ejerce

un empuje sobre la sarta de perforación.

Barrido. El fluido de barrido permite extraer el detrito del fondo del barreno

PERFORACION CON MARTILLO EN

CABEZA.

Este sistema de perforación se puede calificar como el mas clásico o

convencional, y aunque su empleo por accionamiento neumático se vio

limitado por martillos en fondos y equipos rotativos, la aparición de los

martillos hidráulicos en la década del los setenta hizo resurgir de nuevo este

método complementándolo y ampliándolo en su campo de aplicación

1.- PERFORADORAS NEUMATICAS.-

Un martillo accionado por aire comprimido consta básicamente de:

Un cilindro cerrado con una tapa delantera que dispone de una abertura axial donde va colocado el elemento porta barrenas, así como un dispositiva retenedor de las varillas de perforación.

El pistón que con su movimiento alternativo golpea el vástago o culata a través de la cual se transmite la onda de choque a la varilla.

La válvula que regula el paso del aire comprimido en volumen fijado y de forma alternativa a la parte anterior y posterior del pistón.

Un mecanismo de rotación, bien de barra estriada o de rotación independiente.

El sistema de barrido que consiste en un tubo que permite el paso hasta el interior del varillaje.


30

2010

CARACTERISTICAS MEDIAS DE MARTILLOS NEUMATICOS

Relación diam Pistón / diam. Barreno ; 15 – 17

Carrera del pistón ( mm ) ; 35 – 95

Frecuencia de golpeo ( golpes/ min ) ; 1500 – 3400

Velocidad de rotación ( r/ min) ; 40 – 400

Diámetro del cilindro, longitud de la carrera del pistón, conjuntos de válvulas de

distribución.

VENTAJAS DE PERFORADORAS NEUMATICAS.-

Gran simplicidad.

Fiabilidad y bajo mantenimiento.

Facilidad de reparación.

Precios de adquisición bajos, y posibilidad de utilización de antiguas instalaciones de aire comprimido en explotaciones subterráneas.

2.- PERFORADORAS HIDRAULICAS.-

A finales de los años sesenta y comienzo de los setenta, tuvo lugar un gran

avance tecnológico en la perforación de roca con el desarrollo de los martillos

hidráulicos.

Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos

constructivos que una neumática.

La diferencia más importantes entre ambos sistemas estriba en que en

lugar de usar aire comprimido, generado por un compresor accionado por un

motor diesel o eléctrico, para el gobierno del motor de rotación y para producir el

movimiento alternativo del pistón, un motor actúa sobre un grupos de bombas que

suministran un caudal de aceite que acciona aquellos componentes.


31

2010

CARACTERÍSTICAS MEDIAS DE MARTILLOS HIDRAÚLICOS

Presión de trabajo ( MPa ) ; 7,5 – 25

Potencia de impacto ( KW) ; 6 – 20

Frecuencia de golpeo ( golpe/min ) ; 2000- 5000

Velocidad de rotación ( r/min ) ; 0 – 500

Par máximo ( Nm ) ; 100 – 1800

Las razones que las perforadoras hidráulicas supone una mejora tecnológica

sobre la neumática son las siguientes:

Menor consumo de energía.

Menores costos de accesorios de perforación.

Mayor capacidad de perforación.

Mejores condiciones ambientales.

Mayor elasticidad de operación.

Mayor facilidad para la automatización.

Desventajas que presenta son:

Mayor inversión inicial.

Reparaciones más complejas y costosas.


32

2010

ACEROS DE PERFORACIÓN

El vertiginoso desarrollo potencial de los equipos para perforación de roca

orientado a la industria minera, ha ido aparejado con una constante innovación en

los aceros para perforación, cuya vital función es encargarse de taladrar las rocas,

mediante la transmisión de las ondas de impacto que son producidas por una

perforadora hidráulica o neumática, siendo su principal aplicación la perforación

para producción minera, desarrollo y sondajes.

Estos componentes deben ser capaces de soportar el fuerte desgaste al

que son sometidos en la acción de perforar la roca. Aleaciones de aceros cada

vez más resistentes, variaciones en el diseño y componentes, incorporación de

metales de mayor dureza, son algunos de los avances efectuados en este campo,

cuyo objetivo es obtener mayor vida útil, mayor velocidad de penetración y menor

costo por metro perforado.

La perforación por percusión y rotación es la más empleada en la minería y

construcción en Chile en términos de metros, lo que ha llevado a una constante

evolución de nuevas tecnologías en las máquinas perforadoras hidráulicas, que

fueron introducidas en la década de los setenta.

Esto hizo necesario disponer de aceros capaces de soportar y transmitir

una onda de impacto mucho más poderosa a la roca, obligó a desarrollar nuevas

técnicas e incorporar metales más duros y resistentes a la abrasión y al desgaste,

como el carburo de tungsteno, empleado como metal de ataque en las brocas.

Desde entonces, el mejoramiento ha sido continuo.

VELOCIDAD DE PENETRACIÓN

Actualmente las brocas de botones son las más usadas en perforación por

percusión y rotación, pues con ellas se logra mayor velocidad de penetración, lo

que es una de las preocupaciones más importantes de los usuarios, ya que

cualquier avance que se obtenga en este sentido, involucra un enorme ahorro de

energía, horas hombre de trabajo, materiales y uso de equipos. El tipo de botón

más usado en las brocas, es el esférico. Sin embargo, existen otras alternativas,

como los botones tipo balísticos o los parabólicos que tienen sus campos de

aplicación bien definidos. Las brocas con botones esféricos son para rocas duras y

semiduras, donde tienen una aceptable velocidad de penetración; los balísticos

están más orientados a rocas blandas, mientras que los parabólicos apuntan a un

rango de durezas intermedias.


33

2010

A la par con esto, también se ha trabajado mucho con la ubicación de los

botones, su tamaño y diámetro; lo que va de la mano con la dureza y lo abrasiva

de la roca que se requiere perforar

MEJORANDO EL DISEÑO

Tal como se señaló, el diseño de la broca también constituye una variable a

tener en cuenta para la obtención de un resultado más favorable.

En el caso de la cabeza de enfrentamiento, las hay de forma convexa, plana y

cóncava; cada una presenta características particulares. La de más veloz

penetración, que es generalmente lo que privilegia el usuario, es la cabeza de tipo

convexa. Sin embargo, presenta el inconveniente que si encuentra una debilidad

en el camino de perforación, como una grieta o un bolsón de roca más blanda,

tiene una gran facilidad para desviarse. Con ello, se corre el riesgo de quedar

atascado y producir más desgaste en las otras piezas móviles que están en

contacto con el material. La cabeza de forma plana es muy eficiente para usos

generales, ya que es rápida y tiene pocas posibilidades de desviación,

manteniendo de mejor forma la rectitud del tiro. También existen variadas formas

de broca en lo que se refiere a la estructura de su cuerpo: estándar, más

alargadas, retráctiles (que tienen la posibilidad de cortar hacia atrás, cuando hay

riesgo de desviaciones y atascamientos), etc. Otro elemento que se ha ido

mejorando en el diseño de las brocas, para lograr una mayor eficiencia y

economía en la perforación, lo conforman los canales de barrido.

En el pasado lo más habitual era que se dispusiera de un solo canal de barrido, lo

que no era suficiente, porque se producía mucho desgaste de los botones

periféricos. Por ello, se fueron aumentando los canales de barridos frontales, se

puso un barrido lateral; en definitiva, se fueron elaborando diversas alternativas,

pensando en cada tipo de terreno.


34

2010

TIPOS DE CARA

ROCA TIPO DE CARA BENEFICIO

Semidura Homogénea Cóncavo

Excelente Soplado. Reduce

las desviaciones.

Semidura Dura Cara Plana

Apto

para terrenos Fracturados.

Muy Dura Domo

Máxima protección a

Botones periféricos.

Muy Dura y Abrasiva Domo Doble

Calibre

Máxima protección a

Botones periféricos.

PROTECCIÓN EXTERIOR

STANDARD WELDING

Diseño Básico para terreno normal

y condiciones de operación

normales.

Soldadura lateral aportada para dar

mayor resistencia al desgaste. Para

terrenos fracturados y abrasivos.

BOTON LATERAL RETRACTIL

Se utiliza para proteger el desgaste

del gauge en terrenos no

consolidados y poco abrasivos.

Tiene insertos adicionales en la zona

trasera del gauge. Estos insertos

permiten ir cortando los trozos de roca

que se generan cuando hay terrenos

fracturados, también protegen contra el

desgaste.


35

2010

DESGASTE DE LAS PIEZAS

En cuanto a la vida útil de estas piezas, va a depender mucho de factores

como la clase de rocas a atacar, la frecuencia de afilado de las brocas, los hábitos

operacionales y las condiciones de uso. En todo caso, en el caso de la minería del

cobre nacional, una broca de 45 mm, que es la más común para el desarrollo de

túneles, tiene una vida útil promedio de unos 300 m; una broca de 64 mm rinde

unos 400 m; y la de 76 mm, aproximadamente 550 m. Eso en el macizo andino

chileno, pero si esto lo llevamos a roca blanda, como la caliza (cemento) o el

caliche (salitre) en el norte del país, una broca puede durar 2.000 m sin ningún

problema.

Sin embargo el grueso de las minas de cobre en Chile está en la Cordillera

de Los Andes, por lo que presentan un comportamiento similar. No obstante,

también hay que considerar otras variables, por ejemplo, la misma broca de 45

mm, en una mina de oro, puede durar 80 -120 m. Ello porque normalmente el oro

se encuentra en zonas con alto contenido de cuarzo, que es uno de los elementos

más abrasivos que existen en la naturaleza.

BARRAS

Si bien el mayor desarrollo se ha dado en las brocas, también los otros

elementos que conforman los aceros de perforación presentan importantes

optimizaciones.

En una perforación neumática o hidráulica el empleo de aceros seccionales

es lo más común. La primera pieza que va directamente acoplada dentro de la

perforadora es la culata o culatín, pieza que tiene la misión de recibir el impacto de

la perforadora y transmitirlo a lo largo de la barra. La onda de impacto viaja a

aproximadamente a 5.000 m por segundo.

Cuando se trabaja con más de una barra, éstas se unen con coplas

separadas o se usan barras con coplas incorporadas. En estos puntos es

importante lograr la menor disipación de energía posible.

En las uniones de los aceros se produce un desgaste muy significativo

cuando no hay un fuerte empuje y la onda de impacto no pasa directamente a la

roca, sino que se va disipando en esos puntos. Por ello en el pasado, como los

sistemas no eran tan poderosos como ahora, se producía mucho desgaste por

calentamiento. Hoy en día eso es menos frecuente, además, los fabricantes

someten a las barras a modernos tratamientos térmicos para darles mayor


36

2010

resistencia, especialmente a los puntos de unión, ya que deben soportar

tremendas tensiones de: impactos, torsión, flexión, fricción y abrasión. Es así que

para hacerlas más resistentes se han agregado a su fabricación, entre otros

elementos, cromo, níquel y molibdeno, mejorando además su dureza y flexibilidad.

La forma de las barras también ha experimentado cambios, ya que si en un

comienzo eran redondas, actualmente hay también hexagonales, diseño que les

permite ser más fuertes y mantener mejor la rectitud del tiro. Finalmente, el barrido

o limpieza del hoyo mediante la inyección de agua o soplado de aire, es otro

agente importante en esta actividad. En minería subterránea, por razones

ambientales se usa sólo barrido por agua, para evitar la contaminación que se

produciría al evacuar el detritus por barrido por aire.


37

2010

ALGUNOS VALORES

MINERA TAMBILLOS

Bit T 38 x 2 ½’’ (SIMBA) $ 85.000 c/u

Bit Jumbo 41 mm $ 40.000 c/u

Barras Simba 1,60 mt $150.000 c/u

Jumbo $ 320.000.000

Simba $ 400.000.000

Perforadora Cop 3060 $40.000.000

EMPRESA TERRA SERVICE

Martillo Digger DTH US$ 10.000

PROYECTO DELTA

Barra baja calidad 180000, bit 80000

Mediana calidad barra entre 200000 - 250000, bit 100000

Vida útil barra 3000 - 6000 mts, bit 500-800 mts


38

2010

CONCLUSIÓN

De lo que pudimos advertir con la ayuda de este informe sobre los equipos

de perforación en minería subterránea y cielo abierto, es que las características de

los diferentes equipos que nos facilitan a una mejor selección, varían según la

labor que les corresponda, ya que estos equipos van cambiando según: tamaño,

diámetro de perforación, largo de barras, tipos de cabezal, energía, adaptabilidad

en el terreno, velocidad de desplazamiento, facilidad de operación y

mantenimiento, además de los costos de adquisición.

Es por ello que debemos analizar y estudiar el yacimiento considerando su

mineralización, ubicación geográfica, años de vida de la mina y método de

explotación para poder determinar si el equipo cumple con las expectativas

exigidas.

El desarrollo paralelo de equipos más potentes y aceros más resistentes y

eficientes tienen la finalidad de satisfacer las altas exigencias de los usuarios.

Todos estos avances tecnológicos por mínimos que parezcan, apuntan a

satisfacer la creciente necesidad que tienen las empresas de maximizar

rendimientos y minimizar tiempos de perforación para una mayor rentabilidad de la

mina y mayores beneficios.

95238790 Equipos de Perforacion

Documents

Transcript of 95238790 Equipos de Perforacion